Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Информационные модели изображений.
Пиксельная модель ориентируется на описание с помощью структур данных собственно изображения, а не отдельных объектов реального или виртуального мира. В пиксельной модели изображение рассматривается как растр — регулярная сетка, покрывающая собой всю плоскость изображения. Регулярность растра означает, что все его ячейки имеют одинаковые форму и размеры.
Ячейки растра могут быть треугольными, шестиугольными и даже неправильной формы (важно только, чтобы они без зазоров покрывали собой плоскость), на практике работают только с прямоугольными растрами. В большинстве случаев форма ячейки представляет собой частный случай прямоугольника — квадрат. Часть изображения, размещенная в пределах одной ячейки растра, называется пикселом (от английских picture (картина) и element (элемент)). Довольно часто пиксел называют точкой. простейшем варианте точечная модель представляет собой последовательность описаний всех пикселов изображения — дескрипторов. Обычно дескрипторы располагаются в памяти компьютера, имеющей линейную структуру, в порядке следования пикселов по строкам (как в телевизионном изображении) или столбцам растра. В зависимости от степени детальности описания пиксела в памяти компьютера каждому дескриптору отводится то или иное место. В свою очередь, различные пикселы изображения отличаются друг от друга только цветом, содержание дескриптора и его размеры целиком определяются способом представления информации о цвете, принятом в используемой информационной модели.
|
Достоинства пиксельной модели: |
|
|
* простота оцифровки (сканирования или фотосъемки с возможным последующим сканированием отпечатка (слайда)).
|
Недостатки пиксельной модели
* жестко фиксированное количество пикселов в растре. При увеличении размеров изображения приходится увеличивать размеры каждого из пикселов. При достаточно большом увеличении исчезает эффект смыкания и изображение превращается в скопление пятен (мозаику).
Для частичного преодоления существенных недостатков пиксельной модели в ее состав вводятся дополнительные структурные элементы, такие как слои и альфа-каналы. Кроме того, в качестве дополнительных структурных элементов расширенной точечной модели часто используются объекты векторной графики (например, контуры и векторные тексты).
Векторная модель
В отличие от пиксельной модели, в векторной модели структуры данных соответствуют не пикселам, а более крупным и семантически нагруженным объектам изображения или виртуального мира. Cтруктуры данных векторной модели изображения соответствуют разомкнутым линиям или замкнутым контурам, из которых составляется изображение. Каждая такая структура соответствует независимому объекту. Кроме имени, которое можно сопоставить векторному графическому объекту, и типа объекта, который определяет его «устройство», у каждого объекта имеется несколько атрибутов — параметров, задающих его геометрические и цветовые характеристики. Любой из объектов векторного изображения можно преобразовывать (перемещать, масштабировать, изменять значения атрибутов) как совместно с другими объектами, так и независимо от них.
Для сопоставления цвета объектам векторной модели используются те же модели представления цвета, что и для пиксельной модели.
|
Достоинства векторной модели: |
Недостатки векторной модели: |
|
* Для размещения векторной модели изображения в памяти компьютера и в файле не требуется много места, поскольку хранятся сведения не о каждом пикселе изображения, а лишь о типах и значениях аргументов объектов. Компьютер работает с этой компактной моделью, выполняя преобразование в пиксельное изображение только перед выводом на экран монитора или на печать. Цветовые характеристики изображения практически не оказывают влияния на размеры его векторной модели.
|
* Включение в состав векторной модели множества типов объектов затрудняет изучение ее устройства — на освоение приемов работы с программой векторной компьютерной графики требуется несколько больше времени, чем на освоение программы точечной графики
Процесс эволюции программ векторной графики наиболее быстро движется именно в направлении повышения реалистичности векторных изображений, и новые объекты векторной модели (сетчатые заливки, тени, градиентная прозрачность) в значительной степени расширяют изобразительные возможности векторной графики. |
В современных графических программах четко прослеживается тенденция к совместному использованию векторной и пиксельной моделей. Практически все современные программы для работы с векторной графикой позволяют не только вводить в состав векторной модели объекты, соответствующие импортированным пиксельным изображениям, но и предусматривают довольно обширные наборы инструментов для редактирования таких изображений.
Модель трехмерной графики
Сетчатая модель (полигональная)
Сетчатая модель предназначена для представления в памяти компьютера не изображения, а трехмерных геометрических объектов, при проецировании которых на ту или иную картинную плоскость это изображение можно получить автоматически. В рамках сетчатой модели трехмерные объекты представляются в виде пустотелых, не имеющих физической толщины оболочек, составленных из многоугольных (в предельном случае — треугольных) плоских граней.
Если два или более треугольника сетки лежат в одной плоскости, они образуют многоугольник, или полигон. Последний термин дал другое название сетчатой модели трехмерных объектов —полигональная модель. У каждой треугольной грани имеются три вершины и три ребра, соединяющие эти вершины. В качестве физической аналогии сетчатой модели можно представить себе каркас, образованный сваркой концов прямолинейных отрезков проволоки.
