Автор работы: Пользователь скрыл имя, 18 Января 2012 в 11:32, курсовая работа
Под термином графика обычно понимается визуальное (то есть воспринимаемое зрением) представление каких-либо реальных или воображаемых объектов. Графика рассматривается как язык визуальной культуры и грамотности человека, как язык проектирования (дизайна), как язык техники и технологии, как самое простое и естественное для человека средство осмысления и познания окружающего его мира и как язык профессионального (технического и художественно-технического) и непрофессионального общения между людьми.
Основное ограничение формата GIF состоит в том, что цветное изображение может быть записано только в режиме 256 цветов.
Строго говоря, JPEG'ом называется не формат, а алгоритм сжатия, основанный не на поиске одинаковых элементов, как в RLE и LZW, а на разнице между пикселями. Кодирование данных происходит в несколько этапов. Сначала графические данные конвертируются в цветовое пространство типа LAB, затем отбрасывается половина или три четверти информации о цвете (в зависимости от реализации алгоритма). Далее анализируются блоки 8х8 пикселов. Для каждого блока формируется набор чисел. Первые несколько чисел представляют цвет блока в целом, в то время, как последующие числа отражают тонкие детали. Спектр деталей базируется на зрительном восприятии человека, поэтому крупные детали более заметны.
На следующем этапе, в зависимости от выбранного уровня качества, отбрасывается определенная часть чисел, представляющих тонкие детали. На последнем этапе используется кодирование методом Хаффмана для более эффективного сжатия конечных данных. Восстановление данных происходит в обратном порядке.
Таким образом, чем выше уровень компрессии, тем больше данных отбрасывается, тем ниже качество. Используя JPEG можно получить файл в 1 500 раз меньше, чем ВМР. Формат аппаратно независим, полностью поддерживается на РС и Macintosh, однако он относительно нов и не понимается старыми программами (до 1995 года). JPEG не поддерживает индексированные палитры цветов.
JPEG'ом лучше сжимаются растровые картинки фотографического качества, чем логотипы или схемы - в них больше полутоновых переходов, среди однотонных заливок же появляются нежелательные помехи. Лучше сжимаются и с меньшими потерями большие изображения для web или с высокой печатной резолюцией (200-300 и более dpi), чем с низкой (72-150 dpi), т.к. в каждом квадрате 8х8 пикселов переходы получаются более мягкие, за счет того, что их (квадратов) в таких файлах больше. Нежелательно сохранять с JPEG-сжатием любые изображения, где важны все нюансы цветопередачи (репродукции), так как во время сжатия происходит отбрасывание цветовой информации. В JPEG'е следует сохранять только конечный вариант работы, потому что каждое пересохранение приводит потерям (отбрасыванию) данных и превращении исходного изображения в «кашу».
PNG - разработанный относительно недавно формат для Сети, призванный заменить собой устаревший GIF. Использует сжатие без потерь Deflate, сходное с LZW. Сжатые индексированные файлы PNG, как правило, меньше аналогичных GIF'ов, RGB PNG меньше соответствующего файла в формате TIFF.
Глубина цвета файлах PNG может быть любой, вплоть до 48 бит. Используется двумерный interlacing (не только строк, но и столбцов), который, так же, как и в GIF'е, слегка увеличивает размер файла. В отличие от однозначной прозрачности в GIF'e PNG поддерживает также полупрозрачные пиксели (то есть в диапазоне прозрачности от 0 до 99%) за счет Альфа-канала с 256 градациями серого.
В файл формата PNG записывается информация о гамма-коррекции. Гамма представляет собой некое число, характеризующее зависимость яркости свечения экрана вашего монитора от напряжения на электродах кинескопа. Это число, считанное из файла, позволяет ввести поправку яркости при отображении. Нужно оно для того, чтобы картинка, созданная на Мас'е, выглядела одинаково и на РС и на Silicon Graphics. Таким образом, эта особенность помогает реализации основной идеи WWW - одинакового отображения информации независимо от аппаратуры пользователя.
PDF первоначально проектировался как компактный формат электронной документации. Поэтому все данные в нем могут сжиматься, причем к разного типа информации применяются разные, наиболее подходящие для них типы сжатия: JPEG, RLE, CCITT, ZIP. Формат позволяет расставлять гиперссылки, заполняемые поля, включать в файл PDF видео, звук и другие действия.
