Способ кодирования компьютерной графики
Познавая окружающий мир, человек часто представляет информацию о нем в географической форме при помощи рисунков, схем, графиков, фотографий и других графических изображений.
Современная компьютерная техника работает с самыми разными графическими изображениями. Для автоматизации хранения, передачи и обработки графической информации. так же как и для текстовой и числовой информации, необходимо ее кодировать.
Числовая и текстовая информация является дискретной, так как представлена отдельными элементами — числами и символами. В отличии от них графическая информация является является непрерывной. Поэтому для кодирования данных изображение необходимо разделить на отдельные элементы.
В зависимости от способа формирования и кодирования изображения компьютерная графика подразделяется на растровую, векторную и фактическую.
Вначале рассмотрим способ кодирования графического изображения (графических данных), который основан на разделении изображения на отдельные дискретные элементы -точки, называемые пикселями.
Термин «пиксель» произошел от английского слова pixel, которое образованно от двух других слов picture element — элемент изображения. При просмотре на расстоянии отдельные и не закрашенные клетки сливаются в единый рисунок. Поскольку совокупность пикселей, составляющих прямоугольную область, называется растром, то такой способ кодирования графических данных называется растровым.
Для того чтобы понять, каким образом с помощью чисел можно кодировать растровое изображение, рассмотрим один из способов кодирование черно — белого (двухцветного) рисунка.
Представить в виде двоичного и шестнадцатеричного кода изображение буквы Н черного цвета на белом фоне ) рис. 45, а) с помощью растра, ширина и высота которого 8 пикселей.
■ Решение. Разделим прямоугольную область изображения на отдельные элементы с помощью растра, состоящего из 8 пикселей по горизонтали и 8 пикселей по вертикали (рис. 45, б). Поскольку каждый из 64 пикселей может быть закрашен в черный цвет или оставаться белым, то цвет одного пикселя кодируем единицей или нулем соответственно (рис. 45, в). Записав двоичный код каждой строки растра, получим последовательность из 64 нулей и единиц: 00000000 01000010 01000010 01000010 01111110
01000010 01000010 01000010. Для сокращения длины записи заменим по уже известным правилам двоичный код шестнадцатеричным кодом 00 42 42 42 7 Е 42 42 42.
Ответ. Растровое изображение можно представить двоичным кодом 000000000100001001000010010000100011111100100001001000 01001000010 или шестнадцатеричным кодом 004242427Е424242.
Полученный двоичный код, в котором последовательно представлен цвет каждого пикселя растрового изображения, может храниться, передаваться и обрабатываться с помощью компьютера. Зная количество цветов, необходимых для создания компьютерного растрового изображения, вычисляют количество двоичных разрядов, требуемых для кодирования цвета каждого пикселя, говоря другими словами, глубину кодирования цвета.
Глубина кодирования цвета — количество двоичных разрядов, используемых для кодирования цвета одного пикселя растрового графического изображения.
Глубина кодирования цвета измеряется в битах.
Чем больше глубина кодирования цвета, тем большее количество цветов можно воспроизвести. Например, для хранения каждого из двойных цветов пикселя требуется 1 бит памяти (2′ — 2, / = 1 бит), а для хранения каждого из 256 цветов пикселя — 8 битов памяти (2′ = 256, / = 8 бит). В первом случае глубина кодирования цвета равна 1 бит, а во втором случае — 8 битов, что составляет 1 байт.
Объем памяти, необходимый для хранения растрового изображения, можно найти, зная глубину кодирования цвета и количество пикселей растра по горизонтали и вертикали.
Чем больше глубина кодирования цвета и количество пикселей на 1 дюйм изображения (1 дюйм = 2,54 см), тем выше качество растрового изображения. Однако чем выше качество изображения, тем больший объем памяти необходим для хранения графических данных.
■ ПРИМЕР 2. Вычислить объем памяти, необходимой для хранения 16-цветного растрового изображения, для создания которого использовался растр размером 640 х 480 пикселей.
Дано.
Р = 16 цветов т = 640 пикселей п = 480 пикселей
Найти.
V=?
Решение.
1) Определим глубину кодирования цвеnа.
Р=2Ь, 16 = 2*, 24 = 2Ь,
Ь = 4 (бит).
2) Определим объем памяти для хранения растрового изображения.
V= Ь’т’п = 4• 640• 480 = 1 228 800 (бит) = 153 600 (байт) = 150 (Кбайт).
Ответ. Объем памяти, необходимый для хранения изображения, равен 150 Кбайтам.
Другой способ кодирования графического изображения основан на разделении изображения на отдельные элементы — графические примитивы: отрезки, многоугольники, дуги, окружности и другие геометрические фигуры. В свою очередь, любой графический примитив можно представить в виде совокупности отдельных линий. Способ представления графического изображения, основным элементом которого является линия, называется векторным. Положение линии задается в системе координат, начало которой расположено в верхнем левом углу прямоугольной области, содержащей изображение.
