ФРАКТАЛНА ГРАФИКА В СПЕЦИАЛНИ СОФТУЕРНИ СРЕДСТВА

FGBOU VO "МОРДОВСКИ ДЪРЖАВЕН ПЕДАГОГИЧЕСКИ ИНСТИТУТ НА ИМЕТО НА М. Е. ЕВСЕВИЕВ"

Катедра Информатика и компютърна техника

Студент от 5-та година на група MDM-112 A. N. Vdovina

Направление на обучение 050100 "Педагогическо образование".

Профили на обучение „Математика” и „Информатика”.

Резюмето е проверено от ______________________ T. V. Kormilitsina

2. Файлови формати на компютърна графика………………………………….…5-8

Списък на използваната литература…………………………………………. 10

Към днешна дата фракталната графика е втората по популярност от четирите вида компютърна графика.

Има също растерни и векторни. Единият е за създаване на фотореалистични изображения; Другият е за създаване на сложни геометрични обекти; и 3D - като отделен изглед от предишните за създаване на триизмерни визуални изображения и обекти.

Фракталът е в основата на фракталната графика, той е математически изградена фигура, която е част от нейното точно копие многократно по-голяма от една част. На свой ред голяма фигура е част от още по-голяма.

За да разберете по-добре, представете си триъгълник, съставен от 3 триъгълника, всеки съставен от 3 по-малки и т.н. Така се получава вложена кукла, където едно копие е вградено в голямо копие. Но това не означава, че цялото изображение ще бъде същото. Освен това от такива триъгълници можете да измислите много по-сложна композиция, наподобяваща естествен обект, който се среща в ежедневието. Процесът на наследяване може да продължи безкрайно без увеличаване на размера на файла.

За тези, които изучават този тип компютърна графика от научна гледна точка, няма да е излишно да знаят заналичието на редица основни понятия от тази сфера: "Фрактален триъгълник", "Фрактална фигура", "Фрактален обект", "Фрактална линия", "Фрактален състав", "Родителски обект", "Наследник обект".

Фракталната графика, подобно на векторната графика, се основава на математически изчисления. Основните елементи на фракталната графика са самите математически формули, които описват линии и линейни повърхности, тоест в паметта на компютъра не се съхраняват обекти и изображението се изгражда изключително според формули (уравнения).

Установено е, че при всяко ниво на разделителна способност сложна крива (например брегова линия), повърхност може да бъде апроксимирана (моделирана) и начертана чрез комбиниране на участъци от малки праволинейни (плоски) сегменти. При преминаване към по-високо ниво на разделителна способност, апроксимиращият сегмент се разделя на нова последователност от нови линейни сегменти по вероятностен начин и т.н. Въз основа на това свойство - закона за статистическата константност на генериране на детайли на природни образувания при преход от ниски към по-високи нива на разделителна способност, е конструиран метод за използване на фрактални повърхности.

Ориз. 1 − Пример за фрактален обект

В превод от английски „фрактал“ означава състоящ се от частици, части. Такива повърхности се наричат клас неправилни геометрични форми, дадени по вероятностен начин въз основа на първоначалното описание на ниско ниво. Законът за разделяне на линията (повърхността) се избира емпирично по критерия за визуално съответствие на синтезираното (симулирано) изображение с реалния обект, чието изображение се иска да се получи.

По този начин се изграждат както най-простите правилни структури, така и сложни илюстрации, имитиращи пейзажи и триизмерни обекти.Най-често фракталните повърхности се използват за моделиране на планински пейзажи. Планинската верига (фиг. 1) е предварително, много приблизително, описана от многоъгълна повърхност, съставена от плоски четириъгълници. Освен това всеки четириъгълник се разделя с помощта на произволна функция на четири по-малки фигури, докато всички фигури се изместват по вероятностен начин спрямо оригиналната равнина, като за всяка фигура се запазва един общ връх с оригиналния четириъгълник. Разделянето продължава до достигане на желаното ниво на повърхностна неравност. Скритите повърхности се отстраняват и генерираните четириъгълници се боядисват. Изображенията, създадени от фрактални повърхности, са само статистически идентични с реални обекти.

Фракталният подход е намерил широко приложение в много области на компютърната графика, науката и изкуството.

