Тема 12. Комп'ютерна графіка

Комп'ютерна графіка

Як тільки науковці навчили комп'ютери працювати з текстовою інформацією, то взялись навчати їх малювати. Перші графічні зображення створювались за допомогою крапок, ком, тире та інших символів. У 1970-х роках, видрукуване на принтері, таке псевдографічне зображення Джоконди обійшло весь світ і дало поштовх розвитку сучасної комп'ютерної графіки. Незабаром світ заполонили кольорові монітори, програми з графічним інтерфейсом і графічні редактори.

Комп'ютерна графіка — це сукупність технологій, які призначені для роботи з графічними зображеннями.

За допомогою відповідних програм розробляють креслення і комп'ютерні моделі автомобілів, літаків і кораблів; створюють мультфільми та відеоефекти для фільмів; опрацьовують статичні зображення (наприклад, фотографії).

У побуті, користуючись звичайним цифровим фотоапаратом чи фотокамерою мобільного телефону, роблять фотографії, які зберігають у графічних файлах. Ці файли можна переглядати на комп'ютері, вилучати невдалі кадри чи відбирати кращі, записувати на магнітні, оптичні чи електронні носії. Можна створювати домашні комп'ютерні фотоаль­боми або фотоколажі, розташовувати їх в інтернеті, видруковувати фотографії на домашньому фотопринтері або замовляти друкування у фотосалоні (також можна замовляти через інтернет).

Іноді потрібно відредагувати зображення, наприклад змінити його розміри, усунути ефект червоних очей чи інші вади на фотографії, зробити текстові написи (наприклад, написати привітання).

Комп'ютерну графіку використовують для створення ілюстрованих журналів, палітурок книжок, емблем, етикеток, упаковок, візиток, рекламних оголошень, афіш, відеокліпів.

Для роботи з графічними зображеннями (редагування фотографій, створення різноманітних малюнків) використовують  програми, які називаються графічними peдакторами.

Комп'ютерні графічні зображення (і відповідні програми) поділяють на три типи:

1.      растрові ;

2.      векторні ;

3.      фрактальні .

Тобто, комп’ютерна графіка поділяється на растрову, векторну і фрактальну.

Растрова графіка

Джерелами растрових зображень є фотографія з цифрового фотоапарата або фотокамери мобільного телефону, відскановане зображення, а також малюнки «від руки», створені у растрових графічних редакторах.

Растрове зображення (наприклад, фотографія) формується з маленьких прямокутних кольорових графічних точок екрана, які називають пікселями.        

Піксель — це графічна точка на екрані монітора. Один або кілька пікселів одного кольору, які обробляються однаково, утворюють растр. Чим менший растр, тим краща якість зображення, однак є більший обсяг відповідного файлу зображення. Растр і піксель — це різні поняття. Растр монітора може складатися з одного пікселя у випадку задання максимальної роздільної здатності монітора чи декількох у разі зменшення роздільної здатності.

Растрове зображення має такі недоліки:

1) у разі збільшення розміру зображення на екрані пропорційно збільшується растр, тому погіршується якість зображення;

2) оперативна пам'ять комп'ютера містить значення всіх пікселів з екрана навіть тоді, коли на ньому зображена одна точка. Векторне зображення таких недоліків не має.

Приклади растрових графічних редакторів: MS Paint; Adobe PhotoShop; Tux Paint (вільнопоширюваний графічний редактор), GIMP.

Ми вивчатимемо програму MS Paint - простий графічний растровий редактор, який є в комплекті ОС Windows та  Adobe PhotoShop (або GIMP).

Векторна графіка

До векторних  зображень належать схеми, креслення, картинки, які можна отримати за допомогою векторних редакторів.

Векторне зображення формується за допомогою математичних формул, які описують різні геометричні фігури: прямі, криві, кола, еліпси, прямокутники, і параметрів цих фігур.

Отримані за допомогою формул і параметрів фігури називають векторними, а відповідну графіку — векторною.

Розглянемо суть векторної графіки. Щоб намалювати на площині прямокутник, потрібно знати координати чотирьох вершин, тобто 4*2=8 чисел. Комп'ютерній програмі для цього достатньо координат лише двох діагонально протилежних вершин, тобто чотирьох чисел.

