Компьютерная геометрия и графика

Оглавление

Глава 1. Основные понятия компьютерной графики

Контрольные вопросы по материалу Главы 1

Глава 2. Геометрическое моделирование и решаемые ими задачи

Контрольные вопросы по материалу Главы 2

Глава 3. Обзор программных продуктов для работы с компьютерной графикой.

Контрольные вопросы по материалу Главы 3

Глава 4. Графический редактор Adobe Photoshop

Контрольные вопросы по материалу Главы 4

Глава 5. Графический редактор CorelDraw X4

Контрольные вопросы по материалу Главы 5

Глава 6. Основы моделирования трехмерных сцен

Контрольные вопросы по материалу Главы 6

Глава 7. Компьютерная анимация в среде Adobe Flash CS4

Контрольные вопросы по материалу Главы 7

Глава 8. Понятие компьютерной геометрии. Графические возможности Turbo Pascal применительно к фрактальным объектам

Контрольные вопросы по материалу Главы 8



Глава 1. Основные понятия компьютерной графики

Прочитав этот материал, Вы будете:

знать:

уметь:

обладать навыками:

При изучении материала, обратите внимание на следующие основные термины и понятия, которые необходимо запомнить:

 

1.1 Понятие, классификация и области применения компьютерной графики

Специальную область информатики, занимающуюся методами и средствами создания, преобразования, обработки, хранения и вывода на печать изображений с помощью цифровых вычислительных комплексов, называют компьютерной графикой.

Развитие компьютерной графики как самостоятельной области информатики началось в девяностых годах прошлого столетия. Этому способствовало, с одной стороны, резкое повышение технических характеристик (емкость запоминающих устройств, быстродействие и разрядность процессора, возможность работы с массивами чисел, представленных в форме с плавающей запятой) и понижение стоимости аппаратного обеспечения, с другой стороны, появление адаптированного к работе с графикой как базового, так и прикладного программного обеспечения.

За последнее десятилетие диапазон применения компьютерной графики существенно расширился. К примеру, ранее ее могли использовать только специалисты, работающие в некоторых предметных областях:

В наше время CGI-образы (от слов Computer Graphics Imagery – изображение созданное на компьютере) окружают нас повсеместно: на телевидении, в кино, на рекламных щитах, на страницах газет и журналов. Компьютерная графика превратилась из узкоспециальной области интересов нескольких профессий в дело, которому стремятся посвятить себя множество людей.

Компьютерная графика охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком:

В компьютерной графике объекты существуют лишь в памяти компьютера, они не имеют физической формы и представляют собой совокупность цифр, поэтому такие изображения называют цифровыми.

Создано разнообразное аппаратное и программное обеспечение для получения изображений самого различного вида и назначения - от простых чертежей до реалистических образов естественных объектов.

Конечным результатом применения средств компьютерной графики является изображение, которое может использоваться для различных целей.

Компьютерная графика используется для наглядности восприятия и передачи самой разнообразной информации.

Практически не существует демонстрационных слайдов без использования компьютерной графики.

Проблема представления накопленной информации (например, данных о климатических изменениях за продолжительный период, о динамике популяций животного мира, об экологическом состоянии различных регионов и т.п.) лучше всего может быть решена посредством графического отображения.

Трехмерные изображения применяются в медицине (например, в области компьютерной томографии), картографии, полиграфии и других областях. В медицине в настоящее время широко используются методы диагностики, использующие компьютерную визуализацию внутренних органов человека. Помимо этого применяется и двумерная графика, которую можно отобразить на экране компьютера или графопостроителе.

Существуют развитые программные средства автоматизации проектно-конструкторских работ (САПР), позволяющие быстро создавать чертежи объектов, выполнять прочностные расчеты и т.п. Они дают возможность не только изобразить проекции изделия, но и рассмотреть его в объемном виде с различных сторон. Такие средства полезны для дизайнеров интерьера, ландшафта.

Интерактивные графические элементы применяются при создании моделирующих систем обучения (виртуальных тренажеров). Под моделированием в данном случае понимается имитация различного рода ситуаций, возникающих, например, при движении автомобиля, решении задач управления бизнесом и т.д.

Телевидение и другие отрасли индустрии развлечений используют анимационные средства компьютерной графики (компьютерные игры, фильмы).

В телевизионной рекламе, в научно-популярных и других фильмах теперь синтезируются движущиеся объекты, визуально мало уступающие тем, которые могут быть получены с помощью кинокамеры. Кроме того, компьютерная графика предоставила киноиндустрии возможности создания спецэффектов, которые в прежние годы были попросту невозможны. В последние годы широко распространилась еще одна сфера применения компьютерной графики - создание виртуальной реальности.

Следует отметить важную роль компьютерной графики при создании пользовательских интерфейсов. Теперь уже практически все системы поддерживают диалог «человек-компьютер» в графическом виде.

Компьютерную графику можно классифицировать по нескольким основным признакам (Рис. 1.1).

Первым классификационным признаком является количество измерений, используемых при создании и обработке изображения. По этому признаку вся компьютерная графика делится на два класса: плоская или двухмерная графика, при работе с которой любое изображение имеет лишь два измерения – ширину и высоту и объемная или трехмерная (3D) графика, которая характеризуется тремя пространственными измерениями – шириной, высотой и глубиной. Наличие у трехмерных изображений координаты глубины дает возможность взглянуть на них с другого ракурса, не перерисовывая при этом самих изображений.

Рис. 1.1. Классификация компьютерной графики

Вторым классификационным признаком является способ формирования изображений, по которому компьютерная графика может быть разделена на растровую, векторную и фрактальную. Основным элементом растровой графики является точка, совокупность точек образует изображение. Векторная графика работает с линиями, которые описываются математически как единый объект. Фрактальная графика, как и векторная, основана на математических вычислениях, однако базовым элементом является сама математическая формула.

Третьим признаком является способность динамического изменения изображения. По данному признаку можно выделить два класса: статическая графика и интерактивная (анимационная) графика. Под интерактивной компьютерной графикой понимают раздел компьютерной графики, изучающий вопросы динамического управления со стороны пользователя содержанием изображения, его формой, размерами и цветом на экране с помощью интерактивных устройств взаимодействия.

Четвертым признаком может служить специализация компьютерной графики в отдельных областях. Так, можно выделить инженерную графику, дизайн-графику, Web-графику и другие области.

В результате развития современных информационных технологий и посредством объединения компьютерных, телевизионных и кинотехнологий сформировалась относительно новая область компьютерной графики – интерактивная (анимационная) графика.

Под интерактивной компьютерной графикой понимают раздел компьютерной графики, изучающий вопросы динамического управления со стороны пользователя содержанием изображения, его формой, размерами и цветом на экране с помощью интерактивных устройств взаимодействия.

 

1.2 Растровая графика, основные понятия.

Все растровые изображения состоят из множества точек. Это наиболее простой способ представления изображения, потому, что именно таким образом видит его наш глаз.

Процесс формирования растрового изображения можно сравнить с мозаичным панно, где с помощью одинаковых по форме, но различных по цвету элементов создаются различные образы. Если отойти от мозаичного панно достаточно далеко, отдельные элементы становятся неразличимо малы, и изображение кажется однородным. Точно так же кодируются и растровые изображения в компьютерной графике. Все изображение подобно таблице разбивается по горизонтали и вертикали на мелкие ячейки – точки, каждая из которых принимает усредненный по площади ячейки цвет. При работе с изображением в памяти компьютера запоминается вся таблица (именно поэтому растровые изображения всегда прямоугольные) и цвет каждой ее точки. Таким образом, в растровых изображениях не существует объектов как таковых. Например, изображение древесного листа описывается конкретным расположением и цветом каждой точки сетки, поэтому при редактировании возникает необходимость работы с каждой конкретной точкой.

Пиксел - неделимая точка в графическом изображении. Пиксел характеризуется прямоугольной формой и размерами, определяющими пространственное разрешение изображения

Под растровым (bitmap, raster) понимают способ представления изображения в виде совокупности отдельных точек (пикселов) различных цветов или оттенков (Рис. 1.2). Это наиболее простой способ представления изображения, потому, что именно таким образом видит его глаз человека.

Рис. 1.2 Пример растрового изображения

Растровый способ кодирования изображений обеспечивает легкость их ввода с помощью сканеров. Светочувствительный элемент сканера измеряет оптическую плотность сканируемого оригинала (рисунка, фотографии, слайда) по всей его площади: в отдельных точках с заданным интервалом вдоль и поперек оригинала. В результате получается прямоугольная таблица, каждая ячейка которой соответствует измеренному значению цвета. Она представляется точным снимком оригинала в цифровой форме. Каждая ячейка таблицы называется точкой, а вся таблица — растровым изображением.

Кроме того, есть мониторы, которые тоже является растровым устройством. Экран монитора покрыт прямоугольной сеткой из точек люминофора. При демонстрации изображения кодированная информация визуализируется с помощью операции, обратной сканированию. Каждой точке изображения ставится в соответствие точка люминофора, называемая пикселем. Пиксель принимает цвет соответствующей ему точке изображения. Поэтому точку цифрового изображения часто отождествляют с пикселем и говорят, что растровое изображение состоит из пикселей.

Монитор — не единственное устройство вывода. Изображение можно напечатать на принтере, типографской машине, вывести на фотопленку или фотобумагу. Большинство устройств вывода, как и мониторы, тоже являются растровыми устройствами, и точкам изображения ставятся в соответствие точки этих устройств.

Цифровое изображение, находящееся в памяти компьютера не имеет своего физического воплощения, это всего лишь набор цифр. Увидеть его можно только посредством какого-либо устройства вывода. По этой причине внешний вид изображения (размер, качество, цветопередача и т.п.) сильно зависят от характеристик монитора или принтера.

Достоинством растрового способа представления изображений является возможность получения фотореалистичного изображения высокого качества в различном цветовом диапазоне. Недостатком – высокая точность и широкий цветовой диапазон требуют увеличения объема файла для хранения изображения и оперативной памяти для его обработки.

Растровая графика описывает изображения с использованием цветных точек, называемых пикселами, расположенных на сетке. Например, изображение древесного листа описывается конкретным расположением и цветом каждой точки сетки, что создает изображение примерно так же, как в мозаике (фотографии, отсканированные рисунки и т.д.). При редактировании растровой графики редактируются пикселы, а не линии. Растровая графика зависит от разрешения, поскольку информация, описывающая изображение, прикреплена к сетке определенного размера. При редактировании растровой графики, качество ее представления может измениться. В частности, изменение размеров растровой графики может привести к «разлохмачиванию» краев изображения, поскольку пикселы будут перераспределяться на сетке. Вывод растровой графики на устройства с более низким разрешением, чем разрешение самого изображения, понизит его качество.

Применение растровой графики позволяет добиться качественного изображения, фотографического качества. Но за все нужно, платить в данном случае - объемами файлов и трудоемкостью редактирования изображения, приходиться каждую точку подправлять вручную. Даже если Вы при редактировании используете инструменты типа линии или примитивов (овалов, квадратов), то результат представляет собой изменение затронутых данными инструментами пикселей. При изменении размеров, качество изображения ухудшается: при уменьшении - исчезают мелкие детали, а при увеличении картинка может превратиться в набор неряшливых квадратов (увеличенных пикселей). При печати растрового изображения или при просмотре его на средствах имеющих недостаточный разрешающую способность значительно ухудшает восприятие образа.

 

1.3 Основные характеристики растровой графики.

Размер изображения. Растровые изображения характеризуются количеством составляющих их точек. В силу частого отождествления точек и пикселей размеры изображений измеряют в пикселях. Это представляется удобным, если изображение предназначено только для демонстрации на мониторе (Web-страницы и прочие документы для электронного распространения). Удобство обусловлено стандартизированным количеством пикселей, которое могут отображать мониторы. Для большинства мониторов эта величина составляет 800х600, 1024х768, 1152х864, 1280*960, 1280х1024, 1600х1200 и т.д.

Чтобы представить себе, сколько места на экране монитора займет изображение известного размера, надо знать, сколько пикселей монитора приходится на единицу длины. Такая величина имеет собственное название - разрешение экранного изображения, и измеряется в пикселях на дюйм (pixel per inch, ppi). В каждом конкретном случае она зависит от физического размера экрана и установленного размера растровой сетки, т. е. количества пикселей по вертикали и горизонтали. Число возможных сочетаний этих параметров весьма велико (например, разрешение мониторов могут быть установлены в диапазоне от 72 ppi до 96 ppi). При более высоком разрешении элементы интерфейса программ (текст в меню и диалоговых окнах, панели инструментов и т. п.) становятся слишком мелкими, глаза быстро утомляются. Низкое разрешение, наоборот, оставляет на экране слишком мало места для самого редактируемого изображения или текста.

Разрешение изображения – определяет насколько точно будут воспроизведены детали изображения. Чем выше разрешение, тем выше качество печати и тем больше объем данных изображения. Это, в свою очередь, означает необходимость большего объема памяти для записи изображения. Разрешение выражается в dpi (Dots Per Inch – Точках на дюйм). Например, разрешение 400 dpi означает, что в каждом дюйме присутствует 400 точек. Размер одной точки составляет примерно 63,5 микрон (0,0635 мм.).

Разрешение дисплея – это степень резкости изображения, показываемого на дисплее. Разрешение дисплея измеряется в dpi (точек/дюйм). Однако термин разрешение дисплея используется и для определения разрешающей способности самого дисплея. Разрешение дисплея заметно ниже разрешения принтера или сканера. Следовательно, если нужно создать изображение для основной страницы Web, то требования к разрешению будут намного ниже, чем возможности сканера или принтера (например, вполне достаточно будет разрешения 72 - 100 dpi).

Разрешение при печати – работа цветного струйного принтера основана на распылении чернильных частиц на бумажный или какой-либо другой носитель, используемый для печати. Разрешение при печати выражается числом чернильных частиц, которые можно распылить на один дюйм (примерно 2,54 мм.) бумаги. Например, разрешение 1440 dpi означает, что на длине одного дюйма бумаги будет распылено 1440 чернильных частиц. Чем больше число чернильных частиц, тем точнее воспроизводятся детали изображения. Однако при этом соответственно возрастает и время печати.

Выражать размер изображения в пикселях удобно при подготовке графики для электронного распространения. Если же цель состоит в получении печатной копии, то лучше оперировать метрическими единицами. Зная разрешение монитора, легко вычислить размер изображения на экране. Например, изображение размером 100х50 пикселей займет на экране примерно 1х0,5 дюйма == 25х13 мм (100 pix/96 ppi = 1,04 inch; 50 pix/96 ppi = 0,52 inch; 1 дюйм = 25,4 мм).

Приведенный расчет выполнен исходя из разрешения монитора 96 ppi. Для разрешения 72 ppi размер того же изображения окажется иным: 1,4х0,7 дюйма =35х18 мм (100 pix/72 ppi = 1,39 inch; 50 pix/72 ppi = 0,69 inch).

Производить подобные вычисления каждый раз, как только потребуется оценить размер изображения на конкретном устройстве вывода, не удобно. Поэтому размер растровых изображений чаще всего характеризуют так же, как и растровые устройства: разрешением. Вместо размера в пикселях при создании или сканировании изображения при этом указывают разрешение и геометрический размер в сантиметрах или дюймах. Цифровое изображение от этого не приобретает физических размеров. Такой способ эквивалентен предположению: «если бы изображение выводилось на устройстве с заданным разрешением, то оно имело бы заданный размер».

