1. Що таке кодування? Як здійснюється кодування тексту в комп’ютерних системах?
2. Які програмні засоби використовуються для опрацювання графічних зображень? Які пристрої використовують для створення графічних зображень?
3. Які властивості мають графічні об’єкти, що вставляються в текстові документи, презентації?
КОМП’ЮТЕРНА ГРАФІКА
Комп’ютерна графіка — розділ інформатики, який вивчає технології опрацювання графічних зображень з використанням комп’ютерної техніки. Використовується комп’ютерна графіка майже в усіх сферах діяльності людини: у науці й техніці, у медицині й освіті, рекламному бізнесі, індустрії розваг тощо.
Основним об’єктом комп’ютерної графіки є графічне зображення. Воно може бути малюнком або фотографією, діаграмою або графіком, схемою або технічним кресленням, архітектурним ескізом або рекламним плакатом, кадром з мультфільму або відеоролика тощо.
Залежно від способу побудови та кодування графічного зображення, розрізняють растрові та векторні графічні зображення. Відповідно, розділи комп’ютерної графіки, які вивчають технології опрацювання таких зображень, називаються растровою та векторною графікою.
Растрове графічне зображення складається з окремих маленьких прямокутників — пікселів. Таке зображення схоже на мозаїку, яка виготовлена з однакових за розміром об’єктів (камінців, скелець тощо).
Під час перегляду растрового зображення у звичайному масштабі розміри пікселів такі малі, що зображення здається суцільним. Але після збільшення масштабу перегляду графічного зображення або його розмірів стає помітна мозаїчна структура зображення (мал. 8.1). Це явище називають пікселізацією зображення.
Піксель є найменшим об’єктом растрового зображення і має такі властивості: розташування, яке вказує на місцезнаходження пікселя в сукупності пікселів зображення, та колір. Растрові зображення ви опрацьовували у графічному редакторі Paint.
Векторне зображення будується з окремих базових об’єктів — графічних примітивів: відрізків, багатокутників, кривих, овалів тощо.
Графічні примітиви характеризуються такими властивостями: кольором і товщиною контуру, кольором і способом заливки внутрішньої області, розміром та іншими. Збільшення розмірів зображення не впливає на його якість.
Таке зображення нагадує аплікацію. Зі створенням простих векторних зображень і їх редагуванням ви ознайомилися під час вивчення особливостей роботи з графічними об’єктами в текстовому процесорі.
КОДУВАННЯ ГРАФІЧНИХ ДАНИХ У РАСТРОВІЙ ГРАФІЦІ
Кодування зображення в растровій графіці полягає в кодуванні кольору кожного пікселя зображення. Що більше пікселей містить зображення, то воно якісніше і то більше розмір файла, що містить це зображення. Крім кількості пікселів, на якість зображення і відповідно на розміри файла впливатиме і кількість кольорів, якими можна зафарбувати кожен піксель.
Якщо створювати зображення тільки із чорних і білих пікселів, то для кодування кожного пікселя достатньо одного біта. Наприклад, кодуємо чорний колір одиницею, а білий — нулем.
Якщо зображення матиме, наприклад, 256 відтінків сірого кольору, то для кодування одного пікселя нам буде потрібно 8 біт (256 = 28). Піксель чорного кольору тоді матиме код 11111111, а білого — 00000000.
Кольорові комп’ютерні фотографії, як правило, мають не менше 16 777 217, або 224 кольорів. Кожен піксель буде кодуватися 24 бітами, або 3 байтами. Одне й те саме зображення, закодоване описаними вище способами, подано на малюнку 8.3.
Чи знаєте ви, що...
Сучасні смартфони мають камери, які можуть створювати фотографії, що містять від 5 до 20 мільйонів пікселів (5-20 Мп). Якщо колір кожного пікселя буде кодуватися 24 бітами, або 3 байтами, то розмір файла такої фотографії з 15 000 000 пікселів буде 45 000 000 байт, або приблизно 42,9 Мбайт. Тому більшість пристроїв за замовчуванням виконує стиснення даних і файл зображення, наприклад формату ipq, має розмір приблизно 5 Мбайт.
