18. Компьютерные методы представления графической информации.

Под термином графика обычно понимается визуальное (то есть воспринимаемое зрением) представление каких-либо реальных или воображаемых объектов. 

Информация, описываемая графическими объектами, соответственно называется графической. Она может быть представлена, картиной, рисунком, мозаикой, чертежом, буквами в книге, изображением на экране телевизора и др.

Такие методы, средства создания, обработки и визуализации графической и информации с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов изучает специальная область информатики - компьютерная графика.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на растровую и векторную. Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

Особенности цветового охвата характеризуют такие понятия, как черно-белая и цветная графика. На специализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, Web-графика, компьютерная полиграфия и прочие. На стыке компьютерных, телевизионных и кинотехнологий зародилась и стремительно развивается сравнительно новая область компьютерной графики и анимации.

Представление графических данных

Растровая графика

Растровая графика оперирует с изображениями в виде растров. Неформально можно сказать, что растр - это описание изображения на плоскости путем разбиения всей плоскости или ее части на одинаковые квадраты и присвоение каждому квадрату своего атрибута. Иногда понятие растра определяют более широко: как разбиение плоскости (или ее участка) на равные элементы (т.е. "замощение"). Такие элементы растра называются пикселями (pixel - picture element). Каждому пикселю может быть задан определенный атрибут, это, как правило, цвет или яркость. В растровой графике пиксели выстраиваются в виде прямоугольной матрицы (bitmap), где из них, как из крохотных точек собрано мозаичное изображение. Благодаря маленькому размеру и большой концентрации таких пикселей-точек, отдельные точки становятся невидны (или малозаметны), и создаётся впечатление однородной картины.

Растровый способ представления изображений прекрасно подходит для хранения фотографий и видеофрагментов и позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности.

Векторная графика

Другой способ представления графической информации в компьютере векторная графика (или геометрическое моделирование). Элементарными объектами векторной графики являются простые геометрические фигуры, такие как линия, окружность, которые хранятся в памяти компьютера в виде математических формул и числовых параметров. Из простейших фигур складываются более сложные. Каждая фигура обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием. Охватываемое фигурами пространство может быть заполнено другими объектами (текстуры, карты), цветом или особым способом (например, заштрихована).

Перевод векторной графики в растр достаточно прост. Но обратного пути, как правило, нет -- трассировка растра обычно не обеспечивает высокого качества векторного рисунка.

Векторная графика используется для создания иллюстраций и рисунков в издательском деле, карт в компьютерной топографии (геоинформационных системах). СAD-системы (системы автоматизированного проектирования) используют векторный подход для рисования чертежей.

При помощи векторной графики можно задать не только двумерные, но и трёхмерные фигуры. Все современные редакторы трёхмерной графики являются векторными, и лишь при создании итогового изображения или видеоролика происходит преобразование в растровую графику.

Векторное изображение проще анимировать, поэтому, сегодня векторная графика используется для создания анимации и компьютерных игр. Например, программа Macromedia Flash, предназначенная для создания анимации на веб-страницах, основана на векторном представлении графики, хотя и поддерживает использование растровых изображений.

Необходимо отметить, что в процессе визуализации векторная графика всегда преобразовывается в растровую форму.

Достоинства и недостатки растровой и векторной графики

Каждый из видов графики имеет свои достоинства и недостатки, следует отметить определенную "зеркальность" их достоинств и недостатков.

Среди достоинств растровой графики можно рассматривать два принципиальных и одно относительное:

- аппаратная реализуемость;

- программная независимость;

- фотореалистичность изображений.

Следуют обратить особое внимание на недостатки растровой графики:

- значительный объем файлов;

- трансформирования с потерей качества (пикселизация, зернистость);

- аппаратная зависимость -- причина многих погрешностей;

- отсутствие объектов.

Достоинства и недостатки растровой графики являются зеркальным отражением достоинств и недостатков векторной графики.

Достоинства:

- минимальный объем файла,

- полная свобода трансформаций;

- аппаратная независимость;

- объектно-ориентированный характер.

Два принципиальных и один условный недостаток векторной графики:

- отсутствие аппаратной реализуемости;

- программная зависимость;

- жесткость изображений.