Средства и технологии обработки графической информации

[Введите текст]

Цель курсовой работы — рассмотреть теоретический вопрос: «Средства и технологии обработки графической информации». А так же ответить на вопросы: Как графическая информация представляется в компьютере? Какие бывают графические форматы? А также, какие бывают технологии обработки графической информации? Что собой представляет векторная графика, а что растровая?

Кроме того, в качестве практической части необходимо решить задачу по нахождению бюджета семьи, зная сведения о доходах и расходах всех членов семьи, построить гистограмму по полученным сведениям.

Итак, ни для кого не секрет, что развитию программных графических средств способствовал целый ряд важных как мотиваций, так и предпосылок. Среди предпосылок следует отметить развитие аппаратных средств отображения графической информации и возможностей ЭВМ. А мотиваций — развитие многочисленных приложений. Наряду с этим, развитию графического программного обеспечения способствовало создание целого ряда подходов и методов компьютерной обработки графической информации (трассировка лучей, фрактальная геометрия, конструктивная геометрия сплошных тел и др.), позволивших разработать целый ряд интересных графических программных средств различного назначения, как для векторных, так и для растровых дисплейных систем. Для выполнения и оформления данной курсовой работы была использована операционная система (ОС) Microsoft Windows XP Professional (версия 2002 г.) с помощью пакета прикладных программ Microsoft Office: табличного процессора MS Excel и текстового редактора MS Word на ПК. Краткие характеристики ПК: данная работа была выполнена на персональном компьютере Intel Celeron III с тактовой частотой процессора 1700 МГц, оперативной памятью 512 Мб и видеокартой GeForce 4 MX 440.

1. Теоретическая часть

1.1 Компьютерная графика

Почти с момента создания ЭВМ появилась и компьютерная графика, которая сейчас считается неотъемлемой частью мировой технологии. Поначалу это была лишь векторная графика. Но спустя какое-то время с развитием компьютерной техники и технологий появилось множество способов постройки графических объектов. Для начала, определимся с термином «графический объект». Это либо само графическое изображение или его часть. В зависимости от видов компьютерной графики под этим термином понимаются, как и пиксели или спрайты (в растровой графике), так и векторные объекты, такие как круг, квадрат, линия, кривая и т. д. (в векторной графике).

В компьютерной графике применяют, по меньшей мере, три десятка форматов файлов для хранения изображений. Проблема сохранения изображений для последующей их обработки чрезвычайно важна. Единого формата графических файлов, пригодного для всех приложений, не существует, однако некоторые форматы стали стандартными для целого ряда предметных областей.

1.2 Представление графической информации в компьютере

Любая информация, в том числе и графическая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно. Преобразование графической информации из аналоговой формы в дискретную производится путем пространственной дискретизации. Пространственную дискретизацию можно сравнить с построением изображения из мозаики. Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета.

Качество кодирования изображения зависит от двух параметров. Оно тем выше, чем меньше размер точки и соответственно большее количество точек составляет изображение.

чем большее количество цветов, то есть большее количество возможных состояний точки изображения, используется.

Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, которые в свою очередь содержат определенное количество точек. [7, С. 25]

Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора, т. е. количеством точек, из которых оно складывается. Чем больше разрешающая способность, т. е. чем больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображения. В современных персональных компьютерах обычно используются три основные разрешающие способности экрана: 800×600, 1024×768 и 1280×1024 точки.

В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) каждая точка экрана может иметь одно из двух состояний — «черная» или «белая», то есть для хранения ее состояния необходим 1 бит.

Цветные изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждой точки, хранящимся в видеопамяти. Они могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемым для кодирования цвета точки. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 8, 16, 24 или 32 бита. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле: N = 2I, где I — глубина цвета.

Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. Такая цветовая модель называется RGB-моделью. 5, С. 46]

Для получения богатой палитры цветов базовым цветам могут быть заданы различные интенсивности. Например, при глубине цвета в 24 бита на каждый из цветов возможны N = 28 = 256 уровней интенсивности, заданные двоичными кодами (от минимальной — 0 до максимальной — 11 111 111).

