91. Назначение и структура систем компьютерной графики. Пример.
Компьютерная графика — это способ представления информации об объектах, закономерностях и свойствах окружающего мира в виде графического изображения на экране монитора или других устройствах ввода-вывода.

Машинная графика позволяет воспроизвести изображение (на выходе), посредством обработки исходной неграфической информации. Это нужно для графической визуализации результатов эксперимента, работы программ, в компьютерных играх, создания псевдореалистического изображения по разработанному описанию. Для создания изображения требуется соблюдение необходимых правил и наличие программно-аппаратных средств. Следует выделить отдельные специализированные направления компьютерной графики, а именно:
— компьютерную живопись;
— компьютерную анимацию;
— виртуальную реальность.
Системы компьютерной графики соответствуют таким образом общей схеме:
INPUT (символьное описание)?COMPUTER GRAPHICS (преобразование средствами компьютерной графики)?OUTPUT (получаемое изображение).
Можно выделить следующие основные направления компьютерной графики:
1) иллюстративное (создание поясняющих графических дополнений, рекламных роликов, мультимедиа);
2) само развивающее (обеспечение дополнительных расширений собственных возможностей, модификация программ);
3) исследовательское (обеспечение сервисных функций при работе программ, создание графического интерфейса и пр.).
Этапы развития компьютерной графики достаточно быстро сменяли один другого. Сначала данные представлялись в виде отдельных символов, затем появилась возможность вывода и редактирования простейших рисунков, схем, диаграмм. Процесс сдерживался исключительно аппаратными возможностями систем; математическое и программное обеспечение в своем развитии ушли далеко вперед. В настоящий момент все усилия разработчиков сосредоточены на решении двух основных задач:
— придать изображению необходимую динамику;
— создать максимально возможную реалистичность.
Результат работы многих систем можно ежедневно наблюдать по телевизору на примере демонстрации рекламных роликов. Тем более кажется невероятным, что информация представлена в программном виде.

92.Типы данных, используемых в компьютерной графике. Способы представления.
Компьютерная графика — это способ представления информации об объектах, закономерностях и свойствах окружающего мира в виде графического изображения на экране монитора или других устройствах ввода-вывода.
Большинство алгоритмов машинной графики, описывающих изображения, в качестве геометрических данных использует многоугольники и ребра. Последние, в свою очередь, описываются линейными фрагментами, и более детально — точками.
Количество и способы задания координат точек зависят от размерности среды. Для линии — точки задаются одним параметром, для плоскости — парами координат, для пространства — тремя координатами. Например, (х1) (z3) (x1, y1) (y2, z2) (x1, y1, z1). Две точки в состоянии определить отрезок или ребро, а совокупность из 3-х и более — многоугольник. Эти точки накапливаются и хранятся в базе данных. Причем данные, из которых получают рисунок, редко совпадают с данными, служащими непосредственно для формирования изображения. Данные, используемые для вывода изображения, называют — дисплейным файлом. В нем содержится фрагмент, вид, сцена изображения, представленного в общей базе данных.

