«Посвящается 60-летию высшего профессионального лесного образования в Республике Коми Ю. А. Жук МУЛЬТИМЕДИЙНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Учебное пособие Утверждено учебно-методическим советом Сыктывкарского лесного института в качестве ...»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного

бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный

лесотехнический университет имени С. М. Кирова»

Кафедра информационных систем

Посвящается 60-летию

высшего профессионального лесного образования в Республике Коми Ю. А. Жук

МУЛЬТИМЕДИЙНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Учебное пособие Утверждено учебно-методическим советом Сыктывкарского лесного института в качестве учебного пособия для студентов направлений бакалавриата 230200 «Информационные системы», 230400 «Информационные системы и технологии»

и специальности 230201 «Информационные системы и технологии»

всех форм обучения Самостоятельное учебное электронное издание

СЫКТЫВКАР

УДК ББК Ж Утверждено к изданию редакционно-издательским советом Сыктывкарского лесного института Автор: Ю. А. Жук, кандидат педагогических наук, доцент кафедры информационных систем и технологий Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им. С. М. Кирова Соавтор главы 3 «Компьютерная графика» — заведующий кафедрой информационных систем и технологий СПбГЛТУ профессор А. М. Заяц Отв. редактор: И. И. Лавреш, кандидат технических наук, заведующий кафедрой информационных систем Сыктывкарского лесного института Рецензенты: В. В. Фомин, доктор технических наук, профессор кафедры информационных систем и программного обеспечения (Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена); В. И. Халимон, доктор технических наук, профессор кафедры систем автоматизированного проектирования и управления (Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)) Жук, Ю. А.

Ж85 МУЛЬТИМЕДИЙНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ [Электронный ресурс] : учеб.

пособие : самост. учеб. электрон. изд. / Ю. А. Жук ; Сыкт. лесн. ин-т. – Электрон. дан. – Сыктывкар : СЛИ, 2012. – Режим доступа:

http://lib.sfi.komi.com. – Загл. с экрана.

В учебном пособии изложены основные положения курса «Мультимедийные технологии». Рассмотрены специфика создания мультимедийных приложений, аппаратно-программного обеспечения, основные направления и методы использования мультимедиа. Приведены лабораторные работы для студентов, позволяющие изучить на практике возможности для создания мультимедийных приложений. Для студентов направлений бакалавриата 230200 «Информационные системы», «Информационные системы и технологии» и специальности «Информационные системы и технологии» всех форм обучения.

УДК ББК Самостоятельное учебное электронное издание Жук Юлия Александровна

МУЛЬТИМЕДИЙНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Электронный формат – pdf Разрешено к публикации 12.07.12. Объем 11,9 уч.-изд. л., 46,3 Мб.

Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова» (СЛИ), 167982, г. Сыктывкар, ул. Ленина, 39, [email protected], www.sli.komi.com Редакционно-издательский отдел СЛИ. Заказ № 77.

ISBN 978-5-9239-0355- Регистр. номер в ФГУП «Информрегистр» © СЛИ, © Жук Ю. А.,

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ЧАСТЬ I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МУЛЬТИМЕДИА

1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННЫХ

МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

2. АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА МУЛЬТИМЕДИА

СИСТЕМ

3. КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

4. АКУСТИЧЕСКАЯ СРЕДА МУЛЬТИМЕДИА

5. ВИДЕОСРЕДА МУЛЬТИМЕДИА

6. ТЕХНОЛОГИИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ДАННЫХ ДЛЯ

МУЛЬТИМЕДИА ПРИЛОЖЕНИЙ

ЧАСТЬ II. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

1. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ В КОМПЬЮТЕРНОМ КЛАССЕ.......... 2. ADOBE PHOTOSHOP

3. PHOTO IMPRESSION

4. ULEAD VIDEOSTUDIO

ПРИЛОЖЕНИЯ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Мультимедиа — одно из наиболее перспективных направлений человеческой деятельности. Мультимедийные технологии развивались и совершенствовались стремительными темпами с начала 90-х годов, став в настоящее время основой новых продуктов и услуг, таких как электронные книги и газеты, новые технологии обучения, видеоконференции, средства графического дизайна, рекламы, видеопочты и др.

Мультимедийные приложения позволяют собирать и объединять огромные и разрозненные объемы информации, дают возможность с помощью интерактивного взаимодействия выбирать определенные информации.

интегрированную информационную среду, в которой пользователь обретает качественно новые возможности.

мультимедийных услуг пользователям различных сфер деятельности.

Учебное пособие «Мультимедийные технологии» представляет собой систематизацию теоретических и практических знаний о сущности, специфике, наиболее целесообразных направлениях и методах использования современных мультимедийных технологий. Структурно курс представляет собой две части. В первой части представлены теоретические основы мультимедиа, проблемы становления и развития, а также технология создания и использования мультимедийных ресурсов.

Даны краткие сведения, необходимые для понимания физических основ работы с разными видами информации, особенностей используемых при этом технических средств. Во второй части предложены лабораторные работы, в результате которых студенты получают практические умения и навыки разработки мультимедийных приложений. Каждая лабораторная работа включает в себя:

• задание, которое отражает цели и задачи данного занятия;

• алгоритм действия для выполнения задания;

• рекомендации, полезные советы необходимые для успешной работы;

• материал для самостоятельного изучения;

• контрольные вопросы В лабораторном практикуме приведены задания, позволяющие изучить на практике основные возможности, предоставляемые программами Adobe Photoshop, Photo Impression, Ulead VideoStudio Photoshop для создания мультимедийных приложений. Эти программные продукты предоставляют возможность использования и редактирования импортирование объектов из интернет-ресурсов в разрабатываемый проект, наложение различных эффектов, создание видеороликов.

бакалавриата и специальностям, связанным с информационными системами и технологиями, а также тем, кто интересуется новыми технологиями информационного общества.

выполнения лабораторных работ в пособии используются условные обозначения, пиктограммы, расположенные на полях, которые способствуют более быстрой ориентации в тексте, а также окажут помощь в ранжировании важности информации.

Все практические занятия рекомендуется проводить в компьютерном классе со свободным доступом в Интернет. Для успешного выполнения лабораторной работы студенту необходимо ознакомиться с заданием, творчески подойти к его выполнению, ответить на контрольные вопросы и предоставить разработанный проект для защиты. Из создаваемых студенческих проектов целесообразно создать электронный архив, данные которого можно использовать как образцы в последующей работе. Лучшие студенческие работы можно разместить на сайте учебного заведения, что не только будет способствовать повышению мотивации к обучению, но и даст возможность практического применения полученных профессиональных знаний и умений.

Теоретические основы мультимедиа

1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННЫХ

МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Мультимедиа (multimedia — «многие среды») — это сумма современных информационных технологий (рис. 1.1), позволяющих интегрировать (объединить) в компьютерной системе текст, звук, видеоизображение, графику и анимацию (мультипликацию), оцифрованные неподвижные изображения.

МУЛЬТИМЕДИА

Рисунок 1.1. Основные составляющие мультимедиа Мультимедиа является одним из наиболее перспективных и популярных направлений развития информационных технологий. Их цель — создание приложений, содержащих «коллекции изображений, текстов и данных, сопровождающихся звуком, видео, анимацией и другими визуальными эффектами, включающими интерактивный интерфейс и другие механизмы управления» [46]. Данное определение сформулировано в 1988 году Европейской Комиссией по проблемам внедрения и использования новых технологий. Идейной предпосылкой возникновения технологии мультимедиа считают концепцию организации памяти «MEMEX», предложенную еще в 1945 году американским ученым Ваннивером Бушем. Она предусматривала поиск информации в соответствии с ее смысловым содержанием, а не по формальным признакам (порядку номеров, индексов или по алфавиту и т. п.). Эта идея нашла свое выражение и компьютерную реализацию сначала в виде гипертекста (системы работы с комбинациями текстовых материалов), а затем и в виде гипермедиа (системы, работающей с комбинацией графики, звука, видео и анимации). Особый интерес в конце 80-х годов к применению мультимедиа-технологии связан с именем Билла Гейтса, которому принадлежит идея создания и успешной реализации на практике мультимедийного продукта на основе служебной музейной инвентарной базы данных для «National Art Gallery» в Лондоне, с использованием в нем всех возможных «сред»: изображений, звука, анимации, гипертекстовой системы.

Именно этот продукт интегрировал в себе три основных принципа мультимедиа [14]:

1) представление информации с помощью комбинации множества воспринимаемых человеком сред;

2) наличие нескольких сюжетных линий в содержании продукта;

3) художественный дизайн интерфейса и средств навигации.

До конца 80-х годов мультимедиа-технология не получала широкого внедрения у нас в стране из-за отсутствия аппаратной и программной поддержки. Чуть позже появляются мультимедиа-системы на базе IBM PC, что дало возможность более широкому распространению данных технологий.

совершенствовались, став к началу XXI века основой новых продуктов и услуг, это было обусловлено как требованием практики, так и развитием теории. Существенным является то, что имитация реальности с помощью мультимедийных средств происходит в диалоговом режиме. Пользователь имеет возможность постоянного взаимодействия с программой. Развитие диалоговых систем мультимедиа привело к появлению электронных книг, газет, учебников, энциклопедий, атласов, художественной литературы с «живыми» картинками и звуком, а также новых технологий обучения, видеоконференций, средств графического дизайна, голосовой и видеопочты. Применение средств мультимедиа в компьютерных приложениях стало возможным благодаря прогрессу в разработке и производстве новых микропроцессоров и систем хранения данных:

- возросший объем памяти, характеристики внешней памяти;

- быстродействие;

- графические возможности;

- достижения в области видеотехники, лазерных дисков, их массовое внедрение;

- разработка методов быстрого и эффективного сжатия/развертки данных.

Совершенствование технологий, произошедших в этом направлении за последнее десятилетие, обеспечено, прежде всего, развитием технических и системных средств. Современный мультимедиа-ПК укомплектован активными стереофоническими колонками, микрофоном и дисководом для оптических компакт-дисков CD-ROM, а также новым для прослушиванию чистых стереофонических звуков через акустические колонки со встроенными усилителями. Компьютер, снабженный платой информационным инструментом по практически любой отрасли знания и человеческой деятельности.