1.3 Графические форматы и их преобразование

Графический формат определяет способ сохранения графической информации в файле, а также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия). Как и изображения, графические форматы делятся на растровые и векторные. В компьютерной графике применяют, по меньшей мере, три десятка форматов файлов для хранения изображений. Единого формата графических файлов, пригодного для всех приложений, не существует, поэтому имеет место быть проблема сохранения изображений для последующей их обработки. Однако некоторые форматы стали стандартными для целого ряда предметных областей. Крайне важно различать векторные (WMF, DXF, CGM и др.) и растровые (TIFF, GIF, JPG и др.) форматы.

Файлы векторного формата содержат описания рисунков в виде набора простейших графических объектов. В файлах же растровой графики запоминается цвет каждого пикселя на рисунке, поэтому такие файлы занимают, как правило, большой объем памяти. Один из возможных способов решения этой проблемы — сжатие информации, т. е. уменьшение размеров файла за счет изменения способа организации данных в нем. Обычно каждый конкретный алгоритм хорошо сжимает только изображения вполне определенной структуры.

Самые известные растровые форматы:

BMP (bitmap) — стандарт для представления растрового изображения в MS Windows. Поддерживает изображения с глубиной цвета 1 — 24 бит.

TIFF (Tag Image File Format) — стандарт для передачи данных между программами и платформами. Поддерживает изображения с любой пиксельной глубиной.

GIF (Graphics Interchange Format) — используется для передачи индексированных цветных изображений и HTML-документов в сети WWW. Поддерживает изображения с глубиной цвета 8 бит.

JPEG (Joint Photographic Experts Group) — используется для отображения фотографий и других тоновых изображений в сети WWW. Глубина — 24 бит (информация о цвете в RGB-изображении). Применяется эффективный алгоритм уплотнения, за счет чего файл занимает меньше места.

CPT (Corel PHOTO-PAINT Image) — формат растрового редактора Corel PHOTO-PAINT. Используют при работе с растровой графикой в CorelDraw.

PSD (PhotoShop Document) — используется в качестве промежуточного формата при работе в Photoshop, а также при передаче данных в другие программы.

PNG (Portable Network Graphics Format) — это формат разработанный для передачи данных изображений по сетям. Поддерживает глубину полноцветных изображений.

Самые известные векторные форматы:

WMF (Windows MetaFile) — стандарт для обмена векторной графикой в MS Windows.

EMF (Enhanced MetaFile) — используется для обмена векторной графикой в MS Windows.

CDR, CMX (CorelDraw Format) — форматы программы CorelDraw.

FH (n) (FreeHand Format) — формат программы FreeHand, n — номер версии.

Al (Adobe Illustrator) — формат программы Adobe Illustrator.

Таким образом, знание особенностей форматов графических файлов имеет значение для эффективного хранения изображений и организации обмена данными между различными приложениями.

1.4 Технологии обработки графической информации

Графические редакторы — специальные программы на компьютере для обработки изображений. Среди программ, предназначенных для создания растровых изображений, особое место занимают программа PhotoShop компании Adobe. По сути дела, сегодня эта программа является стандартом в компьютерной графике, и все другие программы неизменно сравнивают именно с ней.

Методы, которые используются для обработки графической информации, существенно определяются аппаратными средствами ее отображения на экране/плоттере. В настоящее время дисплейные системы делятся на два основных типа: векторные и растровые. Что же они из себя представляют? В векторных системах световой луч движется по экрану вдоль рисуемой по определенному алгоритму линии. Тогда как в растровых системах нужный объект воспроизводится посредством последовательного сканирования световым лучом его шаблона, т. е. без вычерчивания каждой линии непрерывным движением. 6, С. 154]

Информационные технологии обработки графической информации включают в себя специфические модели представления информации данного вида, особые методы ввода, формирования и вывода изображений, свои аппаратные и программные средства.

Графические редакторы — программные средства компьютерной графики также делятся на две большие группы: растровые и векторные редакторы. Это деление обусловлено способом представления и хранения графической информации (растровый или векторный способ).