Щоб намалювати коло, комп'ютеру потрібно три числа: дві коорди­нати центра кола (a,b) і значення радіуса г. А формула (х-а)²+(y-b)²=г², яка описує коло, комп'ютеру є відома. Якщо малюнок має бути кольоровим, то потрібні ще кілька чисел — коди кольору. Ще одне число задають, щоб комп'ютер «знав», чи за­мальовувати внутрішню область прямокутника або круга, чи ні. Цих числових параметрів є значно менше ніж мільйон значень пікселів растрового зображення цього ж кола.

Діагональ прямокутника на площині моделюють вектором (прямою). Такий вектор повністю визначає прямокутник. Коло на площині моделюють радіусом-вектором, тобто параметри радіуса-вектора в площині однозначно описують відповідне коло на екрані. Звідси походить назва — векторна графіка.

Приклади векторних графічних редакторів: графічних векторних редакторів MS Visio, Adobe CorelDraw, Inscape (вільнопоширюваний векторний редактор).  Також векторне  зображення можна отримати за допомогою графічних засобів програми MS Word, яку ми будемо вивчати.  

Фрактальна графіка

У фрактальній графіці зображення автоматично генерується на основі математичних розрахунків. Створення фрактальної художньої композиції зводиться до її програмування.  Її часто використовують у розважальних програмах (для написання ігор).

Ніякі об'єкти не містяться в пам'яті. Вони створюються за допомогою формул та рівнянь. Змінюючи коефіцієнти рівняння, можна створити нову картину.

Найпростіший об'єкт у фрактальній графіці є фрактальний трикутник. Згідно із заданим математичним алгоритмом створюються зображення.  Нові об'єкти будуються, наслідуючи властивості батьківських структур.

Формати графічних файлів

Растрові графічні зображення можна зберігати в графічних файлах таких форматів: bmp, tiff, jpg(jpeg), gif, png.

Bmp — це поширений комп'ютерний растровий формат. Є кілька його різновидів, що передають різну глибину кольору:

•     bmp, монохромне - 2 кольори;

•     bmp, 16 кольорів;

•     bmp, 256 кольорів;

•     bmp, 24-розрядне, тобто 2^24 кольорів.

У bmp-форматах зберігають зображення без стискування, отримані в растровому редакторі MS Paint.

Фотографії та інші зображення найчастіше зберігають у файлах форматів tiff та jpg (jpeg).

Tiff — формат для високоякісних зображень. Він потребує багато пам'яті для одного кадру (наприклад, фотографії), оскільки несе багато додаткової інформації про зображення.

Jpg (jpeg) — економний формат. Фотографії можна зберігати в таких файлах зі стискуванням (і з можливою втратою якості).

Формат gif дає змогу зберігати звичайні й анімовані (рухомі) зобра­ження. Його використовують, зокрема, у веб-розробках, а також для зображень, які будуть виводити на принтер, оскільки формат обмежує кількість кольорів до 256, що для друку достатньо.

Формат png — універсальний графічний формат для мережних застосувань.

Графічні програми дають змогу регулювати якість зображення, а, отже, і обсяг відповідних файлів. Це можна зробити, наприклад, шля­хом зміни кількості точок зображення чи кількості кольорів.

Якість зображення втрачається в разі зменшення кількості точок, проте обсяг файлу також зменшується, а обсяг файлу часто важливіший, ніж надлишкова якість. Велика кількість точок важлива під час друкування зображення на великоформатний папір (фотографії-портрети, плакати).

Векторні графічні зображення зберігають у файлах, формати яких визначені векторними графічними редакто­рами. Це формати: wmf, cdr, ai, cgm (а також doc або docx - формати Word).

Особливим векторним форматом є формат wmf - його розуміють і читають растрові редактори. У цьому форматі зберігається велика кількість малюнків на комп'ютері.

Роздільна здатність, глибина кольору зображення, обсяг файлів з растровим зображенням

Роз­глянемо головні параметри растрових зображень: роздільну здатність, глибину кольору зображення й обсяг відповідних файлів.

Кількість точок у растровому зображенні описують виразом т₁* т₂ (читають т₁  на т₂), наприклад, 800x600, 1 024x768, 1 240x1 024. Перше число — це кількість точок у горизонтальному напрямі, друге — у вертикальному.

Характеристику т₁ *х т₂ називають роздільною здатністю зображення.

Для фотографій ця характеристика пов'язана з характеристикою фотокамери, яку називають роздільною здатністю матриці камери чи просто кількістю пікселів фотокамери. Кількість пікселів для сучасних  камер може бути в діапазоні від 0,3 (у недорогих мобільних телефонах) до 15,0 мегапікселів і більше. У фотокамерах роздільну здатність кадру можна зменшувати.

