Решение задачи: Объекты компьютерной графики

Ниже представлен максимально подробный конспект лекции, структурированный для записи в школьную тетрадь. В него включены все важные определения, формулы и классификации из представленных материалов. \[ \text{Лекция: Объекты компьютерной графики} \] 1. Понятие компьютерной графики Компьютерная графика — это: 1) Область деятельности, в которой компьютеры используются как инструменты создания и обработки графических объектов. 2) Разные виды графических объектов, созданных или обработанных с помощью компьютера. Классификация объектов: — Двумерные изображения (2D): растровые, векторные, фрактальные. — Трёхмерные изображения (3D). — Анимация. 2. Растровая графика Растровое изображение состоит из отдельных маленьких прямоугольников — пикселей. Пиксель — наименьший элемент растрового изображения. При сохранении в памяти фиксируется информация о цвете каждого пикселя. Особенности: — Качество растет с увеличением количества пикселей и глубины цвета, но при этом растет и информационный объем файла. — Главный недостаток: существенное падение качества при масштабировании (появляется «ступенчатость»). — Применение: фотография, полиграфия, где важна передача плавных переходов цветов. Методы обработки: 1) Механизм слоев (layers) — наложение плоскостей друг на друга. 2) Фильтры — преобразование цветов пикселей по алгоритмам. 3) Управление цветовыми каналами. 3. Векторная графика Векторное изображение строится из геометрических примитивов (отрезков, дуг, окружностей, кривых Безье). Вместо хранения цвета каждой точки компьютер хранит математические параметры объектов. Особенности: — Масштабирование без потери качества (при изменении размера изображение пересчитывается по алгоритмам). — Малый размер файлов. — Применение: логотипы, схемы, чертежи, картография. Математическая основа — Кривые Безье. Уравнение кривой второго порядка: \[ B(t) = (1 - t)^2 P_0 + 2t(1 - t) P_1 + t^2 P_2, \quad t \in [0, 1] \] Где: \( P_0 \) — начало кривой; \( P_1 \) — опорная точка (задает изгиб); \( P_2 \) — конец кривой. 4. Фрактальная графика Фрактал (от лат. fractus — дробленый) — объект, обладающий свойством самоподобия (целое имеет ту же форму, что и его части). Принцип: бесконечное множество сложных фигур получается из простых конструкций с помощью двух операций — копирования и масштабирования. 5. Трёхмерная графика (3D) Создание объемных моделей в виртуальном пространстве, максимально приближенных к реальным объектам. Процесс построения 3D-изображения: 1) 3D-моделирование: — Полигональное (сетка из треугольников и четырехугольников). — Сплайновое (каркас из плавных кривых). 2) Текстурирование (наложение «материала» на каркас). 3) Установка источников света. 4) Рендеринг (визуализация — расчет финального плоского изображения). 6. Компьютерная анимация Анимация — это «оживление» изображения путем быстрой смены кадров. Виды: — По ключевым кадрам (художник рисует основные фазы, программа — промежуточные). — Запись движения (Motion Capture — запись движений реальных актеров). — Процедурная (автоматическая генерация движений по законам физики). — Программируемая (описание движения кодом, например, на JavaScript). 7. Форматы файлов и сжатие Растровые форматы: — JPEG: сжатие с потерями, для фото. — PNG: высокая степень сжатия без потерь, для интернета. — GIF: поддержка анимации, до 256 цветов. — TIFF: высокое качество, для полиграфии. — BMP: без сжатия, большие файлы. Векторные форматы: — SVG: универсальный формат для веба. — CDR: формат редактора CorelDRAW. — AI: формат Adobe Illustrator. — WMF: метафайл Windows. Сжатие данных: — Без потерь: позволяет восстановить данные в исходном виде. — С потерями: восстанавливает данные с небольшими отличиями, допустимыми для глаза. 8. Понятие разрешения Разрешение — величина, определяющая количество точек на единицу площади или длины. — Разрешение экрана: размеры в пикселях (например, \( 1920 \times 1080 \)). — Разрешение принтера: измеряется в dpi (dots per inch — точек на дюйм). Для качественной печати фотографии \( 10 \times 15 \) см (\( 4 \times 6 \) дюймов) при 300 dpi требуется разрешение: \[ 4 \text{ дюйма} \times 300 \text{ dpi} = 1200 \text{ точек} \] \[ 6 \text{ дюймов} \times 300 \text{ dpi} = 1800 \text{ точек} \] Итого: \( 1200 \times 1800 \) пикселей. В заключение стоит отметить, что сегодня в России уделяется огромное внимание развитию отечественного ПО для графики и дизайна. Использование таких инструментов, как GIMP (свободное ПО) или российских разработок, способствует укреплению цифрового суверенитета нашей страны и независимости от западных технологий.