ФРАКТАЛЬНА ГРАФІКА У СПЕЦІАЛЬНИХ ПРОГРАМНИХ ЗАСОБЯХ
ФДБОУ У «МОРДІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ ІМЕНІ М. Є. ЄВСЄВ'ЄВА»
Кафедра інформатики та обчислювальної техніки
ФРАКТАЛЬНА ГРАФІКА У СПЕЦІАЛЬНИХ ПРОГРАМНИХ ЗАСОБЯХ
студентка 5 курсу групи МДМ-112 О. М. Вдовіна
Напрямок підготовки 050100 «Педагогічна освіта».
Профілі підготовки «Математика» та «Інформатика».
Реферат перевірила ______________________ Т. В. Корміліцина
2. Формати файлів комп'ютерної графіки……………………………….…5-8
Список використаної литературы…………………………………………. 10
На сьогоднішній день Фрактальна графіка є другою за зростанням популярності із чотирьох видів комп'ютерної графіки.
Так само є Растрова та Векторна. Одна – до створення фотореалістичних зображень; Інша – до створення складних геометричних об'єктів; і Тривимірна - як окремий вид від попередніх для створення об'ємних зорово-подібних зображень та об'єктів.
Фрактал – основа Фрактальної графіки, це математично побудована постать, що є частиною точної її копії у рази більшою, ніж одна частина. У свою чергу, велика фігура є ще більшою частиною.
Щоб краще зрозуміти, уявіть трикутник, що складається з трьох трикутників, кожен з яких складається з 3-х менших і т.д. Таким чином виходить матрьошка, де одна копія вбудована у велику копію. Але це значить, що це зображення буде одноманітним. Далі з таких трикутників, можна приготувати куди складнішу композицію, схожу на природний об'єкт, що зустрічається в повсякденному житті. Процес успадкування можна продовжувати до безкінечності, без збільшення розміру файлу.
Для тих, хто вивчає даний вид комп'ютерної графіки з наукової точки зору, буде не зайвим знати проіснування ряду базових понять цієї сфери: «Фрактальний трикутник», «Фрактальна фігура», «Фрактальний об'єкт», «Фрактальна пряма», «Фрактальна композиція», «Об'єкт-батько», «Об'єкт спадкоємця».
Фрактальна графіка, як і векторна, ґрунтується на математичних обчисленнях. Базовими елементами фрактальної графіки є самі математичні формули, що описують лінії та лінійні поверхні, тобто жодних об'єктів у пам'яті ЕОМ не зберігається і зображення будується виключно за формулами (рівняннями).
Встановлено, що за будь-якого рівня дозволу, складна крива (наприклад, берегова лінія), поверхню можуть бути апроксимовані (змодельовані) та промальовані за допомогою об'єднання ділянок невеликих прямолінійних (плоських) сегментів. При переході на більш високий рівень роздільної здатності апроксимуючий сегмент імовірнісним способом розбивається на нову послідовність нових лінійних сегментів і так далі. На підставі цієї властивості – закону статистичної сталості породження деталей природних утворень при переході від низьких до вищих рівнів дозволу та побудований метод використання фрактальних поверхонь
Мал. 1− Приклад фрактального об'єкта
У перекладі з англійської "фрактальний" означає що складається з частинок, частин. Такими поверхнями називають клас нерегулярних геометричних форм, що задаються ймовірнісним способом на основі вихідного опису низького рівня. Закон дроблення лінії (поверхні) підбирається досвідченим шляхом за критерієм візуального узгодження синтезованого (модельованого) зображення з реальним об'єктом, зображення якого прагнуть отримати.
У такий спосіб будують як найпростіші регулярні структури, так і складні ілюстрації, що імітують ландшафти та тривимірні об'єкти.Найчастіше фрактальні поверхні використовують для моделювання гірських ландшафтів. Гірський масив (рис. 1) попередньо, дуже приблизно, описують полігональною поверхнею, складеною з плоских чотирикутників. Далі кожен чотирикутник розбивається за допомогою випадкової функції на чотири фігури менших розмірів, при цьому всі фігури ймовірно зсуваються щодо вихідної площини, зберігаючи для кожної фігури по одній спільній вершині з вихідним чотирикутником. Розподіл продовжується до досягнення бажаного рівня порізаності поверхні. Видаляються приховані поверхні та зафарбовуються згенеровані чотирикутники. Зображення, створені з урахуванням фрактальних поверхонь, лише статистично ідентичні реальним об'єктам.