Термин мультимедиа также зачастую используется для обозначения носителей информации, позволяющих хранить значительные объемы данных и обеспечивать достаточно быстрый доступ к ним. В таком случае термин мультимедиа означает, что компьютер может использовать такие носители и предоставлять информацию пользователю через все возможные виды данных, такие как аудио, видео, анимация, изображение и другие в дополнение к традиционным способам предоставления информации, таким как текст [8].

Компьютер без средств мультимедиа сегодня уже не считается полноценным.

интерактивная мультимедиа [29]. Она обеспечивает возможность произвольного управления видеоизображением и звуком в режиме диалога. Live video (реальное/живое видео) — характеристика системы мультимедиа с точки зрения ее способности работать в реальном времени.

уделяется много внимания. Основными целями применения продуктов, созданных в мультимедиа технологиях, являются [14]:

1) популяризаторская и развлекательная — самое широкое направление использования мультимедиа продуктов;

2) научно-просветительская или образовательная (используются в качестве методических пособий). Использование мультимедиа продуктов с этой целью идет по двум направлениям:

• отбор путем чрезвычайно строгого анализа из уже имеющихся рыночных продуктов тех, которые могут быть использованы в рамках соответствующих курсов;

• разработка мультимедийного продукта преподавателями в соответствии с целями и задачами учебных курсов и дисциплин.

Значение этой области применения мультимедиа будет возрастать, так как знания, обеспечивающие высокий уровень профессиональной квалификации, всегда подвержены быстрым изменениям. Сегодняшний уровень развития, особенно в технических областях, требует постоянного обновления, и предприятия, основой развития которых является конкуренция, должны в своей деятельности быть весьма гибкими.

Преимущества обучения с использованием мультимедиа следующие:

- лучшее и более глубокое понимание изучаемого материала;

- мотивация обучаемого на контакт с новой областью знаний;

- экономия времени из-за значительного сокращения времени обучения;

- полученные знания остаются в памяти на более долгий срок и позднее легче восстанавливаются для применения на практике после краткого повторения;

- уменьшение затрат на производственное обучение и повышение квалификации;

- самая главная особенность таких обучающих программ — их ненавязчивость, ведь пользователь сам определяет место, время и продолжительность занятия.

документирования коллекций источников и экспонатов, их каталогизации и научного описания; для создания «страховых копий», автоматизации поиска и хранения; для хранения данных о местонахождении источников;

для хранения справочной информации; для обеспечения доступа к внемузейным базам данных; для организации работы ученых не с самими документами, а с их электронными копиями и т. д.

Деятельность по разработке и осуществлению этих направлений архивно-музейной научной работы координируется Международным комитетом по документации (CIDOC) при Международном совете музеев, Музейной компьютерной сетью при Комитете по компьютерному обмену музейной информации (CIMI), а также Международной программой Гетти в области истории искусства (AHIP). Кроме этого, названные организации документирования и каталогизации музейных и архивных ценностей, осуществлением возможностей обмена информационными компонентами исследовательских систем.

деятельности человека.

• Образование — медиаобразование (виртуальные университеты, система дистанционного обучения (ДО), курсы).

• Промышленность (авиация, автомобилестроение, судостроение, кибернетика и др.), особенно в механической и автомобильной промышленности, мультимедиа, прежде всего, используется на стадии проектирования. Это позволяет, например, инженеру рассматривать изделие в различных перспективах, производить другие манипуляции, прежде чем приступать к производству (автоматизированное проектирование).

• Экономика (системы управления).

• Медицина (диагностика, лечение) мультимедиа применяется в процессе обучения хирургов (виртуальная хирургия).

• СМИ (виртуальная студия, цифровое и аналоговое телевидение, радио, телетекст, Интернет).

супермаркеты). Возможности технологии мультимедиа безграничны. В бизнес-приложениях мультимедиа в основном применяются для обучения и проведения презентаций. В сфере бизнеса фирма по продаже недвижимости уже используют технологию мультимедиа для создания каталогов продаваемых домов.

• Военные цели (космические, авиация, корабли, танки, штабы и тренажеры). Технологические мультимедиа пользуется большим вниманием военных. Так, Пентагон реализует программу перенесения на интерактивные видеодиски всей технической, эксплуатационной и учебной документации по всем системам вооружений, создания и массового использования тренажеpов на основе таких дисков.

• Наука (моделирования различных процессов).

• Культура и искусство (кино, музеи, виртуальные личности и объекты, энциклопедии). В искусстве наиболее яркими примерами мультимедиа являются специальные эффекты в кино, компьютерная мультипликация и трехмерная графика.

• Игры (развлечения, отдых, туризм, знакомство).

• Создание сайтов — наиболее популярная сфера использования.

Сайт, содержащий звук, видео, анимированные изображения и текст, позволит наглядно и доступно представить информацию любого содержания.

• Виртуальная реальность — получение почти реальных ощущений человеком от нереального мира.

мультимедиа являются следующие возможности, которые активно используются в представлении информации:

возможность хранения большого объема самой разной информации на одном носителе;

возможность увеличения (детализации) на экране изображения или его наиболее интересных фрагментов, иногда в двадцатикратном увеличении при сохранении качества изображения;

разнообразными программными средствами с научно-исследовательскими или познавательными целями;

возможность выделения в сопровождающем изображение текстовом осуществляется немедленное получение справочной или любой другой пояснительной (в том числе визуальной) информации;

любого другого аудиосопровождения, соответствующего статичному или динамичному визуальному ряду;

видеозаписей и т. д., функции «стоп-кадра», покадрового «пролистывания»

видеозаписи;

возможность включения в содержание диска баз данных, методик обработки образов, анимации (к примеру, сопровождение рассказа о геометрических построений ее композиции) и т. д.;

возможность подключения к глобальной сети Internet;

возможность работы с различными приложениями (текстовыми, информацией);

представляемой в продукте информации;

«закладок» на заинтересовавшей экранной «странице»;

возможность автоматического просмотра всего содержания продукта «путеводителя-гида» по продукту; включение в состав продукта игровых компонентов с информационными составляющими;

возможность «свободной» навигации по информации и выхода в основное меню, на полное оглавление или вовсе из программы в любой точке продукта.

Благодаря этим техническим возможностям, мультимедиа получило столь широкое распространение как одно из направлений информационных технологий.

2. АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА

МУЛЬТИМЕДИА СИСТЕМ

Одна из основных проблем мультимедийных систем — совместная обработка разнородных данных: цифровых и аналоговых, «живого» видео и неподвижных изображений и т. п. В компьютере все данные хранятся в цифровой форме, в то время как теле-, видео- и большинство аудиоаппаратуры работает с аналоговым сигналом [6]. Выходные устройства компьютера — мониторы и динамики имеют аналоговый выход, поэтому простейший способ построения первых систем мультимедиа состоял в стыковке разнородной аппаратуры с компьютером, предоставлении компьютеру возможностей управления этими устройствами, совмещении выходных сигналов компьютера и видео- и аудиоустройств и обеспечении их нормальной совместной работы.

Дальнейшее развитие мультимедиа происходит в направлении объединения разнородных типов данных в цифровой форме на одной среде-носителе, в рамках одной системы.

Для построения мультимедиа системы необходимы не только основные компоненты (рис. 1.2), но и дополнительная аппаратная поддержка: аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, видеопроцессоры, декодеры, специальные интегральные схемы для сжатия данных в файлы допустимых размеров и т. д. [41]. Все оборудование, отвечающее за звук, объединяются в так называемые звуковые карты, а за видео — в видеокарты.

обработки изображения звуковоспроизведения Рисунок 1.2. Аппаратно-программные средства мультимедиа Дальше рассматриваются данные устройства, их характеристики, а также другие аппаратные средства мультимедиа систем.

2.1. Средства создания и обработки изображения Максимальное количество информации о внешнем мире большинство людей получает визуально. В связи с этим создание качественного видеоряда мультимедиа является одной из основных задач разработчиков и создателей данной продукции. Все источники изображений можно разделить на несколько групп.

Компьютерная графика (основные средства создания и особенности редактирования данных изображений будут рассмотрены в следующей главе).

помощью, может быть скопировано напрямую в компьютер для обработки.

Фотопленки и слайды после оцифровки с помощью сканера можно сразу обрабатывать на компьютере. С широкоформатных негативов и слайдов можно получить изображения очень большого размера и высокого качества.

Печатные оригиналы, полиграфические оттиски, напечатанные фотографии после перевода их в цифровой вид (например, с помощью сканера), можно обрабатывать на компьютере.

Скриншоты — фото экрана.

Фотобанки — большие хранилища цифровых и аналоговых изображений.

Серверы файлообмена и поисковые системы. На этих ресурсах есть изображения без ограничений на использование.

изображений.

В связи с активным ростом возможностей цифровой техники дать точное определение понятию «цифровой фотоаппарат» довольно затруднительно, поскольку в ряде случаев современная получения статических снимков, а значительная доля видеоизображения и звука и выводить видеосигнал в телевизионном формате. Таким образом, граница между видео- и фотооборудованием в достаточной степени условна и определяется в большей степени задачами, которые ставит оператор.

Можно выделить несколько классов фотооборудования [12].

Фотоаппараты со встроенной оптикой Характеризуются низкой чувствительностью матрицы или высоким уровнем шумов. В данном типе камер обычно недостаточно гибкая система ручных настроек экспозиции или полное ее отсутствие.

• Миниатюрные. Отличаются очень маленькими размерами, а также зачастую отсутствием видоискателя и экрана.

• Встроенные. Характеризуются отсутствием собственных органов управления, поскольку встроены в другие устройства.

• Псевдозеркальные. Кроме цифрового дисплея, оснащены видоискателем — глазком. Изображение в нем формируется на отдельном цифровом экране. Часто имеет возможность для присоединения насадок и светофильтров.

• Полузеркальные. Класс аппаратов, в которых нет возможности менять объектив, хотя предусмотрена наводка через съемочный объектив по матовому стеклу. В таких аппаратах оптическая схема содержит светоделительную призму, которая направляет от 10 до 50 % светового потока на матовое стекло, а остальное передается на матрицу.

