Реферат на тему:

Растрова, векторна і фрактальна графіка. Історія анімації

Растрова, векторна і фрактальна графіка

Під терміном “графіка” звичайно розуміють результат візуального подання
реального або уявного об’єкта, отриманий традиційними методами –
малюванням або друкуванням. Комп’ютерна графіка включає методи і засоби
створення і обробки зображень за допомогою програмно-апаратних
комплексів і охвачує всі види і форми подання зображень, доступних для
сприйняття людиною на екрані монітору або в вигляді копії на певному
носії.

В практиці комп’ютерної графіки виконання роботи по створенню,
редагуванню та обробці зображень часто відокремлено від її графічного
подання. Зображенням тут вважається об’єкт, відтворений пристроєм
виводу, коли графічні дані візуалізуються.

В залежності від способу опису та формування зображення розрізняють
растрову, векторну та фрактальну графіку.

Історично термін “растр” вказував на те, що пристрій при відтворенні
зображення використовує набори пікселів (точок), організовані в вигляді
послідовностей рядків розгортки. Растрові дані являють собою набори
числових значень, які визначають кольори окремих пікселів, впорядкованих
таким чином, щоб їх легко було відобразити на растрових пристроях.

Базовим елементом растрової графіки є піксель. Логічні пікселі подібні
до математичних точок: вони мають місцеположення, але не займають
фізичного простору. Фізичні пікселі – це реальні точки, що
відображаються пристроєм виводу. Вони є найменшими фізичними елементами
поверхні відображення і займають її певну площу. В зв’язку з цим на
відстань між двома сусідніми пікселями вводяться обмеження. Якщо задати
пристрою відображення надто високу роздільну здатність (кількість
пікселів на одиницю довжини зображення), то якість зображення знизиться
із-за накладення або злиття сусідніх пікселів. При надто низькій
роздільній здатності пікселі можуть бути розкидані по всій площі
пристрою відображення. Таким чином, при відображенні значень логічних
пікселів із растрових даних в фізичні пікселі повинні враховуватись
реальні розміри і розміщення фізичних пікселів.

Розрізняють роздільну здатність оригіналу, екранного та друкованого
зображення. Роздільна здатність оригіналу вимірюється в точках на дюйм
(dpi) і залежить від вимог до якості зображення, розміру файла, способу
оцифровування або методу створення початкової ілюстрації, вибраного
формату файла. Підвищення вимог до якості зображення вимагає вищої
роздільної здатності оригіналу. Для екранної копії достатньо роздільної
здатності 72 dpi, для роздруковування на кольоровому принтері – 150-200
dpi, для виведення на фотоекспонуючий пристрій – 200-300 dpi.

Розмір точки растрового зображення залежить від методу і пара–метрів
растрування оригіналу, коли на оригінал як би накладається сітка ліній,
комірки якої утворюють елемент растра. Частота сітки растра вимірюється
кількістю ліній на дюйм і називається лініатурою (lpi). Розмір точки
растра розраховується для кожного елементу і залежить від інтенсивності
тону в комірці. Для вищої інтенсивності щільніше заповнюється елемент
растра. При раструванні з амплітудною модуляцією ілюзія більш темного
тону створюється за рахунок збільшення розмірів точок при однаковій
відстані між центрами елементів растра. При раструванні з частотною
модуляцією інтенсивність тону регулюється зміною відстані між сусідніми
точками однакового (найменшого) розміру. Інтенсивність тону прийнято
розділяти на 256 рівнів. Для її відтворення достатньо мати розмір
комірки растра 16?16 точок.

Растрова графіка використовується в випадках, коли потрібна висока
точність в передачі кольорів і напівтонів. Однак при цьому розміри
файлів суттєво збільшуються з ростом роздільної здатності (одиниці,
десятки і сотні Мбайт). До недоліків растрової графіки, окрім великих
розмірів файлів, слід віднести пікселізацію зображень при їх збільшенні
та деформацію при зменшенні.

В векторній графіці базовим елементом зображення є лінія, яка
описується математично як єдиний об’єкт, тому обсяг даних для
відображення об’єкта засобами векторної графіки суттєво менший, ніж в
растровій графіці. Лінія характеризується формою, товщиною, кольором,
типом (суцільна, пунктирна і т.п.). Замкнуті лінії мають властивість
заповнення простору, що ними охвачується, іншими об’єктами або кольором.
Найпростіша незамкнута лінія обмежена двома точками, які називаються
вузлами, котрі мають властивості, що впливають на форму кінця лінії і
характер сполучення з іншими об’єктами. Всі інші об’єкти векторної
графіки складаються з ліній. Найпростішими лініями є пряма
(нескінченна), відрізок прямої, криві другого порядку (не мають точок
згину – параболи, гіперболи, еліпси, кола), криві третього порядку
(можуть мати точки згину), криві Безьє (основані на використанні пари
дотичних, проведених до відрізка лінії в її кінцях, кути нахилу і
довжина яких впливають на форму лінії).

