Средства и технологии обработки графической информации

Тема: Средства и технологии обработки графической информации

Раздел: Бесплатные рефераты по информатике

Тип: Курсовая работа | Размер: 523.22K | Скачано: 289 | Добавлен 21.11.12 в 12:28 | Рейтинг: 0 | Еще Курсовые работы

Содержание

Введение 2

1. Теоретическая часть 4

1.1. Компьютерная графика и ее виды 4

1.1.1. Двухмерная графика 5

1.1.2. Трехмерная графика 7

1.2. Технические средства компьютерной графики 8

1.2.1. Устройства вывода: экраны 8

1.2.2. Устройства вывода твердых копий: принтеры и плоттеры 10

1.2.3. Устройства ввода: сканеры 11

1.2.4. Устройства ввода: цифровые фотоаппараты 12

1.2.5. Устройства координатного ввода 12

1.3. Программные средства компьютерной графики 13

2. Практическая часть 16

2.1. Общая характеристика задачи 16

2.2. Описание алгоритма решения задачи 17

Заключение 24

Список литературы 25

 

Введение

Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов для больших ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего числа компьютерных систем, в особенности персональных. Графический интерфейс пользователя сегодня является стандартом «де-факто» для программного обеспечения разных классов, начиная с операционных систем.

Существует специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, — компьютерная графика. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Для примера

назовем медицину (компьютерная томография), научные исследования (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и одежды, опытно-конструкторские разработки [1, c.398].

Целью теоретической части курсовой работы является исследование средств и технологий обработки графической информации. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: рассмотреть технологий, позволяющих осуществлять компьютерную обработку данных с помощью графических средств и описать технические и программные средства для работы с компьютерной графикой.

В практической части приведено описание решения задачи по планированию бюджета семьи Чижовой. Работа заканчивается заключением и списком использованных источников.

Для решения поставленной задачи наиболее целесообразно использовать пакет прикладных программ MS Excel. Его использование можно обосновать следующим:

1. в этом пакете есть все необходимые для выполнения поставленной задачи средства расчетов;
2. имеется развитая подсистема построения графиков и диаграмм;
3. этот пакет прикладных программ имеет на сегодняшний день наибольшее распространение на персональных компьютерах, что позволяет использовать созданные для расчета формы в дальнейшем для подобных задач в реальной работе экономиста.

Для выполнения курсовой работы использовалось следующее программное обеспечение:

• операционная система Windows Vista;
• текстовый редактор MS Word 2007;
• табличный процессор MS Excel 2007.
• Работа выполненас помощью ПК со следующими характеристиками:
• AMD E-350; X2
• Оперативная память 3Гб;
• Видеокарта ATI Radeon HD6310;
• DVD дисковод TSST corp DVD-ROM SH-D162C;
• LCD Монитор Acer 17” ;
• Манипулятор «мышь».

 

1. Теоретическая часть

1.1. Компьютерная графика и ее виды

Компьютерная графика (также машинная графика) — область деятельности, в которой компьютеры используются как инструмент для синтеза (создания) изображений, так и для обработки визуальной информации, полученной из реального мира. Также компьютерной графикой называют результат такой деятельности.

По способам задания изображений графику можно разделить на категории (рис. 1):

Двухмерная графика:

• Векторная графика;
• Растровая графика;
• Фрактальная графика.

Трехмерная графика.

Рисунок 1 – Виды компьютерной графики

 

1.1.1. Двухмерная графика

Двухмерная (2D — от англ. two dimensions — «два измерения») компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую, хотя обособляют ещё и фрактальный тип представления изображений.

Векторная графика

Векторная графика представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также как общий случай, некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов. При воспроизведении перекрывающихся объектов имеет значение их порядок.

