Растровий сканер

Лубни 2014

ЗМІСТ

Основи комп’ютерної та інженерної графіки. Пристрої введення та виведення інформації. 3

Поняття растрової, векторної, фрактальної та тривимірної графіки. 15

Найбільш поширені редактори векторної та растрової графіки. Формати графічних і анімаційних файлів. 32

Методи стискання зображень…………………………………………..………………..40

Основи роботи з кольором в комп’ютерних графічних редакторах. 42

Вичення середовища редактора векторної графіки CorelDRAW. Особливості створення графічних зображень. 50

Математичні основи комп’ютерної графіки. Представлення і перетворення точок і відрізків. 56

Стандартні проекції…………………………………..…………………..……………....61

Представлення точок і зображень у Растровій графіці………………..…….…………65

Список використаної літератури. 68

Основи комп’ютерної та інженерної графіки.

План лекції

1. Вступ. Зміст та завдання курсу.

2. Історичний огляд розвитку комп'ютерної графіки.

3. Сфери застосування комп’ютерної графіки.

4. Класифікація комп’ютерної графіки.

5. Пристрої введення інформації.

5.1. Клавіатура

5.2. Кнопки

5.3. Планшети

5.4. Трекбол

5.5. Тачпад

5.6. “Миша”

5.7. Джойстик

5.8. Растровий сканер

5.9. Сенсорна панель

5.10. Засоби діалогу для систем віртуальної реальності

6. Пристрої виведення інформації

6.1. Відеотермінальні пристрої

6.2. Друкуючі пристрої

Вступ

Метою вивчення дисципліни є ознайомлення з основними способами створення, оброблення сучасних графічних Web-зображень з використанням існуючих пакетів програм та набуття навичок роботи з найбільш типовими з них (CorelDRAW, Adobe Photoshop, Paint Shop Pro, Macromedia Flash, Front Page, PhotoImpact GIF Animator, Fractal Design Painter).

Дисциплiна "Комп'ютерна графіка" є базовою для спецiалiстiв в галузi сучасних графічних технологій, програмного забезпечення та його використання для створення сучасної графіки із застосуванням комп'ютера.

Завдання офісних програм - підготувати потрібний користувачу вид інформації: створити текст, електронну таблицю, презентацію чи документ Інтернет. Але інформацію мало створити - її ще слід відповідно оформити, надати вигляд, що буде прийнятним для публікації, наприклад, книги, дизайну буклетів та обкладинок і т.д. Саме за це і відповідає програмне забезпечення, яке умовно можна віднести до розряду “дизайнерських”.

Дизайн – це сфера, в якій пересікаються професіоналізм і творчість, причому вони не можуть існувати один без одного, на відміну від офісних програм. Але навіть самий талановитий дизайнер в кінцевому варіанті виявить, що фантазії недостатньо, потрібні ще й професійні навички володіння відповідними програмами [1].

Саме цю проблему і намагається вирішити цей навчальний посібник, в якому представлені всі необхідні відомості для освоєння основ комп’ютерної графіки та дизайну і вивчення сучасних версій популярних графічних програм. Ще зовсім недавно комп’ютерна обробка графічної та текстової інформації асоціювалася з випуском поліграфічної продукції; завдяки комп’ютеризації поліграфія змінилась за останні 20 років в більшій мірі, ніж за попередні століття. Досягнення комп’ютерної техніки та новітнє програмне забезпечення стали домінуючими показниками технічного прогресу в ділянці до друкарських, а останнім часом і друкарських процесів [2].

Слід відмітити, що сучасні графічні програми також володіють такими потужними засобами, як засоби публікації в Інтернет, роботи з електронними документами і т.д. [3]. Тому після опрацювання посібника майбутні дизайнери набудуть навиків роботи в сучасних графічних пакетах а також зможуть самостійно розширювати свої знання в даній галузі, використовуючи інші видання та інформацію з глобальної мережі. Конспект лекцій складається із 9 лекцій, в яких знаходяться необхідні базові теоретичні відомості.

В результаті вивчення курсу студенти повинні

знати: основні принципи створення сучасних графічних зображень та методи їх обробки, а також технології використання найбільш відомих програмних продуктів, які орiєнтованi на роботу з графічними зображеннями;

уміти: створювати сучасні графiчнi растрові та векторні зображення, здiйснювати їх перетворення, масштабування (Raven, Photoshop), реалізовувати обєэмну графіку (SketсhUp), здійснювати оптимiзацiю та стискання графічних зображень (GIF, JPEG SmartSaver PhotoImpact).