Векторна графіка зручна для зберіганні і обробки зображень, що
складаються з ліній, або можуть бути розкладені на прості геометричні
об’єкти. Векторні дані легко масштабувати та виконувати над ними інші
перетворення (наприклад, повертання зображення, додавання, видалення або
зміну окремих елементів зображення). Поряд з цим векторні файли важко
застосувати для зберігання складних фотореалістичних зображень. Векторні
дані краще відображаються на векторних пристроях виводу (плотерах,
дисплеях з довільним скануванням). Ефективно векторну графіку можна
відобразити тільки на растрових дисплеях з високою роздільною здатністю.
Візуалізація векторних даних може вимагати значно більше часу, ніж
візуалізація растрових даних рівної складності.

Фрактальна графіка, як і векторна, основана на математичних обчисленнях.
ЇЇ базовим елементом є математична формула, виключно на основі якої
будується зображення. Таким способом будують як найпростіші регулярні
структури, так і складні ілюстрації, що імітують природні ландшафти і
тривимірні об’єкти.

Історія анімації

Анімацією прийнято називати відтворення руху шляхом відображення
послідовності малюнків кадрів з частотою, при якій забезпечується
цілісне зорове сприйняття образів (як правило, для плавного відтворення
анімації необхідна швидкість, що забезпечує зміну частоти кадрів не
менше 10 кадрів у секунду). Для комп’ютерної анімації частота зміни
кадрів за секунду екранного часу складає 10-16, для кінематографа – 24,
для системи PAL чи SECAM телемовлення – 25, для системи NTSC
телемовлення – 30. Більша кількість кадрів дозволяє домогтися плавних
рухів персонажів і появи об’єктів у зображенні в різні моменти часу. При
недостатній кількості кадрів стають помітні розходження в послідовних
зображеннях об’єктів, що приводить до їх різких переміщень. У
традиційній анімації число кадрів прямо залежало від тривалості анімації
в секундах. У комп’ютерній анімації на перший план виходить розмір
файлу, у якому зберігаються зображення. Тому при створенні комп’ютерної
анімації намагаються знайти компроміс між якістю анімації і розміром
файлу, що і визначає загальну кількість кадрів анімації.

Різниця між анімацією і відео полягає в тому, що відео використовує
безупинний рух і розбиває його на множину дискретних кадрів, а анімація
використовує множину незалежних малюнків або графічних файлів, що
виводяться в певній послідовності для створення ілюзії безупинного руху.

Процес створення анімації дуже простий. Фактично він будується на
повторенні таких етапів:

— розміщення об’єктів в заданих точках екрану;

— відображення об’єктів протягом визначеного проміжку часу;

— знищення об’єктів.

Комп’ютерна анімація відтворюється за допомогою комп’ютера на екрані
комп’ютерного монітора або за допомогою відеомагнітофона на
відеомоніторі при попередньому перетворенні за допомогою спеціальних
апаратних засобів у відеоформат. Вона є одним з головних елементів
мультимедійних проектів і презентацій. Для створення комп’ютерної
анімації існує багато різноманітних програмних продуктів.

Протягом усього свого існування люди намагалися відобразити відчуття
руху у своєму мистецтві, що підтверджується наскельними зображеннями та
розписами різних часів і народів (найбільш поширена спроба позначити рух
— малюнки тварин, де кількість ніг перевищує справжню, наприклад,
малюнок кабана з вісьмома ногами, виявлений у печерах Альтаміра у
Північній Іспанії, зображення давньогрецьких колісниць і т. п.).

Дійсна анімація не може бути зроблена без розуміння фундаментального
принципу роботи людського зору — інертності зорового сприйняття. Вперше
цей принцип був продемонстрований у 1828 році французом Паулем Рогетом.
З одного боку диску був зображений птах, а з іншого — порожня клітка.
Коли диск обертався, птах з’являвся в клітці.

Розробка фотокамери і проектора Томасом Едісоном та іншими забезпечило
перший реальний практичний спосіб створення анімації. Стюарт Блактон у
1906 році створив короткий фільм “Забавні вирази веселих облич”. Він
малював обличчя на дошці, фотографував його і стирав, щоб намалювати
наступний вираз обличчя.

Уолт Дісней (1901-1966), американський режисер, художник, продюсер
(дійсне ім’я — Уолтер Элайос) у 1923 році випускає серію “Аліса в країні
мультиплікації”. У 1928 році випускає звуковий мультфільм “Пароплавик
Віллі”, де вперше з’являється Міккі Маус. Продовжуючи серію стрічок про
мишеня Міккі, Дісней починає роботу над новим циклом “Забавні симфонії”.
Один з персонажів — каченя Дональд завойовує ще більшу любов публіки,
ніж Міккі Маус. Будучи чудовим художником, Дісней сам знаходить теми і
сюжети, пропонує зовнішній вигляд персонажів, придумує оригінальні і
смішні трюки, навколо яких і будується дія. Для створення своїх фільмів
Дісней використовує 12 основних принципів анімації.