Файл PDF может быть оптимизирован. Из него удаляются повторяющиеся элементы, устанавливается постраничный порядок загрузки страниц через web, с приоритетом сначала для текста, потом графика, наконец шрифты.
Все больше PDF используется для передачи по сетям в компактном виде графики и верстки. Он может сохранять всю информацию для выводного устройства, которая была в исходном PostScript-файле.
Формат DXF активно применяется фирмой AutoDESC в пакете AutoCAD и является стандартом обмена векторной графикой; DXF-файл является текстовым, поддерживает определения сложных объектов, вложенность блоков и др. Текстовый формат этих файлов способствовал их широкому распространению, так как (относительно) несложно разрабатывать пользовательские программы для считывания, анализа и создания DXF-файлов. Специально для применения в сети Internet фирма AutoDESC разработала формат DWF (Drawing WEB File).
Формат WMF (Windows Metafiles Format) поддерживает векторную графику и позиционируется как средство поддержания объектов галереи кадров (Microsoft Clip Gallery).
Знание файловых форматов и их возможностей является одним из ключевых факторов в компьютерной графике. Выше был приведен основной и далеко не весь список форматов изображений, каждый, из утвердившихся сегодня форматов, прошел естественный отбор, доказал свою жизнеспособность и нужность. Все они имеют свои характерные особенности и возможности, делающие их незаменимыми в работе.
За вывод графической информации на дисплей в ПК отвечает специальный набор микросхем, обычно помещаемый на отдельную плату, которая называется видеоплатой или видеокартой. Основной задачей является преобразование образа экрана, находящегося в памяти, т.н. кадрового буфера (frame buffer), в набор сигналов, понятных дисплею. Для подключения дисплеев к компьютерам используются стандарты, устанавливающие логические и физические параметры соединения. В настоящее время два самых распространенных из них - это аналоговый VGA и цифровой DVI. Первый используется для подключения как аналоговых по сути дисплеев на ЭЛТ, так и цифровых ЖК-дисплеев (аналого-цифровое преобразование в этом случае происходит в самом дисплее), второй - исключительно для ЖК-дисплеев.
растровый векторный графика
На видеокарте присутствует видеопамять, характерной особенностью которой является то, что она двухпортовая - подсоединена как к шине, по которой передаются данные от центрального процессора, так и к микросхеме, отвечающей за вывод на дисплей, и они могут одновременно обращаться к ней. В дешевых устройствах в качестве видеопамяти используется часть основной памяти, что значительно замедляет обработку данных на видеокарте. Объем памяти должен быть достаточным для хранения данных кадрового буфера, а желательно еще и вторичного буфера (back buffer), если используется технология двойной буферизации. Дело в том, что если менять значения пикселей прямо в момент вывода их на экран, то при высокой частоте обновления могут возникать артефакты, связанные с тем, что на экран выводится еще не отрисованное до конца изображение. Чтобы этого избежать, при двойной буферизации во время вывода изображения из области видеопамяти, которая назначена кадровым буфером (называемым в этом случае также первичным буфером (front buffer)), изображение следующего кадра строится во вторичном буфере, а при показе следующего кадра эти области памяти меняются ролями. Эта технология используется для показа динамичных изображений, таких как игры. Дополнительная видеопамять также ускоряет обработку графики, позволяя держать дополнительные графические элементы, которые отображаются в кадровом буфере с помощью блиттинга.
Доступ к видеопамяти со стороны процессора может быть организован двояко - либо видеопамять, как часть адресов, включается в адресное пространство процессора, либо для копирования данных между основной и видеопамятью контроллеру на видеокарте посылается специальная команда и копирование происходит с помощью DMA (Direct Memory Access - микросхема, позволяющая осуществлять передачу данных в/из оперативной памяти периферийным устройствам без участия центрального процессора).
Микросхема, отвечающая за вывод на дисплей, постоянно сканирует видеопамять, преобразует ее в форму, соответствующую интерфейсу дисплея, и формирует выходной сигнал, передаваемый по кабелю на дисплей. Если видеоплата оснащена аналоговым выходом, то в нее должен быть встроен цифро-аналоговый преобразователь (RAMDAC - Random Access Memory Digital to Analog Converter). Так как информация о пикселях передается последовательно, то RAMDAC должен обладать достаточно высокой тактовой частотой, чтобы позволять выводить изображения высокого разрешения с достаточной частотой обновления. Например, изображение 1600×1200 для вывода с частотой 75 Гц требует частоты RAMDAC равной 1600×1200×75 = 144 МГц. Частота работы RAMDAC является важной характеристикой видеокарты.