Камеры со сменной оптикой • Цифровые зеркальные фотоаппараты. Использует видоискатель для выбора объекта съемки; в оптическую схему входит зеркало, перенаправляющее световой поток от объектива в окуляр или на матовое стекло.

• Цифровые дальномерные фотоаппараты. Наводка резкости осуществляется оптическим дальномером. Первые модели данных фотоаппаратов имели раздельные окуляры видоискателя и дальномера.

Сканер (англ. scanner) — устройство, которое, анализируя какой-либо объект (обычно изображение, текст), создает цифровую копию изображения объекта. Сканирование — это процесс поэлементного анализа или записи (синтеза) на материальном носителе изображения по заданной траектории. В большинстве сканеров для преобразования изображения в цифровую форму применяются светочувствительные элементы на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС).

Современные сканеры в основном базируются на матрицах двух типов [21]: CCD (Charge Coupled Device — «прибор с зарядовой связью») или CIS (Contact Image Sensor — «контактный датчик изображения»).

Рисунок 1.3. Устройство сканеров с CCD-матрицей Сканер с CCD-матрицей обладает большей глубиной резкости, за счет применения в его конструкции объектива и системы зеркал, наиболее точно и достоверно передает цветовые оттенки, света и полутона (рис. 1.3).

CCD-матрица представляет собой «большую микросхему» со стеклянным окошком, куда фокусируется отраженный от оригинала свет. Матрица работает все время, пока лафет со сканирующей кареткой совершает путь от начала планшета до его конца. За один шаг матрица целиком захватывает горизонтальную линию планшета (линию растра). После обработки одной такой линии лафет перемещается на небольшой шаг и сканирует следующую линию и т. д. Сбоку матрицы находятся два винта, с помощью которых на этапе сборки сканера производится точная юстировка, чтобы падающий на нее отраженный свет от зеркал ложился равномерно по всей ее поверхности. Поскольку перекос одного из элементов оптической системы приводит к потере качества сканируемого изображения. CCD-матрица оснащена собственным RGB-фильтром [21].

Он является главный элемент системы разделения цветов (аналогичную функцию выполняет и объектив сканера).

CIS-матрица состоит из светодиодной линейки, которая освещает поверхность сканируемого оригинала, самофокусирующихся микролинз и непосредственно самих сенсоров (рис. 1.4). Из-за особенностей технологии CIS-матрица обладает сравнительно небольшой глубиной резкости.

Разрешающая способность CIS-сканеров значительно ниже, чем у CCD, но конструкция матрицы очень компактна. Такие аппараты получают питание по шине USB и не нуждаются в дополнительном источнике питания; они практически нечувствительны к механическим воздействиям, а также характеризуются меньшим временем прогрева [66].

Рисунок 1.4. Устройство сканеров с CIS-матрицей оцифровывать черно-белые или цветные технические документы (чертежи, карты и т. д.), так как они дают изображение с относительно более высоким качеством и потенциально более высокой геометрической точностью. CIS-сканер практически не приспособлен к работе со слайдмодулями и с автоподатчиками документов.

Выделяют следующие группы сканеров:

барабанные;

планшетные;

рулонные;

проекционные;

лазерные;

3D сканеры.

Для того чтобы ввести в компьютер какой-либо документ при помощи этого устройства, надо провести сканирующей головкой по соответствующему изображению. Таким образом, проблема перемещения считывающей головки относительно бумаги целиком ложится на пользователя.

Равномерность перемещения сканера существенно сказывается на качестве вводимого в компьютер изображения. В ряде моделей для подтверждения нормального ввода имеется специальный индикатор.

Ширина вводимого изображения для ручных сканеров обычно не превышает 10 см. Современные ручные сканеры могут обеспечивать автоматическую «склейку» вводимого изображения, т. е. формируют целое изображение из отдельно водимых его частей. Это, в частности, связано с тем, что при помощи ручного сканера невозможно ввести изображения даже формата А4 за один проход. К основным достоинствам такого вида сканеров относятся небольшие габаритные размеры (рис. 1.5).

Этот вид сканеров предназначен для обработки изображений высокого качества: рекламных материалов, художественных высококачественных репродукций, цветных изображений большого формата. Барабанные сканеры обладают рядом преимуществ:

1) большая глубина цвета (от 10 до 16 битканалов) и широкий динамический диапазон оптических плотностей;

2) высокое разрешение и возможность большого увеличения изображений;

3) возможность обработки различных по виду оригиналов;

4) высокая производительность.

В каждый момент времени сканер считывает информацию с одной точки носителя. Поэтому для получения изображения необходимо взаимное перемещение сканирующего элемента и носителя по двум монтированным на него слайдом и линейного перемещения сканирующего элемента и источника света вдоль оси барабана [55]. Принцип заключается в том, что оригинал на барабане освещается источником света, а фотосенсоры переводят отраженное излучение в цифровое значение (рис. 1.6).

[http://www.morepc.ru/scanner/anatomes.html] Это самый распространенный вид сканеров для профессиональных работ. Сканируемый объект помещается на стеклянный лист, световой поток от источника света проходит через прозрачный оригинал (или отражается от непрозрачного оригинала), размещенный на прозрачной поверхности, фокусируется объективом и попадает на систему полупрозрачных зеркал, распределяющих световой поток на три равные по интенсивности части. Каждый из трех световых пучков проходит через светофильтр RGB и попадает на линейку элементов с зарядной связью, расположенную в фокальной плоскости объектива. Таким образом, происходит считывание информации об одной строке изображения (рис. 1.7).

[http://www.morepc.ru/scanner/anatomes.html] В планшетных сканерах CIS-типа оптическая система отсутствует:

датчики в них расположены по всей ширине сканируемой области, что делает их легче и тоньше, но за счет этого ухудшается такой показатель, как глубина резкости. Контактные сканеры хорошо «считывают» только плотно прижатые к стеклу листы: толстые, плохо разгибающиеся в переплете книги сканируются некачественно.

Основным отличием планшетных сканеров от других типов сканеров является то, что их сканирующая головка перемещается относительно бумаги с помощью шагового двигателя, а изображение при помощи системы призм или зеркал проецируется на линейку ПЗС.

многофункциональным средством для ввода в компьютер любых цветных изображений, включая трехмерные. Массив CCD, аналогичный тому, который применяется в видеокамерах. Оригинал располагается на подставке под сканирующей головкой изображением вверх [55].

Сканирующая головка (камера) закрепляется на вертикальном штативе на некоторой высоте (рис. 1.8). В зависимости от конструктивных особенностей сканера существуют две модификации: с горизонтальным и вертикальным расположением оптической оси считывания. Перед началом сканирования камеру следует установить в положение, соответствующее требуемому разрешению и размеру изображения. Настройка (фокусировка) камеры осуществляется перемещением линзы. Специальный источник света при этом может и не устанавливаться. Иногда источники света присоединяются непосредственно к камере, внутри которой находится небольшой двигатель перемещающий линейку ПЗС в фокальной плоскости линзы. Процедура сканирования занимает некоторое время, поэтому следует учитывать возможное нежелательное воздействие вибрации и внешних источников света.

[http://www.morepc.ru/scanner/anatomes.html] удобство позиционирования оригинала, небольшая занимаемая площадь, разнообразие сканируемых непрозрачных оригиналов, возможность пакетного автоматического сканирования слайдов. При этом недостатком проекционных сканеров является сложность сканирования переплетенных оригиналов, так как книгу необходимо расположить лицевой стороной вверх и прижать стеклом или специальным держателем.

Трехмерное сканирование — современная перспективная технология, позволяющая на более высоком уровне решать задачи сканирования объектов сложной пространственной формы. В состав 3d сканера входят две черно-белые камеры и мультимедийный проектор, используемый в качестве устройства структурированного подсвета (рис. 1.9).

изображение на листе бумаги в изображение на компьютере, 3D сканер преобразует объемный объект в его цифровое «объемное изображение», которое можно редактировать в Photoshop, а также использовать Rhinoceros, SolidWorks и других пакетах 3D моделирования.

цифровую трехмерную модель объекта, представив его набором точек с пространственными координатами. Технология основана на использовании лазерных сканеров — приборов, выполняющих измерения с помощью лазерного излучения (рис. 1.10).

Рисунок 1.10. Лазерные сканеры и схема их работы [http://www.geooptic.ru/, http://masters.donntu.edu.ua] Принцип работы сканера основан на измерении расстояния до объекта с помощью безотражательного лазерного дальномера и определении двух углов направления лазерного луча, что в конечном итоге дает возможность вычислить пространственные координаты точки отражения. Процесс съемки чем-то напоминает обычное фотографирование.

обеспечивающее ввод двумерного (в том числе и полутонового) или трехмерного (3D дигитайзеры) изображения в компьютер в виде растровой таблицы. Является типичным внешним специализированным устройством графического ввода. Задача получения 3D-моделей реальных объектов стоит перед архитекторами, дизайнерами, инженерами, художниками, аниматорами, разработчиками игровых приложений и др. Процесс обработки изображения дигитайзеров называют сканированием.

[http://news.ferra.ru/hard/2007/08/10/71939/] В состав устройства (рис. 1.11) входит специальный указатель с датчиком, называемый пером. Собственный контроллер посылает импульсы по ортогональной сетке проводников, расположенной под плоскостью планшета. Получив два таких сигнала, контроллер преобразует их в координаты, передаваемые в ПК. Компьютер переводит эту информацию в координаты точки на экране монитора, соответствующие положению указателя на планшете. С помощью пера наносится рисунок на планшете, при этом графические редакторы воспринимают его как карандаш, кисть, мелок и т. д. Перевернув перо, изображение можно стереть. Дигитайзеры являются инструментом оцифровки трехмерных объектов. Для дальнейшей обработки и редактирования результатов сканирования существует множество различных программ.

Механические дигитайзеры обладают достаточно высокой точностью — до 0,2 мм. Модели из серии 3D могут снимать координаты со скоростью 1000 точек в секунду и передают информацию со скоростью 38 Кбит/с.

Перед сканированием расчерчивают объект, вырисовывают линии, по которым пройдет перо.

Оцифровывать можно в полуавтоматическом и ручном режимах.

Полученные данные в дальнейшем обрабатываются с помощью специальных прикладных программ (AutoCad, Autodesk, Maya, Rhinoceros и др.) [24].