Выводимоеизображение формируется с помощью операций поворота, переноса, масштабирования и вычисления различных проекций. Как правило, для этих преобразований используют аппарат матричной алгебры (размер матриц 4х4) в однородных координатах. Эти операции часто реализуют аппаратно. Прежде чем рисовать окончательный результат, возможны операции редактирования. Добавить удаление невидимых линий или поверхностей, произвести закраску, учесть влияние прозрачности, нанести текстуру и воспроизвести цветовые эффекты. Если не надо рисовать все изображение, то следует выбрать соответствующую часть. Данный процесс называется о т с е ч е н и е м. Оно может быть двухмерным (в плоскости) или трехмерным. При трехмерном варианте отсекающее окно может иметь неровные или несимметричные границы. Для стандартных областей отсечение реализуется аппаратно. Широкое применение нашли булевы операции.
Многие графические изображения содержат текстовую информацию. Текст определяется гарнитурой шрифта и стилем. Составные элементы шрифта (литеры) генерируются либо аппаратно, либо программным образом. Естественно, в последнем случае с ними возможны манипуляции, как с любой частью изображения. При аппаратной генерации литеры сохраняются в виде кодов до момента непосредственного вывода. Для модификации средства ограничены (смена углов наклона и коэффициентов масштабирования). Следует учесть, что отсечение аппаратно генерируемых литер невозможно — литера либо остается неизменной либо исчезает.
Поскольку любой образ в компьютерной графике — это множество точек, то имеют место два подхода к реализации изображения — векторный и растровый.
Векторный — определяет способ построения изображения из последовательности линейных фрагментов минимально возможной длины и толщины. Совокупность этих отрезков образуют не только прямые участки, но и изогнутые. В последнем случае строится конечно-элементная ломаная, которая аппраксимируется в гладкую линию. Изломы можно наблюдать при большом увеличении. Однако, при необходимости, можно произвести регенерацию и многогранность будет ликвидирована (существующие фрагменты будут разбиты на множество более мелких). Возможные ограничения — исключительно аппаратного характера.
Растровый — основан на разбиении экрана на мельчайшие светящиеся элементы матрицы pixel’s (иногда называют “пэл”, т.е. picture element). Достоинства несомненны (работа с цветом), однако существенным становится появление “эффекта ступенчатости” при большом увеличении. Последнее вызвано стабильным размером “зерна” люминофора и является одной из его характеристик.
В настоящее время появился новый тип графики, своеобразный симбиоз растра и векторных линий, т.н. гибридная (векторно-растровая) графика. Появление обусловлено необходимостью совмещения на одном растровом изображении (например — географической карте, медицинских голограммах и пр.) контурных линейных фрагментов (например — изолиний уровня, разводки трасс и пр.) и цвета. Данная область графики динамично развивается. Основные сферы применения — САПР и ГИС.

96. Авторские средства компьютерной графики. Виды.

Применение. Тенденции.
Среди авторских средств разработки мультимедиа хотелось бы выделить MacroMedia Director (r. 6), Apple Media Tool, mTropolis и Authorware. Наряду с явными достоинствами систем имеется ряд проблем, которые нельзя не выделить. Это:
— невысокая скорость загрузки и исполнения программы (возможный выход — грамотная оптимизация диска и программы);
— необходимость работы с большой палитрой (часто свыше 16 млн. цветов), что требует соответствующих аппаратных ускорителей.
Преимущества также очевидны:
— разработка на авторском средстве идет заметно быстрее;
— работа с ними проще (для непрограммиста);
— быстрее осваиваются (вытекает из предыдущего).
В большинстве средств ПО авторского типа имеются возможности для расширения. Так, в Director — это система модулей дополнений xtra; в Apple Media Tool — возможность вносить изменения в текст программы, генерируемой авторским средством. Скорость работы — такая же, как и на С, но время разработки меньше.
Только Visual C позволяет осуществить разработку межплатформенных данных без переписывания кода (свойства Microsoft Visual C и Cross Development Edition). В состав пакета последнего входит полный набор библиотек для Visual C (r. 4).
Разрабатываемые программные средства, и для графики в том числе, имеют большую ориентацию на авторские средства, не забывая о поддержке связи с универсальными. Приведем только два примера.
1. Долгое время возможности Quick Time VR (описания среды виртуальной реальности) были доступны только из Director и HyperCard при помощи библиотек xlib и не подвластны приложениям на С. Теперь этот вопрос решен.
2. Технология Real VR фирмы Real Space, позволяет моделировать миры VRML, а в качестве фона использует реальные изображения. Однако до сих пор нет библиотек для использования Real VR на С поскольку рентабельность таких разработок низкая, а затраты достаточно высоки.