Также на видеоплате содержится графический процессор, способный быстро выполнять основные операции по работе с изображениями в видеопамяти, которые могут быть разделены на несколько классов.
Работа с прямоугольными блоками. Эта микросхема называется блиттер, потому что основная операция которую она производит - это BitBlt (Bit Block Transfer), то есть копирование прямоугольного блока изображения в другое изображение с возможным применением побитовых логических операций (И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ). Это часто используемая операция для помещения объектов произвольной формы, т.н. спрайтов, на изображение. Также видеокарта может поддерживать операцию StretchBlt, - это то же самое, что и BitBlt, но с растяжением по осям.
Растеризация примитивов позволяет производить растеризацию простейших объектов, таких как отрезки, окружности, эллипсы, прямоугольники, многоугольники. Также может поддерживаться заливка одноцветных зон другим цветом или по шаблону. При этом может использоваться и аппаратный антиалиасинг. К этой группе также можно отнести аппаратную поддержку отрисовки курсора.
Поддержка вывода символов. Этот блок отвечает за вывод символов на экран определенным шрифтом. Иногда шрифт можно варьировать или загружать из основной памяти свой. Данный блок активно используется, когда видеокарта находится в текстовом режиме, когда дисплей логически делится на определенное количество прямоугольных ячеек, чаще всего 80×25, в каждую из которых может быть помещен один символ из ограниченного поднабора ASCII. Вид каждого из этих символов определяется в специальной таблице видеокарты, которая может быть изменена. В настоящее время этот режим используется при загрузке ПК, а также при работе в режиме терминала (чаще используется в ОС Linux).
Аппаратное ускорение видео и фильтрация изображения. Кодирование и декодирование видео - очень ресурсоемкая операция, связанная с обработкой больших объемов данных. Некоторые видеокарты способны аппаратно декодировать видеопоток, т.е. последовательность сжатых видеоданных, которая соответствует определенному формату. Чаще всего это стандарт MPEG-2, которым закодированы фильмы на DVD. В современных видеокартах также начинает появляться поддержка Телевидения высокой четкости (HDTV - High Definition Television). Также возможно и аппаратное масштабирование видео. Аппаратное отображение видео в части экрана носит название оверлея (overlay).
Некоторые видеокарты также могут аппаратно производить фильтрацию изображений, а также осуществлять гамма-коррекцию.
Монитор получает сигнал от видеокарты и передает его на электронно лучевую пушку, которая формирует луч, передающий совокупность сигналов: красный, зеленый, синий (RGB) на переднюю панель трубки.
Луч направляется отклоняющей системой проходит через отверстия в теневой маске, теневая маска направляет луч на флуоресцирующий материал; соударение луча с фосфоресцирующим экраном и вызывает свечение, видимое глазу.
Кроме точечной маски, применяются также полосовые маски и апертурные решетки. Апертурная решетка обеспечивает повышенную четкость изображения благодаря технологии, в соответствии с которой (для горизонтальной изоляции пикселов) используются тонкие вертикальные проволочки. В частности, апертурная решетка используется в мониторах Sony Trinitron.
Наиболее существенное различие между теневой маской и апертурной решеткой состоит в заметном увеличении яркости при использовании последней. Это происходит потому, что на красный, зеленый или голубой люминофор через вертикальные полосы апертурной решетки попадает луч большей интенсивности, так как решетка ограничивает лучи только по горизонтали. При этом нельзя однозначно утверждать, что технология, использующая апертурную решетку, лучше - поскольку ответ на этот вопрос зависит от того, требуют ли приложения, более четкой картинки или более насыщенных цветов. Дело в том, что использование апертурной решетки позволяет получить пиксели большего размера и меньшее общее разрешение, но яркость в целом увеличивается, а при использовании решетки с теневой маской пиксели получаются меньшего размера, разрешение больше, но при этом снижается яркость. В любом случае качество маски определяется тем, насколько тесно на ней расположены отверстия или щели, и измеряется так называемым шагом (dot pitch) теневой маски и шагом апертурной решетки.
Информация о работе Способы представления графической информации