При создании или сканировании изображений всегда будут известны (хотя бы приблизительно) требуемый геометрический размер изображения и его разрешение. Геометрический размер определяется дизайном «бумажной» публикации или Web-страницы. Разрешение определяется предполагаемым устройством вывода. Задавая эти параметры еще при создании или сканировании изображений, пользователь не только избавляет себя от расчетов. Данные о геометрических размерах изображений используются при печати из специальных программ, работающих с компьютерной графикой и при размещении изображений в издательских системах и программах иллюстрирования. Соответствие при этом разрешения изображений разрешению устройства вывода будет на вашей совести.

В файлах изображений хранится информация о геометрическом размере и разрешении изображений. Эти величины используются при помещении изображения в программу верстки или подготовки иллюстраций.

При изменении размеров, качество растрового изображения ухудшается: при уменьшении - исчезают мелкие детали, а при увеличении картинка может превратиться в набор неряшливых квадратов (увеличенных пикселей). При печати растрового изображения или при просмотре его на средствах имеющих недостаточный разрешающую способность значительно ухудшает восприятие образа.

 

1.4 Векторная графика, основные понятия.

Для векторной графики (object-oriented graphics) характерно разбиение изображения на ряд графических примитивов – точка, прямая, ломаная, дуга, полигон. Таким образом, появляется возможность хранить не все точки изображения, а координаты узлов примитивов и их свойства (цвет, связь с другими узлами и т.д.). При использовании векторного представления изображение представляет собой базу данных описаний примитивов. То есть, в составе изображения могут быть отрезки, окружности, овалы, точки, кривые Безье и так далее. А изображение будет представлять из себя массив описаний, например:

Рис.1.3. Пример векторного изображения

Векторное изображение может быть легко масштабировано без потери деталей, т.к. это требует пересчета сравнительно небольшого числа координат узлов.

Векторная графика описывает изображения с использованием прямых и изогнутых линий, называемых векторами, а также параметров, описывающих цвета и расположение. Например, изображение древесного листа описывается точками, через которые проходит линия, создавая тем самым контур листа. Цвет листа задается цветом контура и области внутри этого контура.

Если в растровой графике базовым элементом изображения является точка, то в векторной графике — линия. Линия описывается математически как единый объект, и потому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике.

Линия — элементарный объект векторной графики. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная). Окончание линии (то есть ее форма в конечном узле) также выступает одним из свойств с изменяемыми параметрами.

Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами (текстуры, карты) или выбранным цветом. Заполнение бывает растровым и векторным. В последнем случае иногда используют элементы фрактальной графики, являющейся частным случаем векторной. Основные языки программирования при выводе графических примитивов также используют понятия векторной графики.

Простейшая незамкнутая линия ограничена двумя точками, именуемыми узлами. Узлы имеют ряд свойств, параметры которых влияют на форму конца линии и характер сопряжения с другими объектами. Все прочие объекты векторной графики, в том числе самые сложные, составляют из линий (Рис. 1.4).

Рис. 1.4. Разомкнутый контур, замкнутый контур, комбинированный контур

Для построения объектов векторной графики используют инструменты рисования линий и управления заполнением контуров. Простые объекты могут взаимодействовать различными способами, в том числе с применением булевых операций объединения, вычитания и пересечения.

Эффекты, применимые к объектам векторной графики, воздействуют на свойства линии, заполнения и узлов. В программах векторной графики все эффекты являются модификаторами. Модификатор описывает математическими методами параметры изменения свойств исходного объекта, не затрагивая его основ. Именно на этом базируется возможность многоуровневого «отката», то есть возврата к исходному состоянию объекта.

 

1.5 Математические основы векторной графики

Рассмотрим подробнее способы представления различных объектов в векторной графике.

Точка. Этот объект на плоскости представляется двумя числами (х, у), указывающими его положение относительно начала координат (Рис. 1.5).

Рис. 1.5. Точка на плоскости в системе координат

Прямая линия. Ей соответствует уравнение у = kx + b. Указав параметры к и b, всегда можно отобразить бесконечную прямую линию в известной системе координат, то есть для задания прямой достаточно двух параметров (Рис. 1.6).

Отрезок прямой. Он отличается тем, что требует для описания еще двух параметров — например, координат х1 и х2 начала и конца отрезка (Рис. 1.6).

Рис. 1.6. Прямая линия и отрезок в системе координат

Кривая второго порядка. К этому классу кривых относятся параболы, гиперболы, эллипсы, окружности, то есть все линии, уравнения которых содержат степени не выше второй (Рис. 1.7). Кривая второго порядка не имеет точек перегиба. Прямые линии являются всего лишь частным случаем кривых второго порядка. Формула кривой второго порядка в общем виде может выглядеть, например, так:

х2 + а1у2 + а2ху + а3х + а4у + а5 = 0

Рис. 1.7. Кривая второго порядка в системе координат

Для описания бесконечной кривой второго порядка достаточно пяти параметров. Если требуется построить отрезок кривой, понадобятся еще два параметра (Рис. 1.8).

Рис. 1.8. Бесконечная кривая второго порядка в системе координат

Кривая третьего порядка. Отличие этих кривых от кривых второго порядка состоит в возможном наличии точки перегиба. Например, график функции у = х3 имеет точку перегиба в начале координат. Именно эта особенность позволяет сделать кривые третьего порядка основой отображения природных объектов в векторной графике. Линии изгиба человеческого тела, контуры пересеченной местности, очертания растений весьма близки к кривым третьего порядка. Все кривые второго порядка, в том числе прямые линии, являются частными случаями кривых третьего порядка.

В общем случае уравнение кривой третьего порядка можно записать так:

х3 + а1у3 + а2х2у + а3ху2 + а4х2 + а5у2 + а6ху + а7х + а8у + а9 = 0

Таким образом, кривая третьего порядка описывается девятью параметрами (Рис. 1.9). Описание ее отрезка потребует на два параметра больше (Рис. 1.10). Несмотря на кажущуюся сложность описания кривой третьего порядка, ее код занимает в файле несравнимо меньше места, чем код аналогичной кривой, но созданной из точек (растровой). Для растровой линии дают описание положения и цвета каждой точки.

Рис. 1.9. Кривая третьего порядка в системе координат

Рис. 1.10. Описание отрезка кривой третьего порядка

Кривые Безье (Bezier). Кривы?е Безье? были разработаны в 60-х годах XX века независимо друг от друга Пьером Безье (Bezier) из автомобилестроительной компании «Рено» и Полем де Кастелье (de Casteljau) из компании «Ситроен», где применялись для проектирования кузовов автомобилей.

Кривая Безье является гладкой кривой, то есть она не имеет разрывов и непрерывно заполняет отрезок между начальной и конечной точками.

Благодаря простоте задания и возможности удобно манипулировать формой, кривые Безье нашли широкое применение в компьютерной графике для моделирования гладких линий. Поскольку кривая полностью определяется своей выпуклой оболочкой из опорных точек, последние могут быть отображены и использоваться для наглядного управления формой линии. Кроме того, аффинные преобразования кривой (перенос, масштабирование, вращение) также легко могут быть осуществлены путём применения трансформаций к опорным точкам. Наличие выпуклой оболочки значительно облегчает задачу о точках пересечения кривых Безье: если не пересекаются выпуклые оболочки, то не пересекаются и сами кривые.

Наибольшее значение имеют кубические кривые Безье. Кривые высших степеней при обработке требуют большего объёма вычислений и для практических целей используются реже. Для построения сложных по форме линий отдельные кривые Безье могут быть последовательно соединены друг с другом в сплайн Безье. Для того, чтобы обеспечить гладкость линии в месте соединения двух кривых, смежные опорные точки обеих кривых должны лежать на одной линии.

Сегмент кривой Безье третьего порядка описывается положе¬нием четырех точек. Две из них являются опорными (узлами кривой): начальная точка Р000) и конечная точка Р333). Точки Р111) и Р222), определяющие положение касательных относительно отрезка, называют управляющими (Рис. 1.11). Метод построения кривой Безье основан на использовании пары касательных (управляющих линий), проведенных к сегменту кривой в его окончаниях. На форму кривой влияют угол наклона касательной и длина ее отрезка.

Рис. 1.11. Сегмент кривой Безье третьего порядка

Параметрическое уравнение Безье описывает положение точек и, тем самым, форму кривой. Уравнение решают относительно параметра t, принимающего значения от 0 (в начальной точке) до 1 (в конечной точке). При построении сегмента кривой Безье на плоскости рассчитывают координаты х и у (для четырех точек, из них двух управляющих):

Следовательно:

Значение t определяет степень влияния точек на форму кривой (Рис. 1.12 и Рис. 1.13). Например, при t = 0,333 наибольший «вес» приобретает точка Р11, у1), а при t = 0,666 — точка Р22, у2). Из приведенных уравнений вытекает, что кривая может проходить лишь через начальную и конечную опорные точки сегмента (Р0, Р3). Тем самым достигаются простота описания и стабильность кривой Безье.

Рис. 1.12. Степень влияния точек на форму кривой (1 вариант)

Рис. 1.13. Степень влияния точек на форму кривой (2 вариант)

Кривые Безье обладают рядом свойств, определяющих возможность их использования в векторной графике. С геометрической точки зрения, производной кривой Безье будет другая кривая Безье, векторы управляющих точек которой определяются вычислением разностей векторов управляющих точек исходной кривой.

Основные свойства кривой Безье:

Рис. 1.14. Кривые, расположенные внутри фигуры

Рис. 1.15. Сегмент при наличии двух контрольных точек

Рис. 1.16. Коллинеарное размещение точек

Рис. 1.17. Кривая Безье симметрична

Рис. 1.18. Исходная кривая

Рис. 1.19. Масштабирование и изменение пропорций кривой Безье

Рис. 1.20. Масштабирование и изменение пропорций кривой Безье (вращение)

Рис. 1.21. Масштабирование и изменение пропорций кривой Безье (перекос)

Рис. 1.22. Изменение координат точек

Рис. 1.23. Размещение дополнительных контрольных точек вблизи одной позиции

При редактировании элементов векторной графики изменяют параметры прямых и изогнутых линий, описывающих форму этих элементов. Можно переносить элементы, менять их размер, форму и цвет, но это не отразится на качестве их визуального представления. Векторная графика не зависит от разрешения, т.е. может быть показана в разнообразных выходных устройствах с различным разрешением без потери качества.

Достоинством векторной компьютерной графики является:

Недостатком векторной компьютерной графики является:

1.6. Фрактальная графика, основные понятия.

В математике существует понятие фрактала – геометрического образования, представляющего собой систему самоподобных фигур, расположенных относительно друг друга закономерным образом. Как форма и размер отдельных элементов, так и их взаимное расположение может быть описано математической формулой.

Фрактальная графика, как и векторная, основана на математических вычислениях. Базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, т.е. никаких объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким образом, строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты.

Фрактальная графика, как и векторная - вычисляемая, но отличается от неё тем, что никакие объекты в памяти компьютера не хранятся. Изображение строится по уравнению (или по системе уравнений), поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо. Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину. Способность фрактальной графики моделировать образы живой природы вычислительным путем часто используют для автоматической генерации необычных иллюстраций.

Фрактал – это объект, обладающий бесконечной сложностью, позволяющий рассмотреть столько же своих деталей вблизи, как и издалека. Земля – классический пример фрактального объекта. Из космоса она выглядит как шаp. Если приближаться к ней, то будут видны океаны, континенты, побережья и цепи гор. Если рассматривать горы ближе – станут видны еще более мелкие детали: кусочек земли на поверхности горы в своем масштабе столь же сложный и неровный, как сама гора. И даже еще более сильное увеличение покажет крошечные частички грунта, каждая из которых сама является фрактальным объектом.

Многие объекты в природе обладают фрактальными свойствами, например побережья, облака, кроны деревьев, кровеносная система и система альвеол человека или животных.

Последнее время фракталы стали популярны у трейдеров для анализа курса фондовых бирж, валютных и торговых рынков.

Фракталы, особенно на плоскости, популярны благодаря сочетанию красоты с простотой построения при помощи компьютера (Рис. 1.24, Рис. 1.25, Рис. 1.26, Рис. 1.27, Рис. 1.28, Рис. 1.29, Рис. 1.30).

Рис. 1.24. Фрактальная графика (пример 1)

Рис. 1.25. Фрактальная графика (пример 2)

Рис. 1.26. Фрактальная графика (пример 3)

Рис. 1.27. Фрактальная графика (пример 4)

Рис. 1.28. Фрактальная графика (пример 5)

Рис. 1.29. Фрактальная графика (пример 6)

Рис. 1.30. Фрактальная графика (пример 7)

Фрактал (лат. fractus — дробленый) — термин, означающий геометрическую фигуру, обладающую свойством самоподобия, то есть составленную из нескольких частей, каждая из которых подобна всей фигуре целиком. В более широком смысле под фракталами понимают множества точек в евклидовом пространстве, имеющие дробную метрическую размерность, либо метрическую размерность, строго большую топологической.

Слово «фрактал» не является математическим термином и не имеет общепринятого строгого математического определения. Оно может употребляться, когда рассматриваемая фигура обладает какими-либо из перечисленных ниже свойств:

Основоположником идей о фракталах считается Франко-Американский математик Профессор Бенуа Б. Мандельброт (Benoit B. Mandelbrot). В середине 1960х после десятилетий обучения и научной деятельности, Мандельброт разработал то, что он назвал фрактальная геометрия или геометрия природы (об этом он написал свою книгу — «Фрактальная геометрия природы»). Целью фрактальной геометрии был анализ сломанных, морщинистых и нечетких форм. Мандельброт использовал слово фрактал, потому, что это предполагало осколочность и фракционность этих форм.

Мандельброт и другие ученые, такие как Клиффорд А. Пикковер (Clifford A. Pickover), Джеймс Глейк (James Gleick) или Г. О. Пейтген (H.O. Peitgen) пытаются расширить область фрактальной геометрии так, чтобы она могла быть применена практически ко всему, что есть в мире, от предсказания цен на рынке ценных бумаг до совершения новых открытий в теоретической физике.

Первыми открытыми фракталами были детерминированные фракталы. Их отличительной чертой является свойство самоподобия, обусловленное особенностями метода их генерации.

Некоторые предпочитают называть эти фракталы классическими, геометрическими фракталами или линейными фракталами. Эти фракталы обычно формируются начиная с инициатора — фигуры, к которой применяется определенный основной рисунок. Во всех детерминированных фракталах, самоподобие проявляется на всех уровнях. Это значит, что независимо от того насколько вы приближаете фрактал, вы увидите все тот же узор. Для сложных фракталов, которые будут рассмотрены позже, это не так.

Детерминистские фракталы образуются в процессе, называемом итерацией, которая применяет основной рисунок к инициатору, после чего применяет его к результату и так далее. Большинство людей итерационно повторяют детерминированные фракталы 5-7 раз, чтобы получить четкую красивую картинку. Эти фракталы линейны, так как при каждой итерации что-то убирается, либо что-то прибавляется в форме прямых линий.

