ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГРАФИКИ

В современных компьютерах изображения на экране строятся в виде растров, и всегда прямоугольных.

Рис.1. Пример растра и изображения, построенного на нем

 

На рисунке вы видите сильно увеличенную картинку, на самом же деле элементарные точки, из которых состоит изображение, или пиксели, должны быть очень маленькими, чтобы глаз воспринимал картинку как единое целое. Пиксель ( Pixel ) – сокращение от Picture Element (элемент рисунка).

Экраны цветных мониторов состоят из прямоугольной решетки точек (пикселей), светящихся разным цветом. Каждый цветной пиксель образован тремя более мелкими по площади участками красного, зеленого и синего цветов. При свечении этих участков с разной интенсивностью цвета смешиваются, создавая элементы изображения различных оттенков и яркости.

Важной характеристикой растра является его расширение, т.е. количество точек (пикселей) на единицу длины. Чем это число выше, тем более мелкими являются сами пиксели, и, соответственно, более плотно они располагаются на плоскости, что и приводит к тому, что мы воспринимаем их как единое, цельное изображение. Из года в год разрешающая способность мониторов, принтеров, сканеров и т.п. растет.

Итак, на растровом устройстве отображения любая фигура состоит из множества точек пикселей. Естественно, положение каждой точки изображения задано координатами X и Y . Координаты – целые числа, они задают номера колонки и строки растра и не зависят от физического размера экрана. Оси координат направлены следующим образом: горизонтальная ось X направлена слева направо; вертикальная ось Y направлена сверху вниз; верхний левый угол имеет координаты (0,0).

Рис.2. Система координат в графическом режиме

 

Очевидно, что запись изображения требует хранения информации о положении множества точек, для каждой из которых должен быть задан цвет. Цветное изображение получается смешиванием трех основных цветов – красного, зеленого и синего. Такая модель представления цвета называется моделью RGB (Red - Green - Blue). Управляя интенсивностью компонентов, можно получить различные оттенки и степени интенсивности цвета. В частности, для получения градаций серого надо взять интенсивности трех основных цветов равными друг другу.

В современных SVGA мониторах предусмотрено, как правило, по 2 6=64 уровня интенсивности каждого из основных цветов, таким образом, в целом можно получить (2 6) 3=262144 цвета. Для представления большего числа цветов необходим больший объем памяти. Один бит может кодировать два цвета: 1 – белый, 0 – черный. Два бита могут хранить 2 2=4 цветовых комбинации, 4 бита – 16, 8 бит – 256, 16 бит – 65536, 32 бита – 4294967296.

Если для каждой точки задавать уровни красного, зеленого и синего цветов, то потребуется достаточно большой объем памяти для хранения информации об изображении. Для сокращения объема памяти используются палитры. При этом ограничиваются некоторым количеством цветов, например 16 или 256, каждому из цветов присваивается номер (соответственно, от 0 до 15 или от 0 до 255), и при записи изображения используют именно этот код. «Точка цвета номер 5». Информация о палитре, то есть данные, сколько красного, зеленого и синего нужно взять для получения «цвета номер 5», хранится и используется отдельно от записи изображения.

Важное понятие в машинной графике – графический примитив – совокупность пикселей, определяющая некоторую геометрическую фигуру. Наиболее распространенные примитивы – это точка, линия, прямоугольник, закрашенный прямоугольник, окружность и эллипс.

Растровые изображения обладают одним очень существенным недостатком: их трудно увеличивать или уменьшать, т.е. масштабировать. При уменьшении растрового изображения несколько соседних точек преобразуются в одну, поэтому теряется разборчивость мелких деталей. При увеличении – увеличивается размер каждой точки, поэтому появляется ступенчатый эффект. Кроме того растровые изображения занимают много места в памяти.

Чтобы избежать указанных проблем, изобрели так называемый векторный способ кодирования изображений.

Векторный способ представления графики заключается в том, что геометрические фигуры, кривые и прямые линии, составляющие рисунок, хранятся в памяти компьютера в виде математических формул и геометрических абстракций: круг, квадрат, эллипс и т.п. Для каждого примитива существуют свои характерные параметры. Например, для отрезка – это координаты концов; для окружности – координаты центра и радиус. Т.е. размеры, кривизна, местоположение элементов изображения хранятся в виде числовых коэффициентов. Благодаря этому появляется возможность масштабировать изображения, поворачивать, подвергать любым другим геометрическим преобразованиям с помощью простых математических операций, в частности, простым умножением параметров на коэффициент масштабирования. При этом качество изображения не меняется.