В процессе сканирования объекта, по мере того как координаты точек попадают в компьютер, на мониторе вырисовывается пространственная модель. Для построения 3D-образов можно использовать программы, которые позволяют представлять отсканированные объекты различными способами, например в виде точек, линий, проволочного каркаса, сплайнов, а также редактировать и сохранять 3D-образы в файлах форматов dxf, IGES, obj, txt, 3ds для последующего импортирования в другие приложения.

На клавиатуре есть кнопка PrintScreen, которая позволяет делать фото экрана (рис. 1.12).

Рисунок 1.12. Кнопка PrintScreen на клавиатуре После нажатия на эту кнопку в буфере появляется точная копия того, что видно на экране. Можно также нажать сочетание клавиш «Alt» + «Print Screen» (для текущего окна). После этого открываете любой графический редактор, нажимаете «Ctrl» + «V». Существуют и специальные программы для снятия скриншотов с экрана монитора (SnagIt, PicPick и др.). С помощью данных программ можно не только делать статичные графические «снимки», но и записать в видео то, что происходит на экране, а также захватить картинку из приложений.

Редактирование изображения (лат. redactus — приведенный в порядок) — изменение оригинала классическими или цифровыми методами. Также может обозначаться термином ретуширование, ретушь (фр. retoucher — подрисовывать, подправлять). Целью редактирования является коррекция дефектов, подготовка к публикации, решение творческих задач. Кроме статичных двухмерных изображений, обрабатывать требуется также последовательности изображений.

Вначале под обработкой изображений понимались преобразования, улучшающие его качество, эффективность которого определялась визуально человеком [10]. До широкого распространения компьютеров редактирование фотографий, рисунков выполнялось с помощью специальных химикатов, оптических приборов и т. д. Ретуширование изображений выполняли вручную, прорисовкой карандашами или специальными красками, выскабливанием отдельных участков или химической обработкой (травлением эмульсии фотографического слоя).

Структурную ретушь тоже выполняли вручную — вырезали из негативов нужные части и склеивали их или склеивали готовые фотографии, переснимали или перепечатывали снимки с изменением экспозиции, используя светофильтры. Подобные оптические методы до сих пор важны в таких областях, как, например, голография.

По мере совершенствования различных технологий под обработкой изображений стали понимать такие преобразования, которые приводят изображение к виду, удобному для дальнейшей их обработки с помощью изображений» обозначает такую его обработку, в результате которой вновь получается изображение [19]. На сегодняшний день методы цифровой обработки изображений практически полностью вытеснили все остальные способы обработки фото, поскольку они являются более точными, надежными, гибкими и простыми в реализации, нежели обычные методы.

применяется специализированное оборудование, такое как процессоры с конвейерной обработкой инструкций и многопроцессорные системы. В особенной мере это касается систем обработки видео. Тем не менее стандартные задачи редактирования изображений чаще всего могут быть решены и на персональном компьютере. Если известна математическая модель искажений изображений, то компенсацию искажений называют реставрацией. Зачастую больший интерес представляет извлечение неизобразительной информации (анализ изображения), которая сегментацию изображений, обнаружение и распознавание обнаруженных объектов. Последний этап составляет достаточно хорошо разработанную область науки — классификацию и распознавание образов.

Виды и цели редактирования изображений На сегодняшний день редактирование изображений проводится в основном растровыми редакторами. Для этого изображение, даже полученное с традиционного носителя (пленки), переводится в цифровой вид. Выделяют следующие основные виды редактирования [51].

1. Устранение дефектов изображения: шум, недостаточная или избыточная яркость, контрастность, неправильный цветовой тон, плохая резкость, пыль, царапины.

2. Структурное редактирование изображений: кадрирование, создание панорам, устранение ненужных деталей изображения, изменение композиции, фотомонтаж, дорисовка, включение в изображение технических чертежей, надписей, символов, указателей и пр., применение спецэффектов, фильтров, теней, фонов, текстур, подсветки.

3. Подготовка фотографий к публикации в печати, на телевидении, в возможности по цветовому охвату, то при подготовке фото к публикации необходимо привести изображение к виду, соответствующему максимальном сохранении идеи изображения.

Программы для просмотра и простой обработки изображений часто поставляются вместе с цифровыми фотоаппаратами и сканерами.

Существуют и более сложные и мощные программы: Adobe Photoshop, Corel Photo-Paint, Paint Shop Pro, Microsoft Picture It!, Visualizer Photo Studio, Pixel image editor, PixBuilder Photo Editor, Fo2Pix ArtMaster и др.

[18].

Современные редакторы позволяют решить большинство задач, возникающих при редактировании изображений, исправить технические дефекты, допущенные при проведении фотосъемки, хотя они также не лишены недостатков.

2.2. Средства звукозаписи и звуковоспроизведения С течением времени звук стал неотъемлемой частью ПК. В связи с этим изменился и перечень задач выполняемых на компьютере: запись компакт-дисков со звуковыми файлами, подготовка мультимедиа презентаций, проведение видеоконференций, IP телефония, а также игры и прослушивание аудио CD. Для всего этого необходима звуковая плата, или карта, именуемая аудиоадаптером (audio в переводе означает «звук», а адаптер — техническое устройство для сопряжения источника или приемника информации с компьютером). Одна из первых звуковых плат называлась Sound Blaster (в переводе «орудие звука») [25] и была разработана фирмой Creative Labs.

Конструктивно аудиоадаптер — это обычная печатная плата с набором радиокомпонентов: плата вставляется в системный блок компьютера в один из свободных разъемов расширения (слотов) материнской платы ПК (рис. 1.13).

К аудиоадаптеру подключаются микрофон, проигрыватель звуковых компакт-дисков, стереофонические звуковые колонки и другие устройства.

Плата преобразует звуковые сигналы в цифровые, которые способен воспринимать компьютер. Программное обеспечение, установленное на этой плате, не только обеспечивает такое преобразование, но и позволяет многократно сжимать информацию, представляющую звук, без существенной потери его качества. В плату встроен электронный синтезатор музыкальных звуков и программно управляемый смеситель звуков от различных источников — микшер. После цифровой обработки цифровые сигналы вновь превращаются в обычные аналоговые звуковые сигналы и прослушиваются стереофонической акустической системой или стереонаушниками [35].

В звуковых платах реализуются два основных метода синтеза:

таблично-волновой (wavetable — WT) и на основе частотной модуляции.

Первый (WT) основан на воспроизведении сэмплов — образцов звучания реальных инструментов [65]. Сложные синтезаторы для воспроизведения каждой ноты применяют параллельное проигрывание нескольких сэмплов и дополнительную обработку звука (модуляцию, фильтрацию, спецэффекты и др.), в результате чего достигается реалистичность звучания [22]. Синтезаторы с частотной модуляцией (FM) используют несколько генераторов сигнала с взаимной модуляцией. При этом достигается большое разнообразие звучаний, но трудно имитировать звучание реальных инструментов и обеспечить благозвучный тембр.

Расположенная на плате микросхема для волнового синтеза хранит записанные заранее оцифрованные образцы (Samples) звучания музыкальных инструментов и звуковых эффектов [44].

На современном этапе для воспроизведения звука чаще применяют табличный (WT) синтез. Используя соответствующие алгоритмы, даже по одному тону музыкального инструмента можно воспроизводить все остальное, т. е. восстановить его полное звучание. Выборки таких сигналов либо хранятся в ПЗУ, либо программно загружаются в оперативную память (RAM) звуковой карты. Производители звуковых плат добавляют WT синтез двумя способами: встраивают на звуковую карту в виде микросхем либо реализуя в виде дочерней платы [38]. В набор звуковых карт входят драйверы, утилиты, программы записи и воспроизведения звука, средства для подготовки и произведения презентаций, энциклопедий, игр. Потребительские качества плат зависят от ЦАП (цифро-аналогового преобразователя) и от усилителя звуковой частоты, а также важным является совместимость со стандартом Sound Blaster, так как не все программы будут поддерживать менее распространенные стандарты.

сочетающих движущиеся изображения, текст и звук, обеспечение адекватных средств доставки, распространения и хранения мультимедиаинформации является важной проблемой.

Носитель информации — это любой материальный объект или среда, содержащий (несущий) информацию, способный достаточно длительное время сохранять в своей структуре занесенную в/на него информацию [51].

(распространения) информации. Благодаря новым технологиям и производственным процессам емкость носителей, предназначенных для хранения информации, постоянно увеличивается.

Носители для однократной или многократной записи (обычно цифровой) электрическим способом называются электронными [30]. Все подразделяться по различным признакам. Приведем лишь некоторые классификаций.

– магнитные накопители (жесткий диск, гибкий диск, сменный диск);

– магнитно-оптические системы, называемые также МО;

– оптические, такие, как CD или DVD.

По способам построения:

– вращающаяся пластина или диск (CD, DVD, жесткий диск и т. д.);

– ленточные носители различных форматов;

– накопители без подвижных частей (Flash Card, RAM).

– распространение информации (носители с предварительно записанной информацией);

– архивирование (носители для одноразовой записи информации);

– резервирование (Backup) или передача данных (носители с возможностью многоразовой записи информации).

Носитель, в совокупности с механизмом для записи/считывания на него информации, называется устройством хранения информации или накопителем информации, если оно предусматривает возможности дозаписи. Эти устройства могут быть основаны на самых разных физических принципах записи.

Дискета (англ. floppy disk — гибкий магнитный диск) — портативный магнитный диск, покрытый ферромагнитным слоем.

Дискеты были массово распространены с 1970-х и до конца 1990-х годов, уступив место более емким CD и удобным флеш-накопителям.

электронное устройство на основе микросхем ПЗУ, предназначенное для хранения сменной игровой программы в игровых консолях, игровых автоматах и ряде бытовых компьютеров. Картриджи стали применяться в игровых системах в конце 70-х годов, но с 1996 г. практически полностью заменены CD-ROM. Однако из-за их малых габаритов и веса, а также отсутствия подвижных частей картриджи до сих пор продолжают применяться в карманных игровых консолях.

Лазерные компакт-диски LaserDisc (LD) — первый коммерческий оптический носитель данных, предназначавшийся, прежде всего, для домашнего просмотра фильмов. Однако не имел существенного успеха на мировом рынке: в основном был распространен в США и Японии. Технологии, отработанные в этом формате, затем были использованы в CD и DVD.