КОДУВАННЯ ГРАФІЧНИХ ДАНИХ У ВЕКТОРНІЙ ГРАФІЦІ
Кодування у векторній графіці дуже схоже з кодуванням графічних примітивів мовою програмування, з яким ви ознайомились у 8-му класі. Для кожного графічного примітива визначається математична модель його опису. Тобто визначаються, які дані повинен надати користувач для побудови тієї чи іншої геометричної фігури. Для побудови круга достатньо вказати координати центра у прямокутній системі координат екрана, радіус круга, товщину, стиль і колір лінії кола, колір заливки. У результаті розмір файла з векторним зображенням буде набагато меншим, ніж у растровій графіці. Причому розмір файла векторного зображення не залежить від розмірів зображення. Бо збільшення розмірів зображення приводить тільки до зміни значень деяких його властивостей, не збільшуючи загальної кількості даних.
На відміну від програмування, у векторних графічних редакторах набір примітивів уже заздалегідь визначений і користувач застосовує засоби редактора для створення та розміщення примітива, задання значень його властивостей.
Векторний малюнок не можна створити як растровий з використанням різноманітних пристроїв, таких як фотокамери або сканери. Векторні зображення створюються в середовищах графічних редакторів.
ПОНЯТТЯ КОЛІРНОЇ МОДЕЛІ
Світ, що нас оточує, дуже різнобарвний. Створюючи комп’ютерні графічні зображення, автори намагаються якомога точніше відтворити природні кольори предметів. Художник для створення відтінків кольорів змішує різні фарби на палітрі, а в кольоровому струменевому принтері змішуються чорнила різних кольорів. У більшості моніторів зображення кожного пікселя екрана утворюється шляхом змішування світлових потоків від трьох джерел відповідних кольорів.
У комп’ютерній графіці для забезпечення відтворення на малюнках, і особливо на фотографіях, природних кольорів використовують моделі кодування кольорів — колірні моделі. Колірна модель — це спосіб подання різних кольорів спектра у вигляді набору числових характеристик певних базових компонентів.
Найчастіше використовують колірні моделі RGB і CMYK. Це пов’язано з тим, що вони повністю моделюють спосіб отримання певного кольору на екрані монітора чи під час друкування на принтері.
У колірній моделі RGB базовими компонентами є три кольори спектра — червоний (англ. Red), зелений (англ. Green) і синій (англ. Blue). Їх називають основними кольорами (мал. 8.5).
Значення інтенсивності кожного компонента задається цілим числом від 0 до 255 (мал. 8.6). Ця модель використовується, коли зображення демонструється на екранах моніторів, телевізорів.
Для тих комп’ютерних зображень, які в подальшому планується друкувати на принтері або переглядати на проекційному екрані у відбитому світлі, використовується колірна модель CMYK. У цій моделі використовують чотири базові кольори: блакитний (англ. Cyan), пурпурний (англ. Magenta), жовтий (англ. Yellow) і чорний (англ. blacK) (мал. 8.7). Блакитний, пурпурний і жовтий кольори — це додаткові кольори. Вони доповнюють основні кольори до білого: блакитний доповнює червоний, пурпурний — зелений, жовтий — синій. Частка кожного з базових компонентів у моделі CMYK задається у відсотках (цілим числом від 0 до 100) (мал. 8.8).
Для тих, хто хоче знати більше
Використовують у комп'ютерній графіці й інші колірні моделі. Наприклад:
• HSB — кожний колір характеризується трьома базовими компонентами: відтінок (англ. Hue), насиченість (англ. Saturation), яскравість (англ. Brightness);
Lab — має три компоненти: світлосила (англ. Lightness), a — вказує на співвідношення зеленої та червоної складових кольору, b — співвідношення синьої та жовтої складових.