Изображение в векторном формате даёт простор для редактирования. Изображение может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться, также имитация трёхмерности в векторной графике проще, чем в растровой. Дело в том, что каждое такое преобразование фактически выполняется так: старое изображение (или фрагмент) стирается, и вместо него строится новое. Математическое описание векторного рисунка остаётся прежним, изменяются только значения некоторых переменных, например, коэффициентов. При преобразовании растровой картинки исходными данными является только описание набора пикселей, поэтому возникает проблема замены меньшего числа пикселей на большее (при увеличении), или большего на меньшее (при уменьшении). Простейшим способом является замена одного пикселя несколькими того же цвета (метод копирования ближайшего пикселя: Nearest Neighbour). Более совершенные методы используют алгоритмы интерполяции, при которых новые пиксели получают некоторый цвет, код которого вычисляется на основе кодов цветов соседних пикселей. Подобным образом выполняется масштабирование в программе Adobe Photoshop (билинейная и бикубическая интерполяция).

Вместе с тем, не всякое изображение можно представить как набор из примитивов. Такой способ представления хорош для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания.

Растровая графика

Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселей. Каждому пикселю сопоставляется значение — яркости, цвета, прозрачности — или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.

Без особых потерь растровые изображения можно только лишь уменьшать, хотя некоторые детали изображения тогда исчезнут навсегда, что иначе в векторном представлении. Увеличение же растровых изображений оборачивается «красивым» видом на увеличенные квадраты того или иного цвета, которые раньше были пикселями.

В растровом виде представимо любое изображение, однако этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями, потери при редактировании.

Фрактальная графика

Фрактал — объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

Фракталы позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти. С другой стороны, фракталы слабо применимы к изображениям вне этих классов.

 

1.1.2. Трехмерная графика

Трёхмерная графика (3D — от англ. three dimensions — «три измерения») оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.

В трёхмерной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей или частиц. Минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники.

Всеми визуальными преобразованиями в 3D-графике управляют матрицы (см. также: аффинное преобразование в линейной алгебре). В компьютерной графике используется три вида матриц:

• матрица поворота;
• матрица сдвига;
• матрица масштабирования.

Любой полигон можно представить в виде набора из координат его вершин. Так, у треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z). Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый/сдвинутый/масштабированный относительно исходного.

Ежегодно проходят конкурсы трехмерной графики, такие как Magick next-gen или Dominance War [2].

 

1.2. Технические средства компьютерной графики

Очевидно, для любой цифровой обработки изображений необходимо специальное оборудование, позволяющее как оцифровывать имеющиеся изображения, так и выводить изображения с компьютера на экран и в виде так называемой твердой копии на бумагу, пленку и другие носители. На рисунке 2 представлены основные аппаратные средства компьютерной графики.

Рисунок 2 – Аппаратные средства компьютерной графики

 

1.2.1. Устройства вывода: экраны

Монитор типа CRT остается самым распространенным устройством вывода графической информации, чему способствует отработанность технологии (электронно-лучевые трубки существуют с XIX века) и низкая стоимость при высоком качестве изображения. Светящееся изображение создается, как и на телевизионном экране, за счет свечения зерен люминофора красного, зеленого и синего цветов под действием потока электронов. CRT-мониторы отличаются отличной цветопередачей и высоким разрешением. С точки зрения потребителя главные параметры такого монитора – размер экрана по диагонали и частота кадровой развертки при выбранном разрешении (у таких мониторов разрешение можно менять программным путем).

Размер экрана традиционно выражается в дюймах. Для обычной работы вполне достаточен экран с диагональю в 17 дюймов. Для профессиональной работы с компьютерной графикой лучше приобрести монитор большего размера.

Частота кадровой развертки измеряется в герцах и показывает, сколько раз в секунду электронный луч перерисовывает картинку на экране. Чем выше частота, тем ниже мерцание изображения и тем ниже нагрузка на зрение. Лучше всего работать при частоте 100..120Гц. Минимально допустимая частота – 60Гц, ниже этой величины мерцание становится явно заметным. Частота зависит от текущего разрешения. Например, монитор может работать с частотой 100Гц в режиме 800´600 и только 75Гц – в режиме 1024´768.

К недостаткам CRT-мониторов относятся высокое энергопотребление (200..500Вт), наличие внутри корпуса опасно высокого напряжения в 20..40 тысяч вольт, заметный нагрев при работе, накопление статического заряда на экране, большие габариты и вес (монитор с диагональю 21 дюйм весит около 50кг).