Решетка Серпинского. Треугольники, сформированные соединением средних точек большего треугольника вырезаны из главного треугольника, образовывая треугольник, с большим количеством дырочек. В этом случае инициатор — большой треугольник а шаблон — операция вырезания треугольников, подобных большему. Так же можно получить и трехмерную версию треугольника, используя обыкновенный тетраэдр и вырезая маленькие тетраэдры. Размерность такого фрактала ln3/ln2 = 1.584962501 (Рис. 1.31).

Рис. 1.31. Решетка Серпинского

Ковер Серпинского. Для получения этого фрактала берут квадрат, делят его на девять квадратов, а средний вырезают. То же самое делают и с остальными, меньшими квадратами. В итоге образуется плоская фрактальная сетка, не имеющая площади, но с бесконечными связями. В своей пространственной форме, губка Серпинского преобразуется в систему сквозных форм, в которой каждый сквозной элемент постоянно заменяется себе подобным. Эта структура очень похожа на разрез костной ткани. Такие повторяющиеся структуры могут стать элементом строительных конструкций. Их статика и динамика, считает Мандельброт, заслуживает пристального изучения (Рис. 1.32).

Рис. 1.32. Губка Серпинского

Фрактал Серпинского. В этом фрактале, инициатор и генератор одинаковы. При каждой итерации, добавляется уменьшенная копия инициатора к каждому углу генератора и так далее. Если при создании этого фрактала произвести бесконечное число итераций, он бы занял всю плоскость, не оставив ни одной дырочки. Поэтому его фрактальная размерность ln9/ln3 = 2.0.

Кривая Коха. Кривая Коха один из самых типичных детерминированных фракталов. Она была изобретена в девятнадцатом веке немецким математиком по имени Хельге фон Кох, который, изучая работы Георга Контора и Карла Вейерштрассе, натолкнулся на описания некоторых странных кривых с необычным поведением. Инициатор — прямая линия. Генератор — равносторонний треугольник, стороны которого равны трети длины большего отрезка. Эти треугольники добавляются к середине каждого сегмента снова и снова. В своем исследовании, Мандельброт много экспериментировал с кривыми Коха, и получил фигуры такие как Острова Коха, Кресты Коха, Снежинки Коха и даже трехмерные представления кривой Коха, используя тетраэдр и прибавляя меньшие по размерам тетраэдры к каждой его грани. Кривая Коха имеет размерность ln4/ln3 = 1.261859507 (Рис. 1.33).

Рис. 1.33. Кривая Коха

Крест Коха — это один из вариантов кривой Коха, изобретенный Мандельбротом. Вместо отрезка прямой, он использовал в качестве инициатора квадрат или прямоугольник. Так как в этом фрактале использован та же самая идея что и в оригинальной кривой Коха, его фрактальная размерность такая же: ln4/ln3 = 1.261859507 (Рис. 1.34).

Рис. 1.34. Крест Коха

Фрактал Мандельброта. Множество Мандельброта основано на нелинейных уравнениях и является комплексным фракталом. Это тоже вариант кривой Коха несмотря на то, что этот объект не похож на нее. Инициатор и генератор так же отличны от использованных для создания фракталов, основанных на принципе кривой Коха, но идея остается той же. Вместо того, чтобы присоединять равносторонние треугольники к отрезку кривой, квадраты присоединяются к квадрату. Благодаря тому, что этот фрактал занимает точно половину отведенного пространства при каждой итерации, он имеет простую фрактальную размерность 3/2 = 1.5 ().

Рис. 1.35. Фрактал Мандельбарта

Фрактал Минковского. И инициатор, и генератор довольно сложны и составлены из ряда прямых углов и сегментов различной длины. У самого инициатора 8 частей. Фрактальная размерность колбасы Минковского — ln8/ln4 = 1.5 (Рис. 1.36).

Рис. 1.36. Фрактал Минковского

Фрактал Лабиринт. Этот фрактал еще иногда называют H-деревом. И инициатор и генератор имеют вид буквы H. На приведенном здесь примере сама H не закрашена. Вместо этого заполнены области вне фрактала, что облегчает восприятие рисунка и шаблона. Фрактальная размерность этого конкретно фрактала весьма интересна. Так как толщина H в процессе итераций уменьшается, размерность кончиков буквы H точно 2.0, но элементы между кончиками имеют другую размерность, меняющуюся от 1.3333 до 1.6667 (Рис. 1.37).

Рис. 1.37. Фрактал Лабиринт

Пятиугольник Дарера. Фрактал выглядит как связка пятиугольников, сжатых вместе. Фактически он образован при использовании пятиугольника в качестве инициатора и равнобедренных треугольников, отношение большей стороны к меньшей в которых в точности равно так называемой золотой пропорции (1.618033989 или 1/(2cos72)) в качестве генератора. Эти треугольники вырезаются из середины каждого пятиугольника, в результате чего получается фигура, похожая на 5 маленьких пятиугольников, приклеенных к одному большому (Рис. 1.38).

Рис. 1.38. Пятиугольник Дарера

Большая часть встречающихся сегодня фракталов не являются детерминированными. Они не линейны и не собранны из повторяющихся геометрических форм. Такие фракталы называются сложными (Рис. 1.39).

Детерминистские фракталы являются линейными, тогда как сложные фракталы таковыми не являются. Будучи нелинейными, эти фракталы генерируются тем, что Мандельброт назвал нелинейными алгебраическими уравнениями. Решение этих математических уравнений вовлекает комплексные и мнимые числа. Когда уравнение интерпретируется графически на комплексной плоскости, результатом оказывается странная фигура, в которой прямые линии переходят в кривые, появляются, хотя и не без деформаций, эффекты самоподобия на различных масштабных уровнях. При этом вся картина в целом является непредсказуемой и очень хаотичной.

Рис. 1.39. Множество Жулиа

Теория хаоса - это учение о сложных нелинейных динамических системах. Под термином нелинейные понимается рекурсия и алгоритмы из высшей математики, и, наконец, динамические — означает непостоянные и непериодические

Теория хаоса является средством взглянуть на события, происходящие в мире отлично от более традиционного четко детерминистического взгляда, который доминировал в науке со времен Ньютона. Вместо традиционных X-Y графиков, ученые теперь могут интерпретировать фазово-пространственные диаграммы которые — вместо того, чтобы описывать точное положение какой-либо переменной в определенный момент времени — представляют общее поведение системы.

Техники теории хаоса использовались для моделирования биологических систем, которые, бесспорно, являются одними из наиболее хаотических систем из всех, которые можно себе представить. Системы динамических равенств использовались для моделирования всего — от роста популяций и эпидемий до аритмических сердцебиений.

Броуновское движение — это, например, случайное и хаотическое движение частичек пыли, взвешенных в воде. Этот тип движения, возможно, является аспектом фрактальной геометрии, имеющий с наибольшее практическое использование. Случайное Броуновское движение производит частотную диаграмму (Рис. 1.40), которая может быть использована для предсказания вещей, включающих большие количества данных и статистики. Хорошим примером являются цены на шерсть, которые Мандельброт предсказал при помощи Броуновского движения.

Рис. 1.40. Частотная диаграмма

Во многих фантастических фильмах техника броуновского движения была использована для создания инопланетных ландшафтов таких, как холмы и топологические картины высокогорных плато. Эти техники очень эффективны, и их можно найти в книге Мандельброта «Фрактальная геометрия природы». Мандельброт использовал Броуновские линии для создания фрактальных линий побережья и карт островов (которые на самом деле были просто в случайном порядке изображенные точки) с высоты птичьего полета (Рис. 1.41).

Рис. 1.41. Ландшафтный дизайн

1.7. Трехмерная (3D) графика, основные понятия.

Трёхмерная графика (3D, 3 Dimensions, русск. 3 измерения) — раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), призванных обеспечить пространственно-временную непрерывность получаемых изображений. Больше всего применяется для создания изображений в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке.

Трёхмерное изображение отличается от плоского построением геометрической проекции трёхмерной модели сцены на экране компьютера с помощью специализированных программ.

При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).

Для получения трёхмерного изображения требуются следующие шаги:

Сцена (виртуальное пространство моделирования) включает в себя несколько категорий объектов:

Задача трёхмерного моделирования — описать эти объекты и разместить их в сцене с помощью геометрических преобразований в соответствии с требованиями к будущему изображению.

Ре?ндеринг (англ. rendering — «визуализация») в компьютерной графике — процесс получения изображения по модели с помощью компьютерной программы. Здесь модель — это описание любых объектов или явлений на строго определённом языке или в виде структуры данных. Такое описание может содержать геометрические данные, положение точки наблюдателя, информацию об освещении, степени наличия какого-то вещества, напряжённость физического поля и пр.

Примером визуализации могут служить радарные космические снимки, представляющие в виде изображения данные, полученные посредством радиолокационного сканирования поверхности космического тела, в диапазоне электро-магнитных волн, невидимых человеческим глазом.

Часто в компьютерной графике (художественной и технической) под рендерингом понимают создание плоского изображения (картинки) по разработанной 3D-сцене. Изображение — это цифровое растровое изображение. Синонимом в данном контексте является визуализация.

Визуализация — один из наиболее важных разделов в компьютерной графике, и на практике он тесным образом связан с остальными. Обычно, программные пакеты трехмерного моделирования и анимации включают в себя также и функцию рендеринга. Существуют отдельные программные продукты, выполняющие рендеринг.

В зависимости от цели, различают пре-рендеринг, как достаточно медленный процесс визуализации, применяющийся в основном при создании видео, и рендеринг в реальном режиме, применяемый в компьютерных играх. Рендеринг часто использует 3D-ускорители.

На этапе рендеринга математическая (векторная) пространственная модель превращается в плоскую картинку. Если требуется создать фильм, то рендерится последовательность таких картинок, по одной для каждого кадра. Как структура данных, изображение на экране представлено матрицей точек, где каждая точка определена по крайней мере тремя числами: интенсивностью красного, синего и зелёного цвета. Таким образом, рендеринг преобразует трёхмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселов. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если требуется создать иллюзию реальности.

Самый простой вид рендеринга — это построить контуры моделей на экране компьютера с помощью проекции. Обычно этого недостаточно и нужно создать иллюзию материалов, из которых изготовлены объекты, а также рассчитать искажения этих объектов за счёт прозрачных сред (например, жидкости в стакане).

Трассирование каждого луча света в сцене непрактично и занимает неприемлемо длительные периоды времени. Даже трассирование малого количества лучей, достаточного, чтобы получить изображение, занимает чрезмерное количество времени, если не применяется аппроксимация (семплирование).

Было разработано несколько методов, более эффективных, чем моделирование всех лучей света, освещающих сцену. Существует несколько технологий рендеринга, часто комбинируемых вместе.

Существующее программное обеспечение может использовать несколько алгоритмов для получения конечного изображения (Рис. 1.42, Рис. 1.43, Рис. 1.44, Рис. 1.45, Рис. 1.46, Рис. 1.47, Рис. 1.48).

Рис. 1.42. Трехмерная графика (пример 1)

Рис. 1.43. Трехмерная графика (пример 2)

Рис. 1.44. Трехмерная графика (пример 3)

Рис. 1.45. Трехмерная графика (пример 4)

Рис. 1.46. Трехмерная графика (пример 5)

Рис. 1.47. Трехмерная графика (пример 6)

Рис. 1.48. Трехмерная графика (пример 7)

Трёхмерная графика обычно имеет дело с виртуальным, воображаемым трёхмерным пространством, которое отображается на плоской, двухмерной поверхности дисплея или листа бумаги.

В настоящее время известно несколько способов отображения трехмерной информации в объемном виде, хотя большинство из них представляет объемные характеристики весьма условно, поскольку работают со стереоизображением. Из этой области можно отметить стереоочки, виртуальные шлемы, 3D?дисплеи, способные демонстрировать трехмерное изображение.

Несколько производителей продемонстрировали готовые к серийному производству трехмерные дисплеи. Но чтобы насладиться объемной картинкой, зрителю необходимо расположиться строго по центру. Шаг вправо, шаг влево, равно как и неосторожный поворот головы, карается превращением трехмерности в несимпатичное зазубренное изображение. Решение этой проблемы уже созрело в научных лабораториях.

Германский Институт Фраунгофера демонстрировал 3D?дисплей, при помощи двух камер отслеживающий положение глаз зрителя и соответствующим образом подстраивающий изображение, в этом году пошел еще дальше. Теперь отслеживается положение не только глаз, но и пальца, которым можно «нажимать» трехмерные кнопки. Таким образом, становится возможным не только видеть объемную картинку, но и взаимодействовать с изображенными на ней предметами.

Развивающиеся с 1990-х годов технологии быстрого прототипирования ликвидируют этот пробел. Следует заметить, что в технологиях быстрого прототипирования используется представление математической модели объекта в виде твердого тела (так называемое твердотельное моделирование).

В настоящее время появляются телевизоры, позволяющие видеть глубокое объемное изображение, не используя стереоскопические или иные очки. В будущем такие телевизоры смогут появиться в домах и будут предназначены для трансляции телеканалов, а сейчас редкие экземпляры используются в основном для рекламы.

1.8. Основные понятия компьютерной анимации и интерактивной машинной графики.

1.8.1. Основные понятия компьютерной анимации и интерактивной машинной графики.

Компьютерная анимация — вид анимации, создаваемый при помощи компьютера. На сегодня получила широкое применение как в области развлечений, так и в производственной, научной и деловой сферах. Являясь производной от компьютерной графики, анимация наследует те же способы создания изображений:

По принципу анимирования можно выделить несколько видов компьютерной анимации.

Расстановка ключевых кадров производится аниматором. Промежуточные же кадры генерирует специальная компьютерная программа. Этот способ наиболее близок к традиционной рисованной анимации, только роль фазовщика берет на себя компьютер, а не человек.

Данные анимации записываются специальным оборудованием с реально двигающихся объектов и переносятся на их имитацию в компьютере. Распространенный пример такой техники — Захват движений («Motion Capture»). Актеры в специальных костюмах с датчиками, совершают перемещения по студии, а их движение записывается камерами и анализируется специальным программным обеспечением. Итоговые данные о перемещении суставов и конечностей актеров применяют к трехмерным скелетам виртуальных персонажей, чем добиваются высокого уровня достоверности их движения.

Такой же метод используют для переноса мимики живого актера на его трехмерный аналог в компьютере.

Такая анимация полностью или частично рассчитывается компьютером. Сюда можно включить следующие её виды:

Программное обеспечение, позволяющее задействовать цифровой фотоаппарат для съемки анимации, применяется также часто, как и, ставшие привычными, 3D или 2D пакеты. Любая программа такого типа обеспечивает управление цифровым фотоаппаратом через компьютер и работу с полученными кадрами.

1.8.2. История развития компьютерной анимации

Анимированные рисованные фильмы появились до появления кино: на барабан наклеивали рисунки, показывающие разные фазы движения персонажей. При вращении барабана картинки поочередно через маленькое окошко демонстрировались зрителю, и передним разыгрывалась короткая сценка (Рис. 1.49).