ВЛАСТИВОСТІ РАСТРОВИХ І ВЕКТОРНИХ ЗОБРАЖЕНЬ
Будь-яке растрове графічне зображення як єдиний графічний об’єкт має певні властивості. Розглянемо деякі з них:
• розмір — ширина та висота малюнка; значення властивості задають в одиницях довжини (сантиметрах, дюймах) або в пікселях;
• роздільність (англ. resolution — розкладання на складові) — кількість пікселів на одиницю довжини зображення; вимірюється в dpi (англ. dots per inch — точок на дюйм) або пікселів/см. Що більше значення цієї властивості, то чіткішим і якіснішим виглядає зображення, але й більшим є розмір його файла;
• глибина кольору — кількість бітів, що використовуються для кодування кольору одного пікселя; вимірюється в bpp (англ. bits per pixel — бітів на піксель). Що більше довжина двійкового коду кольору пікселя, то більше кольорів можна використати в малюнку. Визначає кількість кольорів, що використовуються в кодуванні зображення.
Векторні зображення, на відміну від растрових, мають інші властивості, що зумовлено іншими принципами кодування даних. Так, у векторних зображень відсутня така властивість, як роздільність. Не мають важливого значення для векторного зображення й ширина та довжина зображення, оскільки в подальшому зображення може бути збільшено або зменшено без втрати якості. Основними властивостями векторних зображень є види та кількість графічних примітивів, з яких будується зображення, та кількість кольорів, що використовуються для створення зображення.
ФОРМАТИ ФАЙЛІВ РАСТРОВИХ І ВЕКТОРНИХ ЗОБРАЖЕНЬ
Форматів растрових і векторних графічних файлів існує кілька десятків. З деякими з них ви вже ознайомилися. У кожного з них є свої переваги та недоліки, які й визначають доцільність їх використання під час роботи з тими чи іншими зображеннями.
Формати файлів растрових зображень:
• BMP (англ. BitMap image — бітова карта) — у файлах зберігаються коди кожного пікселя без стиснення, тому розміри цих файлів досить великі. Стандартне розширення імені файлів цього типу — bmp.
• JPEG (англ. Joint Photographic Expert Group — об’єднана експертна група в галузі фотографії) — під час кодування використовуються ефективні алгоритми стиснення даних, що дає змогу зменшити розмір графічних файлів за рахунок втрати частини даних і погіршення якості зображення. Стандартні розширення імен файлів — jpg або jpeg.
• GIF (англ. Graphics Interchange Format — графічний формат для обміну) — під час кодування використовуються ефективні алгоритми стиснення без втрати даних. Призначений для зберігання зображень, що мають до 256 кольорів (наприклад, мальовані ілюстрації), а також анімованих зображень. Стандартне розширення імен файлів — gif.
• PNG (англ. Portable Network Graphic — портативна мережева графіка) — універсальний формат графічних файлів. Файли мають високий ступінь стиснення даних без їх втрати. Під час кодування використовують значно більше кольорів, ніж у форматі GIF. Стандартне розширення імен файлів цього типу — png.
• TIFF (англ. Tagged Image File Format — теговий формат файлів зображень) — зберігає дані без втрат, використовується для зберігання зображень високої якості в поліграфії, під час сканування зображень. Як і файли формату BMP, мають великі розміри. Стандартне розширення імен файлів цього формату — tif або tiff.
Існують й інші формати растрових графічних файлів, такі як: PCX, IFF, LBM, IMG, MAC, MSP, PGL.
Для документів, які передаються мережею Інтернет, дуже важливим є невеликий розмір файлів, оскільки від цього залежить час передавання даних. Тому під час підготовки веб-сторінок використовують графічні формати, які мають високий коефіцієнт стиснення даних: JPEG, GIF, PNG.
Широкої популярності серед користувачів набули кілька форматів файлів векторної графіки:
• AI (англ. Adobe Illustrator) — стандартний формат файлів редактора векторної графіки Adobe Illustrator. Може містити не тільки векторну графіку, а й текст і растрові зображення. Файли мають розширення імені ai.
• CDR (англ. CorelDRaw) — стандартний формат файлів векторного графічного редактора CorelDraw. Може містити не тільки векторну графіку, а й текст і растрові зображення. Файли даного формату можуть мати розширення імені cdr або cdt.