Компьютерные технологии обработки графической информации включают не только особое программное обеспечение (программные ресурсы), но и специфические аппаратные ресурсы, такие как различные устройства ввода и вывода графической информации: сканеры, цифровые фотои видеокамеры, дигитайзеры, графические планшеты, плоттеры и т. п.

Итак, рассмотрим подробнее 2 основные группы графических редакторов: векторные и растровые.

Векторная графика Основным логическим элементом векторной графики является геометрический объект. В качестве объекта принимаются простые геометрические фигуры (так называемые примитивы — прямоугольник, окружность, эллипс, линия), составные фигуры или фигуры, построенные из примитивов, цветовые заливки, в том числе градиенты.

Рис. 1 — Примеры фигур векторной графики Преимущество векторной графики заключается в том, что форму, цвет и пространственное положение составляющих ее объектов можно описывать с помощью математических формул.

Важным объектом векторной графики является сплайн. Сплайн — это кривая, посредством которой описывается та или иная геометрическая фигура. На сплайнах построены современные шрифты TryeType и PostScript.

У векторной графики много достоинств. Она экономна в плане дискового пространства, необходимого для хранения изображений: это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные, используя которые, программа всякий раз воссоздает изображение заново. Кроме того, описание цветовых характеристик почти не увеличивает размер файла.

Векторная графика описывает изображения с использованием прямых и изогнутых линий, называемых векторами, а также параметров, описывающих цвета и расположение. Например, изображение древесного листа описывается точками, через которые проходит линия, создавая тем самым контур листа. Цвет листа задается цветом контура и области внутри этого контура.

При редактировании элементов векторной графики Вы изменяете параметры прямых и изогнутых линий, описывающих форму этих элементов. Вы можете переносить элементы, менять их размер, форму и цвет, но это не отразится на качестве их визуального представления. Векторная графика не зависит от разрешения, т. е. может быть показана в разнообразных выходных устройствах с различным разрешением без потери качества. 1, С. 58]

Векторная графика может включать в себя и фрагменты растровой графики: фрагмент становится таким же объектом, как и все остальные (правда, со значительными ограничениями в обработке).

Важным преимуществом программ векторной графики является развитые средства интеграции изображений и текста, единый подход к ним. Поэтому программы векторной графики незаменимы в области дизайна, технического рисования, для чертежно-графических и оформительских работ.

В последнее время все большее распространение получают программы 3-мерного моделирования, также имеющие векторную природу. 8, С. 192]

К векторным графическим редакторам относится графический редактор, встроенный в текстовый редактор Word. Среди профессиональных векторных графических систем наиболее распространен CorelDraw.

Corel Draw

Пакет CorelDraw всегда производит сильное впечатление. В комплект фирма Corel включила множество программ, в том числе Corel Photo-Paint. Новый пакет располагает, бесспорно, самым мощным инструментарием среди всех программ обзора, а при этом по сравнению с предыдущей версией интерфейс стал проще, а инструментальные средства рисования и редактирования узлов — более гибкими.

Художественные возможности оформления текста в CorelDraw безупречны, а принимаемые по умолчанию параметры для межбуквенных интервалов при размещении текста вдоль кривой не требуют настройки, исключающей наложение букв, он позволяет получить множество специальных эффектов, в том числе возможность увеличения только фрагмента изображения и автоматической настройки цветов текста в зависимости от цвета фона.

Можно вырезать изображения, накладывать цветные фильтры и придавали растровым изображениям вид изогнутой страницы, используя двухи трехмерные эффекты и внешние модули PhotoShop. Когда нужно редактировать пикселы, CorelDraw автоматически переключает вас на Corel Photo-Paint, где вы можете редактировать файл и сохранять его непосредственно в CorelDraw. [1, С. 58]

Несмотря на мощный инструментарий, CorelDraw грешит отдельными недостатками. Широкий набор инструментальных средств делает CorelDraw исключительно удобным для рисования, но неестественный вид печатных страниц и страниц Web ограничивает возможности применения этого пакета. [9, С. 259]

Растровая графика Растровая графика описывает изображения с использованием цветных точек, называемых пикселями, расположенных на сетке. Например, изображение древесного листа описывается конкретным расположением и цветом каждой точки сетки, что создает изображение примерно также как в мозаике.

