Аннотация
Миронов Д.Ф. Рассмотрены фундаментальные понятия и концепции компьютерной графики, информационные модели цвета, модели векторного и пиксельного изображений и приемы работы с ними.
Информационные модели и цвет
1.1. Предмет компьютерной графики, ее инструментарий и прикладные области
В этой главе рассматривается предмет компьютерной графики как научно-прикладной дисциплины, выделяются ее разделы, имеющие непосредственное отношение к дизайну, и сферы практической деятельности, в которых в настоящее время требуется квалифициро- ванный труд специалистов, получивших подготовку в области компьютерной графики.
1.1.1. Предмет компьютерной графики
Предмет компьютерной графики – автоматизированные информационные процессы, связанные с различными аспектами работы с изображениями, представленными в цифровом виде в соответствии с той или иной информационной моделью. В наиболее общей форме такие информационные процессы можно разбить на три категории: • создание изображения при автоматическом или автоматизированном построении его информационной модели; • модификация изображения с помощью воздействия на его информационную модель; • преобразование изображения, представленного в формате информационной модели в объект визуальной коммуникации.
Первая категория информационных процессов формирует первичную информацион- ную модель изображения, с которой впоследствии можно работать, внося в нее изменения средствами программ для работы с графикой, или сохранять в формате графических фай- лов для последующего использования. В результате этого будет создан ранее не существо- вавший файл, содержащий информационную модель, представленную в соответствии с тем или иным форматом. Пример такого процесса – сканирование изображения. Подробнее про- цессы первой категории рассмотрены в главе 3.2 и разд. 2.9.5.
Вторая категория включает в себя все, что относится к редактированию изображения. Пример такого процесса – составление коллажа из имеющихся изображений. Для процес- сов этой категории характерно внесение изменений в ранее построенную информационную модель с сохранением полученного результата в исходном или новом файле (файлах). Подоб- ным процессам посвящена большая часть настоящего учебника.
Третья категория информационных процессов преобразует цифровое представление информационной модели изображения в объект, доступный для непосредственного визуаль- ного восприятия. Иногда эти процессы называют выводом изображения. Примером может служить печать цифровой фотографии в лаборатории или просмотр той же фотографии на экране компьютера. Подробнее эти процессы рассмотрены в главе 2.10 и разд. 3.1.5–3.1.6.
1.1.2. Объектная диаграмма предметной области компьютерной графики
Под предметной областью понимается совокупность объектов, имеющих существен- ное отношение к той или иной сфере деятельности и важных для этой сферы связей между этими объектами. Объектная диаграмма (рис. 1.1.1) представляет собой схематическое графическое изображение этих объектов и связей. Семантика объектов и связей, представленных на объектной диаграмме, рассматривается в следующих разделах.
1.1.3. Информационные модели
Информационная модель объекта или явления – совокупность структурированных дан- ных, достаточно полно описывающая существенные для задач моделирования (релевант- ные) аспекты этого объекта или явления, и операций, с помощью которых пользователь может изучать модель и вносить в нее изменения. Применение информационной модели вза- мен реального явления или объекта дает возможность работать с ними с помощью автома- тизированных информационных технологий. Преимущества такого подхода по сравнению с традиционной технологией обработки изображений следующие: • сокращение времени за счет использования быстродействующих компьютеров; • удешевление благодаря исключению из процесса дорогостоящих материальных объ- ектов; • упрощение за счет удобной программной реализации сложных операций; • возможность создания абсолютно точных копий изображений с пренебрежимо малыми затратами времени и средств; • возможность доступа пользователя к изображениям через современные средства телекоммуникаций.
В приведенном списке перечислены только основные преимущества, но и их вполне достаточно, чтобы сделать очевидный вывод – работа с информационными моделями изоб- ражения средствами компьютерной графики позволяет резко увеличить эффективность труда во многих отраслях деятельности, связанной с созданием и обработкой изображений. Информационная модель тесно связана с другим объектом предметной области ком- пьютерной графики – программными средствами, поскольку только с их помощью можно построить и отредактировать информационную модель изображения, а также получить по этой модели изображение в визуально воспринимаемом виде.
1.1.4. Программные средства
Программным средством называется совокупность программных модулей, обеспечи- вающих автоматизацию выполнения операций с данными, представленными в формате той или иной информационной модели. Программные средства выполняют две основные функции: • автоматизируют выполнение рутинных операций и их последовательностей за счет алгоритмов, реализованных в программных модулях; • обеспечивают возможность воздействия пользователя на состав и значения парамет- ров информационной модели через средства интерфейса пользователя (как правило, графи- ческого).
Программные средства обычно обеспечивают автоматизацию решения комплекса задач, относящихся к сравнительно четко очерченной прикладной области. В компьютерной графике чаще других встречаются следующие категории программных средств: • графические редакторы; • подключаемые модули (плагины); • драйверы графических устройств; • средства просмотра изображений; • архиваторы изображений; • средства тестирования и настройки аппаратных устройств.