2. Історичний огляд розвитку комп'ютерної графіки.

Представлення даних на моніторі у графічному виді вперше було реалізовано всередині 60-х років для великих ЕОМ, що застосовувались в наукових і військових дослідженнях. Тепер, графічний спосіб відображення даних став приналежністю великого числа комп'ютерних систем. Графічний інтерфейс є необхідним для програмного забезпечення різного класу, починаючи з операційних систем.

Сьогодні прийнято користуватися термінами «комп’ютерна графіка» і «комп’ютерна анімація». Поняття «комп’ютерна графіка» об’єднує всі види робіт із статичними зображеннями, «комп’ютерна анімація» має справи з зображеннями, які динамічно змінюються.

Комп'ютерна графіка, це спеціальна ділянка інформатики, що вивчає методи і засоби створення та обробки зображень за допомогою програмно-апаратних обчислювальних комплексів.

3. Сфери застосування комп’ютерної графіки.

Справжнього широкого розвитку комп’ютерна графіка зазнала з появою персональних комп’ютерів «Macintosh» (МАС) фірми Apple, які спеціально визначалися для потреб поліграфії. Саме для платформи МАС почали з’являтися перші спеціалізовані операційні системи та графічні редактори. Але сталося так, що справжніми «масовими» комп’ютерами стали комп’ютери класу IBM/PC (РС). Тоді більшість звичайних сьогодні для багатьох оболонок та редакторів почали відтворюватися на базі графічного досвіду МАС, але перекладені для комп’ютерів РС. Так з’явилася славнозвісна операційна система Windows, а також дуже велика кількість звичних для користувачів комп’ютерів РС пакетів, різнопланових програм та редакторів (наприклад: QuickTime, Page Maker, майже всі продукти корпорації Adobe та багато інших).

Комп'ютерна графіка охоплює всі види та форми представлення зображень, як на екрані монітора, так і на зовнішньому носії (папір, плівка, тощо). У теперішній час, завдяки грандіозному розвитку комп’ютерної техніки, деякі сторони нашого життя неможливо уявити собі без застосування комп’ютерних технологій, у тому числі без комп’ютерної графіки. Комп'ютерна графіка застосовується для візуалізації даних у різних сферах людської діяльності:

1. медицина - комп'ютерна томографія;

2. наука - склад речовин, векторні поля графіки процесів;

3. дизайн - реклама, поліграфія, моделювання, телебачення.

На базі засобів комп’ютерної графіки та інших прогресивних технологій в останній час з’явилися зовсім нові, не схожі ні на що раніш відоме, напрямки виробництва, професії, навіть середовища та взаємостосунки. Звичними зараз звучать для більшості з нас поняття: «віртуальна реальність», «зона Інтернет», «телеконференція», «аудіо та відео у реальному часі» та інші. Все це є невід’ємною частиною так званої «комп’ютерної революції», яку всі ми зараз відчуваємо на собі.

Наслідками всестороннього вторгнення комп'ютеризації у майже всі сфери діяльності людини є й поява нових типів мистецтва. До таких можна віднести комп’ютерну музику та анімацію. Остання з’явилася саме завдяки розвитку одного з видів комп’ютерної графіки, а саме — тривимірної (3D) графіки та анімації. Цей тип графіки, а точніше, клас редакторів 3D набув за останні 1-2 роки достатньо широкого розповсюдження не тільки у колах спеціалістів, які користуються спеціалізованими дуже міцними графічними станціями, а й у колах користувачів середнього класу, у т. ч. й користувачів домашніх комп’ютерів. Цьому, перш за все, сприяє розвиток спрямованих на працю з 3D графікою не тільки програмних продуктів, а й поява апаратних засобів, також спрямованих на підтримку та прискорення різноманітних 3D процесів. До цих засобів слід віднести такі, як:

4. 3D акселератори, які входять до складу майже всіх сучасних відеоадаптерів;

5. процесори з підтримкою ММХ команд;

6. спеціалізовані процесори типу RISC, Silicon Graphics;

7. процесори з підтримкою нової технології 3D NOW (розширення для набору інструкцій платформи x86, яку розробила компанія Advanced Micro Devices (AMD) та ін.

Своєрідним синтезом майже усіх типів комп’ютерної графіки став й такий тип графіки, як «Web-дизайн», який прийшов до нас разом із втіленням у повсякденне життя все більшої й більшої спільноти Інтернету. Тут присутні й елементи, які досі використовувались лише при верстці друкованих видань, і фрагменти анімації та відео, й моменти моделювання різних об’єктів.