Основой растрового представления графики является пиксель (точка) с указанием ее цвета. При описании, например, красного эллипса на белом фоне приходится указывать цвет каждой точки, как эллипса, так и фона. Изображение представляется в виде большого количества точек — чем их больше, тем визуально качественнее изображение и больше размер файла. Т. е. одна и даже картинка может быть представлена с лучшим или худшим качеством в соответствии с количеством точек на единицу длины — разрешением (обычно, точек на дюйм — dpi или пикселей на дюйм — ppi).

Растровая графика зависит от разрешения, поскольку информация, описывающая изображение, прикреплена к сетке определенного размера. При редактировании растровой графики, качество ее представления может измениться. В частности, изменение размеров растровой графики может привести к «разлохмачиванию» краев изображения, поскольку пиксели будут перераспределяться на сетке. Вывод на устройства с более низким разрешением, чем разрешение самого изображения, понизит его качество.

Кроме того, качество характеризуется еще и количеством цветов и оттенков, которые может принимать каждая точка изображения. Чем большим количеством оттенков характеризуется изображения, тем большее количество разрядов требуется для их описания. Красный может быть цветом номер 001, а может и — 1. Таким образом, чем качественнее изображение, тем больше размер файла.

Растровое представление обычно используют для изображений фотографического типа с большим количеством деталей или оттенков. К сожалению, масштабирование таких картинок в любую сторону обычно ухудшает качество. При уменьшении количества точек теряются мелкие детали и деформируются надписи (правда, это может быть не так заметно при уменьшении визуальных размеров самой картинки — т. е. сохранении разрешения). Добавление пикселей приводит к ухудшению резкости и яркости изображения, т.к. новым точкам приходится давать оттенки, средние между двумя и более граничащими цветами. Распространены форматы .tif, .gif, .jpg, .png, .bmp, .pcx и др.

Таким образом, выбор растрового или векторного формата зависит от целей и задач работы с изображением. Если нужна фотографическая точность цветопередачи, то предпочтительнее растр. Логотипы, схемы, элементы оформления удобнее представлять в векторном формате. Понятно, что и в растровом и в векторном представлении графика (как и текст) выводятся на экран монитора или печатное устройство в виде совокупности точек. Без дополнительных плагинов (дополнений) наиболее распространенные браузеры понимают только растровые форматы — .gif, .jpg и .png.

Из-за описанных выше особенностей представления изображения, для каждого типа приходится использовать отдельный графический редактор — растровый или векторный. Разумеется, у них есть общие черты — возможность открывать и сохранять файлы в различных форматах, использование инструментов с одинаковыми названиями (карандаш, перо и т. д.) или функциями (выделение, перемещение, масштабирование и т. д.), выбирать нужный цвет или оттенок… Однако принципы реализации процессов рисования и редактирования различны и обусловлены природой соответствующего формата. Так, если в растровых редакторах говорят о выделении объекта, то имеют в виду совокупность точек в виде области сложной формы. Процесс выделения очень часто является трудоемкой и кропотливой работой. При перемещении такого выделения появляется «дырка». В векторном же редакторе объект представляет совокупность графических примитивов и для его выделения достаточно выбрать мышкой каждый из них. А если эти примитивы были сгруппированы соответствующей командой, то достаточно «щелкнуть» один раз в любой из точек сгруппированного объекта.

Растровый графический редактор — специализированная программа, предназначенная для создания и обработки изображений. Такие графические редакторы позволяют пользователю рисовать и редактировать изображения на экране компьютера, сохранять их в различных растровых форматах. Например, JPEG и TIFF позволяющих сохранять растровую графику с незначительным снижением качества за счёт использования алгоритмов сжатия с потерями, PNG и GIF, поддерживающими хорошее сжатие без потерь, и BMP, также поддерживающем сжатие (RLE), но в общем случае, представляющем собой несжатое «попиксельное» описание изображения.