93. Средства ввода и визуализации изображений в КГ. Примеры.
Изображение, создаваемое на экране монитора формируется в автономном или ручном режиме. Для выполнения корректировки и ввода данных применяют как диалоговые устройства (обладающие обратной связью), так и автономные средства. Основное назначение первых состоит в организации воздействия человека на изображение, создаваемое или редактируемое на экране монитора. К таким устройствам можно отнести:
* командный планшет;
* световое перо;
* рычаг;
* мышь;
* ручки для ввода скалярных величин;
* функциональные переключатели или кнопки;
* клавиатуры.
Логически устройства можно разделить на следующие типы: локатор, валюатор, селектор и кнопка.
Локатор — устройство, служащее для выдачи двух или трех координатной информации об объекте в концептуальном пространстве. Координаты могут быть абсолютные или относительные.
Валюатор применяется для ввода одиночной величины (обычно вещественное число) между 0 и max значением, возможным для данного устройства.
Селектор обеспечивает функцию выбора объектов или под-картинок в изображении.
Кнопка используется для выбора и активирования событий или процедур, управляющих ходом диалога.
Ш а р ( т р е к б о л ) во многом аналогичен курсору. Был задуман, как альтернатива мыши. Одна из целей — повышение точности. Область применения — для управления курсором в ноутбуках, в системах управления воздушными перевозками.
М ы ш ь (два валика, две или три кнопки, бывают оптические).
Р у ч к и для ввода скалярных величин являются одним из наипростейших видов валюаторов. В принципе, это объединенные в группы чувствительные к вращению потенциометры или точные цифровые преобразователи углового положения.
С е н с о р н а я п а н е л ь похожа на планшет и относится к классу локаторов. На двух смежных сторонах расположены источники света, а на противоположных — светочувствительные элементы. Действие основано на том, что любой карандаш, перст или предмет, перекрывая ход ортогональных лучей выдает информацию в виде координат x,y. Однако точность невысока и поэтому применяется для грубых операций указания.
Р ы ч а г является как локатором, так и типичным валюатором. Первое обстоятельство обусловлено использованием в качестве делителя напряжения чувствительных переменных резисторов или потенциометров.
П л а н ш е т (локатор). Конструктивно выполнен либо в виде отдельной доски (называется цифрователем) либо в комбинации с дисплеем на ЭЛТ. Состоит из плоской поверхности и карандаша (для указания точки на поверхности).
Сканеры — устройства, предназначенные для считывания исходной текстово-графической информации (чертеж, рисунок, текст) и преобразования в электронный вид, с целью дальнейшей обработки и хранения.

Кроме рассмотренных устройств для работ связанных с созданием и обработкой графической информации используется широкий спектр периферии:
— принтеры;
— плоттеры;
— плоттеры — каттеры (плоттеры с обрезкой листа);
— ламинаторы (аппараты для защиты документа спец. покрытием);
— триммеры (аппараты для обрезки пакета материалов в определенный формат);
— тюнеры (устройства для приема и обработки видео- данных и радиосигналов).