• SVG (англ. Scalable Vector Graphics — векторна графіка, що масшта-бується) — універсальний формат, який дає змогу з високою якістю зберігати у файлі текст, графічне зображення та анімацію. Широке застосування отримав в інженерній графіці та під час розробки веб-сайтів. Стандартне розширення імен файлів — svg.
• WMF (англ. Windows MetaFile — метафайл Windows) — універсальний формат для програм, що працюють в ОС Windows. Використовується для зберігання колекції графічних зображень Microsoft Clip Gallery. Можливі розширення імен файлів — wmf, emf, wmz, emz.
Серед усього розмаїття форматів немає того ідеального, який би задовольняв усі можливі вимоги користувачів. Тому широкий вибір графічних редакторів надає користувачу можливість самостійно обирати формат файла, у якому буде збережено зображення, залежно від цілей роботи з ним і подальшого використання.
Для тих, хто хоче знати більше
Переважна більшість редакторів растрової графіки можуть перетворювати векторну графіку в растрову. Цей процес займає небагато часу.
Набагато складніше здійснити перетворення растрової графіки у векторну. Цей процес може бути доволі тривалим і потребує окремої програми. Прикладом такої програми може бути CorelTRACE. Процес перетворення растрової графіки у векторну називається трасуванням.
ПЕРЕВАГИ ТА НЕДОЛІКИ РІЗНИХ ВИДІВ ГРАФІКИ
Використання тих чи інших видів графічних зображень залежить від потреб користувача з урахуванням їх переваг і недоліків (табл. 8.1).
Таблиця 8.1
Переваги та недоліки растрових і векторних зображень
|
Вид графічного зображення |
Переваги |
Недоліки |
|
Растрове |
• Реалістичність зображень. • Природність кольорів. • Можливість отримання зображень з використанням спеціальних пристроїв |
• Великі за розміром файли зображень. • Пікселізація зображення після збільшення. • Складність редагування окремих елементів зображення |
|
Векторне |
• Невеликі за розміром файли зображень. • Збереження якості після масштабування. • Простота редагування окремих елементів зображення |
• Складність реалістичного відтворення об’єктів навколишнього середовища. • Відсутність пристроїв для автоматизованого створення зображення |
Увага! Під час роботи з комп'ютером дотримуйтеся правил безпеки та санітарно-гігієнічних норм.
Порівняйте розміри та якість зображення, збереженого в різних форматах растрових графічних файлів.
Для цього:
1. Запустіть на виконання програму Paint.
2. Відкрийте растрове графічне зображення з файла Розділ 8\Пункт 8.1\ вправа 8.1.1.bmp.
3. Збережіть по черзі це зображення у вашій папці у файлах таких форматів:
• монохромний рисунок — з іменем вправа 8.1.1_0.bmp;
• 16-колірний рисунок — з іменем вправа 8.1.1_1.bmp;
• JPEG — з іменем вправа 8.1.1_2.jpg;
• PNG — з іменем вправа 8.1.1_3.png;
• TIFF — з іменем вправа 8.1.1_4.tif.
Для цього:
1. Виконайте Файл ^ Зберегти як.
2. Виберіть потрібний формат збереження файла.
3. Відредагуйте ім’я файла.
4. Укажіть місце зберігання файла.
5. Виберіть кнопку Зберегти.
4. Повторіть вищенаведений алгоритм для зберігання в кожному із зазначених форматів файлів, щоразу відкриваючи початковий файл Розділ 8\Пункт 8.1\вправа 8.1.1.bmp.
5. Закрийте вікно програми Paint.
6. Визначте властивості збережених файлів і заповніть таблицю.
7. Зробіть висновок щодо зв’язку глибини кольору та формату файлів з якістю зображень.
Комп’ютерна графіка — розділ інформатики, який вивчає технології опрацювання графічних зображень з використанням комп’ютерної техніки.
Основним об’єктом комп’ютерної графіки є графічне зображення. Залежно від способу побудови та кодування графічного зображення, розрізняють растрові та векторні графічні зображення.