TFT-мониторы формируют изображение из большого количества разноцветных светодиодов. Такие мониторы имеют фиксированное разрешение (например, 1024´768). Работа при меньшем разрешении возможна, но качество изображения при этом резко ухудшается. TFT-мониторы потребляют мало энергии, используют низковольтное питание, легки и малогабаритны. В ряде моделей экран можно повернуть на 90о для работы с документами формата А4. В то же время TFT-мониторам присущ ряд существенных недостатков. Они обеспечивают худшую цветопередачу по сравнению с CRT-мониторами, а также принципиально не позволяют выполнять цветовую калибровку, поэтому не применяются в полиграфии; размер пиксела на экране TFT-монитора несколько больше размера пятна люминофора у CRT-монитора и картинка выглядит более зернистой. Наконец, по стоимости TFT-мониторы дороже CRT-мониторов с тем же размером экрана.

Экраны, работающие на иных принципах (LCD, плазменные панели) не получили широкого распространения.

Любой монитор подключается к выходу видеокарты компьютера при помощи аналогового композитного RGB-выхода. Последние модели TFT-мониторов обеспечивают подключение цифрового видеовыхода, что несколько повышает качество изображения.

 

1.2.2. Устройства вывода твердых копий: принтеры и плоттеры

Твердые копии на бумаге получают при помощи устройств, известных как принтеры и плоттеры. Традиционно плоттером называется устройство печати больших форматов (свыше А3). По принципу действия и принтеры, и плоттеры в основном делятся на струйные и лазерные.

Струйные принтеры и плоттеры (англ. jet) формируют цветное изображение из капелек чернил четырех цветов. Они работают бесшумно и выдают распечатки высокого качества. В то же время вывод изображения большого формата может продолжаться несколько часов. Струйные устройства печати отличаются высокими эксплуатационными расходами – чернила для них дороги, а для качественной фотопечати требуется бумага со специальным покрытием, которая тоже стоит недешево. Еще один недостаток – частое засорение сопел печатающей головки из-за засыхания чернил. Кстати, чернила являются водорастворимыми, поэтому полученный отпечаток во влажной атмосфере или при попадании воды просто расползается.

Плоттеры отличаются только габаритами и возможностью рулонной подачи материала. В некоторых моделях можно установить лезвие вместо печатающей головки для вырезания контуров по самоклеющейся пленки.

Лазерные принтеры создают черно-белое изображение из мельчайших частиц тонера – специального порошка, который нагревается и впечатывается в бумагу. Получается стойкий отпечаток высокого качества. Лазерные принтеры дешевле в эксплуатации, чем струйные, и печатают заметно быстрее (6..20 страниц в минуту). Серьезный недостаток лазерных принтеров - ионизация воздуха лучом лазера, что приводит к выделению вредного для здоровья человека озона. По санитарным нормам в помещении с лазерным принтером необходима вытяжная вентиляция.

Большинство лазерных принтеров дают только черно-белое изображение. Цветные лазерные принтеры весьма дороги и громоздки. В них фактически совмещены три обычных лазерных принтера. Для приобретения такого принтера необходимо разрешение МВД, поскольку он прекрасно подходит для изготовления поддельных документов. В то же время вы не сможете напечатать поддельные банкноты на таких принтерах – для этого в них предусмотрена специальная защита.

Принтеры и плоттеры подключаются к компьютеру по интерфейсу COM, LPT или USB.

 

1.2.3. Устройства ввода: сканеры

Сканеры позволяют оцифровать изображение и представить его в растровом виде. Чаще всего используются планшетные сканеры формата A4. Разные модели отличаются скоростью сканирования и качеством распознавания мелких деталей изображения – так называемым оптическим разрешением. Для сканирования оригиналов большого формата на плоттер можно установить сканирующую головку.

Сканеры передают данные в компьютер по интерфейсу COM, LPT или USB. Последний вариант предпочтителен, так как он обеспечивает наибольшую скорость передачи данных.