Далі буде більш детально розглянуто різні типи комп’ютерної графіки, їх характерні риси й можливості, а також розписані особливості та призначення деяких з величезної кількості сучасних графічних редакторів, які є найбільш популярними серед спеціалістів у галузях, пов’язаних з комп’ютерною графікою.

4. Класифікація комп’ютерної графіки.

В залежності від способу формування зображень, комп'ютерну графіку можна поділити на:

1. растрову;

2. векторну;

3. фрактальну;

4. тривимірну.

За способами представлення кольорів комп'ютерна графіка поділяється на:

1. чорно-білу;

2. кольорову.

По своєму “професійному” призначенню комп’ютерну графіку та анімацію можна розділити на такі групи:

1. комп’ютерна графіка для поліграфії;

2. двовимірний комп’ютерний живопис;

3. презентаційна графіка;

4. двовимірне і тривимірне моделювання, застосоване для дизайнерських та інженерних розробок;

5. двовимірна анімація, яка використовується для створення динамічних зображень і спецєфектів у кіно;

6. тривимірна анімація, яка використовується для створення рекламних і музичних відеороликів і кінофільмів;

7. обробка відеозображень, необхідна для накладення анімаційних спецефектів для відеозапису;

8. наукова візуалізація.

Комп’ютерна графіка для поліграфії дозволяє підготувати різноманітну графічну інформацію для виходу у друк засобами поліграфії. Це стосується векторної і растрової графіки, всіляких таблиць і діаграм, а також текстової інформації, — тобто усього того, що може бути перенесене на папір, плівку і подібні носії. Цей тип графіки є, мабуть, одним з найбільш поширених видів як у різноманітності задач, які вирішуються, і засобів їхнього втілення, так і у величезній кількості направлених на виконання поліграфічних задач, і програмних, і апаратних, і всіляких прикладних засобів.

Двовимірний комп’ютерний живопис подає собою своєрідний синтез традиційного живопису і засобів комп’ютерної обробки зображень. Програмні і апаратні засоби цього типу передусім направлені на комп’ютерне втілення всіх особливостей роботи з пензликом, різноманітних видів фарб, ґрунтовок та інших традиційних художніх інструментів і матеріалів. Фахівці, що працюють у цій області (названі “комп’ютерні митці”), користуються спеціальними маніпуляторами, які дозволяють максимально імітувати роботу пензликом і крейдою і називаються “Mous-Pen” (у дослівному перекладі — миша-перо). Такий маніпулятор звичайно має форму ручки (олівця) і відслідковує не тільки переміщення руки на двовимірній площині, але і інтенсивність натиску, а інколи, і швидкість переміщення. При використанні спеціальних редакторів з підтримкою таких маніпуляторів, митець одержує можливість творити звичайними для нього прийомами та рухами, що досить згладжує розбіжності між звичайним і комп’ютерним живописом.

Презентаційна графіка призначена для створення різноманітних варіантів представницьких шоу та рекламних об’єктів. Сюди можна віднести й подання різноманітних продуктів й оформлення різноманітних програм, наприклад: заставки та оболонки до різноманітних мультімедіа продуктів, оболонок компакт-дисків, “інтерфейс-програм”, WEB-дизайн, і багато іншого. Найбільш яскравий і характерний приклад такої графіки — це заставки практично всіх комп’ютерних ігор. Також достатньо поширений тип презентаційної графіки — оформлення багатьох Web-сторінок, де використовуються різноманітні відео й аудіоефекти.

Двовимірне та тривимірне моделювання, яке використовується для дизайнерських та інженерних розробок. На скільки б не був багатий вибір інструментів програм растрової комп’ютерної графіки та анімації, більшу частину роботи по побудові зображення треба робити вручну, у тому числі промальовувати проміжні кадри в анімації. У зв’язку з цим растрові пакети можна віднести до засобів комп’ютерного живопису. А справжнє об’ємне (тривимірне) зображення легше створити за допомогою векторної графіки: її технологія дозволяє давати комп’ютеру вказівки (команди), керуючись якими він будує зображення за допомогою запрограмованих алгоритмів. Цей засіб більше схожий на креслення, при цьому частіше тривимірне. За допомогою векторної графіки об’єкти будуються з так званих “примітивів” — ліній, кіл, кривих, кубів, сфер і тому подібних. Примітив не потрібно малювати — вибравши піктограму з зображенням або назвою, наприклад сфери, ви просто задаєте її параметри (координати центру, радіус, кількість граней на поверхні і тому подібне), а комп’ютер вже креслить її сам. Складні об’єкти будуються з примітивів, на основі багатокутників (полігонів) або кривих (сплайнів), при цьому сплайнові моделі мають більш гладку форму, ніж полігональні. Після цього вибираються матеріали (текстури) та запускається процес візуалізації (Rendering).