Рис. 1.49. Праксиноскоп

Позже появилось отдельная ветвь кинематографии – рисованные мультипликационные фильмы. Над созданием таких фильмов трудилась целая бригада: художник-мультипликатор, который создавал фильм, рисовал только начало фазы, а промежуточные кадры рисовали его помощники. При этом каждая картинка рисовалась заново. При этом могла быть достигнута не только полная реалистичность самих персонажей, но и абсолютная естественность их движений. Самыми знаменитыми представителями этой школы являются студия Диснея и мастерская российского мультипликатора Норнштейн (Рис. 1.50).

Рис. 1.50. Кадр из мультфильма Ю. Норнштейна «Ежик в тумане»

Однако такой способ мультипликации очень трудоемкий: на создание полнометражных мультфильмов уходили годы. Поэтому в послевоенный период возникает так называемая «редуцированная» анимация, с использованием статичных кадров и упрощенной до 4-х кадров в секунду фазовки.

Она включает:

Эти приемы получили еще более широкое применение в компьютерной анимации.

Разумеется, активное использование таких приёмов заметно, а чрезмерное — бросается в глаза, поэтому говорить об отсутствии потери в качестве, строго говоря, нельзя. Однако многие считают, что созданные таким образом произведения сохраняют достаточно выразительный визуальный ряд.

Редуцированная анимация активно используется при создании аниме, а также — в различных своих видах — в американской мультипликационной продукции. При этом большая ее часть создается на основе компьютерной графики.

Аниме (от англ. animation — анимация) — японская анимация. В отличие от анимации других стран, предназначаемой в основном для просмотра детьми, бо?льшая часть выпускаемого аниме рассчитана на подростковую и взрослую аудитории, и во многом за счёт этого имеет высокую популярность в мире. Аниме часто (но не всегда) отличается характерной манерой отрисовки персонажей и фонов. Издаётся в форме телевизионных сериалов, а также фильмов, распространяемых на видеоносителях или предназначенных для кинопоказа. Сюжеты могут описывать множество персонажей, отличаться разнообразием мест и эпох, жанров и стилей (Рис. 1.51, Рис. 1.52).

Рис. 1.51. Персонаж аниме (пример 1)

Рис. 1.52. Персонаж аниме (пример 2)

Параллельно с рисованной мультипликацией развивались и кукольные мультфильмы. С развитием 3-мерной компьютерной графики вместо кукол стали использовать 3d-персонажи (Рис. 1.53).

Рис. 1.53. Кадр из мультфильма У. Диснея «Вольт»

1.8.3. Способы подготовки компьютерной анимации

Есть несколько разных путей подготовки компьютерной анимации. Один из них - использование специального программного обеспечения трехмерной или двухмерной анимации. Подобные программы позволяют создавать модели объектов, задавать движение, освещение, материальные свойства объектов и выполнять рендеринг.

Наиболее распространенным способом создания анимации является метод ключевых или опорных кадров (keyframing). При использовании этого метода объекты вручную устанавливаются в требуемые положения, соответствующие моментам времени ключевых кадров, а система компьютерной анимации автоматически строит все недостающие кадры между опорными, изображая объекты на промежуточных стадиях их движения.

Для моделирования движений, или эффектов, которые трудно воспроизвести с помощью ключевых кадров, используется процедурная анимация. Процедурные контроллеры анимации рассчитывают текущие значения параметров анимации, основываясь на начальных значениях, заданных пользователем, и на математических выражениях, описывающих изменение параметров во времени. Этот метод позволяет выполнять качественные анимации.

Другой путь для создания компьютерной анимации - это использование стандартных средств компьютерной графики (графических редакторов) для рисования одиночных кадров и компоновки их в необходимой последовательности. Одиночные кадры могут быть позднее сохранены в необходимом компьютерном формате или выведены на видео.

Еще один метод создания компьютерной анимации – это использование переходов и других специальных эффектов, таких как морфинг для внесения изменений в существующие графические изображения и видео.

Растровая анимация - это наиболее простой и старый способ компьютерной анимации. Растровая анимация является набором растровых картинок. В простейшем случае на каждый кадр анимации приходится одна картинка. Естественно, это означает пропорциональное увеличение размеров файла в зависимости от длительности анимации. То есть, если одна картинка имеет объем 500 килобайт, то четырехсекундная последовательность при 25 кадрах в секунду (телевизионный стандарт PAL) будет занимать уже 50 мегабайт.

С самого начала появления компьютерной анимации пытались как-то уменьшать размеры файла путем применения различных методов компрессии, экономии на паузах и другими подобными хитростями. Но все же характерной особенностью растровой анимации является ее большой объем.

Размер картинки на экране также пропорционально связан с размерами файла. И для экономии можно уменьшать линейные размеры кадра. Однако даже крохотные анимационные фильмы для сети с размерами кадра 120 на 90 точек изображения, при jpeg компрессии с потерями, вытягивают на целые мегабайты. Это не существенно для современных компьютеров с их большими дисками на несколько десятков гигабайт, но это очень существенно для каналов связи Интернета.

Растровая анимация стала раньше всего использоваться профессиональными аниматорами. Но поначалу это было лишь вспомогательное использование. Качество ее было недостаточно для большого экрана. Выглядело это примерно так. Делались обычным способом наброски и кальки. Потом это оцифровывалось с помощью телекамеры или сканера (сканеры появились чуть позднее).

Сборка такой черновой анимации часто производилась на компьютере типа Amiga, весьма эффективном и дешевом, а потому доступном для студий любого уровня. Этот компьютер стал своеобразным этапом в развитии компьютерной графики для телевидения вообще. Уже первые его модели, у которых иногда даже не было винчестера, позволяли весьма бойко крутить простую анимацию на полном экране и имели встроенный выход телевизионного сигнала в одном из мировых стандартов PAL или NTSC без преобразования видеосигнала.

Видеоподсистема Amiga работала на частотах этих стандартов, что обеспечивало удивительное по тем временам быстродействие. Именно это и использовалось для просмотра анимации в контуре.

У профессиональных аниматоров предварительный просмотр анимации долгое время был проблемой. Снимать промежуточные результаты кинокамерой было делом долгим и дорогим. Переделывать мультипликат на последних этапах еще дороже. Предварительный просмотр на компьютере существенно упрощал решение этой проблемы.

Со временем появлялось все больше программ, которые позволяли удобно работать с растровой анимацией, применять различные эффекты, комбинировать рисованную анимацию с реальным видео. На сегодня существует несколько классов подобного программного обеспечения.

Пакеты начального уровня мало отличаются от игрушек и обычно не используются профессионалами. В них часто реализована некая интересная идея, которая при этом недостаточно хорошо проработана. Набор средств рисования и редактирования бывает довольно ограничен. Средства импорта / экспорта либо отсутствуют вообще, либо примитивны. Работать в таких программах может почти любой. Но редко результаты этой работы используются для серьезных целей. Часто эти программы написаны одним-двумя программистами.

Пакеты среднего уровня могут использоваться для создания уже вполне профессиональной анимации для телевидения, рекламы, презентаций, небольших авторских работ. Набор средств подобных пакетов может быть весьма разнообразен. Они содержат достаточные средства для импорта и экспорта анимации. Их отличительной особенностью является направленность на одиночного пользователя. То есть один человек может, в принципе, создать законченную работу с помощью такой программы. Однако эти программы позволяют организовывать и работу в команде на уровне обмена файлами и разделения общей работы на отдельные фрагменты.

Пакеты профессионального уровня стоят на порядок дороже пакетов описанных выше и предназначены для коллективной работы. Они могут содержать несколько вполне автономных модулей, каждый для своих задач (контуровка, заливка, монтаж). Часто обладают открытой архитектурой и богатыми возможностями по импорту и экспорту. Это пакеты для студий анимации, и они используются при создании полнометражных анимационных фильмов. Обычно они допускают использование различных типов графики при создании фильма, но конечный результат получается только в растровом формате. Для эффективного использования подобных пакетов иногда требуется конвейер из нескольких десятков художников. Но и результаты, получаемые при использовании подобных средств, поистине великолепны. Это могут быть самые удивительные сочетания живого видео, трехмерной графики и традиционной классической анимации. Причем трехмерные вкрапления зачастую трудно отличить от обычной рисованной анимации. Есть специальные средства для стилизации 3D картинки под рисованный мультипликат.

В основе создания векторных изображений всегда лежит сравнительно сложный математический аппарат. Векторная графика подразделяется на трехмерную 3D и двухмерную 2D. Некоторым может показаться, что 2D является всего лишь частным случаем 3D. С точки зрения математики это, возможно, так и есть. Но способы реализации двухмерной и трехмерной векторной графики существенно отличаются.

Если провести эксперименты в редакторе Flash, то можно заметить, что описание простого сплайна укладывается (с учетом компрессии) в 12-15 байт. При этом линия может менять свою форму в достаточно широких пределах. Она может изменяться от прямой линии до петли, пересекающей саму себя (во Flash это будет уже объект из нескольких сплайнов). Реальные линии состоят из нескольких элементарных кривых.

Трехмерная графика тоже использует кривые. Но гораздо важнее в 3D графике понятие полигона. Полигон может быть треугольным или четырехугольным, двухсторонним или односторонним. И если трехмерный объект моделируется с помощью сплайнов, то на конечном этапе он, как правило, преобразуется в полигональную модель. Полигональный способ описания трехмерных объектов более универсален и понимается абсолютным большинством 3D редакторов. Но что более важно - этот способ представления позволяет проще обмениваться объектами между различными программами.

Любой редактор векторной графики, будь то 2D или 3D, работает с объектами, и этапы создания объекта и его визуализации на экране можно четко разделить. Один и тот же объект может отображаться в различных режимах начиная от простого контурного представления и заканчивая тончайшим просчетом освещения и текстурирования (для 3D). В продвинутых системах это позволяет иметь одну копию объекта, которая используется многократно. Это экономит память и иногда даже сокращает время визуализации (для двухмерных редакторов).

С точки зрения анимации это означает еще более важный факт. Нам вовсе не обязательно описывать объект каждый раз заново для нового кадра. Достаточно давать описание изменения его характеристик во времени. В большинстве случаев это приводит к колоссальной экономии на требуемом для описания объеме данных. Кроме того, это упрощает редактирование движения.

Кадры, в которых делается описание изменившихся параметров объекта, называют ключевыми. Промежуточные кадры при этом не несут никакой информации, кроме задания временного промежутка между ключевыми кадрами. Поэтому промежуточные кадры могут добавляться и удаляться совершенно безболезненно в любой момент. При визуализации редактор будет просчитывать изменения объекта, полагаясь на информацию только в ключевых кадрах. Положение в каждом из промежуточных кадров будет рассчитано как экстраполяция между ключевыми кадрами.

Если систематизировать основные подходы создания компьютерной анимации, то получится схема, представленная на Рис. 1.54.

Рис. 1.54. Подходы к созданию компьютерной анимации

Прокомментируем схему.

Автоматическая анимация движения (tweening) упрощает работу аниматора интерполяцией промежуточных кадров между двумя ключевыми. Под движением понимается как перемещение объекта, так и ряд других аффинных преобразований (Рис. 1.55).

Рис. 1.55. Пример Tweeninig между 1-м и 7-м кадрами.

«Морфинг» - методы, в которых аниматор создает произвольные иллюстрации в ключевых кадрах, а промежуточные кадры рассчитываются программой. Морфинг применяется как в растровой, так и в 2- и 3-мерной векторной анимации.

Одной из технологий морфинга для анимации мимики и артикуляции является захват движения. Этот метод изначально применялся при создании виртуальной реальности. Специальные костюмы с датчиками, расположенными в контрольных точках, фиксировали перемещение датчиков и передавали значения перемещения соответствующим точкам 3d-модели. Для анимации мимики 2-мерных персонажей используются кадры видеозаписи, по которым вычисляются контрольные точки, и по этим точкам осуществляется морфинг (Рис. 1.56 и Рис. 1.57).

Рис. 1.56. Морфинг (пример 1)

Рис. 1.57. Морфинг (пример 2)

Анимация камеры. В 3-мерной графике камеры обладают широким спектром средств управления, которые можно анимировать. Среди них команды управления окном проекции, фокусное расстояние объектива, положения плоскостей отсечения и диапазон внешней среды. Анимировать камеру можно также методом ключевых кадров или назначая для нее путь движения.

Анимацию камеры применяют и при создании 2d-визуализации обычных фотографий. В этом случае автоматически пересчитываются угол обзора. Редактируются задние планы и текстуры.

Рис. 1.58. Анимация камеры

Для создания естественной анимации сложных сочлененных структур недостаточно нарисовать оболочку - необходимо учитывать связь отдельных частей. Моделирование и анимация персонажа включает в себя несколько этапов: проектирование оболочки модели, создание скелета, настройка весов в иерархии скелета и непосредственно анимация.

Оболочка так и останется статичной оболочкой, которую нельзя реалистично анимировать. Однако достаточно легко можно заставить персонаж выглядеть естественно с помощью инструмента Bone (Кость), позволяющего создать кости, соединяющие различные части тела и образующие скелет.

Создание костей и привязка к ним оболочки применяется и в 2 – в 3-мерной графике.

Для того, чтобы задать взаимосвязи между различными костями, необходимо настроить иерархию элементов скелета, а чтобы определить степень влияния каждой кости на вершины сетки, необходимо настроить вес костей.

Настройка анимации во многом зависит от выбранного метода анимации:

Этот метод мультипликации не следует путать с инверсной кинематикой, применяемой при создании анимируемых моделей в пакетах трехмерной графики. Инверсная кинематика позволяет управлять цепочкой связанных объектов, перемещая только один из объектов-потомков.

Захват движения (motion capture) – способ автоматической анимации, при котором движение опорных точек движущегося реального объекта переносится на аналогичные точки изображения. Для «захвата» требуется специальная аппаратура: костюм для виртуальной реальности или 3d-сканер (Рис. 1.59).

Рис. 1.59. Захват движения

Процедурная анимация – методы создания фильма, в которых и изображение, и его изменения создаются программным способом. Такую 3d-анимацию можно создать, например, в OpenGL или с помощью языка сценариев во Flash.

Следует обратить внимание и на определение такого термина, как мультимедиа. Мультимедиа - это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением. Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.

Таким образом, под компьютерной анимацией понимают получение движущихся изображений на экране дисплее. Художник создает на экране рисунке начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчеты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения.

Можно определить следующие основные направления применения анимации.

Анимационные заставки (анимация заставки) – подобные продукты можно использовать как анимацию заставку для корпоративных фильмов, можно как анимированную заставку на сайт. Это универсальный продукт, который можно задействовать для любого носителя. Особенно популярны/актуальны – трехмерные заставки (3D заставки). Данные вид позволяет добавить ролик реалистичности – трехмерности изображения.

Анимация или анимационные вставки – в данном случае анимационные ролики могут быть использованы в качестве web анимации для сайта, для рекламных роликов и корпоративных фильмов в качестве анимации специальных эффектов, для flash презентаций, как анимация презентации и т.д. В любом случае вставки анимации добавят любому продукты жизненности и эффектности.

Презентационный ролик (имиджевый ролик) – идеален для использования при проведении или участии в любых мероприятия. Презентационный ролик легко адаптируем под плазменные панели, проекционные экраны – фактически любые видео носители. С помощью имиджевого ролика, можно «украсить» доклад, оживить выставочный стенд.