94. Программные средства КГ. Краткий обзор и назначение.
Работа с компьютерной графикой невозможна без соответствующего программного обеспечения (ПО). Программные средства, как набор универсальных и прикладных программ являются тем инструментом, что позволяет разработчику решать его задачи. Поскольку последние становятся все сложнее, справиться с ними возможно только применяя или адаптируя программный аппарат.
Ситуация такова, что обновление, совершенствование программно-аппаратных средств идет очень быстро и частое обновление машинного парка невыгодно (да и невозможно) по финансовым причинам. Поэтому программирование и использование интегрированных пакетов становится весьма актуальным.
Написание и применение любого, тем более графического ПО, требует:
— лингвистического (языкового) обеспечения;
— алгоритмического обеспечения;
— математического обеспечения;
— методического обеспечения.
• Лингвистическое — совокупность языковых средств, применяемых для написания программ.
•Алгоритмическое обеспечение — представляет из себя набор алгоритмов (схем решения) графических задач, описывающих функционирование программ, их взаимосвязи, ограничения, интрефейс.
• Математическое обеспечение — объединяет те разделы математики (аналитическую геометрию, дифференциальное и интегральное исчисление, алгебру логики и матричные преобразования), которые служат инструментом решения задач компьютерной графики.
Каковы основные факторы, влияющие на качество программного средства? Это — скорость создания, скорость исполнения, возможность появления ошибок, особенности программы.
Наличие удобной среды программирования позволяет отслеживать процессы отладки и выполнения, вовремя вносить коррективы, дополнения.
Возможность задействовать все декларируемые функции ОС и ее расширений (API программиста) значительно упрощает разработку, понимание хода процессов. Среди явных лидеров универсальных средств лидирует С (С++). Наличие различных компиляторов, графических библиотек способствуют популяризации. Многие пользователи (особенно последователи Turbo Pascal) предпочитают Delphi, другие — Visual Basic. Visual Basic, как инструмент, прост в освоении и имеет хорошие возможности, наглядность.
Для решения задач видео применяют специализированные пакеты, типа Quick Time. Часто при разработке мультимедийных приложений, требуется обеспечить синтез графики и текста. Причем для текста часто необходим индексированный поиск (пример — мультимедийные энциклопедии). Хорошее решение — использование Media View. Пакет Adobe Acrobat представляет интересную технологию для работы с текстом. Набор библиотек Acrobat Tool Kit позволяет осуществить индексирование в наборе файлов и поиск по файлу индекса. Имеется возможность вывода на экран сверстанных документов в формате .pdf. Но, существенной проблемой является получение Acrobat Kit, т.к. для этого надо быть лицензионным участником программы фирмы Adobe. Это недешево.
Следует заметить, что разработка собственных библиотек — трудоемкий и не всегда оправданный выход. На это, как правило, идут только крупные компании, и то, если выгода очевидна. Гораздо больший резон — использование имеющегося программного багажа авторских средств. Важным аспектом разработки графических приложений является хорошее владение информацией. В связи с этим необходима работа с документацией по продукту, обращение к WEB-сайтам фирм.
При проведении тестирования выявляются ошибки, заложенные в продукте. Негласное правило гласит, что приобретение ранних версий чревато неприятностями, которые могут возникнуть в ходе эксплуатации программ. Процесс адаптации программных библиотек к новым моделям 3D- ускорителей осуществляется с использованием технологий Quick Draw 3D, DirectX или Open GL.
Большой интерес представляет работа набора Quick Draw 3D для трехмерной графики. Среди заметных преимуществ можно отметить следующие:
— удобный интерфейс;
— наличие стандарта хранения файлов 3DMF;
— легкий просмотр и воспроизведение 3D-моделей через программу-Viewer.
Новые разработки Microsoft (идет _ -тестирование) посвящены индексированию и поиску информации в HTML-файлах. Пока связь объектов в PC-системах использует механизм OLE (Object Linking Embadding), МАС- платформа применяет Apple Script и Apple Events.

95.Графическая система. Состав. Назначение. Виды.

Архитектура систем.
Возможности графических систем.
Работа с графикой требует точного определения и описания точек объектов, а значит проведения больших вычислений. Зависимость прямая. Так, для растровой картины — чем выше разрешение, тем более мелкие детали можно отобразить, тем больше должен быть объем памяти (оперативной особенно). Для векторной — чем больше векторов описывает рисунок, тем более реалистично он выглядит. Решить подобные задачи по силам только мощным специализированным компьютерам, оборудованным специальными графическими ускорителями, быстрой и емкой памятью, высококачественными видеомониторами и периферией.
Комплекс средств, состоящих из мониторной системы, набора программ и элементов графического интерфейса называют г р а ф и ч е с к о й системой.
Структура таких систем может быть представлена в едином закрытом варианте (что имеет место с компьютерами фирмы Apple), так и в модульном, расширяемом варианте (IBM — совместимые машины и клоны). Ранее созданные комплексы имели многопользовательский интерфейс с работой в режиме реального времени (машины типа Vax, Apollo и др.). При этом создание и обмен графическими данными происходил медленно, и зависел от числа абонентов сети (обратная зависимость), но позволял выполнять различные по теме задачи с использованием одной ЭВМ. С внедрением персональных компьютеров появилась возможность создания универсальных автономных рабочих мест, оснащенных индивидуальным процессором и гибким интерфейсом, т.н. рабочих станций. Одни применялись для решения сложных расчетных задач, другие, оснащенные средствами графического диалога, для моделирования, визуализации или контроля. Станции оборудованные специально для решения графических задач стали называть г р а ф и ч е с к и м и станциями.