CD-R (Compact Disc-Recordable — Записываемый Компакт-Диск) — представляет собой оптическую пластину для одноразовой записи в формате 5,25 дюйма с большой плотностью.

Характеризуется большой емкостью, средней скоростью доступа, но запись на такой диск может быть произведена только один раз в специальном записывающем устройстве. После этого информацию можно считывать посредством обычного дисковода CDROM. Самая широкая область применения — это передача информации в ограниченном количестве.

Более гибким является CD-RW (Rewritable) — сменный носитель информации, может быть перезаписан заново до 1000 раз. Нанесенный слой при записи в результате термооптического процесса изменяет свою структуру с кристаллической на аморфную. В итоге несущий слой на этих местах имеет иные отражающие свойства. Интенсивность излучения, соответствующая отражению от светлых или темных участков, преобразуется в бинарные числа 1 или 0.

DVD-диск аналогичен CD-ROM, но имеет более высокую плотность записи (в 5—20 раз).

Огромную популярность в последнее время приобрели устройства для чтения компакт-дисков CD- и DVD-ROM. Эти устройства и сами диски, относительно недорогие, очень надежны и могут хранить большие объемы информации, поэтому они очень удобны для поставки программ и мультимедиа данных. Однако скорость чтения данных с компакт-дисков значительно ниже, чем с жестких дисков. Одна из причин этого состоит в том, что компакт-диски при чтении вращаются не с постоянной угловой скоростью, а так, чтобы обеспечить неизменную линейную скорость отхождения информации под читающей головкой.

Жесткий диск (англ. hard (magnetic) disk drive) или «винчестер», «харддиск» — устройство хранения информации, основанное накопителем данных и входит в стандартную комплектацию практически каждого компьютера.

Информация в ЖД записывается на алюминиевые или стеклянные пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. Отличительной особенностью данного носителя является то, он совмещен с накопителем, приводом и блоком электроники и обычно установлен внутри системного блока компьютера.

носителя флеш-память и подключаемое к компьютеру или иному считывающему устройству по интерфейсу USB.

USB-флешки обычно съемные и перезаписываемые. Получили большую популярность в 2000-е годы из-за компактности, легкости перезаписывания файлов, большого объема памяти, устойчивости к механическим воздействиям, наличию USB-разъемов у всех материнских плат ПК.

Флеш-память (англ. flash memory) — разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. Она может быть прочитана неограниченное количество раз в пределах срока хранения данных (10—100 лет), но запись производится ограниченное число раз (максимально — около миллиона циклов). В отличие от жестких дисков не содержит подвижных частей, поэтому более надежна и компактна. Широко используется в цифровых портативных устройствах, а также для хранения встроенного программного обеспечения в различных устройствах, различных контроллерах.

Носителем информации является и оперативная память компьютера, ОЗУ, но она не пригодна для долговременного хранения информации, поскольку данные в ней не сохраняются при отключении питания.

управления компьютером является мышь (устройство ввода информации в компьютер). Она может иметь две или три кнопки, ее чувствительность характеризуется разрешающей способностью. Разнообразные применения мышки основаны на преобразовании направления и скорости перемещения кисти руки в графическими программами и с таблицами. В настоящий момент широкое распространение получили лазерные беспроводные мышки.

В некоторых ситуациях оказывается удобным работать ножной функцию, что и мышь. Внешне он выглядит как перевернутая механическая компьютерная мышь.

Шарик расположен сверху, обычно он вмонтирован в корпус компьютера или в клавиатуру. Рядом с ним размещены клавиши манипулятора. Для управления компьютером шарик пальцами вращают в разных направлениях.

При использовании компьютера для игровых и тренажерных задач удобно пользоваться специальной ручкой для управления перемещением объекта по экрану, имеющей название джойстик — в буквальном переводе «палочка радости» [32]. Джойстиком называют не только ручку, но и другие конструктивные варианты устройства со сходными функциями. Самый примитивный джойстик по принципам действия похож на клавиши, а по своим возможностям близок к клавиатуре. Более совершенный джойстик с пропорциональным управлением, при котором скорость перемещения его рукоятки пропорциональна скорости перемещения. Выделяют пять конструктивных вариантов джойстиков:

выполненные в виде самолетной ручки управления или штурвала, а также кнопочные, настольные и комбинированные.

Выбор средств для управления компьютером зависит от привычек пользователя, также от функциональных задач используемых программ.

2.5. Средства «виртуальной реальности»

Компьютерные средства создают настолько полные зрительные, звуковые и иные ощущения, что пользователь забывает о реальном окружающем мире и с увлечением погружается в вымышленный мир.

Особый эффект присутствия достигается возможностями свободного перемещения в виртуальной реальности (VR), а также возможностями воздействия на эту реальность.

Простейший вход в виртуальную реальность осуществляется через экран компьютера, на котором эту реальность и можно наблюдать. При этом перемещения и воздействие на виртуальный мир осуществляется обычно с помощью мышки, джойстика и клавиатуры.

В качестве еще одного варианта погружения в виртуальность можно использовать очки с разными стеклами, обеспечивающими объемное восприятие изображения (рис. 1.14). Например, объемное монохроматичное изображение можно наблюдать с помощью очков, одно из стекол которых красное, а другое — синее. Если при этом на экран выводятся две проекции изображения, одна красная, другая синяя, то создается иллюзия объемности. Однако такой способ не позволяет передать гамму цветов. В игровой индустрии применяются они редко, поскольку это самые примитивные очки.

для обеспечения объемного восприятие изображения:

[http://retrosvadba.livejournal.com/tag/очки] заключается в том, что на экран выводится изображение для одного глаза, изображение, очки создают иллюзию трехмерности изображения на экране. Такой тип очков наиболее распространен и прилагается к некоторым видеокартам.

Аналогом очков считаются 3D панели, которые одеваются на монитор [28]. При их использовании изображение на обычном мониторе обретает глубину, единственным ограничением ее применения является то, что диагональ дисплея должна быть 17 или 21 дюйм.

Более полное погружение в придуманный мир осуществляется с помощью специального шлема-дисплея (VR-шлем), надеваемого на голову расположенные внутри шлема, создают раздельные изображения для каждого глаза. При этом при показе изображения пользователю положение картинки меняется в соответствии с поворотом головы. К тому же шлем довольно хорошо изолирует человека от воздействия реального мира.

Дополнительные ощущения погружения в виртуальную реальность ощущения от того, что трогаешь рукой человека, который в реальном мире находится на большом удалении. Движения пальцев отслеживает сложная система эластичных световодов и несколько десятков датчиков. Как только палец начинает сгибаться, световод сужает просвет, а датчики улавливают падение интенсивности света на каком-либо участке. Адекватно этим изменениям ведет себя кисть в виртуальном пространстве. Данная технология разработана в большей степени для научных исследований, нежели для игр.

Самым полным набором оборудования для виртуальной реальности является VR-костюм. Он состоит из обтягивающего комбинезона с множеством магнитных сенсоров, которые отслеживают движения всех частей тела. К нему добавляется HMD, датчик кисти или перчатка и провода для присоединения всего этого к компьютеру.

[http://www.terathon.com/c4engine/news/article052706a.php] Для более глубокого погружения в виртуальные миры к VRустройствам добавляют 3D-звук. Технологии объемного звучания позволяют воспроизводить настолько реалистичный звук, что его трудно отличить от настоящего.

На сегодняшний момент многие разработчики заняты идеей создания мультимедиа систем с человеческим интерфейсом. Это подразумевает, что компьютер должен обладать всеми органами чувств, а также способностью воздействовать на все эти человеческие органы. Предполагается, что в ближайшие годы персональный компьютер научится работать с запахами и близкими к запахам по механизму восприятия вкусами.

2.6. Программные средства мультимедиа Программное обеспечение для мультимедиа делится на два главных класса:

первый — программное обеспечение, установленное прямо на платах в виде микросхем ПЗУ. Иногда его называют «твердым» — Hardware. К Hardware в принципе относятся все комплектующие компьютера. У многих плат это обеспечение допускает настройку с помощью различных переключателей, что не очень удобно. Новейшие ПК и платы устройств мультимедиа рассчитаны на спецификацию Plug and Play (включи и работай). При ней настройка плат производится программными средствами этой спецификации;

второй вид программного обеспечения — «мягкий» — Software. В ОЗУ такое программное обеспечение переносится с магнитных дисков или компьютерных компакт-дисков либо его получают по электронной почте с помощью модема или по компьютерной сети. К Software для мультимедиа относятся операционные системы, программы-драйверы и утилиты, обслуживающие специальные мультимедиа-устройства: аудиоадаптеры, видеоадаптеры, платы стыковки с телевизионными устройствами, сканеры и т. д.

Существует большое количество программных продуктов для создания, прослушивания (просмотра) и редактирования звуковых или графических файлов [5]. Для создания неподвижных изображений широко применяются графические редакторы, а также сканеры, копирующие любой рисунок в память компьютера. Специфика работы с ними будет рассмотрена в следующих главах.

При работе со звукозаписями выбор программы зависит от того, какие именно действия требуется выполнить. Для решения любой задачи найдется множество программ, способных реализовать задуманное. В связи с этим имеет смысл говорить не о конкретных программах, а о категориях программ определенного назначения. Программы, относящиеся к одной категории, могут слегка различаться по своим возможностям или по ориентации на определенные условия применения. Существуют и интегрированные программные средства, обладающие расширенным набором функций (рис. 1.16).

Основные категории программ для работы со звукозаписями Рисунок 1.16. Основные категории программ Проигрыватели (плееры) предназначены для воспроизведения звукозаписей на компьютере. Большинство таких программ могут воспроизводить звуковые данные, хранящиеся в различных форматах. К этой категории относятся такие программы, как Windows Media Р1ауег 6, XingMP3 Р1ауег, Winamp, Jet Audio, MusicMach JukeВох и многие другие.

звукозапись (WAV — Waveform audio format) и генерируют файл в формате МРЗ. При наличии конкретных требований к качеству воспроизведения можно выбрать один из нескольких доступных вариантов конечного формата (уровень МРЕG или дополнительные параметры формата МРЗ). Программы кодирования часто входят в состав пакетов обработки звукозаписей, где объединяются с другими программами, например с программами чтения дорожек или с проигрывателями [22].