Анимация открытки (создание Flash открытки) – данный вариант анимации подходит если необходимо создать уникальную корпоративную открытку. Эта открытка будет не только ярким динамичным поздравлением, но и фактически реальным подарком, который получатель с удовольствием сможет продемонстрировать коллегам.

1.8.4. Интерактивная компьютерная графика

Теперь перейдем к рассмотрению понятия интерактивной компьютерной графики. Как уже было сказано в самом начале этого интерактивного учебного пособия, под компьютерной графикой понимают автоматизацию процессов подготовки, преобразования, хранения и воспроизведения графической информации с помощью компьютера. Под графической информацией понимаются модели объектов и их изображения.

Интерактивная компьютерная графика - это так же 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.

Интерактивная графика представляет собой важный раздел компьютерной графики, когда пользователь может динамически управлять содержимым изображения, его формой, размером и цветом на поверхности дисплея с помощью интерактивных устройств управления.

Программы моделирования позволяют довольно естественно представить некую реальность с помощью движущегося изображения и звука в сочетании с интерактивной способностью такой системы. Такие системы в начале своего существования были весьма сложны и дороги, поэтому использовались лишь для военных нужд.

С помощью такой системы танковые сражения, воздушные битвы проводились «всухую». Такое применение выгодно и в финансовом плане, если подумать об огромных затратах на один час реального (на природе) учения (материалы, персонал, боеприпасы, горючее и - не надо забывать о возмещении ущерба).

Система моделирования для использования в гражданских условиях возникла как «продукт отходов» (например, в компаниях гражданского воздушного сообщения). Здесь точно также можно проигрывать ситуации (происшествия, конъюнктуру), близкие к реальной жизни, находить ошибки и проводить тренировки.

Область, в которой возникает взаимодействие человека и компьютера и которая проявляется в создании виртуальной (кажущейся) реальности - называемая также CYBErSPACE (кибернетическое пространство) - расширяет и обогащает это новое направление применения мультимедиа. Этот виртуальный трехмерный изображаемый мир динамично реагирует на интерактивное общение с пользователем.

Такие виртуальные миры создаются, как правило, на базе компьютера и программ CAD (Computer Aided Design - проектирование с помощью компьютера). Используя специальные сооружения и соответствующее оборудование, зритель может передвигаться в таком пространстве.

Но эта идея совсем не нова. Уже в конце шестидесятых - начале семидесятых годов в Америке была создана интерактивная система, которая, например, регистрировала присутствие человека в помещении с помощью видеокамеры и датчиков перемещения, затем передавала данные в компьютер, который производил соответствующие эффекты.

После серьезных успехов в деле миниатюризации приборостроения были созданы комфортабельные условия для дальнейшего творчества. Специальный шлем, по размерам несколько больший, чем обычный шлем мотоциклиста, был оборудован двумя маленькими мониторами, расположенными прямо против глаз. Эти мониторы служат для пользователя «глазами в мир», предоставляя полный электронный обзор. Если пользователь поворачивает голову, изображение на мониторах также отслеживает смену направления взгляда без заметной задержки.

Перчатки с датчиком дополняют «вооружение» пользователя. Эти перчатки при помощи датчиков преобразуют движение руки или даже отдельных пальцев в электрические импульсы. Датчики регистрируют положение рук и направление их движения. Кабель из стекловолокна, проложенный между двух слоев ткани внутри перчаток, реагирует, даже если пошевелить пальцем. Комплексное движение передается некой виртуальной руке в компьютере, и там решается вопрос об ответных действиях и реакции. Дальнейшее развитие идея перчаток нашла в разработке полностью укомплектованного датчиками костюма.

В его конструкцию заложен тот же принцип преобразования движений тела в электрические сигналы. Главным образом поддержку этим разработкам оказывало американское космическое ведомство NASA, которое хотело с помощью этих конструкций управлять, например, роботами.

Таким образом, можно отметить, что в машинной графике существует два направления: режим пакетной обработки графики и интерактивная машинная графика.

При пакетной обработке графической информации система машинной графики обеспечивает выдачу графической информации на экран дисплея без участия пользователя. Эту выдачу обеспечивают графопостроитель, устройство микрофильмирования и другие устройства, которые позволяют получать графические документы.

Интерактивная машинная графика позволяет использовать средства вычислительной техники для организации оперативного, в основном диалогового взаимодействия пользователя с компьютером. В этой системе применяются графические дисплеи, оснащенные «мышью», световым пером, функциональной клавиатурой, кодирующим планшетом и другими устройствами обратной связи разработчика с компьютером, позволяющими ему в диалоге изменять графическое изображение, выводимое на экран дисплея.

Графическая система — это система программных и технических средств, автоматизирующая решение графических и геометрических задач. Графические системы делятся на системы общего назначения и специализированные графические системы.

В графических системах общего назначения реализуются процедуры обработки графической информации различного типа: для машиностроения, архитектуры, разработки РЭС. Пользователь этих систем — прикладной программист. К таким системам относятся ГРАФОР (графическое расширение Фортрана), базовые графические системы (например, GKS).

Специализированные графические системы предназначены для реализации процессов обработки графической информации о некоторой специальной области. Существуют отличия систем в зависимости от области применения программ: в САПР РЭС — графические зависимости, характеристики, схемы, конструкции; в САПР СБИС — плоские изображения; в САПР авиа- и судостроения — объемные аналитические поверхности. Пользователь специализированных графических систем — непосредственный разработчик устройств, изделий, аппаратуры.

1.8.5. Области применения анимации и интерактивной компьютерной графики

Сейчас трудно представить себе области, в которых не применялась бы интерактивная компьютерная графика и анимация. Интерактивная машинная графика становится все более доступным и популярным средством общения человека с компьютером. Знание азов компьютерной графики и умение их использовать на простейшем бытовом уровне становятся неотъемлемыми элементами грамотности и культуры современного человека.

Основные направления использования интерактивной графики:

  1. Компьютерные игры. Индустрия компьютерных игр занимает важное место в IT продукции. Психологи все еще спорят о вреде и пользе компьютерных игр для человека, но их польза в компьютеризации общества неоспорима. Кроме того, индустрия компьютерных игр является мощным стимулятором обновления компьютерного парка домашних компьютеров
  2. Развитие графического интерфейса приложений и браузеров. Все чаще в различных приложениях используются интерактивные инструменты или демонстрируются результаты их применения
  3. Электронное обучение. Методы интерактивного обучения с успехом применяются уже многими учащимися


  4. Визуализация результатов. Интерактивная машинная графика позволяет дизайнеру формировать геометрические объекты и наблюдать на экране дисплея их образы в различных ракурсах на всех этапах творческого процесса. Использование математического моделирования позволяет в режиме диалога менять параметры конструкторского образца и проверять его характеристики. Математические модели экономических, политических, социальных явлений содержат огромное число параметров. Возможность совмещения пакетной обработки данных и интерактивного анализа позволяют упростить восприятие информации исследователем

С интерактивной графикой неразрывно связана компьютерная анимация. Сфера ее применения не менее широка.

  1. Искусство. Мы достаточно подробно рассмотрели применение компьютерной анимации в мультипликации. Огромную роль играет 3-мерная анимация и в создании спецэффектов, без которых уже трудно представить современное кино. Компьютерная анимация стала доступной и для огромного числа любителей, для которых это такое же хобби, как 50 лет назад была фотография
  2. Бизнес. Не менее широк рынок бизнес анимации: рекламные ролики, баннеры, анимированные заставки на сайтах компаний, анимированные презентации и т.д.
  3. Наука. Анимация позволяет человеку наиболее быстро получать и обработать информацию. Компьютер строит модели и мультипликационные кадры, отображающие физические и химические процессы, структуры молекул, конфигурации электромагнитных полей
  4. Моделирование процессов. Крэш-тесты моделей автомобиля, «врезавшихся» в модель стены, позволяет инженеру проанализировать, что произошло с моделями пассажиров, и усовершенствовать конструкцию автомобиля. Огромные массивы расчетных данных при моделировании движений воздушных масс для прогнозов погоды, моделировании взрывов и т.д. возможно воспринять только в виде анимационных кадров
  5. Обучение. Мы говорили о тренажерах как примерах интерактивной графики. Однако водителю, летчику важно не просто следить за показаниями приборов, но и уметь оценивать ситуацию вокруг. И здесь уже не обойтись без компьютерной анимации. Анимационные интерактивные деловые игры используются в обучении персонала, занятого в работе с клиентами. Поведение «несимпатичными» клиентов зависит от поведения обучающегося. Запись такого диалога позволит работодателю «подсмотреть» манеры сотрудника. Такой способ гораздо дешевле, чем использование «подставных» проверяющих, от которых требуются недюжинные артистические способности
  6. Когнитивная анимация. Когнитивная компьютерная графика - это совокупность приемов и методов образного представления условий задачи, которое позволяет либо сразу увидеть решение, либо получить подсказку для его нахождения. Д.А. Поспелов так характеризует это вид графики

Если обычная визуализация в виде графиков и схем несет информативный характер, то смена образов вызывает поток ассоциаций и усиливает роль образного мышления.

7) Захват движения. Современные пакеты захвата движения позволяют в режиме реального времени передавать мимику и жесты видеоизображениям. Одна из компаний, выпускающая подобную программу, так рекламирует ее использование для создания аватар: «Вы можете сидеть на пляже и вести переговоры в режиме телеконференции. На экранах ваших собеседников будет виден ваш аватар, сидящий в шикарном офисе в деловом костюме, и абсолютно точно копирующий вашу артикуляцию, мимику и жесты».

1.9. Назначение графических API

Интерфейс между прикладной программой и графической системой — это множество функций, которые в совокупности образуют графическую библиотеку.

Спецификация этих функций и есть то, что мы называем интерфейсом прикладного программирования (API — application programmer's interface). Модель системы прикладного программирования показана схематически на Рис. 1.60.

Для программиста, занимающегося разработкой прикладной программы, существует только API, и он избавлен, таким образом, от необходимости вникать в подробности работы аппаратуры и программной реализации функций графической библиоте¬ки. С точки зрения прикладного программиста те функции, к которым он обращается через API, должны соответствовать концептуальной модели описания изображения.

Рис. 1.60. Модель системы прикладного программирования

Интерфейс прикладного программирования (англ. Application Programming Interface, API [эй-пи-ай]; по-русски чаще произносят [апи?]) — набор готовых констант, структур и функций, используемых при программировании пользовательских приложений и обеспечивающих правильное взаимодействие между пользовательским приложением и операционной системой.

API определяет функциональность, которую предоставляет программа (модуль, библиотека), при этом API позволяет абстрагироваться от того, как именно эта функциональность реализована.

Если программу (модуль, библиотеку) рассматривать как чёрный ящик, то API — это множество «ручек», которые доступны пользователю данного ящика, которые он может вертеть и дёргать.

Программные компоненты взаимодействуют друг с другом посредством API. При этом обычно компоненты образуют иерархию — высокоуровневые компоненты используют API низкоуровневых компонентов, а те, в свою очередь, используют API ещё более низкоуровневых компонентов.

По такому принципу построены протоколы передачи данных по Internet. Стандартный протокол Internet (сетевая модель OSI) содержит 7 уровней (от физического уровня передачи пакетов бит до уровня протоколов приложений, подобных протоколам HTTP и IMAP). Каждый уровень пользуется функциональностью предыдущего уровня передачи данных и, в свою очередь, предоставляет нужную функциональность следующему уровню.

Понятие протокола близко по смыслу к понятию API. И то и другое является абстракцией функциональности, только в первом случае речь идёт о передаче данных, а во втором — о построении компьютерных приложений.

API библиотеки функций и классов включает в себя описание сигнатур и семантики функций.

Сигнатура функции — часть общего объявления функции, позволяющая средствам трансляции идентифицировать функцию среди других. В различных языках программирования существуют разные представления о сигнатуре функции, что также тесно связано с возможностями перегрузки функции в этих языках.

Иногда различают сигнатуру вызова и сигнатуру реализации функции. Сигнатура вызова обычно составляется по синтаксической конструкции вызова функции с учётом сигнатуры области видимости данной функции, имени функции, последовательности фактических типов аргументов в вызове и типе результата. В сигнатуре реализации обычно участвуют некоторые элементы из синтаксической конструкции объявления функции: спецификатор области видимости функции, её имя и последовательность формальных типов аргументов.

Например, в языке программирования Си++ простая функция однозначно опознаётся компилятором по её имени и последовательности типов её аргументов, что составляет сигнатуру функции в этом языке. Если функция является методом некоторого класса, то в сигнатуре будет участвовать и имя класса.

В языке программирования Java сигнатуру метода составляет его имя и последовательность типов параметров. Тип значения в сигнатуре не участвует.

Семантика функции — это описание того, что данная функция делает. Семантика функции включает в себя описание того, что является результатом вычисления функции, как и от чего этот результат зависит. Обычно результат выполнения зависит только от значений аргументов функции, но в некоторых модулях есть понятие состояния. Тогда результат функции может зависеть от этого состояния, и, кроме того, результатом может стать изменение состояния. Логика этих зависимостей и изменений относится к семантике функции. Полным описанием семантики функций является исполняемый код функции или математическое определение функции.

Практически все операционные системы (Unix, Windows, Mac OS, и т.д.) имеют API, с помощью которого программисты могут создавать приложения для этой операционной системы. Главный API операционных систем — это множество системных вызовов.

В индустрии программного обеспечения общие стандартные API для стандартной функциональности имеют важную роль, так как они гарантируют, что все программы, использующие общий API, будут работать одинаково хорошо или, по крайне мере, типичным привычным образом. В случае API графических интерфейсов это означает, что программы будут иметь похожий пользовательский интерфейс, что облегчает процесс освоения новых программных продуктов.

С другой стороны, отличия в API различных операционных систем существенно затрудняют перенос приложений между платформами. Существуют различные методы обхода этой сложности:

Также необходимо отметить, что в распоряжении программиста часто находится несколько различных API, позволяющих добиться одного и того же результата. При этом каждый API обычно реализован с использованием API программных компонент более низкого уровня абстракции.

Например, для того, чтобы увидеть в браузере строчку «Hello, world!» достаточно лишь создать HTML-документ с минимальным заголовком, и простейшим телом, содержащим данную строку. Что произойдёт, когда браузер откроет этот документ? Программа-браузер передаст имя файла (или уже открытый дескриптор файла) библиотеке, обрабатывающей HTML-документы. Та, в свою очередь, при помощи API операционной системы прочитает этот файл и разберётся в его устройстве. Затем, последовательно вызовет через API библиотеки стандартных графических примитивов операции типа «очистить окошко», «написать выбранным шрифтом Hello, world!». При этих операциях библиотека графических примитивов обратится к библиотеке оконного интерфейса с соответствующими запросами, уже эта библиотека обратится к API операционной системы с запросами вида «размести в буфере видеокарты вот это».

При этом практически на каждом из уровней реально существует несколько возможных альтернативных API. Например, можно написать исходный документ не на HTML, а на LaTeX, для отображения можно использовать любой браузер. Различные браузеры используют различные HTML-библиотеки, и, кроме того, всё это может быть собрано с использованием различных библиотек примитивов и на различных операционных системах.