Кожний піксель передає певний колір. Кольорів (точніше, кольорових відтінків) може бути різна кількість.

Два кольори відповідають монохромному (чорно-білому) зображенню. Таке зображення називають однорозрядним. Чотири кольори відповідають дворозрядному зображенню; 16 — чотирирозрядному; 256 — восьмирозрядному; близько 16 мільйонів — 24-розрядному.

Між  кількістю кольорів п і розрядністю зображення k є зв'язок: п = 2^k. Число k називають глибиною кольору (вимірюється в бітах).

Обсяг зображення в бітах (до стискування) визначають за формулою V= m₁ * m₂ * k.

Розрізняють роздільну здатність зображення, імпортованого з іншого пристрою, наприклад, фотозображення, і роздільну здатність монітора, де це зображення переглядають.

Монітор має власну роздільну здатність, і вона може не збігатися з роздільною здатністю зображення. Якщо роздільна здатність зображення є низькою, наприклад, отримане 0,3 мегапіксельною камерою, то на моніторі воно виглядатиме неякісно, особливо якщо намагатися збіль­шити його розміри. Неякісним воно буде й у разі виведення на друкар­ський пристрій.

Якщо роздільна здатність монітора є нижчою, ніж роздільна здатність зображення, то зображення на невеликому екрані може пере­даватися не достатньо чітко через ефект поглинання монітором пікселів зображення. Тому, у разі переглядання на екрані монітора кадрів, отриманих 12-мегапіксельною фотокамерою, може з'явитися хибний сумнів щодо їхньої якості. Під час друкування кадрів фотографії будуть бездоганної якості, оскільки растр на фотопапері набагато менший, ніж растр екрана монітора.

Програмне забезпечення.Операційні системи

Програмне забезпечення.

Операційні системи

Програмне забезпечення - це сукупність усіх програм, які використовують прі роботі на комп'ютерах разом із відповідною до них документацією.

Програмне забезпечення поділяють на системне програмне забезпечення (СПЗ) та прикладне програмне забезпечення (ППЗ).

До СПЗ відносять програми, які забезпечують функціонування самої обчислювальної системи, реалізують сервісні функції комп'ютера по відношенню до користувача та створюють зручне середовище для розробки інших програм. СПЗ поділяють на операційні системи (наприклад, ОС Windows), системи програмування (наприклад, середовища розробки Delphi, VisualStudio, Eclipse) та сервісні програми (оболонки, антивірусні програми, програми діагностики і обслуговування апаратного забезпечення комп'ютера).

ППЗ — це сукупність програм, які використовуються для розв'язування прикладних задач у різних галузях людської діяльності. Прикладні програми дозволяють фахівцям з будь-якої галузі використовувати комп'ютери у своїй професійній роботі без досконалого вивчення інформатики. ППЗ поділяють на ППЗ загального користування, проблемно-орієнтоване ППЗ, інтегровані пакети.

У складі ППЗ загального користування виділяють: текстові та графічні редактори, електронні таблиці, системи керування базами даних, системи підтримки комунікацій.

Текстові редактори призначені для автоматизації процесів набору текстових документів, їх редагування, форматування, верстки, збереження на зовнішніх носіях, роздрукування Сучасні текстові редактори дозволяють формувати таблиці, вставляти в тексти графічні об'єкти (малюнки, формули), містять засоби перевірки орфографії і граматики. Популярним, на сьогоднішній день, є текстовий редактор Microsoft Word.

Графічні редактори служать для побудови графічних зображень, їх редагування, пере­гляду, збереження у вигляді файлів, роздруку, а також здійснювати анімацію зображень, створювати різноманітні просторові ефекти. Відомими графічними редакторами є PhotoShop, CorelDraw, Gimp. У редакторах PhotoShop та Gimp використовується піксельна технологія побудови графіч­них зображень — растрова графіка (кожне зображення — це сукупність «зафарбованих» у різні кольори точок на екрані, і для внесення змін в зображення потрібно нові елементи формувати замість старих), а у CorelDraw використовується об'єктно-орієнтована технологія — векторна графі­ка (зображення складається з накладених один на одного векторних об'єктів, кожний з яких незалежно від інших можна змінювати, переміщувати, масштабувати).

Електронні таблиці — це програми для табличного подання таких видів даних, як числа, тексти та формули. Наприклад, табличний процесор Microsoft Excel.