Двовимірне і тривимірне моделювання застосовується для дизайнерських та інженерних розробок, крім цього доповнює тривимірну анімацію, поліграфічні і презентаційні пакети.

Двовимірна анімація, яка використовується для створення динамічних зображень і спецефектів у кіно.Сама назва цього типу графіки говорить саме за себе. Це те, що вже стало досить звичним навіть для тих, хто майже не має справ ані з комп’ютерами, ані з графікою. Без цього виду графіки не можливо уявити жодного дня ефіру практично жодної телевізійної програми, жодна студія мультиплікації сьогодні не може обійтися без комп’ютерної анімації, і цей перелік можна було б досить довго продовжувати. Створюється як традиційними (без використання обчислювальних засобів), так і комп’ютерними засобами, заснована на одному і тому же принципі: якщо ряд статичних зображень показати в достатньо швидкому темпі, то людське око зв’яже їх разом і прийме за безперервний рух. Для того, щоб декілька зображень об’єкту були сприйняті оком як плавний рух цього об’єкту, може вистачити швидкості 8 комп’ютерних екранів за секунду. Відмінність від традиційної целулоїдної анімації, де кожний кадр малюється вручну, у комп’ютерній анімації частину рутинної роботи бере на себе комп’ютер. Можна, наприклад, задати рух по траєкторії (програма створить відповідні проміжні кадри) або плавно змінити палітру на протязі декількох кадрів (наприклад, поступово затемнити зображення або прибрати частину кольорів). Не зважаючи на те, що поява в останній час 3D-аниімації помітно посунула двовимірну анімацію, двовимірна анімація все ще існує і продовжує розвиватися.

Тривимірна анімація, яка використовується для створення рекламних, музичних кліпів і кінофільмів. Тривимірна анімація за технологією нагадує лялькову: ви створюєте каркаси об’єктів, накладаєте на них матеріали, компонуєте все це в єдину сцену, встановлюєте освітлення і камеру, а після цього задаєте кількість кадрів у фільмі і рух предметів. Подивитися що відбувається можна за допомогою камери, яка теж може рухатися. Рух об’єктів у тривимірному просторі задається по траєкторіям, ключовим кадрам і з допомогою формул, які зв’язують рух частин складних конструкцій. Підібравши потрібний рух, освітлення і матеріали, ви запускаєте процес візуалізації. На протязі деякого часу комп’ютер прораховує всі необхідні кадри і видає вам готовий фільм.

На відзнаку від двовимірної анімації, де багато чого може бути намальоване від руки, у тривимірній анімації об’єкти занадто гладкі, їхня форма занадто правильна та рухаються вони по занадто “геометричним” траєкторіям. Щоправда, ці проблеми можна перебороти. У анімаційних пакетах покращуються засоби візуалізації, оновлюються інструменти для створення спецефектів та збільшуються бібліотеки матеріалів. Для створення “нерівних” об’єктів, наприклад волос або диму, використовується технологія формування об’єкту з безлічі частинок. Вводиться інверсна кінематика та інші техніки оживлення, виникають нові засоби суміщення відеозапису й анімаційних ефектів, що дозволяє зробити сцени і рухи більш реалістичними. Крім того, технологія відкритих систем дозволяє працювати відразу з декількома пакетами. Можна створити модель в одному пакеті, розмалювати її в іншому, оживити у третьому, доповнити відеозаписом у четвертому. І, нарешті, функції багатьох професійних пакетів можна сьогодні поширити зо допомогою додаткових фільтрів, написаних спеціально для базового пакету.

Обробка відеозображень, необхідна для накладення анімаційних спецефектів для відеозапису.Програми обробки цифрових відеозображень та створення багатоверствових композицій з використанням двовимірної та тривимірної графіки дозволяють замінити комбіновані зйомки, обробляти відзнятий матеріал засобами комп’ютерної графіки, суміщати відзнятий матеріал з комп’ютерною анімацією а виводити результати на кіно та відеоплівку.