Автономными средствами, позволяющими выполнить преобразование в формат МРЗ, являются, например, программы МРЗ Producer и XingМР Encoder.

3. Программы декодирования выполняют обратную операцию, т. е.

превращают файл формата МРЗ в несжатый файл WAV. Эту операцию применяют, если файл МРЗ требует редактирования или другой обработки.

Для этой цели предназначена, например, программа МРЗ Decoder.

4. Программы чтения дорожек позволяют прочитать музыкальный компакт-диск и записать содержимое его дорожек в виде отдельных файлов WAV. С созданными таким образом файлами можно работать так же, как со звуковыми файлами, полученными любым другим способом, например, образы дорожек тоже можно преобразовать в формат МРЗ.

Наиболее известны такие программы для чтения дорожек музыкального компакт-диска, как WinDAC и AudioCatalist (AudioGrabber).

5. Звуковые редакторы предоставляют прямой доступ к содержимому звукового файла. С их помощью осуществляют запись звука из различных источников (микрофон, электронные музыкальные инструменты и прочее), а также производят «двоичное» редактирование звукового файла, подобно тому, как с помощью текстового редактора изменяют содержимое текстового документа.

Наиболее простые операции в звуковых редакторах: разделение единого файла на несколько отдельных записей, имеющих меньшую продолжительность, или, наоборот, объединение группы коротких записей в одну более длинную — освоить и применять на практике очень легко [33]. Среди простых и удобных программ редактирования звуковых файлов можно указать, например, программы Sound Forge и Соо1 Еdit.

Программы для работы с цифровым звуком можно условно разделить на две большие группы: программы-секвенсоры и программы, ориентированные на цифровые технологии записи звука, так называемые звуковые редакторы.

MIDI-секвенсоры предназначены для создания музыки (MIDI — Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов — стандарт цифровой звукозаписи на формат обмена данными между электронными музыкальными инструментами). С помощью секвенсоров выполняется кодировка музыкальных пьес. Они используются для аранжировки, позволяя «прописывать» отдельные партии, назначать тембры инструментов, выстраивать уровни и балансы каналов (треков), вводить музыкальные штрихи (акценты громкости, временное смещение, отклонения от настройки, модуляция и проч.). В отличие от обычного сочинения музыки эффективное использование секвенсора требует от композитора-аранжировщика специальных инженерных знаний. Наиболее распространенные программы-секвенсоры:

Cakewalk Pro Audio, Cubase VST, Logic Audio Platinum и др.

Программы звуковых редакторов позволяют записывать звук в преобразовывать его, используя возможности цифровой обработки и объединения различных каналов: Sound Forge, CoolEdit Pro, WaveLab, PowerTracks Pro.

Для редактирования видео существует большое количество программных продуктов. В дополнение к пакетам трехмерной анимации существуют узкоспециализированные программы, например, для создания объемных шрифтов. Они также используют разнообразные эффекты анимации, выполняют визуализацию изображения и позволяют создать видеофайлы [34]. Некоторые из них: Quick Editor, Adobe Premiere, Speed Razor SE, Ulead VideoStudio, Video Trope, AVIedit, VideoMan, Producer, 3Dplus.

Существует целый ряд программ для нанесения различных графических эффектов на кадры видеопотока — фильтры для обработки видео. Их разделяют на фильтры постобработки захваченного видео и фильтры нанесения спецэффектов [http://www.gotview.ru/faq/faq004.htm]. К первой группе относятся фильтры изменения яркости, контрастности, резкости, деинтерлейса и пр. Фильтры второй группы служат для различных спецэффектов: сцены переходов, наложения нескольких видеопотоков и пр.

Есть множество уникальных звуковых и видеофайлов, содержащих оригинальную информацию и записанных в подчас уже устаревших форматах. Пользователь мультимедиа-ПК всегда старается найти общедоступные программные продукты, позволяющие проигрывать, просматривать или записывать и такие файлы.

3. КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

Практически с самого момента появления компьютеров появилась компьютерная графика — специальная область информатики, изучающая методы и средства создания, обработки и использования электронных телекоммуникационных средств [20].

Компьютерная графика — автоматизация процессов подготовки, преобразования, хранения и воспроизведения графической информации с помощью компьютера [38].

Под графической информацией понимаются модели объектов и их изображения. Интерактивная компьютерная графика — это также использование компьютеров для подготовки и воспроизведения изображений, но при этом пользователь имеет возможность оперативно вносить изменения в изображение непосредственно в процессе его воспроизведения, т. е. предполагается возможность работы с графикой в режиме диалога в реальном масштабе времени [45].

компьютерной графики, когда пользователь имеет возможность динамически управлять содержимым изображения, его формой, размером и цветом на поверхности дисплея с помощью интерактивных устройств управления.

Компьютерная графика имеет дело с изображениями. Ее основное назначение визуализация построение изображения графического объекта.

Изображение строится на основе прикладной модели, являющейся внутренним (программным) представлением графического объекта, задаваемого в пространстве той или иной размерности. Другими видами обработки графической информации являются преобразование изображений и распознавание изображений.

В зависимости от области применения к визуализации предъявляются различные требования: скорость построения, качество изображения, реалистичность, эстетические характеристики, достоверность и другие, которые должны учитываться графической программой.

Компьютерная графика в настоящее время сформировалась как наука об аппаратном и программном обеспечении для разнообразных изображений от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. Компьютерная графика используется почти во всех научных и инженерных дисциплинах для наглядности и восприятия, передачи информации.

В компьютерной графике рассматриваются следующие задачи [26]:

1) представление изображения в компьютерной графике;

2) подготовка изображения к визуализации;

3) создание изображения;

4) осуществление действий с изображением.

Компьютерная графика охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе. Компьютерная графика является одним из популярных направлений использования персонального компьютера. В настоящее время можно сказать, что нет ни одной сферы деятельности человека, где бы она ни применялась.

Область применения компьютерной графики не ограничивается одними художественными эффектами. Во всех отраслях науки, техники, медицины, в коммерческой и управленческой деятельности используются построенные с помощью компьютера схемы, графики, диаграммы, предназначенные для наглядного отображения разнообразной информации. Конструкторы, разрабатывая новые модели автомобилей и самолетов, используют трехмерные графические объекты, чтобы представить окончательный вид изделия. Архитекторы создают на экране монитора объемное изображение здания, и это позволяет им увидеть, как оно впишется в ландшафт. При проектировании с помощью графики можно точнее и красочнее передать изображение любого ландшафтного объекта и ландшафта в целом и качественнее и быстрее оформить схемы и чертежи проектных документов. Трехмерная графика позволяет смоделировать архитектурный объект и позволяет оценить его достоинства более объективно, чем это, возможно, сделать на основе чертежей или макетов. Виртуальная реальность находит свою нишу в индустрии развлечений и видеоиграх. Число виртуальных галерей и развлекательных парков быстро растет. Практически ни одно производство не обходится без компьютерной графики. Такая отрасль как космическая, пользуется компьютерной графикой с самого ее появления, особенно с приходом автоматических пилотируемых аппаратов. Еще одним направлением современной компьютерной графики стал web-дизайн [34].

Таким образом, можно выделить следующие основные области применения компьютерной графики:

компьютерное моделирование;

проектирование с использованием САПР;

дизайн сайтов в сети Internet;

мультимедиа презентации, видео- и киноиндустрия;

обучающие программы;

компьютерные игры.

С технической стороны при создании и хранении электронного графического изображения в любой форме требуются значительные объемы памяти компьютера по сравнению с использованием простого текста. Это обстоятельство необходимо учитывать при применении сетевых технологий, для того чтобы избежать перегрузки каналов связи, которые возникают в ходе пересылки файлов с изображениями.

По принципам формирования изображения компьютерная графика делится на три вида, при этом цифровой объект может быть представлен в растровой (точечной), векторной (контурной) или фрактальной формах, причем в двухмерной (2D) или трехмерной (3D) проекции (рис. 1.17).

Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений. Трехмерная графика нашла широкое применение в таких областях, как научные расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических явлений. В упрощенном виде для пространственного моделирования объекта требуется:

спроектировать и создать виртуальный каркас («скелет») объекта, наиболее полно соответствующий его реальной форме;

спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствам визуализации похожие на реальные;

присвоить материалы различным частям поверхности объекта (на профессиональном жаргоне — «спроектировать текстуры на объект»);

настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать объект, — задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства взаимодействующих объектов и поверхностей;

задать траектории движения объектов;

рассчитать результирующую последовательность кадров;

наложить поверхностные эффекты на итоговый анимационный ролик.

геометрические примитивы (прямоугольник, куб, шар, конус и прочие) и гладкие, так называемые сплайновые поверхности.

Основное преимущество растровой графики — это возможность создать практически любой рисунок высокого качества любой сложности, с различными цветовыми переходами и элементами [7]. Растровая графика легко воспринимается графическими программами. Широкая распространенность благодаря Интернету и цифровой фотографии.

Недостаток: большой объем файла и невозможность изменения размера без нежелательных «эффектов» с потерей качества изображения.

Основные достоинства векторной графики: возможность любого масштабирования, трансформации объектов, изображение остается ярким и контрастным и его качества не ухудшится, но в нем трудно достичь высокого художественного качества. Параметры объектов хранятся и могут быть изменены, при этом размеры обычно указаны в аппаратнонезависимых единицах. Основной (и неустранимый) недостаток: не каждый объект может быть представлен в векторной графике. А для получения реального рисунка необходимы значительные информационные и вычислительные ресурсы.

Электронные изображения, представленные во фрактальной форме, можно отнести к разновидности векторной графики, но с более сложными процедурами программирования.

Таким образом, выбор растрового, векторного или фрактального формата зависит от целей и задач работы с изображением. Если нужна фотографическая точность цветопередачи, то предпочтительнее растр.

Логотипы, схемы, элементы оформления удобнее представлять в векторном формате.

Принцип точечной, или растровой, графики был изобретен и использовался людьми за много веков до появления компьютеров. Это подготовленного картона на стену, предназначенную для фрески, и такие направления искусства, как мозаика, витражи, вышивка. В любой из этих техник изображение строится из дискретных элементов (рис. 1.18).