Системи керування базами даних призначені для створення баз даних та роботи з ними. Наприклад, Microsoft Access.

Системи підтримки комунікацій призначені для підключення до комп'ютера різних при­строїв, а також для організації комп'ютерного зв'язку. Зв'язок між комп'ютерами функціонує у вигляді мереж: глобальних, регіональних та локальних.

До проблемно-орієнтованого програмного забезпечення відносять програми, які використову­ють у вузьких сферах практичної діяльності і які є орієнтовані на використання спеціалізованих методів подання та обробки даних, властивих для розглядуваної області. Сюди відносять математичні пакети програм, системи психологічного тестування, автоматизовані навчаючі системи, системи автоматизо­ваного проектування (САПР), автоматизовані робочі місця (АРМ), системи автоматизованого управ­ління (АСУ) технологічними процесами та в адміністративній сфері.

Інтегровані пакети (ІП) — це пакети програм, компонентами яких є програми загально­го користування. ІП володіють єдиним уніфікованим середовищем, у межах якого можна пра­цювати з поданими різними способами даними. При цьому всі програми зі складу ІП викорис­товують один і той же принцип кодування даних для їх запису на диски (формат даних). Це дає можливість фрагменти даних переносити із однієї програми в іншу. Відомим ІП для Windows є Microsoft Office. Він містить програму створення публікацій PowerPoint, текстовий редактор Word, табличний процесор Excel, система для роботи з базами даних Access, програму для створення публікацій Publisher, поштову програму Outlook та інші програми. ОС Windows міс­тить буфер обміну, який використовується для перенесення даних між програмами цього пакету.

Поняття про операційну систему (ОС)

ОС ПК - це набір програм, які дозволяють користувачу керувати комп'ютером та забезпечують взаємодію програм користувача із зовнішніми пристроями.  

На ПК може бути встановлено одночасно декілька ОС, і ми можемо вибрати з якою системою ми хочемо працювати.

Приклади операційних систем: MS DOS (в минулому); Windows 95, Windows 98,   Windows 2000, Windows NT, Windows Vista (недовго), Windows XP, Windows 2003 Server (2008, 2013) - для серверів, Windows 7, Windows 8 (без кнопки Пуск), Windows 10; Unix, Linux (походить від Unix, переважно використовуються на серверах) та їхні різновиди; Mac OS, ...   

Оболонки ОС - це програми, які полегшують роботу з ОС. Для ОС MS DOS - це NORTON Commander, VOLKOV Commander, DOS Navigator. Для роботи з ОС Windows використовуються програми-оболонки:  Far Manager (подібна до оболонок MS DOS), Total Commander (подібно до роботи у  Windows). Оболонки полегшують роботу з операційною системою.                                                      

У складі ОС виділяють 3 частини (складові ОС):

1)   командну мову;

2)   систему керування зовнішніми пристроями;

3)   файлову систему.

Командна мова - це набір команд, які вводяться користувачем з клавіатури та негайно виконуються.

До цих команд відносять команди зчитування інформації з Flash, запису в зовнішню пам'ять, запуску програм, видачі вмісту каталогу на екран монітора, копіювання файлу та інші.

Для керування зовнішніми пристроями використовують спеціальні програми, які називають драйверами. Кожен тип зовнішнього пристрою обслуговується індивідуальним драйвером.

Основою операційної системи є файлова система.

Файлова система - це сукупність програм, які забезпечують роботу з файлами та їх каталогами, а також сама сукупність файлів і каталогів, які зберігаються у зовнішній пам'яті ПК.

Файлова система

Файл - це деяка область на диску для зберігання інформації, яка має ім'я.

У файлах може зберігатись різноманітна інформація: тексти, тексти програм, готові до виконання програми, звук, графіка. Файли об'єднуються в каталоги, що мають імена. Каталог може зберігатися в іншому каталозі разом із звичайними файлами.

Кожен файл має ім'я, по якому відбувається звертання до нього. Ім'я файлу складається з двох частин: назви файлу і його розширення (або типу файлу). Назва файлу і розширення розділяються крапкою

<назва файлу> [.<розширення файлу>], де [ ] необов'язкова частина. (Наприклад: bp.exe, info.doc, picture.bmp)

В ОС MS DOS максимальна довжина імені файлу або каталогу була 8 символів, а тип файлу містив не більше ніж 3 символи.