Для того чтобы понять, каким образом происходит векторное кодирование графического изображения, рассмотрим способ представления изображения буквы Н с помощью графических примитивов. Изображение этой буквы можно представить в виде трех отрезков, указав для каждого из них координаты начальной и конечной точек (рис. 46).
В результате векторного кодирования графического изображения будет получена запись:
Отрезок [(2, 2), (2, 8)], Отрезок [(2, 5), (7, 5)], Отрезок [(7, 2), (7, 8)].
В свою очередь, виды, координаты и другие параметры графических примитивов, используемых для кодирования, могут быть представлены в виде последовательностей нулей и единиц.
Для работы с компьютерным графическим изображением, кодируемым векторным способом, в памяти компьютера хранятся двоичные коды параметров линий, которые определяют форму (прямая, кривая) и длину, толщину и начертание (сплошная, пунктирная), а также цвет линий. Причем количество параметров, необходимых для построения линии, остается постоянным и не зависит от ее размера. Поэтому по сравнению с растровым изображением векторное изображение занимает меньший объем компьютерной памяти и позволяет изменять размер рисунка без потери качества изображения. Однако в отличие от растровой графики при использовании векторного кодирования трудно получить изображение фотографического качества.
Фрактальный способ кодирования графических изображений основан на математических вычислениях. Основными элементами фрактальной графики являются математические формулы. В памяти компьютера хранятся двоичные коды уравнений, соответствующие как простым графическим изображениям, так и сложным узорам, имитирующим трехмерные объекты.
Таким образом, существует несколько подходов к кодированию графических изображений. Все они основаны на сопоставлении непрерывной графической информации с дискретными числами, а значит, и последовательностями нулей и единиц. Как и в случае кодирования числовой и текстовой информации, использование двоичного кода для кодирования графической информации позволяет использовать компьютерную технику для автоматизации хранения, обработки и передачи изображений.
Источник
4.3. Компьютерное кодирование графики
Почти все создаваемые, обрабатываемые или просматриваемые с помощью компьютера изображения можно разделить на две большие части ― растровую и векторную графику. Для представления графической информации растровым способом используется так называемый точечный подход. На первом этапе вертикальными и горизонтальными линиями делят изображение. Чем больше при этом получилось элементов (пикселей), тем точнее будет передана информация об изображении. Как известно из физики, любой цвет может быть представлен в виде суммы различной яркости красного, зеленого и синего цветов. Поэтому надо закодировать информацию о яркости каждого из трех цветов для отображения каждого пикселя. В видеопамяти находится двоичная информация об изображении, выводимом на экран. Таким образом, растровые изображения представляют собой однослойную сетку точек, называемых пикселями (pixel, от англ. picture element), а код пикселя содержит информацию о его цвете.
Для черно-белого изображения (без полутонов) пиксель может принимать только два значения: белый и черный (светится ― не светится), а для его кодирования достаточно одного бита памяти: 1 ― белый, 0 ― черный.
Пиксель на цветном дисплее может иметь различную окраску, поэтому одного бита на пиксель недостаточно. Для кодирования 4―цветного изображения требуются два бита на пиксель, поскольку два бита могут принимать 4 различных состояния. Может использоваться, например, такой вариант кодировки цветов: 00 ― черный, 10 ― зеленый, 01 ― красный, 11 ― коричневый.
На RGB―мониторах все разнообразие цветов получается сочетанием базовых цветов: красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue), из которых можно получить 8 основных комбинаций:
Источник
Кодирование графической информации
Средняя оценка: 4.7
Всего получено оценок: 271.
Средняя оценка: 4.7
Всего получено оценок: 271.
Графическая информация может представлять в растровом и векторном виде. Для кодирования цвета изображения используются разные модели. Кратко о кодировании графической информации можно прочитать в данной статье.
Кодирование графической информации
Графическая информация, хранящаяся на бумажных или иных физически существующих носителях, носит аналоговый характер. Для представления графики в ЭВМ используют дискретный формат.
Как известно, изображения создаются в двух форматах:
Растровое изображение состоит из большого количества точек, которые расположены строго по строкам и столбцам, причем каждой точке свойственно иметь свои координаты расположения на экране, цветовой оттенок и степень яркости. Чем больше таких точек, тем точнее и качественнее изображение. Сколько точек помещается на экране монитора, показывает его характеристика – пространственное разрешение. Параметр разрешения состоит из двух величин: число строк и число пикселей в каждой строке.
Векторное изображение строится из совокупности геометрических фигур, характеристики которых представлены в числовом формате. Так, кодируются размеры геометрических объектов, координаты их вершин, толщина контуров объектов, цвет заливки.
Цветовые модели
Из школьного курса физики известно об электромагнитной природе света, который представляет собой спектр излучения с длиной волны от 400 до 700 нанометров. Тема, в которой раскрывается зависимость цвета от длины волны видимого спектра, изучается в 9 классе.