Растровая, или точечная, графика для представления изображений Компьютерное растровое изображение имеет вид прямоугольной матрицы (рис. 1.19), каждым элементом которой является цветная точка (пиксель). Сама сетка получила название растровой карты (bitmap).

Каждый пиксель формально независим от соседних пикселей, т. е. может иметь собственные характеристики: яркость, цветовой тон, насыщенность цвета и т. п. Растровая карта представляет собой набор троек чисел: две координаты пикселя на плоскости и его цвет.

[http://on-line-teaching.com/graphika/index.html] Растр (raster) — форма цифрового представления изображений в виде прямоугольной матрицы элементов изображения (пикселов) [51].

Растровое изображение — это файл данных или структура, представляющая собой сетку пикселей или точек цветов (на практике отображающих устройствах и материалах [40].

Растровое представление (bitmap) — описание графического изображения при помощи массива пикселов [40].

Пиксель (pixel) — минимальный элемент растрового изображения.

Слово пиксель происходит от объединения двух английских слов: picture и element — pixel (элемент рисунка) [51].

Важными характеристиками изображения являются:

количество пикселей, число которых определяется разрешением, измеряемым обычно в точках на дюйм (dpi) или на сантиметр (dpc). Чем выше разрешение, тем точнее будет воспроизведено изображение, его цветовые переходы и оттенки;

количество используемых цветов или глубина цвета, т. е. число разрядов, отводимых для хранения информации о трех составляющих (если это цветная картинка) или одной составляющей (для полутонового не цветного изображения);

цветовое пространство (цветовая модель).

Любое растровое изображение вне зависимости от его сложности — это всего лишь совокупность пикселей. Пиксели располагаются в виде строк и столбцов и имеют одинаковые ширину и высоту. Растровое изображение хранится в памяти компьютера как серия значений номеров пикселей, которые запоминаются слева направо последовательно по строкам изображения (подобно таблице). Поскольку пиксели имеют очень маленький размер, то такая мозаика сливается в единое целое и при хорошем качестве изображения (высокой разрешающей способности), человеческий глаз не видит «пикселизацию» изображения.

В цифровом мире компьютерных изображений термином «пиксель»

обозначают несколько разных понятий [35]. Это может быть отдельная точка экрана компьютера, отдельная точка, напечатанная на лазерном принтере или отдельный элемент растрового изображения. Для избегания путаницы на практике обычно используют понятие «пиксель»

применительно к растровому изображению, «видеопиксель» — к изображению на экране монитора, а точка рассматривается как отдельная графопостроителем (плоттером), фотонаборным автоматом и т. п.).

фиксированный размер. Поэтому при попытке изменить размер рисунка качество полученного результата ухудшается. Растровые изображения обычно хранятся в сжатом виде. Тип сжатия определяет возможность или невозможность восстановить изображение в точности таким, каким оно было до сжатия. При увеличении растрового изображения происходит следующее. Компьютер «растягивает» изображение, таким образом размер матрицы становится больше. Затем вычисляет новые пиксели и окрашивает их в «средние» цвета между «старыми» пикселями, что приводит к ухудшению резкости и яркости изображения. При уменьшении изображения происходит обратный процесс: компьютер просто «выбрасывает» лишние пиксели. При этом в изображении теряются мелкие детали и деформируются надписи. Отсюда главный минус растровой графики — зависимость качества изображение от его размеров.

Следовательно, растровую графику следует применять для изображений с фотографическим качеством, на котором присутствует множество цветовых переходов. Точечную графику редактируют с помощью растровых графических редакторов.

Размер файла, хранящего растровое изображение, зависит от двух факторов:

1 — от размера изображения (количества пикселей);

2 — от глубины цвета изображения.

Поэтому чем больше разрешение, а также количество цветов представлено на картинке, тем больше будет размер файла.

Величина матрицы не влияет на физический размер экрана и не зависит от него. Чем больше матрица на одном и том же экране, тем размер ячейки меньше, а, стало быть, качество изображения лучше.

Физический размер изображения может измеряться как в пикселях, так и в единицах длины (миллиметрах, сантиметрах, дюймах). Он задается при создании изображения и хранится вместе с файлом. Если изображение готовят для демонстрации на экране, то его ширину и высоту задают в пикселях, чтобы знать, какую часть экрана оно занимает. Если изображение готовят для печати, то его размер задают в единицах длины, чтобы знать, какую часть листа бумаги оно займет. Вывод растровой графики на устройства с более низким разрешением, чем разрешение самого изображения, понизит его качество.

Основным преимуществом растровых изображений является возможность передавать огромное количество оттенков цвета и плавных переходов между ними, поэтому при оцифровке фотографий пользуются именно растровым методом. Растровая графика эффективно представляет реальные образы. Реальный мир состоит из миллиардов мельчайших объектов и человеческий глаз как раз приспособлен для восприятия огромного набора дискретных элементов, образующих предметы (рис. 1.20).

Создается растровая графика фотоаппаратами, сканерами, непосредственно в растровом редакторе, также путем экспорта из векторного редактора или в виде скриншотов.

представления изображения (рис. 1.21).

RGB CMYK HSB CIE CIE

Рисунок 1.21. Режимы растровых изображений Штриховое изображение — line art. Такой режим обычно называется bitmap (битовая карта) или bmp (бинарный режим). На каждый пиксель такого изображения отводится один бит информации. Одним битом кодируются два состояния (0, 1), в данном случае это два цвета:

черный и белый. Глубина цвета такого изображения один бит [51].

Конвертирование тонального изображения в штриховое — процесс творческий, связанный с содержанием, смыслом и красотой изображения.

В ландшафтном проектировании этот режим применяется при сканировании штриховых изображений: планировок, схем, чертежей и т. п.

программами, преобразующими растровое изображение в векторное.

Градации серого (полутоновый) — gray scale. Пиксель полутонового изображения кодируется 8 битами (8 бит составляют 1 байт). Глубина цвета изображения данного типа составляет, таким образом, восемь бит, а каждый его пиксель может принимать 256 (28 = 256) различных значений.

Значения, принимаемые пикселями, называются серой шкалой. Серая характеризуется значением яркости в диапазоне от 0 (черный — код 00000000) до 255 (белый — код 11111111). Этого вполне достаточно, чтобы правильно отобразить черно-белое полутоновое изображение, например, черно-белую фотографию.

Этот режим обычно используется при сканировании и обработке черно-белых полутоновых изображений объектов, его можно использовать и при обработке штриховых изображений, что обеспечивает более высокое контрастностью и яркостью цвета. При использовании одноцветного принтера бывает удобно перевести изображение в градации серого. Любое изображение можно превратить в полутоновое. Если исходный материал, например, цветная фотография, то она станет черно-белой.

Индексированные цвета — indexed color. Первые цветные мониторы работали с ограниченной цветовой гаммой: сначала 16, затем 256 цветов.

Они кодировались 4 битами (16 цветов) или 8 битами (256 цветов). Такие цвета называются индексированными (indexed color). Разумеется, 16 (и даже 256) цветами невозможно убедительно передать цветовую гамму фотоизображений.

Применение индексированных цветов снизилось с распространением высококачественных мониторов, однако с ними работают до сих пор, например, web-мастера. Кроме того, ограничение числа цветов можно использовать для получения интересных эффектов.

Индексированные цвета кодируются обычно четырьмя или восемью индексированного цвета может составлять 2—8 бит. Например, графическая среда Windows 2000 поддерживает цветовую таблицу из восьми бит на пиксель, она называется системной палитрой (system palette). В этой таблице цвета уже предопределены, как мелки в коробке пастели, и вам остается только использовать то, что есть в коробке, т. е. в таблице.

Цветное изображение — true color. К полноцветным относятся типы изображений с глубиной цвета не менее 24 бит, т. е. каждый пиксель такого изображения кодируется как минимум 24 битами, что дает возможность отобразить не менее 16,7 миллиона оттенков. Поэтому иногда полноцветные типы изображение называют True Color (истинный цвет).

Битовый объем каждого пикселя распределяется по цветовым составляющие в программе организуются в виде каналов, совмещенное отображение каналов и определяет цвет изображения.

Полноцветные изображения являются многоканальными. В связи с необходимостью описания различных физических процессов воспроизведения различных цветов, разработаны различные цветовые модели.

Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуется смешением основных цветов. Путем смешивания из небольшого числа базовых или основных цветов можно получить остальные цвета, называемые составными. Таким образом, цвет можно математически описать как соотношение базовых компонентов, определенных цветовых областей спектра (создать модель цвета).

С практической точки зрения цветовому разрешению монитора близко понятие цветового охвата. Под ним подразумевается диапазон цветов, который можно воспроизвести с помощью того или иного устройства вывода (монитор, принтер, печатная машина и прочие). В соответствии с принципами формирования изображения аддитивным или субтрактивным методами разработаны способы разделения цветового оттенка на составляющие компоненты [7], называемые цветовыми моделями (color model).

Объект, имеющий цвет, может излучать свет или поглощать его. В первом и во втором случае цвет объекта описывается по-разному, т. е. для его описания применяются разные модели цвета. В компьютерной графике в основном применяют модели RGB и HSB (для создания и обработки аддитивных изображений) и CMYK (для печати копии изображения на полиграфическом оборудовании). Цветовые модели расположены в трехмерной системе координат, образующей цветовое пространство, так как цвет можно выразить точкой в трехмерном пространстве (законы Грассмана). Для работы очень важно выбрать правильную модель.

В режиме RGB (назван по начальным буквам английских названий основных цветов) цвет определяется либо выбором из палитры, заложенной в программе, либо созданием собственного цвета, который образуется смешением в определенных пропорциях трех основных цветов — красного (red), зеленого (green) и синего (blue). Базовые цвета иначе называются каналами. Следовательно, RGB — трехканальная цветовая модель. Каждый основной цвет кодируется 8 битами, а состояние пикселя 24 битами, что обеспечивает 224 — более 16 миллионов оттенков. Этого количества обычно достаточно для удовлетворения требований, предъявляемым к цветным изображениям. Яркость каждого базового цвета в модели RGB может принимать значения от 0 до 255 (256 значений).