Таким образом, основными сложностями существующих многоуровневых систем API, являются:

К API операционных систем относятся:

К API графических интерфейсов относятся:

К API звуковых интерфейсов относятся:

К API аутентификационных систем относятся:

Контрольные вопросы по материалу Главы 1:

  1. Сформулируйте понятие «компьютерная графика»
  2. Какие процессы способствовали развитию компьютерной графики как самостоятельной область информатики?
  3. Какие изображения называют «цифровыми»?
  4. Что является результатом применения средств компьютерной графики?
  5. По каким ключевым признакам классифицируют компьютерную графику?
  6. Что понимается под «растровой графикой»?
  7. Что понимается под «векторной графикой»?
  8. Сформулируйте определение понятия «фрактальная графика»
  9. Сформулируйте определение понятия «интерактивная графика»
  10. В каких областях может быть применима компьютерная графика?
  11. Сформулируйте определение понятия «пиксел»
  12. Что понимается под растровым способом представления изображения?
  13. Перечислите достоинства растрового способа представления изображений
  14. Перечислите основные характеристики растровой графики
  15. «Разрешение изображения», «разрешение дисплея», «разрешение при печати» - это одинаковые по смыслу понятия? В чем их сходство? Чем эти понятия отличаются друг от друга?
  16. При изменении размеров, качество растрового изображения меняется? Поясните свой ответ
  17. Может ли векторное изображение быть масштабировано без потери деталей? Поясните свой ответ
  18. Что является базовым элементом изображения в векторной графике?
  19. С какой целью в векторной графике применяются кривые Безье?
  20. Перечислите основные свойства кривой Безье
  21. Сформулируйте достоинства и недостатки векторной графики
  22. Что является базовым элементом фрактальной графики?
  23. В чем состоит отличие векторной графики от фрактальной?
  24. Какая отличительная черта присуща детерминированным фракталам?
  25. Приведите примеры детерминированных фракталов и охарактеризуйте их
  26. Какие категории объектов включает в себя сцена в трехмерной графике?
  27. Какие шаги необходимо выполнить, чтобы получить трёхмерное изображение?
  28. Какие технологии рендеринга Вы знаете? В чем их особенности?
  29. Что понимается под «компьютерной анимацией»?
  30. Какие виды компьютерной анимации Вы знаете?
  31. Перечислите области применения компьютерной анимации
  32. Какие способы подготовки компьютерной анимации Вы знаете? Охарактеризуйте каждый известный Вам способ
  33. Сформулируйте определение такого понятия как «морфинг»
  34. Каково назначение процедурной анимации?
  35. Что понимается под термином «графическая система»?
  36. Перечислите и охарактеризуйте основные направления использования интерактивной графики
  37. Что понимается под термином «графический интерфейс пользователя»?
  38. Расшифруйте аббревиатуру «API»
  39. Что понимается под термином «сигнатура функции»?
  40. Что понимается под термином «семантика функции»?


Глава 2. Геометрическое моделирование и решаемые ими задачи

Прочитав этот материал, Вы будете:

знать:

уметь:

обладать навыками:

При изучении материала, обратите внимание на следующие основные термины и понятия, которые необходимо запомнить:

 

2.1 Понятие, классификация и области применения компьютерной графики

2.1.1. Объект и наблюдатель

В процессе формирования изображения есть два ключевых элемента – это объект и наблюдатель. Объект существует в реальном мире (в пространстве) независимо от процесса создания изображения и от наблюдателя.

В компьютерной графике объект может быть не реальным, а воображаемым, т.е. созданным с помощью компьютерной программы. Для того, чтобы такой воображаемый объект сформировать, необходимо задать координаты его положения в пространстве. В данном случае применяются специальные геометрические примитивы, такие как: точка, отрезок прямой или многоугольника. При этом отрезок прямой будет характеризоваться двумя точками (вершинами), многоугольник – упорядоченным набором вершин, сфера – двумя вершинами, одна из которых соответствует центру, а другая – любой точке на поверхности сферы.

Система отображения обладает средствами формирования изображений наблюдаемых объектов. Именно поэтому появляется необходимость в «наблюдателе». В качестве «наблюдателя» создаваемого объекта может выступать человек, фотокамера, т.е. то, что может формировать изображение различных объектов.

Если наблюдатель человек, то изображение объектов формируется на сетчатке его глаза, если в качестве «наблюдателя» рассматривается фотокамера, то изображение формируется на поверхности пленки (в данном случае речь не о цифровых фотоаппаратах).

Если рассматривать разных наблюдателей за одним и тем же объектом, то важно отметить, что наблюдатели, рассматривая объект с разных точек, могут получать совершенно различающиеся изображения того же самого наблюдаемого объекта (см. Рис.2.1).

Рис.2.1. Пример восприятия объекта разными наблюдателями

Например, на автомобиль можно смотреть из окна квартиры, находящейся на первом этаже и из окна квартиры, находящейся на шестом этаже. Угол зрения на автомобиль будет разным. Один наблюдатель может воспринимать автомобиль ближе по расстоянию, другой – дальше. Один увидит более яркий цвет автомобиля, другой – более темный (например, потому, что второй наблюдатель находится на более высоком этаже и видит, что на автомобиле есть тень от листвы деревьев).

В процессе восприятия объекта наблюдателем важную роль играет источник света. Ведь от того, насколько ярко освещен объект, будет зависеть как этот объект воспримет наблюдатель , например, как объект погруженный во тьму или как ярко сияющий.

Источники света могут быть естественными (лучи солнца) и искусственными (лучи электрической лампы). Более того, роль в восприятии объекта наблюдателем играет и время суток. Например, днем может не светить солнце и потребуется включить электрическое освещение. Объект будет восприниматься несколько иначе, если на него посмотреть в темное время суток, с тем же самым освещением электрической лампы.

Кроме того, говоря об источнике света необходимо учитывать его интенсивность - тускло светит или ярко (Рис.2.2).

Рис.2.2. Пример перемены восприятия цвета моря при «затмении» облаком солнца

Обратите свое внимание, что в зависимости от личных особенностей восприятия наблюдателями объектов то, что изображено на рисунках, может восприниматься по-разному.

Кто изображен на рисунке? Заяц? Утка? Зависит от «угла зрения» Кто изображен на рисунке? Заяц? Утка? Зависит от «угла зрения»
А что изображено на этой картинке? Сколько здесь изображено персонажей? Всего 9 шт. На этом рисунке ВСЕ прямые ПАРАЛЛЕЛЬНЫ
На этом рисунке не спирали, как может показаться, а окружности. А что изображено на этом рисунке? Что Вы видите – люди смотрят с балкона вниз или Вы видите ограду около газона?

Стоит также вспомнить комнату Эймса, которая была сконструированная художником Адельбертом Эймсом в 1946 году. Дальняя стена комнаты расположена не под прямым углом к боковым стенам, как это обычно бывает, а под очень острым углом к одной стене и, соответственно, под тупым углом к другой.

Благодаря ложной перспективе, созданной в том числе узорами на стенах и полу (в данном случае - черно-белые клетки), наблюдатель воспринимает эту комнату прямоугольной. В результате оптической иллюзии, человек, стоящий в ближнем (к наблюдателю) углу такой комнаты, выглядит великаном, а находящийся в дальнем углу — карликом.

При передвижении человека из одного угла в другой, создается ощущение, что он увеличивается в размерах или уменьшается.

При разглядывании такой комнаты возникает много иллюзий: объекты и люди воспринимаются искаженно, особенно их размер, круглые объекты кажутся катящимися вверх и т.д. (Рис.2.3,Рис.2.4).

Рис.2.3. Пример комнаты Эймса (1 вариант)

Рис.2.4. Пример комнаты Эймса (2 вариант)

В приложениях компьютерной графики реального времени, например в компьютерных играх, выделяют три основных вида источников света:

Точечный источник света — источник, излучающий свет по всем направлениям равномерно и размерами которого по сравнению с расстоянием, на котором оценивается его действие, можно пренебречь.

Прожектор представляет собой герметичную рефлекторную осветительную электроустановку. Для обеспечения большей безопасности и возможности использования на улице, прожекторы защищены от повышенного уровня влажности и пыли, от динамического воздействия потоков воды и сильной струи воды.

Различают следующие типы прожекторов:

  1. дальнего действия (используются в военном деле), подающие круглые, чуть вытянутые, в форме конуса, световые пучки света, вырабатываемые стеклянными параболоидными отражателями диаметром до 3 м
  2. заливающего света (для освещения зданий, стадионов, сцен и пр.)
  3. сигнальные (для передачи информации)
  4. акцентные (для акцентного освещения различных объектов)

Они лишь приближённо описывают свои аналоги в физическом мире, тем не менее, в сочетании с качественными моделями затенения, например, затенением по Фонгу они позволяют создавать вполне реалистичные изображения (затемнение по Фонгу будет рассмотрено в этой главе позже).

Сформулирует определения.

Источник света — это любой объект, излучающий энергию в световом спектре. По своей природе подразделяются на искусственные и естественные.

Искусственные источники света — технические устройства различной конструкции и различными способами преобразования энергии, основным предназначением которых является получение светового излучения (как видимого, так и с различной длиной волны, например, инфракрасного). В источниках света используется в основном электроэнергия, но так же иногда применяется химическая энергия и другие способы генерации света (например, триболюминесценция, радиолюминесценция, биолюминесценция и др.). В отличие от искусственных источников света, естественные источники света представляют собой природные материальные объекты: Солнце, Луна, Полярные сияния, светлячки, молнии и проч.

Естественные источники света — это природные материальные объекты и явления, основным или вторичным свойством которых является способность испускать видимый свет. В отличие от естественных источников света, искусственные источники света являются продуктом производства человека или других разумных существ.

К естественным или природным источникам света относят: Солнце, Луну, планеты, кометы, полярные сияния, атмосферные электрические разряды, биолюминесценцию живых организмов, свет звезд и иных космических объектов, свечение окисляющихся органических продуктов и минералов, и проч. Естественные источники света играют первостепенную роль в существовании жизни на земле и других планетах, и оказывают значительное воздействие на окружающую среду.

2.1.2. Камера - обскура

Ка?мера-обску?ра (лат. camera obscura — тёмная комната) — простейший вид устройства, позволяющего получать оптическое изображение объектов. Представляет собой светонепроницаемый ящик с отверстием в одной из стенок и экраном (матовым стеклом или тонкой белой бумагой) на противоположной стенке.

Лучи света, проходя сквозь отверстие диаметром приблизительно 0,5–5 мм, создают перевёрнутое изображение на экране. На основе камеры-обскуры были сделаны некоторые фотокамеры.

Идеальная камера-обскура будет иметь бесконечную глубину резкости, т.е. все видимые точки изображения будут в фокусе. Изображением точки будет опять же точка. Камера-обскура имеет два недостатка:

  1. бесконечно малый размер отверстия (в идеале через это отверстие должен пройти только один луч, исходящий из некоторой точки на объекте) приводит к тому, что на светочувствительную пластину попадает очень мало света
  2. угол зрения камеры определенного размера никак не может быть изменен

Камера-обскура не обеспечивает высокой резкости изображения. До определенного предела резкость изображения может быть повышена путем уменьшения диаметра отверстия, но при слишком сильном уменьшении изображение становится ещё более расплывчатым. Обскура характеризуется бесконечно большой глубиной резко изображаемого пространства. Говорить о фокусном расстоянии обскуры можно только условно. Под эквивалентным фокусным расстоянием такой камеры обычно понимают расстояние от отверстия до экрана f. Соотношение f/D определяется как и в обьективе числом диафрагмы. Камера с f = 100 мм и диаметром отверстия D = 0,5 мм располагает числом диафрагмы равным 200. Увеличение отверстия до 1 мм уменьшает число до 100. Фактор выдержки, таким образом, уменьшается до 25.

Рис.2.5. Пример Камеры - обскуры

Время изобретения камеры-обскуры неизвестно. Открытие принципа долго приписывалось Роджеру Бэкону (1214 – 1294). Однако в книге «История фотографии» супругов Гернсгейм отмечано, что этот принцип знал уже в середине XIв. арабский ученый Хасан-ибн-Хасан, называемый Ибн-аль-Хайсам и известный в Европе под латинским именем Альгазен (965 – 1038).

У Бэкона в книге «Perspectiva» (1267 г.) есть указание, которое некоторые ученые считают первым описанием камеры-обскуры, но оно так неопределенно, что также может быть принято за описание проектирования изображения.

Таким образом, можно утверждать, что со времен античности известен способ построения изображения при помощи малого отверстия, выполняющего роль объектива современной фотокамеры.

Еще в древности было замечено, что луч солнца, проникая сквозь небольшое отверстие в тёмное помещение, оставляет на плоскости световой рисунок предметов внешнего мира. Ещё в 350 г. до нашей эры известный древнегреческий философ Аристотель в одной из своих работ отметил, что свет, проникающий в тёмную комнату через небольшое отверстие в ставне, образует на противоположной стене изображение предметов, находящихся на улице перед окном. Предметы изображаются в точных пропорциях и цветах, но в уменьшенных, по сравнению с натурой, размерах и в перевёрнутом виде. При этом масштаб изображения тем крупнее, чем дальше от окна находится стена. Этот эффект был использован для различных опытов и рисования.

Подобный опыт вы можете проделать и сами: возьмите пустую картонную коробку, оклейте ее изнутри черной бумагой, в одной из сторон проделайте маленькое отверстие, диаметром примерно 1-4 мм, а на противоположной стороне вырежьте большое прямоугольное отверстие, которое можно заклеить калькой, тонкой белой бумагой или закрыть матовым стеклом – это будет экран. Если маленькое отверстие направить на ярко освещенный предмет, на экране появится его уменьшенное перевернутое изображение.

Рис.2.6. Пример Камеры – обскуры собственного изобретения

Принцип работы камеры – обскуры (стенопа) описал в своих трудах выдающийся итальянский учёный и художник эпохи возрождения Леонардо да Винчи (1452-1519). В своих работах он писал: «Следующий опыт показывает, каким образом пересекаются лучи от предметов в белковой жидкости внутри глаза. Когда изображения освещенных предметов попадают через малое круглое отверстие внутрь очень темной комнаты, то, поместив на некотором расстоянии от отверстия лист белой бумаги, вы обнаружите на ней все предметы в их соответствующих размерах и цветах. Они будут уменьшенных размеров и обращенными по причине вышеуказанного пересечения лучей. Изображение предмета, освещенного солнцем, будет казаться как бы нарисованным на бумаге, если взять тонкую бумагу и изображение рассматривать сзади. Отверстие должно быть сделано в очень тонком куске листового железа».

Затем Леонардо да Винчи приводит схему расположения отверстия и экрана и ход световых лучей. Следует отметить, что он не говорит о камере-обскуре как об изобретении. Из чего можно заключить, что не Леонардо да Винчи первый описал это устройство.

О камере - обскуре писали также в своих трудах многие другие исследователи. Голландский физик и математик Гемм Фризиус наблюдал в 1544г. солнечное затмение при помощи камеры-обскуры. В своей первоначальной форме она представляла собой затемненную комнату с отверстием в стене. Изображения предметов, находящихся вне комнаты, проецировались через отверстие на противоположную стену, и люди, находящиеся в комнате, могли наблюдать эти изображения и переносить их на бумагу.

В XIII веке были изобретены очки. Очковое стекло перекочевало затем в зрительную трубу Галилео Галилея. В России великий учёный М. В. Ломоносов положил начало развитию светосильных зрительных труб и оптических приборов.