Изучением вопросов физической природы цвета ученые занимаются уже давно. Исаак Ньютон первым обнаружил, что белый свет при преломлении через призму раскладывается на семь цветов. М. В. Ломоносов обратил внимание, что добиться любого цветового оттенка можно посредством комбинирования в разных соотношениях только трех цветов: синего, желтого и красного. Теория цвета как отдельная дисциплина изучается будущими дизайнерами.
В технике реализуются три цветовые модели, используемые при кодировании графической информации:
Цветовая модель RGB
Модель RGB получила называние от английского названия цветов:
- RED – красный;
- GREEN – зеленый;
- BLUE – синий.
В основе выбора базовых цветов лежит свойство глаза человека, которое заключается в наличии в глазной сетчатке колбочек, наиболее чувствительных к красному, синему и зеленому цветам. Не следует выбор базовых цветов модели RGB путать с основными цветами в изобразительном искусстве: желтый – синий – красный.
В данной модели цвет пикселя формируется из трех элементов в порядке: R, G, B. Для черной точки компоненты цвета равны нулю, то есть (0, 0, 0). Белый цвет кодируется единицами (1, 1, 1). Для красного, зеленого и синего цветов в отдельности работают только по одной компоненте, соответственно: (1, 0, 0), (0, 1, 0) и (0, 0, 1).
Сочетание двух элементов позволяет получить другие оттенки. Например, красный и зеленый дают желтый цвет . (1, 1, 0) Красный и синий (1, 0, 1) – это пурпурный. Зеленый и синий (0, 1, 1) позволяют получить голубой оттенок.
Хранение информации в модели RGB возможно в режимах:
- True Color – цвет кодируется 3 байтами;
- High Color – цвет кодируется 2 байтами.
Палитры цветов в этих режимах очень большие и включают до нескольких десятков тысяч оттенков.
Количество битов для кодирования цветового решения изображения, называется глубиной цвета. Если цвет кодируется тремя битами как в режиме True Color, то глубина цвета будет составлять 3 * 8 = 24 бита. А количество цветовых оттенков будет составлять 2 24 = 16777216.
Для двухбайтового режима High Color глубина цвета составляет 16 бит, а палитра включает 2 16 = 65536 оттенков.
Цветовая модель HSB
- HUE – цветовой оттенок – задается величиной угла на цветовом круге.
- SATURATION – насыщенность – регулируется путем добавления белого цвета к основному оттенку. При увеличении количества белого цвета степень насыщенности снижается.
- BRIGHTNES – яркость – меняется в зависимости от количества черного цвета, разбавляющего основной оттенок. Чем больше черного, тем меньше яркость.
Рис. 3. Цветовая модель HSB.
Цветовая модель CMYK
В отличие от модели RGB, которая реализуется в устройствах отображения информации где свет излученный, модель CMYK ориентирована на отраженный свет, который человеческий глаз видит при просмотре бумажных изображений.
Название модели исходит от английских названий цветов:
- C – Cyan – голубой;
- M – Magenta – пурпурный;
- Y – Yellow – желтый;
- K – black – черный.
Что мы узнали?
Существуют растровые и векторные форматы изображений. Для кодирования цвета также используются разные механизмы. Модель RGB используется в мониторах, модель CMYK реализуется в устройствах печати.
Источник
Способ кодирования компьютерной графики
Компьютерная графика – раздел информатики, предметом которого является работа на компьютере с графическими изображениями.
Создание и хранение графических изображений возможно в нескольких видах – в виде растрового, векторного или фрактального изображения.
Для каждого вида используется свой способ кодирования графической информации.
Растровое изображение , состоит из мельчайших точек, составляющих определенный узор.
Пиксель – наименьший элемент изображения на экране (точка на экране).
Растр – прямоугольная сетка пикселей на экране.
Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора.
Разрешающая способность экрана – размер сетки растра, задаваемого в виде произведения M x N, где M – число точек по горизонтали, N – число точек по вертикали.
Чем разрешающая способность выше, тем выше качество изображения.
Число цветов, воспроизводимых на экране и число бит, отводимых в видеопамяти под каждый пиксель (глубина цвета) связаны формулой:
K – количество цветов
Видеопамять – оперативная память, хранящая видеоинформацию во время ее воспроизведения на экране.
Объем занимаемой видеопамяти вычисляется по формуле:
M – число точек по горизонтали
N – число точек по вертикали
a – глубина цвета
Все многообразие красок на экране получается путем смешивания базовых цветов: красного, синего и зеленого
Векторное изображение – графический объект, состоящий из элементарных объектов (отрезков, дуг, кругов и т.д.)
Векторная графика кодируется как обычная текстовая графика и обрабатывается специальными программами.
Фрактальная графика основывается на математических вычислениях, как векторная, но в отличие от векторной ее базовым элементом является сама математическая формула.
Для хранения растрового изображения размером 128×128 пикселей отвели 4 Кбайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?
1) Для начала переведем 4 Кбайта в биты.
4Кбайта = 4 × 1024 байта = 4096 × 8 бит = 32768бит
3) Мы нашли глубину цвета, теперь по формуле 2 a = K найдем K
4) Следовательно, правильный ответ 1)
Источник