 

1.2.4. Устройства ввода: цифровые фотоаппараты

Цифровой фотоаппарат фактически представляет собой сканер, фиксирующий картинку, создаваемую объективом на его фоточувствительной ПЗС-матрице. Полученное изображение передается в компьютер, обычно по USB-интерфейсу. Главный параметр цифрового фотоаппарата – число пикселов, на которые разбивается картинка. Чем оно выше, тем более мелкие детали будут различимы. При 3 MPx (мегапикселах) и выше достигается качество отпечатка 10´15см, сравнимое с обычной фотографией.

 

1.2.5. Устройства координатного ввода

Устройства координатного ввода обеспечивают ввод координат на плоскости, чаще всего при помощи перемещения пользователем некоторого объекта. Наиболее распространенное такое устройство – всем знакомая компьютерная мышь.

Современные модели оптических мышей снабжены миниатюрной видеокамерой, фотографирующей поверхность с большой частотой, и процессором, рассчитывающим величину смещения между двумя последовательно сделанными снимками.

Планшет состоит из чувствительной к нажиму поверхности и специальной ручки, учитывающей усилие нажима. Планшет часто используется дизайнерами в качестве электронной кисти.

Световое перо когда-то являлось основным устройством координатного ввода, но в последнее время фактически вышло из употребления – работа на вертикальной поверхности экрана неудобна по сравнению с работой с мышью или с планшетом.

Трекбол является аналогом мыши, в котором пользователь вращает пальцами шарик. Трекбол не требует места на столе для своего перемещения и широко применяется в ноутбуках.

Экран типа "touch screen" позволяет непосредственно нажимать пальцем или специальной палочкой (стилусом) на его поверхность. Такие экраны широко применяются в различных справочных системах, автоматах продажи билетов, банкоматах, а также в карманных компьютерах, где чувствительный экран заменяет собой клавиатуру.

Все эти устройства не позволяют напрямую вводить третью координату при работе с 3D графикой. Вопрос удобного и простого ввода трехмерных координат пока ждет своего решения [3].

 

1.3. Программные средства компьютерной графики

Программы для работы с растровой графикой можно разделить на три категории:

• Программы для создания изображения - ряд графических редакторов, ориентирован непосредственно на процесс рисования. В них акцент сделан на использование удобных инструментов рисования и на создание новых художественных инструментов и материалов. К простейшим программам этого класса относится графический редактор Paint, входящий в состав операционной системы Windows. Более профессиональной программой является Corel Painter.
• Программы для обработки изображений - графические редакторы предназначенные не для создания изображений "с нуля", а для обработки готовых рисунков с целью улучшения их качества и реализации творческих идей. Самыми популярными в этой области считаются Adobe Photoshop CS5, PhotoInstrument, Picture Publisher(входит в пакет Microsoft Offise).
• Программы каталогизации изображений - эти программы позволяют просматривать графические файлы множества различных форматов, создавать на жестком диске удобные альбомы, перемещать и переименовывать файлы, документировать и комментировать иллюстрации. Самой популярной в этой области программой является ACDSee.

Как и в случае с растровой графикой, для работы с векторной имеется огромное количество программных средств, освоение которых сложнее по сравнению с растровыми. К основным относятся программы:

• CorelDraw - это профессиональный графический редактор с богатыми настройками и развитой системой управления.
• Adobe Illustrator - основное достоинство программы в том, что она вместе с Adobe Photoshop и Adobe PageMaker образует достаточно мощный пакет для выполнения компьютерной верстки полиграфических изданий и разработки сложных документов.
• Macromedia Freehand - один из самых дружественных и интуитивно понятных векторных редакторов. Программа отличается простотой системы управления и высоким быстродействием, но ее возможности несколько скромнее, чем у предыдущих редакторов [4].

Работа с фрактальной графикой - это скорее программирование, чем рисование. Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений, путём математических расчётов. Фрактальная графика, является вычисляемой, но в отличие от векторной, никакие объекты не хранятся в памяти, а строятся по уравнению или системе уравнений.