Файлови формати за компютърна графика

Работата с инструменти за компютърна графика включва използването на различни графични пакети от растерна и векторна графика (PhotoShop, CorelDraw, bCad, AutoCad, Compass и др.) При създаване на графична информация (чертежи, рисунки, илюстрации). Всички тези пакети работят в подходящи формати, които позволяват не само да се запази създадената информация, да се експортира в други пакети, но и да се импортира графична информация от други пакети. В компютърната графика се използват голям брой формати, но само малка част от тях са станали де факто стандарт и се използват в огромното мнозинство от програмите. Разнообразието в подходите (алгоритмите) и инструментите за решаване на традиционни проблеми с компютърната графика води до несъвместимост на изходните данни. Като правило, несъвместимите изходни файлови формати имат векторни, растерни, триизмерни изображения, въпреки чеима файлови формати, които ви позволяват да съхранявате данни от различни класове. Много приложения са ориентирани към задачи със собствени специфични формати, но желанието да се интегрират в обща информационна структура ги принуждава да използват специални трикове, филтри или да експортират изображението в стандартен формат за обмен.

TIFF(TaggetImageFileFormat)е проектиран да съхранява висококачествени растерни изображения (файлово разширение.TIF) в графични пакети, работещи сMS-DOS,PCIBM,Unix,Macintoshплатформи. Широкото използване на този формат се дължи на неговите възможности: поддръжка на множество цветови модели, наличие на осем-битов алфа канал 3, изрязващи пътеки, различни алгоритми за компресиране без загуба на информация. Форматът се поддържа от повечето програми за графика, оформление и дизайн, растерни и векторни програми.GIFCMYKиPantoneцветови модели, поддържани отTIFF, осигуряват правилно възпроизвеждане на цветовете при отпечатване на изображения; позволява запис във файл цветен профилICC. Последните версии наTIFFподдържат няколко алгоритъма за компресиране на изображения:LZW– без загуба на информация;ZIP– без загуба на информация,JPED- с частична загуба на информация.Методът на компресияLZW, който осигурява по-малък размер на изходния файл, се счита за универсален. Форматът се използва широко за съхранение и обмен на графична информация между различни графични платформи.

GIF(CompuServeGraphicsInterchangeFormat)- Формат за обмен на графичен растер. Разработено отCompuServe.Поддържа се отMS-Операционни системи DOS,PCIBM,Unix,MacintoshиAmiga. Форматът е проектиран да поддържа графики в Интернет, независимо от хардуера. Поддържа функции за прозрачност на цветовете и някои анимации. Поддържа 256 цветно кодиране. Един от цветовете може да получи свойството прозрачност чрез двубитов алфа канал. Позволява включването във файла на няколко растерни изображения, които се възпроизвеждат с определена честота, което гарантира показването на най-простата анимация на екрана.

Добива голяма популярност в интернет, благодарение на високата степен на компресия (методLZW). Ограничените възможности за работа с цветни изображения обуславят използването му изключително за електронни публикации.

BMP(WindowsDeviceIndependentBitmap)е формат за обмен на растерни изображения между приложения, работещи наWindows(файлово разширение .BMP). Форматът поддържа голям брой цветови модели до 24-битово пространствоRGB. Форматът за печатCMYKне се поддържа, което ограничава обхвата на BMP за електронни публикации. Размерът на графичното изображение е неограничен. МетодътRLE(компресия без загуби) се използва като алгоритъм за компресия.Файловете във форматBMPса големи.

PSD (PhotoShop Document)- патентован растерен формат на пакетаAdobePhotoShop, един от най-мощните по отношение на съхранение на графична информация. Поддържа платформи на операционната системаMacintoshиWindow. Запомня параметрите на слоеве, канали, степени на прозрачност, разнообразие и разнообразие от маски. Максимален размер за записизображения 30 000 x 30 000 пиксела. Поддържа 48-битово цветно кодиране, разделяне на цветовете, различни цветови модели. Приложеният метод на компресиране (RLE) не осигурява достатъчно компресиране, обемът на съхранената информация е доста голям.