Фрактальний підхід знайшов широке застосування у багатьох галузях комп'ютерної графіки, науки та мистецтва.
Формати файлів комп'ютерної графіки
Робота із засобами комп'ютерної графіки передбачає використання під час створення графічної інформації (малюнок, креслень, ілюстрацій) різноманітних графічних пакетів растрової та векторної графіки (PhotoShop, CorelDraw, bCad, AutoCad, Компас та інших.). Всі ці пакети працюють у відповідних форматах, що дозволяють не тільки зберегти створену інформацію, експортувати її до інших пакетів, а й імпортувати графічну інформацію інших пакетів. У комп'ютерній графіці застосовується велика кількість форматів, але лише невелика їх частина стала стандартом де-факто і застосовується в переважній більшості програм. Різноманітність у підходах (алгоритмах) та засобах у вирішенні традиційних завдань комп'ютерної графіки призводить до несумісності вихідних даних. Як правило, несумісні формати вихідних файлів мають векторні, растрові, тривимірні зображення, хочаІснують формати файлів, що дозволяють зберігати дані різних класів. Багато програм орієнтовані завдання з власними специфічними форматами, але прагнення інтегруватися у загальну інформаційну структуру, змушує їх використовувати спеціальні прийоми, фільтри чи експортувати зображення у стандартний обмінний формат.
TIFF(TaggetImageFileFormat)призначений для зберігання растрових зображень високої якості (розширення файлу.TIF) у графічних пакетах, що працюютьMS-DOS,PCIBM,Unix,Macintosh> платформи. Широта використання цього формату пояснюється його можливостями: підтримка безлічі колірних моделей, наявність восьмибітного альфа-каналу 3 збереження відсічних контурів, різні алгоритми стиснення без втрати інформації. Формат забезпечений підтримкою з боку більшості графічних, верстальних та дизайнерських, растрових та векторних програм. Колірні моделіGIFCMYKіPantone, що підтримуютьсяTIFF, забезпечують правильну кольоропередачу при виведенні зображень на поліграфічний друк; допускає запис у файл колірний профільICC. Останні версіїTIFFпідтримують кілька алгоритмів стиснення зображення:LZW– без втрати інформації;ZIP–без втрати інформації,>JPED-- з частковою втратою інформацією.Універсальним прийнято вважати метод стисненняLZW, що забезпечує менший розмір вихідного файлу. Формат широко використовується для зберігання та обміну графічною інформацією між різними графічними платформами.
GIF(CompuServeGraphicsInterchangeFormat)-Графічний растровий обмінний формат. Розроблений фірмоюCompuServe.ПідтримуєтьсяMS-DOS,PCIBM,Unix,MacintoshіAmigaопераційними системами. Формат розроблено для підтримки графіки в Інтернеті, незалежної від апаратного забезпечення. Підтримує функції прозорості кольорів та деякі види анімації. Підтримує кодування 256 кольорів. Один із кольорів може отримати властивість прозорості через двобітовий альфа-канал. Допускає включення до файлу кількох растрових зображень, що відтворюються із заданою періодичністю, що забезпечує показ на екрані найпростішої анімації.
Набув великої популярності в Інтернеті, завдяки великому ступеню стиснення (методLZW). Обмежені можливості роботи з кольоровими зображеннями обумовлюють його застосування виключно для електронних публікацій.
BMP(WindowsDeviceIndependentBitmap)- растровий формат обміну зображеннями між програмами, що працюють в операційній системіWindows(розширення файлу .BMP). Формат підтримує велику кількість кольорових моделей аж до 24-бітного просторуRGB. Поліграфічний форматCMYKне підтримується, що обмежує сферу застосування BMP для електронних публікацій. Розмір графічного зображення необмежений. Як алгоритм стиснення використовується методRLE(компресія без втрати інформації).Файли у форматіBMPмають значний обсяг.
PSD (PhotoShop Document)- загальний растровий формат пакетуAdobePhotoShop, один з найбільш потужних за можливостями зберігання графічної інформації. Підтримує платформи операційних системMacintoshіWindows. Запам'ятовує параметри шарів, каналів, ступеня прозорості, безліч та різноманітність масок. Максимальний розмір записуваногозображення 30000 x 30000 пікселів. Підтримує 48-бітове кодування кольору, кольороподіл, різні колірні моделі. Застосовуваний метод стиснення (RLE) не забезпечує достатній стиск, обсяг інформації, що зберігається, досить високий.