Растрове графічне зображення складається з окремих маленьких прямокутників — пікселів. Векторне зображення будується з окремих базових об’єктів — графічних примітивів: відрізків, многокутників, кривих, овалів тощо.
Кодування зображення в растровій графіці полягає в кодуванні кольору кожного пікселя зображення. Кодування у векторній графіці дуже схоже з кодуванням графічних примітивів мовою програмування, для кожного графічного примітива визначається математична модель його опису.
Колірна модель — це спосіб подання кодів різних кольорів спектра у вигляді набору числових характеристик певних базових компонентів. Найчастіше використовують колірні моделі RGB і CMYK. У колірній моделі RGB базовими кольорами є три кольори спектра — червоний (англ. Red), зелений (англ. Green) і синій (англ. Blue). Їх називають основними кольорами.
У моделі CMYK використовують чотири базових кольори: блакитний (англ. Cyan), пурпурний (англ. Magenta), жовтий (англ. Yellow) і чорний (англ. blacK). Блакитний, пурпурний і жовтий кольори — це додаткові кольори.
Растрове графічне зображення має такі властивості: розмір, роздільність, глибина кольору тощо. Векторні зображення на відміну від растрових не мають такої властивості, як роздільність. Основними властивос
тями векторних зображень є види та кількість графічних примітивів, з яких будується зображення, та кількість кольорів.
Форматів растрових і векторних графічних файлів існує кілька десятків. У кожного з них є свої переваги та недоліки, які й визначають доцільність їх використання під час роботи з тими чи іншими зображеннями.
Растрові зображення реалістично відображають дійсність, забезпечуючи природність кольорів, їх можна отримати з використанням технічних пристроїв (фотокамера, сканер).
Векторні зображення зберігаються в невеликих за розмірами файлах, добре масштабуються, забезпечують простоту та зручність редагування окремих елементів зображень.
Дайте відповіді на запитання
1°. Що таке комп’ютерна графіка? Назвіть її види.
2*. Що є елементарним об’єктом растрового зображення? Опишіть його властивості.
3*. Які пристрої використовують для введення даних у графічному виді?
4*. З яких об’єктів складається векторне зображення? Чим вони характеризуються?
5*. Що таке колірна модель? Які колірні моделі частіше використовують?
6°. Які формати графічних файлів ви знаєте? У яких з них використовують стиснення даних?
7*. На значення яких властивостей файла впливає формат? На основі чого здійснюється вибір формату графічного файла?
8*. Які властивості растрових графічних зображень ви знаєте?
9*. Чим властивості векторних зображень відрізняються від властивостей растрових?
10*. Порівняйте векторний і растровий способи побудови графічних зображень. У чому переваги та недоліки кожного з них?
Виконайте завдання
1°. Знайдіть довжину двійкового коду растрового зображення, яке складається з 1024 на 768 пікселів, якщо на кодування одного пік-селя відводиться: а) 1 біт; б) 3 байти. Який носій даних можна використати для зберігання таких зображень?
2*. Визначте глибину кольору для різних форматів растрових файлів, які опрацьовує програма Paint, та заповніть таблицю.
3*. Перегляньте значення властивостей файлів графічних зображень (наприклад, з папки Розділ 8\Пункт 8.1\завдання 8.1.3), використавши
команду Властивості контекстного меню цих об’єктів, і заповніть таблицю. Зробіть висновок, як залежить розмір файла від виду графіки.
4*. Підготуйте повідомлення про методи стиснення даних, які використовуються в растрових форматах графічних файлів.
5*. Відкрийте у програмі Paint указаний учителем графічний файл (наприклад, Розділ 8\Пункт 8.1\завдання 8.1.5.bmp) та:
а) змініть розміри аркуша зображення. Збережіть малюнок у вашій папці;
б) змініть палітру зображення на чорно-білу. Збережіть малюнок у вашій папці;
в) порівняйте розміри трьох файлів. Поясніть результат.
Це матеріал з підручника Інформатика 9 клас Ривкінд