В 1568 г. венецианец Даниеле Барбаро впервые дал подробное описание камеры – обскуры с плоско – выпуклой линзой, позволяющей увеличить действующее отверстие для проникающих в камеру лучей и усилить яркость оптического изображения, получаемого с её помощью.

Итальянский математик и физик Джироламо Кардано (1501-1576) в камере-обскуре с линзой проецировал изображение с помощью зеркала на матовую стеклянную пластину. Полученное изображение можно было обвести на бумаге.

Итальянец, Бенедетти, в книге о математических и физических наблюдениях, изданной в Турине в 1585 г., вновь упоминает о камере-обскуре с линзой.

Линза, применявшаяся Барбаро и Бенедетти, была плоско-выпуклой. Немецкий астроном И. Кеплер (1571-1630) был первым, понявшим преимущество сложной оптической системы, состоящей из вогнутой и выпуклой линзы. В 1611 году Кеплер усовершенствовал камеру-обскуру. Он создал ахроматическую оптическую систему, состоящую из вогнутой и выпуклой линз, это позволило увеличить угол поля зрения камеры-обскуры.

В 1655 году создана первая компактная камера-обскура. Стало возможным направлять камеру-обскуру в любом направлении и выполнять зарисовки с натуры передавая безукоризненную перспективу, свойственную фотографии при этом точно фиксировать детали.

Так, в середине XVIII века в Россию, например, имела распространение камера – обскура, носившая название «махина для снимания першпектив», сделанная в виде походной палатки. С её помощью были документально запечатлены виды Петербурга, Петергофа, Кронштадта и других русских городов. Была создана первая компактная камера-обскура. Стало возможным направлять камеру-обскуру в любом направлении и выполнять зарисовки с натуры передавая безукоризненную перспективу, свойственную фотографии при этом точно фиксировать детали.

Развитие химии позволило трудами многих изобретателей создать процесс быстрого получения устойчивого во времени изображения, при помощи специального устройства. Это изображение получило название «фотография».

Используя камеру-обскуру изображения можно было фиксировать на бумаге при помощи карандаша, кисти или наблюдать, однако, возникла необходимость в более простом способе регистрации изображения. Постепенно становилось понятно, что основой нового процесса закрепления изображения являются свойства света. Если в оптике предпосылки для изобретения светописи сложились много веков назад, то в химии они стали возможными только в XVIII веке, когда химия как наука достигла достаточного развития. Это была «фотография до фотографии». Труд рисовальщика был упрощён. Но люди думали над тем, чтобы полностью механизировать процесс рисования, научиться не только фокусировать «световой рисунок» в камере – обскуре, но и надёжно закреплять его на плоскости химическим путём.

Идея создания электронного фотоаппарата пришла на ум человечеству очень скоро после появления фотографии химической - уже в 1908 году шотландец Алан Арчибальд Кэмпбел Свинтон (Alan Archibald Campbell Swinton) опубликовал в журнале «Nature» статью, где говорилось о возможности использования электронно-лучевой трубки для регистрации изображения.

В 1980 году компания Sony выпустила первую цветную коммерческую цифровую видеокамеру, а годом позже - легендарную Mavica (Magnetic Video Camera). Эта камера записывала отдельные кадры в аналоговом формате NTSC, не случайно ее называли "статическая видеокамера" (Still Video Camera). Отснятые изображения сохранялись на гибком перезаписываемом магнитном диске Video Floppy. Этот диск имел размер 2 дюйма, на него записалось 50 кадров в режиме телевизионного поля или 25 - в полнокадровом режиме. Также допускалась запись аудиокомментариев. Несмотря на то, что Mavica не была полностью цифровой камерой, она совершила настоящий переворот - пользователи, наконец, получили удобное, компактное устройство для съемок, которое записывало кадры на диск.

Рис.2.7. Mavica

Первой полностью цифровой камерой считается All-Sky camera, созданная в канадском университете Калгари для съемок северного сияния.

В дальнейшем развитие цифровой фотографии шло по нарастающей.

Первой моделью, сохранявшей изображение в виде файла стала анонсированная в 1988 году Fuji DS-1P, оснащенная 16 Мб встроенной энергозависимой памяти. А уже в 1991 году Kodak представила первую профессиональную цифровую зеркальную камеру DCS-100, оснащенную 1,3-Мп сенсором.

В принципе, современный фотоаппарат отличается от камеры-обскуры только тем, что вместо точечного отверстия в нем используется система линз (объектив). Но это позволяет устранить основные недостатки камеры-обскуры:

Современные объективы позволяют увеличить угол зрения почти до 180°. Но объективы не обеспечивают бесконечной глубины резкости.

В компьютерной графике также в большинстве случаев не моделируется эффект ограничен¬ной глубины резкости.

2.2. Понятие компьютерной геометрии

Под компьютерной геометрией понимают математический аппарат, применяемый в компьютерной графике.

Реалистичность восприятия человеком сложного компьютерного изображения определяется умением разработчика математической модели изображаемого объекта или процесса достоверно повторить на экране его развитие в пространстве и во времени. Модель включает в себя систему уравнений и алгоритмов их реализации. Математической основой построения модели являются уравнения, описывающие форму и движение объектов. Все многообразие геометрических объектов является комбинацией различных примитивов – простейших фигур, которые в свою очередь состоят из графических элементов – точек, линий и поверхностей.

Компьютерная геометрия оперирует не с рисунками, а с числами (координатами точек, векторов, матрицами преобразований, списками данных) и отношениями между ними, выраженными также в цифровой форме. Исходная информация, обработанная специальными алгоритмами, преобразуется в другие цифровые данные, интерпретируемые как искомый результат – модель объекта, его экранное изображение, отношения между объектами сцены и т.п.

Систематизация формул, необходимых для работы с графическими объектами, приведение их к алгоритмическому виду отличает компьютерную графику от обычной, в которой свойства и взаимосвязь графических объектов визуально воспринимаются глазами человека и интеллектуально интерпретируются его мозгом.

Компьютерная геометрия есть математический аппарат, положенный в основу компьютерной графики. В свою очередь, основой компьютерной геометрии составляют различные преобразования точек и линий. При использовании машинной графики можно по желанию изменять масштаб изображения, вращать его, смещать и трансформировать для улучшения наглядности перспективного изображения. Все эти преобразования можно выполнить на основе математических методов.

Преобразования, как и компьютерную геометрию, разделяют на двумерные, или преобразования на плоскости, и трехмерные или пространственные.

2.3. Задачи, решаемые геометрическим моделированием

2.3.1. Задание точки на плоскости

Точки на плоскости задаются с помощью двух ее координат. Таким образом, геометрически каждая точка задается значениями координат вектора относительно выбранной системы координат. Координаты точек можно рассматривать как элементы матрицы [x,y], т.е. в виде вектор-строки или вектор-столбца. Положением этих точек управляют путем преобразования матрицы.

Точки на плоскости xy можно перенести в новые позиции путем добавления к координатам этих точек констант переноса:

Для перемещения точки на плоскости надо к матрице ее координат прибавить матрицу коэффициентов преобразования.

Рассмотрим результаты матричного умножения матрицы [x,y], определяющей точку Р и матрицы преобразований 2х2 общего вида:

Проведем анализ полученных результатов, рассматривая x* и y* как преобразованные координаты. Для этого исследуем несколько частных случаев.

Рассмотрим случай, когда a = d = 1 и c = b = 0. Матрица преобразований приводит к матрице, идентичной исходной,

При этом изменений координат точки Р не происходит.

Если теперь d = 1, b = c = 0, a = const, то:

Как видно, это приводит к изменению масштаба в направлении х, так как х*=ах. Следовательно, данное матричное преобразование эквивалентно перемещению исходной точки в направлении х.

Теперь положим b = c = 0, т.е.:

В результате получаем изменение масштабов в направлениях x и y. Если a<>d, то перемещения вдоль осей неодинаковы. Если a = d >1, то имеет место увеличение масштаба координат точки Р. Если 0 < a=d <1, то будет иметь место уменьшение масштаба координат точки Р.

Если a или (и) d отрицательны, то происходит отображение координат точек. Рассмотрим это, положив b = c = 0, d = 1 и а = -1, тогда:

Произошло отображение точки относительно оси у. В случае b = c = 0, a = 1, d = -1, отображение происходит относительно оси х. Если b = c = 0, a = d <0, то отображение будет происходить относительно начала координат.

Заметим, что отображение и изменение масштаба вызывают только диагональные элементы матрицы преобразования.

Теперь рассмотрим случай, когда a = d = 1, а с = 0, т.е.

Координата х точки Р не изменяется, в то время как у* линейно зависит от начальных координат. Этот эффект называется сдвигом. Аналогично, когда a = d = 1, b = 0, преобразование осуществляет сдвиг пропорционально координате у.

Преобразование общего вида, примененное к началу координат не приведет к изменению координат точки (0,0). Следовательно, начало координат инвариантно при общем преобразовании. Это ограничение преодолевается за счет использования однородных координат.

Если подвергнуть общему преобразованию различные геометрические фигуры, то можно установить, что параллельные прямые преобразуются в параллельные прямые, середина отрезка – в середину отрезка, параллелограмм – в параллелограмм, точка пересечения двух линий – в точку пересечения преобразованной пары линий.

2.3.2. Преобразование единичного квадрата

Четыре вектора положения точек единичного квадрата с одним углом в начале координат записываются в виде

Применение общего матричного преобразования к единичному квадрату приводит к следующему:

Рис.2.1. Преобразование единичного квадрата

Из полученного соотношения можно сделать вывод, что координаты В* определяются первой строкой матрицы преобразования, а координаты D* второй строкой этой матрицы. Таким образом, если координаты точек В* и D* известны, то общая матрица преобразования определена. Воспользуемся этим свойством для нахождения матрицы преобразования для вращения на произвольный угол.

2.3.3. Вращение

Общую матрицу 2х2, которая осуществляет вращение фигуры относительно начала координат, можно получить из рассмотрения вращения единичного квадрата вокруг начала координат.

Рис.2.8. Вращение

Как следует из рисунка, точка В с координатами (1,0) преобразуется в точку В*, для которой х*=(1)cos θ и y=(1)sin θ, а точка D, имеющая координаты (0,1) переходит в точку D* с координатами x*=(-1)sin θ и y*=(1)cos θ.

Матрица преобразования общего вида записывается так:

Для частных случаев. Поворот на 900 можно осуществить с помощью матрицы преобразования

Если использовать матрицу координат вершин, то получим, например:

Поворот на 1800 получается с помощью матрицы:

2.3.4. Отображение

Чистое двумерное вращение в плоскости xy осуществляется вокруг оси, перпендикулярной к этой плоскости.Отображение определяется поворотом на 1800 вокруг оси, лежащей в плоскости ху.

Такое вращение вокруг линии у = х происходит при использовании матрицы:

Преобразованные новые выражения определяются соотношением:

Вращение вокруг у = 0 получается при использовании матрицы:

Преобразования переноса, масштабирования и поворота записываются в матричной форме в виде

Очевидно, что перенос, в отличие от масштабирования и поворота, реализуется с помощью сложения. Это обусловлено тем, что вводить константы переноса внутрь структуры общей матрицы размера 2х2 не представляется возможным. Желательным является представление преобразований в единой форме – с помощью умножения матриц. Эту проблему можно решить за счет введения третьей компоненты в векторы точек и , т.е. представляя их в виде и . Матрица преобразования после этого становится матрицей размера 3х2:

Это необходимо, поскольку число столбцов в матрице, описывающей точку, должно равняться числу строк в матрице преобразования для выполнения операции умножения матриц. Таким образом

Отсюда следует, что константы т,п вызывают смещение х* и y* относительно х и у. Поскольку матрица 3х2 не является квадратной, она не имеет обратной матрицы. Эту трудность можно обойти, дополнив матрицу преобразования до квадратной размера 3х3. Например,

Заметим, что третья компонента векторов положения точек не изменяется при добавлении третьего столбца к матрице преобразования. Используя эту матрицу в соотношении (8), получаем преобразованный вектор [х* у* 1]. Добавление третьего элемента к вектору положения и третьего столбца к матрице преобразования позволяет выполнить смещение вектора поло¬жения. Третий элемент здесь можно рассматривать как дополнительную координату вектора положения. Итак, вектор положения [х у 1] при воздействии на него матрицы 3х3 становится вектором положения в общем случае вида [X Y Н]. Представленное преобразование было выполнено так, что [X Y Н] = [х* у* 1].

Преобразование, имеющее место в трехмерном пространстве, в нашем случае ограничено плоскостью, поскольку H = 1. Если, однако, третий столбец матрицы преобразования Т размера 3 х 3 отличен от 0, то в результате матричного преобразования получим [х у 1] =[Х Y Н], где Н ≠ 1.

Плоскость, в которой теперь лежит преобразованный вектор положения, находится в трехмерном пространстве. Однако сейчас нас не интересует то, что происходит в трехмерном пространстве.

Итак, найденные х* и у* получены с помощью пучка лучей, проходящих через начало координат. Результат преобразований показан на рис.2.9.

Рис.2.9. Результат преобразований

Из рассмотрения подобных треугольников видно, что H / X=1 / x* и H / Y=1 / y*. Рассматривая три компоненты, запишем это в виде

Представление двумерного вектора трехмерным или в общем случае n-мерного вектора (п + 1)-мерным называют однородным координатным воспроизведением. При однородном координатном воспроизведении n-мерного вектора оно выполняется в (п + 1)-мерном пространстве, и конечные результаты в n-мерном пространстве получают с помощью обратного преобразования. Таким образом, двумерный вектор [х у] представляется трехкомпонентным вектором [hx hy h] . Разделив компоненты вектора на однородную координату h, получим

Не существует единственного однородного координатного представления точки в двумерном пространстве. Например, однородные координаты (12, 8, 4), (6, 4, 2) и (3, 2, 1) представляют исходную точку [3 2]. Для простоты вычислений выбираем [х у l], чтобы представить не преобразованную точку в двумерных однородных координатах. Преобразование

в дополнительных координатах задается выражением в однородных координатах в виде

Выполнение указанных выше преобразований показывает, что Х = х*, Y = у*, а Н = 1. Равенство единице дополнительной координаты означает, что преобразованные однородные координаты равны исходным координатам.

В общем случае Н ≠ 1, и преобразованные обычные координаты получаются за счет нормализации однородных координат, т. е.

Геометрически все преобразования х и у происходят в плоскости Н = 1 после нормализации преобразованных однородных координат.

Преимущество введения однородных координат проявляется при использовании матрицы преобразований общего вида порядка 3х3

с помощью которой можно выполнять и другие преобразования, такие как смещение, операции изменения масштаба и сдвига, обусловленные матричными элементами а, b, с и d. Указанные операции рассмотрены ранее.

Чтобы показать воздействие третьего столбца матрицы преобразований 3х3, рассмотрим следующую операцию:

здесь Х = х, Y = у, а Н = рх + qy + 1. Переменная Н, которая определяет плоскость, содержащую преобразованные точки, представленные в однородных координатах, теперь образует уравнение плоскости в трехмерном пространстве.