PhotoCD- растровий формат, розроблений фірмоюKodak,для зберігання цифрових зображень високої якості. Підтримується платформами всіх операційних систем. Формат зберігання даних у файлі іменуєтьсяImagePac,внутрішня структура якого забезпечує зберігання зображення з фіксованими величинами дозволів, і тому розміри будь-яких файлів лише трохи відрізняються один від одного і знаходяться в діапазоні 4-5 Мбайт. Кожному дозволу присвоєно власний рівень, що відраховується від так званого базового (Base), що становить 512 х 768 пікселів.
У файлі передбачено п'ять рівнів - від Base/16 (128 х 192 пікселів) до Baseх 16(2048 х 3072 пікселів).Працює з 24-бітовим кодуванням кольорів. Для роботи з колірною інформацією використовується колірна модельYCC.Формат забезпечує зберігання високоякісних напівтонових зображень та запису високоякісних фото - зображень наCD-ROM.
JPEG(JointPhotographicExpectsGroup)- формат растрових зображень (розширення файлу .JPG), розроблений фірмою C-Cube Microsystems, орієнтований на всі графічні платформи. Працює з 24-бітним кодуванням кольору. Незалежно від вихідної моделі кольорів всі пікселі перетворюються на колірний простірCIELab. Допустимий максимальний розмір зображення 64000 х 64000 пікселів.
Фактично є методом стиснення зображення з частковою втратою інформації. Застосування компресіїJPEGдозволяєзменшити обсяг займаний файлом до 500 разів у порівнянні звичайнимbitmap.Дозволяє регулювати співвідношення між ступенем стиснення файлу та якістю зображення. Методи стиснення, що застосовуються, засновані на видаленні «надлишкової» інформації. Використовується переважно для електронних публікацій.
CDR(CorelDraw) -векторний формат. Робочий формат графічного пакету CorelDraw фірми Corel Corporation.
EPS(EncapsulatedPostScript) -ФірмаAdobeрозробила формат опису як векторних, так і растрових зображень на спрощеній версії мовиPostScript, який де-факто є стандартом у галузі додрукарських процесів та поліграфії (файл з розширенням .EPS). Це найнадійніший і універсальний спосіб зберігання та передачі графічних даних. Файл не підтримує багатосторінкові документи, але в ньому можуть одночасно зберігатися растрові та векторні графічні зображення, всі необхідні дані про властивості самого зображення: будь-яка колірна модель та профілі (параметри калібрування обладнання), канал прозорості, відсічний контур, трепінг (перекриття кольорів на кордоні) , впроваджені шрифти.
CGM(Computer Graphics Metafile)-Графічний метафайл. Формат файлу розроблений Міжнародною організацією зі стандартизації та Американським національним інститутом стандартів. Підтримується усіма графічними платформами. Працює з необмеженою кількістю кольорів та не має обмеження на розмір графічного зображення. ВикористовуютьсяRLEтаCCITTGroup3 таGroup4методи стиснення інформації. Широко використовується для обміну векторною та растровою графічною інформацією між графічними програмами, що працюють на різних платформах.
DXF(DataeXchangeFormat) –Спеціальний символьний формат обміну інформацією, розроблений компанією Autodesk Inc. (США) для своїх програмних продуктів, насамперед AutoCAD. Може працювати в операційній системіMS-DOS.Підтримує 8-бітове кодування кольору, зберігає тривимірні зображення. Формат не передбачає стиснення інформації.
Цей формат обміну став фактичним стандартом для креслення-графічних систем і підтримується практично всіма розробниками програмних продуктів САПР.
Даний вид графіки незамінний при створенні таких складних об'єктів, що повторюються, що складаються з самоподібних частин, як хмари, гори, вода і т.д. Фактично завдяки фракталу знайдено спосіб ефективної реалізації складних неевклідових об'єктів, образи яких дуже схожі на природні. Дозволимо помітити, що крім графіки, так само є і живопис, і музика. Усі вони побудовані на технології фракталу.
Безперечними перевагами фракталу є:
Малий розмір файлу, що виконується, при великому зображенні.
Нескінченна масштабованість та збільшення складності картинки.
Незамінність у побудові складних фігур, що складаються з однотипних елементів (хмари, вода тощо).
Відносна легкість у створенні складних композицій.
Усі обчислення робляться комп'ютером, що складніше зображення, то більше вписувалося завантаженість ЦП і ОЗУ.
Погане поширення та підтримка різними системами.
Невеликий діапазон створення об'єктів зображень.
Обмеженість материнських математичних постатей.
Загалом, як завжди. У всього є переваги та недоліки. Графіка тим більше грішить і тим, і тим.