Графический редактор представляет собой программное средство для организа- ции работы пользователя по изменению состава и значений параметров информационной модели изображения. Такая работа называется редактированием, что и определяет название данной категории программных средств. Как правило, операции редактирования выполня- ются в интерактивном режиме. К наиболее известным (на момент написания книги – сере- дину 2007 года) графическим редакторам относятся Adobe Photoshop CS3, CorelDRAW X3, Corel Painter 9.
Подключаемый модуль (плагин) представляет собой отдельно разрабатываемое и рас- пространяемое программное средство для выполнения какой-либо специфической опера- ции над информационной моделью изображения, не реализованной в составе графического редактора. Выпускавшиеся ранее подключаемые модули могли работать только совместно с графическими редакторами, но некоторые современные образцы могут функционировать и автономно, являясь, по сути дела, самостоятельными графическими программами и вза- имодействуя с графическими редакторами на уровне файлов информационных моделей. К функциям, чаще всего реализуемым в виде подключаемых модулей, относятся: • добавление графических эффектов (см. разд. 2.9.2 и 3.9.1); • глобальная коррекция изображения (см. разд. 3.9.2); • допечатная обработка изображения (см. главу 3.11); • сложные схемы выделения части изображения (см. разд. 3.5.4); • генерирование изображений или их отдельных фрагментов (см. разд. 2.9.2).
С некоторой долей условности к автономно работающим подключаемым модулям, реа- лизующим последнюю из перечисленных функций, можно отнести все программные сред- ства, формирующие результат в виде изображения, например, системы трехмерного моде- лирования.
Драйвер графического устройства – специализированная программа, в функции кото- рой входит управление аппаратными средствами, например, устройствами ввода и вывода Современные драйверы обычно имеют в своем составе средства интерфейса с пользовате- лем, позволяющие настраивать графическое устройство на желаемый режим работы. Как правило, драйверы работают совместно с графическими редакторами или другими про- граммными средствами компьютерной графики, и их автономное функционирование не предусматривается.
Средства просмотра изображений представляют собой программы, позволяющие преобразовывать информационную модель, представленную в формате графического файла в изображение на экране компьютера с целью визуального анализа. Обычно программные средства этой категории позволяют работать со многими форматами представления изобра- жений и включают в себя большое число дополнительных функций (например, организацию показа изображений в виде слайд-шоу). Наиболее известные программные средства этой категории – ACDSee и Ifran View.
Средства организации архивов изображений – программы, осуществляющие хране- ние большого числа изображений и их эффективный поиск по различным критериям. Такие программы позволяют быстро находить нужные изображения, хранящиеся на различных носителях. Как правило, архивы изображений хранят на CD или DVD. Программа органи- зации архива строит по информационной модели изображения миниатюру (уменьшенную копию изображения, имеющую небольшой размер) и помещает ее в базу данных совместно с именем файла, сведениями о том, где он расположен, и метаданными (сведениями, опи- сывающими изображение).
Список использованной литературы
1. Зозулевич Д.М. Машинная графика в автоматизированном проектировании. М.: Машиностроение, 1976. 240 с.
2. Катков В,Л,, Янчук Т.С. Автокод для работы с графическим дисплеем ЕС-7064// Про¬граммное обеспечение машинной графики для решения научно-технических задач, Ново¬сибирск: Институт математики СО АН СССР, 1977, С, 14-35.
3. Климов В.E., Клишин В.В. Принципы построения системы машинного конструирования деталей “СИМАК-Д”// Материалы семинара “Автоматизация проектирования”. М.: Обще¬ство “Знание” РСФСР, Московский Дом научно-технической пропаганды. 1978. С. 130-137.
4. Пилюгин В.В. Структура математического обеспечения графического пакета САГРАФ// Материалы семинара “Автоматизация проектирования”. М.: Общество “Знание” РСФСР, Московский Дом научно-технической пропаганды. 1978. С. 11-15.
5. Пилюгин В.В., Аджиев В.Д., Поляков М.Д. Решение на ЭВМ задач геометрического и графического моделирования// Материалы семинара “Автоматизация проектирования”. М.: Общество “Знание” РСФСР, Московский Дом научно-технической пропаганды. 1981. С. 74-77.
6. APT, Part programming manual, IIT Researh Institute, Chicago, 1964.
7. Dr.Ing. Kurth J. COMPAC Ein System zur rechner-orientierten Werkstuekbesehreibung// Zeitschrift fur wirtschaftliche Fertigung. 1973. V. 68, ь 2. S. 61-67. ь 3. S. 127-132.
6. Smith D.N. GPL/1 — A PL/1 Extension for Computer Graphics// Proc. AFIPS Spring Joint Computer Conference, 1971, pp. 511-538.
7. Spur G., Schliep W. Integration of Mechanical calculation programs in CAD Systems// Proc. of 5th International Conference and exhibition on Computers in Desing Engineering. Brighton Metropole Sussex, UK, 30 March — 1 April 1982, p. 615-631.