§ 40. Компьютерная графика

Определения и обозначения

Компьютерная графика — создание, обработка и отображение изображений с помощью компьютера. Это понятие охватывает и рисование, и изменение готовой картинки, и её показ на экране. Оно нужно, чтобы понимать, какие задачи компьютер помогает решать с изображениями.

Растровое изображение — изображение, состоящее из множества цветных точек — пикселей. Каждая точка занимает своё место и имеет цвет, а вместе точки образуют картинку. Такой способ представления подходит, когда важно передать сложные цвета и подробности, например на фотографии.

Векторное изображение — изображение, составленное из геометрических объектов, описанных математически. Компьютер хранит сведения о линиях и фигурах, а не цвет каждой точки готовой картинки. Это удобно, если изображение нужно менять в размере или редактировать по частям.

Пиксель — минимальный элемент растрового изображения, имеющий определённый цвет. У картинки есть множество пикселей, расположенных рядами и столбцами. Понимание этого элемента помогает объяснить, почему при сильном увеличении растра могут стать заметны отдельные квадратики.

Как это устроено

Чтобы представить растровую картинку, компьютер делит её на маленькие участки — пиксели. Для каждого участка записывается информация о цвете, и при показе все точки располагаются в нужном порядке. Так компьютер может отобразить изображение, хотя сам он хранит не нарисованные краски, а данные о цветах отдельных элементов.

При увеличении растровой картинки площадь, которую занимают её пиксели на экране, становится больше. Исходное изображение содержит прежнее число точек, поэтому компьютер не получает сведений о новых мелких деталях. Он растягивает имеющиеся участки, и границы объектов могут выглядеть неровными или напоминать крупные квадратики.

Векторный рисунок устроен иначе: его элементы задаются как объекты с определёнными параметрами. Например, для линии можно указать координаты начала и конца, цвет и толщину, а для фигуры — её форму и положение. Благодаря такому описанию компьютер знает, какие элементы нужно построить, а не только какого цвета отдельные точки.

Когда векторный рисунок увеличивают, компьютер пересчитывает положение и размеры объектов по их описанию. Затем линии и фигуры строятся заново для нового масштаба, поэтому изображение не превращается в увеличенные пиксели. Это позволяет сохранять чёткие границы, хотя мелкие детали, которых не было в исходном описании, сами собой не добавятся.

Вид графики выбирают в зависимости от того, какое изображение нужно создать и как его будут использовать. Фотография состоит из множества цветовых переходов и мелких подробностей, поэтому её обычно хранят в растровом виде. Схемы и логотипы часто состоят из чётких линий и фигур, поэтому их удобно создавать векторными: такие изображения можно подгонять под разные размеры.

Сравнение растровой и векторной графики

Сначала определите, что именно изображено и насколько важны мелкие цветовые подробности. Затем подумайте, придётся ли часто менять размер картинки: для масштабируемых схем и логотипов удобен векторный формат. Таблица помогает сравнить свойства, но выбор зависит от задачи, а не только от названия формата.

Разбор задач

Задача 1. Нужно создать рисунок из отдельных цветных клеток и при увеличении рассмотреть его структуру. Какой вид графики выбрать? Разберём, какие особенности картинки важны в условии. Здесь изображение должно состоять именно из отдельных цветных элементов.

1. Сопоставим условие с определением: рисунок из цветных клеток похож на изображение из пикселей.
2. Пиксели являются элементами растра, поэтому выбираем растровую графику.
3. При увеличении можно рассмотреть сами точки и их границы, потому что они составляют изображение.

Ответ: растровую графику. Она подходит для рисунка, в котором отдельные цветные клетки должны быть видны.

Задача 2. Логотип нужно разместить на визитке и на большом плакате без потери чёткости. Какой вид графики подойдёт? Главное требование — одинаково чёткое изображение при разных размерах. Поэтому нужно выбрать способ хранения, при котором увеличение не растягивает исходные пиксели.

1. Определим, что логотип состоит преимущественно из линий и фигур, а не из множества фотографических оттенков.
2. В векторной графике компьютер хранит описание объектов и может строить их заново в нужном размере.
3. Выберем векторное изображение и масштабируем его для визитки и плаката.

Ответ: подойдёт векторная графика. При изменении размера объекты сохранят чёткие края.

Задача 3. Фотографию увеличили, и на ней стали заметны крупные квадратики. Объясните причину и предложите подходящий вид графики для создания схемы, которую часто масштабируют. В условии описаны две разные задачи: объяснить видимые квадратики и подобрать формат для схемы. Их следует разобрать отдельно, потому что фотография и схема требуют разных свойств.

1. Квадратики — это увеличившиеся пиксели растровой фотографии.
2. При увеличении прежних пикселей становится недостаточно для передачи новых деталей, поэтому изображение теряет чёткость.
3. Для часто масштабируемой схемы выберем векторную графику: она хранит описание линий и фигур.

Ответ: фотография стала менее чёткой из-за увеличения пикселей; схему удобно создать в векторном виде.

Типичные ошибки

Ошибка: считать растровое изображение набором геометрических фигур. Такое заблуждение возникает потому, что на экране мы видим цельный рисунок, а не отдельные элементы его хранения. Проверьте себя: если изображение состоит из точек с цветом, это растр; описание фигур характерно для вектора.

Ошибка: ожидать, что увеличение растровой картинки добавит ей детали. Можно подумать, что компьютер заполнит пустое место новыми сведениями, но исходных данных о них нет. Проверьте себя: при увеличении заметнее становятся прежние пиксели, а не новые подробности.

Ошибка: считать векторное изображение фотографией, описанной пикселями. Векторный рисунок на экране тоже состоит из точек, поэтому легко спутать его отображение с тем, как он хранится. Проверьте себя: растр хранит цвета пикселей, а вектор — описание объектов, например линий и фигур.

Ошибка: выбирать вид графики, не учитывая задачу. Иногда кажется, что один способ подойдёт для любого рисунка, но фотографии и масштабируемые схемы предъявляют разные требования. Перед выбором спросите себя, нужны ли многочисленные цветовые подробности или чёткие объекты, которые придётся увеличивать.

Связь с другими темами

Для изучения компьютерной графики полезно знать, что компьютер хранит и обрабатывает данные. Изображение на экране выглядит цельным, но может быть представлено множеством элементов с отдельными свойствами. Это связывает тему с представлением информации и объясняет, почему компьютер может менять изображение по заданным правилам.

Знание видов графики пригодится при выборе графического редактора и формата файла. Для фотографии обычно подходит растровый способ, а для схемы или иллюстрации, которую нужно масштабировать, может быть удобнее векторный. Если заранее учитывать назначение изображения, его проще подготовить для нужного размера и использования.

Что запомнить

• Компьютерная графика — изображения, создаваемые и обрабатываемые компьютером.
• Растровое изображение состоит из пикселей.
• Пиксель хранит информацию о цвете участка изображения.
• При увеличении растра могут стать заметны отдельные пиксели.
• Векторное изображение состоит из геометрических объектов.
• Векторные объекты можно масштабировать без потери чёткости.
• Вид графики выбирают в зависимости от того, какое изображение нужно создать.