PhotoCDе растерен формат, разработен отKodak,за съхраняване на висококачествени цифрови изображения. Поддържа се от платформи на всички операционни системи. Форматът за съхраняване на данни във файл се наричаImagePac,чиято вътрешна структура осигурява съхранение на изображения с фиксирани разделителни способности, поради което размерите на всички файлове се различават малко един от друг и са в диапазона 4-5 MB. На всяка разделителна способност е присвоено собствено ниво, измерено от така наречената база (Base), която е 512 x 768 пиксела.

Файлът има пет нива, от Base/16 (128 x 192 точки) до Basex 16(2048 x 3072 точки).Работи с 24-битово цветово кодиране.Цветовият модел YCC се използва за работа с цветова информация.Форматът осигурява съхранение на висококачествени изображения в нива на сивото и запис на висококачествени неподвижни изображения наCD-ROM.

JPEG(JointPhotographicExpectsGroup)е формат на растерно изображение (файлово разширение .JPG), разработен от C-Cube Microsystems и насочен към всички графични платформи. Работи с 24-битово цветно кодиране. Независимо от оригиналния цветови модел на изображението, всички пиксели се преобразуват в цветовото пространствоCIELab. Максималният разрешен размер на изображението е 64000 x 64000 пиксела.

По същество това е метод за компресиране на изображение с частична загуба на информация. Прилагането наJPEGкомпресия позволяванамалява размера на файла до 500 пъти в сравнение с обичайнотоbitmap.Позволява ви да регулирате съотношението между степента на компресия на файла и качеството на изображението. Приложените методи за компресиране се основават на премахването на "излишната" информация. Използва се главно за електронни публикации.

CDR(CorelDraw) -векторен формат. Работният формат на графичния пакет CorelDraw от Corel Corporation.

EPS(EncapsulatedPostScript) -Adobeразработи формат за описание както на векторни, така и на растерни изображения в опростена версия на езикаPostScript, който е де факто стандартът в областта на предпечата и процесите на печат (файл с разширение .EPS). Това е най-надеждният и универсален начин за съхраняване и прехвърляне на графични данни. Файлът не поддържа многостранични документи, но може едновременно да съхранява растерни и векторни графики, всички необходими данни за свойствата на самото изображение: всеки цветови модел и профили (параметри за калибриране на оборудването), канал за прозрачност, път за изрязване, прихващане (припокриващи се цветове на границата), вградени шрифтове.

CGM(Компютърен графичен метафайл)-Графичен метафайл. Файловият формат е разработен от Международната организация по стандартизация и Американския национален институт по стандартизация. Поддържа се от всички графични платформи. Работи с неограничен брой цветове и няма ограничение в размера на графичното изображение. Използват се методитеRLEиCCITTGroup3 иGroup4за компресиране на информация. Широко използван за обмен на векторна и растерна графична информация между графични приложения, работещи на различни платформи.

DXF(данниeXchangeФормат) –Специален формат за символна комуникация, разработен от Autodesk Inc. (САЩ) за своите софтуерни продукти, предимно AutoCAD. Може да работи наоперационна система MS-DOS.Поддържа 8-битово цветово кодиране, запазва 3D изображения. Форматът не предвижда компресиране на информация.

Този формат за обмен се превърна в де факто стандарт за чертожни и графични системи и се поддържа от почти всички разработчици на CAD софтуерни продукти.

Този тип графики са незаменими за създаване на такива сложни повтарящи се обекти, състоящи се от самоподобни части, като облаци, планини, вода и др. Всъщност, благодарение на фрактала, е намерен начин за ефективно внедряване на сложни неевклидови обекти, чиито изображения са много подобни на естествените. Нека отбележим, че освен графика има и живопис и музика. Всички те са изградени на базата на фрактална технология.

Безспорните предимства на фрактала са:

Малък размер на изпълнимия файл с голямо изображение.

Безкрайна мащабируемост и увеличена сложност на изображението.

Незаменим при изграждането на сложни фигури, състоящи се от еднотипни елементи (облаци, вода и др.).

Относителна лекота при създаване на сложни композиции.

Всички изчисления се извършват от компютър, колкото по-сложно е изображението, толкова по-голямо е натоварването на процесора и RAM паметта.

Лошо разпространение и поддръжка от различни системи.

Малка гама от създаване на обекти на изображения.

Ограниченията на майчините математически фигури.

Общо взето както винаги. Всичко има предимства и недостатъци. Графиката е още по-виновна и за тези, и за онези.