В противоположность векторным редакторам, растровые используют матрицу точек (bitmap) для представления изображения. Однако большинство современных растровых редакторов содержат векторные инструменты редактирования в качестве вспомогательных.

Adobe Photoshop

Photoshop — это программа растровой графики (любой элемент изображения строится по точкам), профессиональный графический редактор, который при этом достаточно прост в освоении и использовании.

Фотошоп позволяет редактировать существующие изображения, а также создавать новые. Adobe Photoshop является безусловным лидером среди профессиональных графических редакторов за счет своих широчайших возможностей, высокой эффективности и скорости работы.

Основное назначение программы Adobe Photoshop — создание фото реалистических изображений, работа с цветными сканированными изображениями, ретуширование, цветокоррекция, коллажирование, трансформации, цветоделение и другое. [10, С. 12]

Сегодня профессиональный дизайнер стал просто неотъемлемой частью любой типографии, а потребители его услуг с каждым годом повышают свои требования к эффективности и качеству графических решений.

Яркий неповторимый стиль — вот что отличает настоящую рекламную продукцию фирмы. В настоящее время ни одна рекламная компания не обходится без всевозможных полиграфических изделий и сувениров с фирменной символикой. Отдельная и, конечно, определяющая роль принадлежит дизайнеру в разработке стиля. Учитывая, что подавляющее число среди изготавливаемой полиграфии сегодня рекламная продукция, рынок ставит новые задачи: теперь перед полиграфистами стоит цель куда более серьезная, нежели производство буклета или календаря. А для таких серьезных задач требуется серьезное программное обеспечение.

На сегодняшний день существует множество продуктов различных компаний предоставляющих дизайнерам множество возможностей. Каждому самому решать какой графический редактор использовать — будь это бесплатная программа (например GIMP) или коммерческая (например продукты компании Adobe).

Но если посмотреть с другой стороны, никакая из всех программ, рассмотренных мною в этой работе, не прибавит мастерства неумелому дизайнеру, тем не менее, в руках профессионала она станет волшебным инструментом.

2. Практическая часть

2.1 Общая характеристика задачи

Построить таблицы по приведенным данным о доходах членов семьи (рис. 21.1 и 21.2) и о расходах семьи (рис. 21.3) за квартал.

Заполнить таблицу на рис. 21.4 числовыми данными о доходах семьи за квартал, выполнив консолидации по расположению данных.

Составить таблицу планирования бюджета семьи на квартал (рис. 21.5).

По данным о бюджете семьи на квартал (рис. 21.5) построить гистограмму. 4, С. 53]

Доходы Чижовой М. А. за квартал 2006 г., руб.

Доходы Чижова А. С. за квартал 2006 г., руб.

Расходы семьи Чижовых за квартал 2006 г., руб.

Доходы семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г.

Бюджет семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г.

2.2 Описание алгоритма решения задачи

Запустим MS Excel.

Создадим книгу с именем «Бюджет семьи Чижовых». Лист 1 переименуем в лист с названием «Доходы». На рабочем листе «Доходы» создадим таблицы: «Доходы Чижовой М. А. за квартал» и «Доходы Чижова А. С. за квартал». Заполним таблицы доходов исходными данными.

Рис. 2

6. Переименуем Лист 2 в лист с названием «Расходы».

7. На рабочем листе «Расходы» создадим таблицу: «Расходы семьи Чижовых за квартал»

8. Заполним таблицу исходными данными.

Рис. 3

Заполним строку «Сумма доходов в месяц» таблиц «Доходы Чижовой М. А. за квартал» и «Доходы Чижова А. С. за квартал», находящиеся на листе «Доходы» следующим образом:

Занесем в ячейку В5 формулу: =В3+В4.

Размножим введенную в ячейку В5 формулу для остальных ячеек (с С5 по Е5) данной строки.