Перші експерименти з анімацією в Японії почалися ще в 1913 році, а перші
анімаційні фільми з’явилися в 1917 році. Це були маленькі фільми
довжиною від однієї до п’яти хвилин, і робилися вони художниками, які
пробували відтворювати ранні досвіди американських і європейських
мультиплікаторів. Найпершим японським анімаційним фільмом вважається
“Новий альбом нарисів” Симокави Декотена.

Історія комп’ютерної анімації тісно пов’язана з появою і розвитком
спеціалізованих графічних програмних пакетів.

Першим кроком в технології візуальних ефектів була, вірогідно, придумана
в 1961 році Іваном Сазерлендом система Sketchpad, яка започаткувала еру
комп’ютерної графіки [14]. В цій системі за допомогою світлового пера
користувачі могли створювати малюнки безпосередньо на екрані монітору. В
1967 році Сазерленд разом з Девідом Евансом розпочали роботу по
створенню навчального курсу комп’ютерної графіки. Зріс інтерес до цієї
галузі. В університеті штату Юта (США), де були започатковані такі
дослідження, в цей час працювали: Джим Кларк – засновник компанії
Silicon Graphics Inc., Ед Кетмул – один з піонерів в галузі створення
фільмів за допомогою комп’ютера, Джон Вернок – засновник компанії Adobe
Systems і розробник таких відомих продуктів, як Photoshop і Postscript.

Спочатку об’ємне зображення об’єктів формували на основі набору
геометричних фігур (найчастіше трикутників). При цьому геометричні
фігури мали однотонну заливку, а об’єкти переднього плану закривали ті,
що розміщені на задньому плані. В 1971 році Генрі Гуро запропонував
зафарбовувати трикутники з лінійною зміною інтенсивностей між їх
вершинами. Це дозволило отримати більш плавну зміну інтенсивностей
вздовж поверхні об’єктів. В 1974 році Ед Кетмул запропонував концепцію
Z-буфера, що прискорило процес видалення схованих граней. Іншим
винаходом Кетмула є накладання текстури на поверхню тривимірних
об’єктів, що забезпечує реалістичність цих об’єктів. Ву Тонг Фонг
запропонував інтерполювати відтінки всієї поверхні полігону, що
забезпе-чує кращу згладжуваність, хоча і вимагає значно більших
обчислень. Джеймс Блінн в 1976 році скомбінував розфарбовування за
Фонгом і накладання текстури на поверхню об’єктів. В 1980 році Тернер
Уіттед запропонував нову техніку візуалізації (трасування), яка полягає
в відслідковуванні шляхів проходження світлових променів від джерела
світла до об’єктива камери з врахуванням їх відбиття від об’єктів сцени.
В 1986 році фірма AT&T впустила перший пакет для роботи з анімацією на
персональних комп’ютерах (TOPAS), який коштував 10000 доларів і працював
на комп’ютерах з процесором Intel286 і операційною системою DOS. В 1990
році фірма AutoDesk розпочала продажу продукту 3D Studio. В 1997 році
компанія Macromedia придбала у компанії FutureWare невелику графічну
програму для Web, з якої була започаткована нині широко відома програма
комп’ютерної анімації Macromedia Flash. В 1998 році розпочався випуск
додатку Maya, що коштував від 15000 до 30000 доларів.

Список використаної літератури:

1. Інформатика: Комп’ютерна техніка. Комп’ютерні технології. Посібник/
За ред. О.І.Пушкаря – К.: Видавничий центр «Академія», 2001.– 696 с.

2. Білан С.М., Коваль Д.М. Засоби машинної графіки. Навчальний посібник.
– Вінниця, ВДТУ, 2000 р.

3. Информатика. Базовый курс/ Симонович С.В. и др.– СПб: Питер, 2001.–
640 с.

4. Д. Мюррей, У. ван Райпер. Энциклопедия форматов графических файлов:
пер. с англ.. – К.: Издательская группа BHV, 1997. – 672 с.

5. Кузнецов И. Анимация для интернета: краткий курс. СПб: Питер, 2001.–
288 с.

6. Flash 5. Библия пользователя/Рейнхардт Р., Ленц Д. – СПб: Диалектика,
2001.– 1200 с.

7. Лит Г., Финкельштейн Э. Flash 5 для “чайников”.: Пер. с англ.: М.:
Издательский дом «Вильямс», 2001.– 320 с.

8. Рейнхардт Р., Лотт Д. Macromedia Flash MX ActionScript. Библия
пользователя. : Пер. с англ.– М.: Издательский дом “Вильямс”, 2003. –
1280 с.

9. Мук К. ActionScript. Подробное руководство.– Пер. с англ. – СПб:
Символ–Плюс, 2002.– 792 с.

Похожие записи