Программные пакеты, позволяющие создавать трёхмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень разнообразны. Последние годы устойчивыми лидерами в этой области являются коммерческие продукты: такие как 3D Studio Max, Maya, Lightwave 3D, Softimage, Sidefx Houdini, Maxon Cinema 4D и сравнительно новые Rhinoceros 3D, Nevercenter Silo или ZBrush. Кроме того, существуют и открытые продукты, распространяемые свободно, например, пакет Blender (позволяет создавать 3D модели, c последующим рендерингом (компьютерной визуализацией)), K-3D и Wings3D.

 

2. Практическая часть

План

2.1. Общая характеристика задачи

2.2. Описание алгоритма решения задачи

2.1. Общая характеристика задачи

Наименование задачи:  «Планирование бюджета семьи».

Условие задачи:

1. Построить таблицы по приведеннымданным о доходах членов семьи (рис. 3, 4) и о расходах семьи (рис. 5) за квартал.
2. Заполнить таблицу на рис. 6числовыми данными о доходах семьи за квартал, выполнив консолидацию по расположению данных.
3. Составить таблицу планирования бюджета семьи на квартал (рис.7).
4. По данным о бюджете семьи на квартал (рис. 7) построить гистограмму.

 

2.2. Описание алгоритма решения задачи смотрите в файле

 

Заключение

В теоретической части курсовой работы были рассмотрены средства и технологии обработки графической информации. Было дано определение компьютерной графики, перечислены ее виды, а также описаны технические и программные средства для работы с ней.

Создание компьютерной техники, безусловно, является огромным шагом вперед в прогрессивном развитии науки, техники и технологий, который кардинально изменил жизнь человечества. В этом отношении собственное и весьма значимое место в системе этих достижений заняла компьютерная графика, которая сегодня выступает неотъемлемой частью компьютерной технологии. Ее развитие происходит постоянно, и если еще сравнительно недавно возможности компьютерной технологии были доступны только ученым, программистам и специалистам в данной сфере, то сегодня любой пользователь может работать с графическими программами, имея определенные навыки. Среди технологий, позволяющих осуществлять компьютерную обработку данных с помощью графических средств, основополагающими технологиями стали векторная и растровая.

В практической части была решена задача по планированию бюджета семьи Чижовых с использованием MS Excel 2007. Все условия задачи выполнены. Решение представлено графически, созданы межтабличные связи. При изменении данных о доходах и расходах Чижовой и Чижова на соответствующих листах происходит автоматическое изменение значений в итоговых таблицах.

 

Список литературы

1. Информатика. Базовый курс. 2-е издание / Под ред. С.В. Симоновича. – СПб.: Питер, 2005. – 640 с.: ил.
2. Компьютерная графика: Учебное пособие. Троицкий Д.И. Тула, 2004, (http://sdb.su/comp-grafika/736-komyuternaya-grafika-troickij-d-i.html).
3. Информатика: Учебное пособие. Попова Ольга Владимировна. Красноярск: Красноярский институт экономики Санкт-Петербургской академии управления и экономики (НОУ ВПО), 2007. — 186 с., (http://www.klyaksa.net/htm/kopilka/uchp/index.htm).
4. Автоматизированные информационные технологии в банковской деятельности: учеб. пособие для ВУЗов/ Г.А.Титоренко, В.И. Суворова и др.; под редакцией Г.А. Титоренко/ ВЗФЭИ.-М: Финстатинформ, 2003.- 268с.

---

Понравилось? Нажмите на кнопочку ниже. Вам не сложно, а нам приятно).

---

Чтобы скачать бесплатно Курсовые работы на максимальной скорости, зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Важно! Все представленные Курсовые работы для бесплатного скачивания предназначены для составления плана или основы собственных научных трудов.

---

Друзья! У вас есть уникальная возможность помочь таким же студентам как и вы! Если наш сайт помог вам найти нужную работу, то вы, безусловно, понимаете как добавленная вами работа может облегчить труд другим.

Добавить работу

---

Если Курсовая работа, по Вашему мнению, плохого качества, или эту работу Вы уже встречали, сообщите об этом нам.

---

Добавление отзыва к работе

Добавить отзыв могут только зарегистрированные пользователи.

---

Похожие работы

• Средства и технологии обработки графической информации
• Средства и технологии обработки графической информации