Аналогично в ячейку В11занесем формулу: =В9+В10.

И также размножим эту формулу (занесенную в ячейку В11) для остальных ячеек (с С11 по Е11) данной строки.

Рис. 4

Таким образом, будет автоматически подсчитаны суммы дохода в месяц.

10. Заполним строку «Суммарный расход в месяц» таблицы «Расход Чижовых за квартал», находящейся на листе «Расходы» следующим образом:

Занесем в ячейку В9 формулу: =СУММ (B3:B8).

Размножим данную формулу для остальных ячеек (с С9 по Е9) данной строки. Таким образом, будет автоматически подсчитана сумма расхода в месяц.

Рис. 5

11. Лист 3 переименуем в лист с названием «Итоги».

12. На рабочем листе «Итоги» создадим таблицу «Доходы семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г.».

13. Заполним строки «Зарплата», «Прочие поступления», «Сумма доходов в месяц» в таблице «Доходы семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г.», находящейся на листе «Итоги» следующим образом:

Курсор мышки переведем на ячейку В3.

Далее выберем Данные / Консолидация. В раскрывающемся списке выбираем Функция / Сумма. Выбираем диапазоны данных, которые нужно консолидировать.

Рис. 6

В итоге получаем заполненную таблицу «Доходы семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г.»

Рис. 7

14. Заполним строку «Суммарный доход в месяц» таблицы «Бюджет семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г.», находящейся на листе «Итоги» следующим образом:

Занесем в ячейку В9 формулу: =В5

Размножить введенную в ячейку В9 формулу для остальных ячеек (с С9 по Е9) данной строки.

15. Заполним строку «Суммарный расход в месяц» таблицы «Бюджет семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г.», находящейся на листе «Итоги» следующим образом:

Занесем в ячейку В10 формулу: =Расходы!B9

Размножим введенную в ячейку В10 формулу для остальных ячеек (с С10 по Е10) данной строки.

16. Заполним строку «Остаток» таблицы «Бюджет семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г.», находящейся на листе «Итоги» следующим образом:

Занесем в ячейку В11 формулу: =B9-B10

Размножим введенную в ячейку В11 формулу для остальных ячеек (с С11 по Е11) данной строки.

Рис. 8

Таким образом, будет автоматически посчитан «Остаток» и заполнена таблица «Бюджет семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г.».

17. Лист 4 переименуем в лист с названием «Гистограмма».

18. По данным таблицы «Бюджет семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г.» на листе «Гистограмма» построим гистограмму.

графический информация компьютер corel

Рис. 9

1. Андрианов В. И. Самое главное о… CorelDraw / В. И. Андрианов — СПб.: Питера, 2007. -127 с.

2. Анцыпа В. А. Растровые и векторные графические изображения / В. А. Анцыпа. — Информатика и образование. — 2008. — № 7. — С. 56−62.

3. Залогова Л. А. Форматы графических изображений / Л. А. Залогова — Информатика и образование — 2009. № 6- С. 76−81.

4. Информатика: Методические указания по выполнению курсовой работы для самостоятельной работы студентов 2 курса (первое высшее образование).- М.: Вузовский учебник, 2006. — 60с.

5. Компьютерная графика / Под ред. Летин А. С., Летина О. С., Пашковский И. Э. — М.: «Форум», 2007. 256 с.

6. Попов В. Б. Основы информационных и телекоммуникационных технологий. Мультимедиа / В. Б. Попов. — М.: «Финансы и статистика», 2007. 336 с.

7. Семакин И. Г. Информатика и информационно-коммуникационные технологии. Базовый курс / И. Г. Семакин. — М.: БИНОМ, 2006. -104 с.

8. Симонович С. В. Специальная информатика: Учебное пособие / С. В. Симонович. — М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2007. — 480 с.

9. Федоров А. В. CorelDRAW. Экспресс-курс / А. В. Федорова. — СПб.: БХВ-Петербург, 2008. — 400 с.

10. Photoshop CS2. Основы. Учебный курс. — Питер, 2006. — 384 с.