Таким образом, основными структурными единицами сетчатой модели являются вершины, ребра, треугольные грани и полигоны. В простейшем варианте сетчатая модель представляет собой совокупность дескрипторов, содержащих значения пространственных координат вершин каждой из граней всех оболочек, моделирующих предметы, входящие в сцену. Граням сетчатой модели могут сопоставляться дополнительные параметры, управляющие, например, цветом. При этом используются стандартные цветовые модели, единые для всех систем компьютерной графики.
В силу фундаментальных свойств трехмерного пространства любую трехмерную поверхность можно с любой наперед заданной точностью представить сеткой, составленной из треугольных граней, поэтому сетчатая модель универсальна. В виде сетки можно представить сколь угодно сложные объекты. Но чтобы точность аппроксимации сложной поверхности была достаточно высокой, может потребоваться огромное число граней. Программы трехмерного моделирования предоставляют множество инструментов и приемов, позволяющих автоматизировать разбиение поверхностей моделируемых объектов на грани.
Для построения изображения моделируемой сцены или ее части по сетчатой модели выполняется операция рендеринга (или визуализации). В геометрическом плане она сводится к проецированию граней сетчатой модели на заданную картинную плоскость с удалением невидимых граней (заслоненных другими гранями). Поскольку операция рендеринга не оказывает влияния на сетчатую модель, а параметры проецирования задаются отдельно, однажды построенная модель сцены может использоваться для создания изображений сцены во множестве ракурсов
|
Достоинства сетчатой модели: |
Недостатки сетчатой модели: |
|
*
|
*
|
Объектно-ориентированное графическое моделирование.
Большинство программных средств компьютерной графики для работы с векторными изображениями представляют собой интегрированные объектно-ориентированные программные пакеты. Интегрированность программного пакета означает, что он включает в себя несколько программных средств с единым интерфейсом пользователя, в совокупности позволяющих решать множество задач, возникающих при работе с векторной графикой. Входящие в пакет средства позволяют легко обмениваться данными и последовательно выполнять различные операции над ними, поскольку используют одну и ту же информационную модель изображения. Таким образом, возможности программных средств интегрируются в целое, представляющее собой нечто большее, чем простая сумма компонентов. Примеры таких интегрированных пакетов для работы с векторной графикой – CorelDRAW X3 и Adobe Illustrator CS2.
Объектная ориентированность программных средств состоит в том, что информационная модель векторного изображения, с которой они работают (см. разд. 1.2.1), разработана на основе последовательного применения приемов объектно-ориентированного анализа предметной области. Эта модель представляет собой сбалансированную иерархическую систему классов графических объектов и совокупность методов, с помощью которых можно создавать, удалять и модифицировать экземпляры этих объектов.
Классом графических объектов называется совокупность объектов, обладающих свойством структурной идентичности, одинаковым списком атрибутов и набором методов работы с ними, а также ее формальное описание, состоящее из описания всех атрибутов и методов класса. Так, классом объектов будут, например, прямоугольники. Их структурная идентичность очевидна – у каждого прямоугольника имеются по четыре стороны и по четыре угла. Прямоугольники могут быть разной высоты и ширины, но у каждого из них есть высота и ширина – общий для всех объектов класса список атрибутов (см. разд. 2.1.2). Методы работы также будут общими для всех прямоугольников. Прямоугольник можно создать, удалить, развернуть, растянуть, сжать, перекосить, можно закруглить ему углы. Эти операции представляют собой методы класса прямоугольников
Примечание
Иногда термином "класс объектов" обозначают только совокупность объектов, являющихся экземплярами этого класса. В этом случае приходится говорить об отдельном описании класса, которое определяет совокупность его атрибутов и методы этого класса.
На рис. 2.1.1 в качестве примера показаны верхние уровни дерева классов графических объектов CorelDRAW X3.
Рис. 2.1.1. Верхние уровни иерархии объектов графического документа
Объектная ориентированность векторной информационной модели позволяет работать с ней достаточно гибко, выбирая для решения поставленной в графическом проекте задачи наиболее оптимальный в смысле трудоемкости и сложности способ. В частности, операция выделения и модификации отдельных объектов изображения на любом этапе графического проекта недостижима при использовании бумаги и традиционных инструментов художника-графика, а также весьма затруднительна при работе с пиксельной информационной моделью.
Кроме интерактивной реализации методов для работы с графическими объектами, современные программные средства векторной графики предоставляют возможность воспользоваться программным интерфейсом. Для этого в их состав вводится объектно-ориентированный язык программирования. Составляя программные модули на этом языке, пользователь может автоматизировать построение сложных графических изображений и выполнение повторяющихся действий. Можно также программно определять новые классы составных графических объектов и описывать методы работы с ними. Имеются также средства для сохранения интерактивных действий пользователя в виде программных модулей, которые затем можно выполнять многократно.
Классы графических объектов, составляющие векторную информационную модель изображения, достаточно автономны. Это позволяет упростить и структурировать процесс изучения приемов работы с векторной графикой, поскольку для начала работы с пакетом векторной графики достаточно ознакомиться с небольшим числом классов, их атрибутами и методами. Последующие главы этой части учебника посвящены как раз описанию важнейших классов векторной модели изображения, их атрибутов и методов, а также типовых задач, которые можно решить с их помощью.