Совмещение трех компонентов дает ахроматический серый цвет, который при увеличении яркости приближается к белому цвету. При градационных уровнях тона черному цвету соответствуют нулевые значения RGB, а белому — максимальные, с координатами (255, 255, 255).

При наложении одного компонента основного цвета на другой яркость суммарного излучения увеличивается.

Модель RGB распространена очень широко, но она применима только к излучающим источникам. Она описывает способ получения цвета на экране, т. е. является аддитивной. В этой модели работают телевизоры и мониторы, а также устройства ввода графической информации: сканеры, цифровые камеры. Она служит основой при создании и обработке компьютерной графики, предназначенной для электронного воспроизведения. Модель RGB нельзя использовать при выводе графических изображений на печать, так как при печати применяются субтрактивные цвета (бумага не излучает, а отражает свет).

Вторая модель используется в полиграфии и проектировании и называется CMYK. Цветовая модель CMYK используется для описания субтрактивных цветов (рис. 1.23). Название происходит от трех базовых цветов — Cyan (голубой), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый), BlасК (черный).

Данная модель — основная модель печати. Если при печати изображения использовать в принтере те же цвета, что и на экране монитора (модель RGB), то в результате частичного поглощения света при отражении от белого листа бумаги мы увидим совсем не те цвета, которые были на экране. Когда на белую бумагу наносятся голубой, пурпурный и желтый цвета, каждый из них полностью поглощает (вычитает) из падающего белого света противоположный цвет (красный, зеленый, синий). Поэтому в печатных процессах для управления количеством красного, зеленого и синего света, отражающегося от белой бумаги, используются голубая, пурпурная и желтая краски (модель CMYK). Такой метод соответствует физической сущности восприятия отраженных от печатных оригиналов лучей. Голубой, пурпурный и желтый цвета называются дополнительными, потому что они дополняют основные цвета до белого.

Теоретически при смешивании трех субтрактивных красок должен получаться черный цвет. Однако реальные краски имеют примеси, их цвет может быть неидеальным. Поэтому в печати используется еще и четвертый краситель — черный, который дает чистый и однородный черный цвет.

Его применяют для печати текста, а также для корректировки общего тонального диапазона изображений.

CMYK — четырехканальная цветовая модель. Как и для модели RGB, яркость каждого базового цвета может быть выражена в градациях от 0 до 255, т. е. для кодирования одного канала достаточно 8 бит. Таким образом, для кодирования четырех каналов модели CMYK потребуется 32 бита.

Для печати на полиграфическом оборудовании цветное компьютерное изображение необходимо разделить на составляющие, соответствующие компонентам цветовой модели CMYK. Этот процесс называют цветоделением. В итоге получают четыре отдельных изображения, содержащих одноцветное содержимое каждого компонента в оригинале.

Затем в типографии с форм, созданных на основе цветоделенных пленок, печатают многоцветное изображение, получаемое наложением цветов CMYK.

Другой метод создания цвета (модель HSB) заключается в выборе основного цвета из непрерывного цветового ряда (Hue — оттенок) с последующей настройкой насыщенности (Saturation) и яркости (Brightness). Насыщенность регулируется изменением содержания в цвете белой компоненты, а яркость — черной. Модель HSB является вариантом модели RGB и также базируется на использовании базовых цветов. Из всех используемых в настоящее время моделей эта модель наиболее точно соответствует способу восприятия цвета человеческим глазом.

Цветовая модель HSB является наиболее простой для понимания. Она равно применима и для аддитивных, и для субтрактивных цветов. HSB — это трехканальная модель цвета, так как представлена тремя компонентами (тон, насыщенность и яркость). Спектральные цвета располагаются на цветовом круге. Цветовой тон характеризуется положением на цветовом круге (построен на основе цветового круга Манселла) и определяется величиной угла в диапазоне от 0 до 360 градусов. По краю цветового круга располагаются максимально насыщенные цвета (100 %), а по мере перемещения к центру круга их насыщенность уменьшается до минимума (0 %). Цвет с уменьшением насыщенности осветляется, как будто к нему прибавляют белую краску. При значении насыщенности 0 % в центре круга любой цвет становится белым. Все цвета цветового круга имеют максимальную яркость (100 %) и ярче уже быть не могут (рис. 1.24).

ахроматической, при этом нулевая (нижняя) точка оси соответствует черному цвету.

Существуют хроматические и ахроматические цвета (рис. 1.25). К ахроматическим цветам относятся: белый, черный и вся шкала серых между ними. Они не имеют цветового тона. К хроматическим цветам относятся все остальные цвета, отличные от белого, серого или черного.

Степень хроматичности цвета определяется насыщенностью (степенью удаленности цвета от серого той же светлоты). Цвета с максимальной насыщенностью — спектральные цвета. Минимальная насыщенность дает полную ахроматику (отсутствие цветового тона). Чем ниже насыщенность, тем более серым выглядит цвет. При нулевой насыщенности цвет становится серым.

Модель HSB охватывает все известные значения реальных цветов, поэтому ее используют при создании изображений на компьютере с имитацией приемов работы и инструментария художников. Яркость — это параметр цвета, характеризующий освещенность или затемненность цвета.

Она определяется степенью отражения от физической поверхности, на которую падает свет. Чем выше яркость, тем светлее цвет. Яркость показывает величину черного оттенка, добавленного к цвету, что делает его более темным. Таким образом, цветовой тон является эквивалентом длины волны света, насыщенность — интенсивности волны, а яркость — общего количества света.

Помимо цветового тона, насыщенности и яркости, при работе с цветом важной характеристикой изображения является контраст. Это понятие относится к яркостному соотношению между светлыми и темными областями изображения. При повышении контраста светлые области становятся еще светлее, а темные — еще темнее. При понижении контраста разница в тоне между более светлыми и более темными областями уменьшается. Один и тот же цвет воспринимается по-разному в зависимости от соседних цветов. Поэтому различают контраст цветового тона, контраст светлости и контраст цветности.

Модель HLS (Hue — оттенок, Lightness — осветление, Saturation — насыщенность) является вариантом модели HSB. В этих моделях цветовые параметры оттенок и насыщенность являются общими. Различие состоит в замене нелинейного компонента Brightness (яркость) на линейный компонент Lightness (интенсивность), который изменяется в диапазоне от 0 до 100 процентов.

Международной комиссией по освещению (CIE) были разработаны цветовые модели CIE XYZ и CIE L*a*b. Достоинством этих моделей является независимость от способа производства цвета, в их системе измерения можно описывать как субтрактивные цвета печати, так и аддитивные цвета, излучаемые монитором. Поэтому эти модели используются для того чтобы определять аппаратно независимые цвета, которые могут правильно воспроизводиться устройствами любого типа — сканерами, мониторами или принтерами.

«нормальной цветовой системой». Эта система часто представляется в виде двухмерного графика, который более или менее похож на парус (рис. 1.26).

[http://ng.sibstrin.ru/wolchin/umm/l_kg/kg/r002/010_11.htm] [http://www.ukr-print.net/contents/page-550.htm] Красные компоненты цвета вытянуты вдоль оси Х координатной плоскости, а зеленые компоненты цвета вытянуты вдоль оси Y. При таком способе представления каждому цвету соответствует определенная точка на координатной плоскости. Спектральная чистота цветов уменьшается по мере перемещения по координатной плоскости влево. Но в этой модели не учитывается яркость.

В 1920 году была разработана цветовая пространственная модель CIE L*a*b* (Communication Internationale de I'Eclairage — международная комиссия по совещанию; L, a, b — обозначения осей координат в этой системе). CIE L*a*b* представляет собой улучшенную цветовую модель CIE XYZ. L*a*b* — трехканальная цветовая модель. Любой цвет данной компонентами: параметром a, который изменяется в диапазоне от зеленого до красного, и параметром b, изменяющимся в диапазоне от синего до желтого (рис. 1.27).

[http://support.epson.ru/products/manuals/100045/col_g/0503_3.htm] Система является аппаратно независимой и потому часто применяется для переноса данных между устройствами. Цветовой охват модели CIE Lab значительно превосходит возможности мониторов и печатных устройств, поэтому перед выводом изображения, представленного в этой модели, его приходится преобразовывать. Данная модель была разработана для согласования цветных фотохимических процессов с полиграфическими.

По сравнению с цветовой моделью XYZ цвета CIE L*a*b* более совместимы с цветами, воспринимаемыми человеческим глазом. Модель CIE L*a*b* используется некоторыми программами (например, Adobe Photoshop) в качестве модели-посредника при любом конвертировании из модели в модель, а также при конвертировании цветного изображения в оттенки серого.

информации в файле (растровый или векторный), а также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия). Как правило, файлы для хранения растровых графических изображений логически состоят из двух частей: заголовка и области данных. В заголовке указаны данные о формате файла, размерах изображения по горизонтали, по вертикали, количестве цветов, палитре и т. д. В области данных содержится информация о цвете пикселей.

Сжатие применяется для растровых графических файлов, так как они имеют обычно достаточно большой объем [22]. Сжатие графических файлов отличаются от их архивации с помощью программ-архиваторов (RAR, ZIP, ARJ и т. д.) тем, что алгоритм сжатия включается в формат графического файла. Под форматом файла обычно понимают способ записи информации с помощью последовательности байт. Графический формат — это способ записи графической информации. Он оказывает влияние на возможности редактирования и печати изображения, а также на объем занимаемой памяти.

Некоторые форматы графических файлов являются универсальными и могут быть обработаны большинством графических редакторов.

Некоторые программы обработки изображений используют оригинальные форматы, которые распознаются только самой создающей программой.

Преимущество оригинальных форматов файлов состоит в том, что они позволяют сохранять изображения при меньшем размере файла.

На сегодняшний день в компьютерной графике применяют более трех десятков форматов графических файлов, но лишь часть из них стала стандартом и применяется в большинстве программ [27]. Помимо этих основных форматов, существуют еще и специфические, разработанные специально для какой-либо программы. Каждый формат по-разному хранит графическую информацию, поскольку разрабатывался под конкретные цели, а также имеет преимущества и недостатки (рис. 1.28).

TGA TIFF

PCD JPEG

PSD GIF

PNG RAW