У Windows максимальна довжина імені файлу (назви і типу разом) або каталогу може досягати 255 символів. Ім'я файлу або каталогу може містити пропуски, складатись з цифр, букв, символів(знаків): ~, !,@, #,$,%,&,),(,= -,+,[,],{,}. Але не може містити слешів ( / або \), бо вони використовуються  для задання шляху до файлу або каталогу; макож не містить * та ?, бо ці символи використовуються для задання шаблонів файлів (масок файлів).

По типу (розширенню) файлів є зрозумілим, яку інформацію містить файл. Наприклад, txt, doc i docx містять текстову інформацію, bmp, gif, jpeg, png - графічну, rar, zip - розширення архівних файлів, xls i xlsx - містять табличні дані (формули, графіки, створені у табличному процесорі Excel), exe, com містять виконувані файли, ще є розширення: bat, pas, bak, html, ...

У будь-якій файловій системі є можливість переглянути вміст каталогу, створити новий файл і каталог, записати файл на диск, присвоїти нове ім'я файлу, перемістити або скопіювати файл, видалити файл з каталогу, викликати файл із диска в оперативну пам'ять.

Диски

Місцем постійного зберігання інформації є диски. Інформація зберігається на дисках у вигляді файлів.

Кожен диск має ім'я, по якому відбувається звертання до нього. Іменем диску є латинська буква (A...Z) і двокрапка, тобто диски позначаються А: В: С: ...). Диски А: і В: зарезервовані для дискет, С: - для для вінчестера (або тієї його частини, на якій знаходиться ОС), наступні літери (наприклад, D: E:) - для оптичних дисків, за ними літери (наприклад, F:) - для електронних накопичувачів. 

Вінчестер за допомогою спеціальної програми можна розділити на кілька частин і з кожною такою частиною працювати як з окремим диском. Такі частини   вінчестера називають логічними дисками. Кожен логічний диск також має ім'я (С: D: E: F: G: ...), один з них є основним (це диск з іменем С:).

Наступні за логічними дисками виділяють для роботи з компактами та флешками.

Поточний (активний) диск - це диск, з яким в даний момент працює користувач.

Каталоги    

Каталог - це спеціальне місце на диску, в якому реєструються імена файлів і деяка інформація про них  (дата і час створення, властивості).

У каталозі також можуть міститись файли та інші каталоги. Каталог, що міститься в іншому каталозі, називається підкаталогом по відношенню до зовнішнього каталогу. У свою чергу зовнішній каталог є надкаталогом до внутрішнього. На диску обов'язково є один головний (кореневий) каталог.

D: \ TEMP \ Klas    - каталог TEMP є надкаталогом для Klas, а Klas є підкаталогом для TEMP.

Каталоги, зареєстровані в кореневому каталозі, називаються каталогами 1-ого рівня, каталоги зареєстровані в каталогах 1-ого рівня називаються каталогами 2-ого рівня і т.д.

Порівняння кореневого та не кореневого каталогів:

Кореневий	Не кореневий
1. Створюється автоматично   при    формуванні диску. 2. Його ім'я завжди є \. 3. Не можна знищити, тільки очистити.	1. Створюється користувачем. 2. Завжди має якесь ім'я. 3. Можна знищити і очистити.

До будь-якого файлу на диску можна задати шлях. Є два види шлях до файлів: повний і відносний.

Повний шлях до файл задається так:

          <ім'я диску> \ <послідовність каталогів> \ <ім'я файлу>

Відносний шлях до файлу - це шлях від поточного (активного, тобто який відкритий на даний момент) каталогу до потрібного файлу.

Вихід в надкаталог задається двокрапкою, ось так  . .

Завдання

Задано таке дерево каталогів:

D:\  -----	TEMP ----	9-А           -----	Informatic     -----	Word        ------	Roman.doc
			Mathematik   -----	Excel.xls
		9-Б            -----	Гурток          -----	Algebra     ------	Kostya.zip
	8-A     -----	Група 1    -----	Підгрупа      -----	Nazar.exe
		Група 2    -----	Oleg.bmp
	8-Б     -----	Група 3    -----	Olya.pas
	9-Г     -----	Igor.doc

1. Вказати повний шлях до файлів

            а) Igor.doc

б) Oleg.bmp

в) Nazar.exe

г) Kostya.zip

д) Roman.doc

2. Задати відносний шлях до кожного з цих файлів, якщо поточним є каталог

            а) 9-Г

б) Група 3

в) Підгрупа

г) Algebra

д) Word