Наукова візуалізація -цеміждисциплінарний науковий напрям, який зосереджено, в основному, на «візуалізації тривимірних явищ (архітектури, метеорології, медицини, білогії, і так далі), з наголосом на реалістичному зображені об'ємів, поверхонь, джерел освітлення, і тому подібне, можливо, з динамічною складовою (часу).Пакети для наукової візуалізації можуть бути призначені для вирішення різноманітних задач — від рішення проблем муніципального планування до візуалізації сонячних вибухів.

5. Пристрої введення інформації

Клавіатура

До пристроїв, без яких не може працювати сучасний персональний комп'ютер, належить клавіатура.

З її допомогою в комп'ютер вводиться найрізноманітніша інформація, що потрібна для розв'язування задач.

Властивості клавіатури:

· Кодування, яке використовується для ідентифікації натискання клавіші - ASCII;

· Кількість клавіш редагування текстової інформації;

· Можливість розширення кодування за рахунок додаткових клавіш.

Кнопки

Різновид функціональної клавіатури – кнопки на зондах планшетів чи на “миші”;

Служать для подачі якого-небуть визначеного впливу, пов’язаного з натисканням чи відпусканням, утримуванням кнопки (вибір команди, введення параметра);

Влаштовані аналогічно до кнопок клавіатури.

Планшети

· Пристрої для введення з безпосереднім завданням координат (локатори);

· Введення інформації здійснюється звичним способом;

· Позиції візира чи олівця задаються їх переміщенням по робочій поверхні;

· Координата визначається з частотою від 200 до 500 разів у секунду;

Професійні планшети як наприклад CINTIQ являють собою монітор на котрому можна малювати за допомогою стилуса.

Режими роботи планшетів:

· Крапковий – генерується координата при натисканні;

· Безперервний – послідовність координат генерується безупинно при перебуванні зонда в робочій поверхні планшета;

· Безперервний з переключеннями - генерується безупинна послідовність координат при натисканні кнопки зонда;

· Приросту – формується додавання графічної інформації до останньої виданої позиції.

“Миша” - пристрій, за допомогою якого можна керувати місцезнаходженням курсору на екрані дисплея і вибирати об’єкти для подальшої роботи, пристрій, що видає збільшення координат при переміщенні по робочій поверхні.

Схема будови комп'ютерної механічної, дротової миші:
1. Вектор обертання шарика миші
2. Обертання по осям X и Y у відповідності із рухом шарика
3. Обертання диска у відповідності із обертанням осей
4. Інфрачервоні світлодіоди просвічують через отвори в дисках
5. Датчики заміряють швидкість обертання шляхом замірів світлових імпульсів.

Трекбол – це пристрій, вмонтований у переносний комп’ютер і призначений для маніпулювання «курсором»; вважається аналогом миші для переносних комп'ютерів (laptop), але вважається складнішим пристроєм.

Активний елемент - слідкуюча кулька (track ball), що обертається у довільному напрямку за допомогою пальцю.

Тачпад – це touchpad — «дотиковий майданчик», або сенсорна панель, — вказівний пристрій введення, що застосовують, частіше за все, в laptop-ах;

Як і інші вказівні пристрої, тачпад зазвичай використовується для керування курсором через переміщення пальця по поверхні пристрою;

Тачпади мають різні розміри, але зазвичай їх площа не перевищує 50 см².

Джойстик – цепристрій-рукоятка управління в комп'ютерних іграх: важіль на підставці, який можна відхиляти у двох площинах. На важелі можуть бути різного роду гашетки і перемикачі.

Застосовується для динамічного позиціонування та для статичного, хоча неточного, позиціонування.

Конструкція джойстика:
1 Рукоядка

2 Підстава

3 Кнопка «Вогонь» (гашетка)

4 Додаткові кнопки

5 Перемикач автоматичного вогню 6 Газ/тяга

7 Мініджойстик

8 Присоски (кріплення)

Растровий сканер

Використовуються для растрового введення зображень з подальшою їх обробкою і/або документуванням, що відбувається за допомогою програмного забезпечення розпізнавання образів;

Найпростіші – ручні сканери з шириною сканування 120 мм;

Точні сканери – стаціонарні (роздільна здатність від 300´300 до 2400´2400 dpi), що поділяються:

· Оригінал переміщується відносно нерухомої лінійки фотоприймачів (барабанні сканери та з поаркушевою подачею);

· Лінійка фотоприймачів переміщується відносно оригіналу (планшетні сканери);

· Зображення нерухомого оригіналу проектується на матрицю фотоприймачів (проекційні сканери).

проекційні сканери

ручні сканери

барабанні сканери