Это преобразование показано на рис.1.4, где линия АВ, лежащая в плоскости ху, спроектирована на линию CD плоскости рХ + qY —Н + 1 = 0. На рисунке величины р = q = 1.Выполним нормализацию для того, чтобы получить обычные координаты:

Полагая р = q = 1, для изображенных на рисунке точек А и В с координатами соответственно (1, 3) и (4, 1) получим

После преобразования А в С* и В в D* имеем

Рис.2.10. Пример преобразования

Однородные координаты для точек С* и D*, показанные на рисунке, соответственно равны

Результатом нормализации является перевод трехмерной линии CD в ее проекцию C*D* на плоскость Н = 1. Как показано на рисунке, центром проекции является начало координат.

Основная матрица преобразования размера 3х3 для двумерных однородных координат может быть подразделена на четыре части:

Как мы видим, а, b, с и d осуществляют изменение масштаба, сдвиг и вращение; т и п выполняют смещение, а р и q — получение проекций. Оставшаяся часть матрицы, элемент s, производит полное изменение масштаба. Чтобы показать это, рассмотрим преобразование

Здесь Х = х, Y = у, а Н = s. Это дает х* = x/s и y* == y/s. В результате преобразования [х у 1 ] —> [x/s y/s 1] имеет место однородное изменение масштаба вектора положения. При s < 1 происходит увеличение, а при s > 1 уменьшение масштаба.

2.3.5. Двумерное вращение вокруг произвольной оси

Выше было рассмотрено вращение изображения около начала координат. Однородные координаты обеспечивают поворот изображения вокруг точек, отличных от начала координат. В общем случае вращение около произвольной точки может быть выпол¬нено путем переноса центра вращения в начало координат, поворотом относительно начала координат, а затем переносом точки вращения в исходное положение. Таким образом, поворот вектора положения [х у 1 ] около точки (т, п) на произвольный угол может быть выполнен с помощью преобразования

Выполнив две операции умножения матриц, можно записать

Предположим, что центр изображения имеет координаты (4, 3) и желательно повернуть изображение на 90° против часовой стрелки вокруг его ^центральной оси. Действие, выполненное с помощью матрицы

вызывает вращение вокруг начала координат, а не вокруг оси. Как сказано выше, необходимо вначале осуществить перенос изображения таким образом, чтобы желаемый центр вращения находился в начале координат. Это осуществляется с помощью матрицы переноса

Затем следует применить матрицу вращения и, наконец, привести результаты к началу координат посредством обратной матрицы. Вся операция

может быть объединена в одну матричную операцию путем выполнения матричных преобразований вида

Рис.2.11. Примеры вращений вокруг произвольной оси

Вращение: a — вокруг оси х; б — вокруг оси y; в — вокруг оси z

В результате будет получено х* =Х/Н и у* = Y/H. Двумерные вращения около каждой оси ортогональной системы представлены на рисунке.

2.3.6. Трехмерные преобразования и проекции

Рис.2.12. Трехмерное преобразование проекции

Рассмотрим трехмерную декартовую систему координат, являющуюся правосторонней (рис.2.12). Примем соглашение, в соответствии с которым, будем считать положительные такие повороты, при которых (если смотреть с конца полуоси в направлении начала координат) поворот на 90° против часовой стрелки переводить одну полуось в другую. На основе этого соглашения строится следующая таблица, которую можно использовать как для правых, так и для левых систем координат:
Если ось вращения Положительным будет направление поворота
X От y к z
Y От z к x
Z От x к y

Аналогично тому, как точка на плоскости описывается вектором (x,y), точка в трехмерном пространстве описывается вектором (x,y,z).

Рис.2.13. Трехмерные преобразования

Как и в двухмерном случае, для возможности реализаций трехмерных преобразований (рис.2.13) с помощью матриц перейдем к однородным координатам

[x,y,x,1] или [X,Y,Z,H] (41)

[x*,y*,z*1] = , где Н≠1, ≠0 (42)

Обобщенная матрица преобразования 4×4 для трехмерных однородных координат имеет вид

Эта матрица может быть представлена в виде 4-х отдельных частей

2.3.7. Проекции

В общем случае проекции (рис.2.14) преобразуют точки, заданные в системе координат размерностью n, в системы координат размерностью меньше, чем n.

Будем рассматривать случай проецирования 3 измерений в 2. Проекция трехмерного объекта (представленного в виде совокупности точек) строится при помощи прямых проекционных лучей, которые называются проекторами и которые проходят через каждую точку объекта и, пересекая картинную плоскость, образуют проекцию (рис. 2.8).

Рис.2.14. Примеры проекций

Определенным таким образом класс проекций существует под названием плоских геометрических проекций, т. к. проецирование производится на плоскости, а не на искривленную поверхность и в качестве проекторов используется прямые, а не кривые линии.

Многие картографические проекции являются либо не плоскими, либо не геометрическими.

Плоские геометрические проекции в дальнейшем будем называть просто проекциями.

Проекции делятся на два основных класса:

Рис.2.15. Схема классификации проекций

Параллельные проекции делятся на два типа в зависимости от соотношения между направлением проецирования и нормалью к проекционной плоскости (рис.2.16).

  1. Ортографические – направления совпадают, т. е. направление проецирования является нормалью к проекционной плоскости.
  2. Косоугольные – направление проецирования и нормаль к проекционной плоскости не совпадает.

Рис.2.16. Параллельные проекции

Наиболее широко используемыми видами ортографических проекций является вид спереди, вид сверху(план) и вид сбоку, в которых картинная плоскость перпендикулярна главным координатным осям. Если проекционные плоскости не перпендикулярны главным координатным осям, то такие проекции называются аксонометрическими.

При аксонометрическом проецировании сохраняется параллельность прямых, а углы изменяются; расстояние можно измерить вдоль каждой из главных координатных осей (в общем случае с различными масштабными коэффициентами).

Изометрическая проекция – нормаль к проекционной плоскости (а следовательно и направление проецирование) составляют равные углы с каждой из главных координатных осей (рис.2.16). Если нормаль к проекционной плоскости имеет координаты (a,b,c), то потребуем, чтобы |a| = |b| = |c| или ?a=?b=?c, т. е. имеется 8 направлений (по одному в каждом из октантов), которые удовлетворяют этому условию. Однако существует лишь 4 различных изометрических проекции (если не рассматривать удаление скрытых линий), т.к. векторы (a, a, a) и (-a,-a,-a) определяют нормали к одной и той же проекционной плоскости.

Изометрическая проекция обладает следующим свойством: все три главные координатные оси одинаково укорачиваются. Поэтому можно проводить измерения вдоль направления осей с одним и тем же масштабом. Кроме того, главные координатные оси проецируются так, что их проекции составляют равные углы друг с другом (120°).

Косоугольные (наклонные) проекции сочетают в себе свойства ортографических проекций (видов спереди, сверху и сбоку) со свойствами аксонометрии. В этом случае проекционная плоскость перпендикулярна главной координатной оси, поэтому сторона объекта параллельная этой плоскости, проецируется так, что можно измерить углы и расстояния. Проецирование других сторон объекта также допускает проведение линейных измерений (но не угловых) вдоль главных осей. Отметим, что нормаль к проекционной плоскости и направление проецирование не совпадают.

Двумя важными видами косоугольных проекций являются проекции:

Рис.2.17.Проекция Ковалье

Кавалье (cavalier) – горизонтальная косоугольная изометрия (военная перспектива)

В проекции Кавалье направление проецирование составляет с плоскостью угол 45°. В результате проекция отрезка, перпендикулярного проекционной плоскости, имеет ту же длину, что и сам отрезок, т.е. укорачивание отсутствует.

Рис.2.13. Проекция Кабине

Кабине (cabinet) – фронтальная косоугольная диметрия.

Проекция кабине имеет направление проецирование, которое составляет с проекционной плоскостью угол arctg(½) (≈26,5°). При этом отрезки, перпендикулярные проекционной плоскости, после проецирования составляют ½ их действительной длины. Проекции кабине являются более реалистическими, чем проекции Кавалье, т. к. укорачивание с коэффициентом ½ больше согласуются с нашим визуальным опытом.

Центральная проекция любой совокупности параллельных прямых, которые не параллельны проекционной плоскости, будут сходится в точке схода. Точек схода бесконечно много. Если совокупность прямых параллельна одной из главных координатных осей, то их точка схода называется главной точкой схода. Имеются только 3 такие точки, соответствующие пересечениям главных координатных осей с проекционной плоскостью. Центральные проекции классифицируются в зависимости от числа главных точек схода, которыми они обладают, а, следовательно, и от числа координатных осей, которые пересекают проекционную плоскость.

  1. Одноточечная проекция.

Рис.2.18. Одноточечная проекция

На рис.2.18 сходятся лишь линии, параллельные оси z.

2). Двухточечная проекция широко применяется в архитектурном, инженерном и промышленном проектировании.

3). Трехточечные центральные проекции почти совсем не используются,т.к.:

  • их трудно конструировать
  • они добавляют мало нового с точки зрения реалистичности по сравнению с двухточечной проекцией

2.4. Основы рендеринга.

При рендеринге (визуализации) изображений вычислительная система обрабатывает массив данных о структуре модели. Вы уже знаете, что трехмерная модель представляет собой описание объекта (явления), выполненное на строго определённом языке или в виде структуры данных. Это описание содержит геометрические данные, данные о координатах положения точки наблюдателя, информацию об освещении, степени наличия какого-то вещества, напряжённость физического поля (например, при визуализации данных физических и медицинских исследований) и т.д.

Говоря о компьютерной графике, отметим, что визуализация — одна из наиболее важных операций, на практике она тесным образом связана с остальными. Подавляющее большинство программных пакетов трехмерного моделирования и анимации включают в себя функцию рендеринга в обязательном порядке.

С точки зрения этапов процесса технологии создания 3D-изображений различают предварительный рендеринг, как достаточно медленный процесс визуализации, применяющийся в основном при создании видео, и рендеринг в реальном режиме, применяемый в компьютерных играх. Последний часто использует 3D-ускорители.

На текущий момент разработано множество алгоритмов визуализации. Существующее программное обеспечение может использовать несколько алгоритмов для получения конечного изображения. Метод трассировки лучей «в чистом виде», когда расчеты ведутся для каждого луча света света в трехмерной сцене не очень практичен и быстр. Трассирование малого количества лучей (достаточного для получения изображений) занимает чрезмерное количество времени даже на высокопроизводительных вычислительных системах, если не применяется аппроксимация (семплирование).

Необходимость ускорения процедуры привела к появлению четырех групп методов, более эффективных, чем моделирование всех лучей света, освещающих сцену:

При использовании методов растеризации сканирования строк визуализация объектов сцены производится проецированием их на экран без рассмотрения эффекта перспективы относительно наблюдателя.

В методе бросания лучей трехмерная сцена рассматривается с определенной точки (положение камеры). Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, с помощью которых определяется цвет пикселя на двумерном экране. При этом лучи прекращают своё распространение (в отличие от метода обратного трассирования), когда достигают любого объекта сцены либо её фона.

Методика визуализации глобальное освещение использует математику конечных элементов, чтобы симулировать диффузное распространение света от поверхностей и при этом достигать эффектов «мягкости» освещения.

При методе трассировки лучей из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, с помощью которых определяется цвет пиксела на двумерном экране. Но при этом луч не прекращает своё распространение, а разделяется на три компоненты, луча, каждый из которых вносит свой вклад в цвет пиксела на двумерном экране: отражённый, теневой и преломленный. Количество таких разделений на компоненты определяет глубину трассирования и влияет на качество и фотореалистичность изображения.

Современные 3D-редакторы совмещают в себе несколько техник, чтобы получить достаточно качественное и фотореалистичное изображение.

2.5. Генерация шрифтов.

Рассматривая шрифт как объект компьютерной графики, нужно отметить, что существует несколько стандартов шрифтов. Наиболее популярны шрифты корпорации Adobe Systems, разработавшей стандарт Type 1 (масштабируемые шрифты, предназначенные для работы с устройствами PostScript), и Microsoft Corp., создавшей формат TrueType. Оба стандарта имеют свои достоинства и недостатки, что привело к их параллельному сосуществованию. Так же известен тип шрифта OpenType, который является расширением TrueType.

Если вы предполагаете выводить свои документы на фотонаборном автомате, то вам лучше не пользоваться шрифтами TrueType. Это совсем не значит, что они плохи. Просто шрифты Type l написаны на языке PostScript, родном для фотонаборных автоматов, и в случае их использования вероятность неправильной интерпретации заметно меньше, чем при использовании шрифтов TrueType. Если же вы собираетесь выводить созданные публикации на принтере или работаете в сфере Web-дизайна, то, в принципе, безразлично, каким шрифтом пользоваться. Однако шрифты TrueType поддерживаются системой, в то время как для шрифтов Type l необходима промежуточная поддержка (например, Adobe Type Manager). Поэтому при работе в офисных приложениях предпочтение отдается все же шрифтам TrueType.

Шрифты TrueType и OpenType контурные, то есть их изображение формируется с помощью прямых и кривых линий. Для тех и других шрифтов возможны масштабирование и поворот.

Для контурных шрифтов Type 1 возможны масштабирование и поворот.

Растровые шрифты поддерживаются системой, поскольку некоторые программы все еще зависят от них.

Растровые шрифты хранятся в файлах в виде точечных рисунков и создаются путем отображения наборов точек на экране и бумаге. Растровые (точечные) шрифты - шрифты, сохраняемые в виде точечных рисунков.

Рис. 2.19. Примеры растровых шрифтов (последний в списке – Symbol).

Растровый шрифт имеет конкретный размер и разрешение для конкретного принтера; символы такого шрифта не могут масштабироваться или поворачиваться. Если принтер не поддерживает растровые шрифты, он не сможет их напечатать. Все пять шрифтов в этом списке являются растровыми: Courier, MS Sans Serif, MS Serif, Small, Symbol (примеры на Рис. 2.19.).

2.6. Типовые источники света и свойства материалов.

Изучив предыдущие примеры, вы получили представление о направленном источнике света и материале объектов. Теперь нам предстоит разобраться с этими вещами основательнее.

В программах для трехмерной графики поддерживаются различные источники света, которые можно условно разделить на три типа:

Стандартные источники света в свою очередь можно разделить на несколько групп:

Направленные источники используются в основном для того, чтобы осветить конкретный объект или участок сцены. При помощи направленных источников света можно имитировать, например свет автомобильных фар, луч прожектора или карманного фонарика и т. д. Всенаправленные источники света равномерно излучают свет во всех направлениях. Используя их, можно имитировать, например освещение от электрических ламп, фонарей, свет пламени и др.

Большинство источников света характеризуются такими параметрами, как Multiplier (Яркость), Decay (Затухание) и Shadow Map (Тип отбрасываемой тени). По умолчанию, Multiplier (Яркость) любого источника света равна единице, а параметр Decay (Затухание) выключен.

Направленный источник располагается в бесконечности. Вектор, задаваемый при его инициализации, определяет направление потока испускаемых лучей. Лучи света параллельны. Интенсивность источника постоянна для каждой точки пространства. Данный источник света можно считать моделью солнечного освещения.

При такой модели освещения если для всех вершин квадрата задать одну и ту же нормаль, то при любом его положении все точки имеют один и тот же цвет. Цвет этот определяется комбинацией цвета материала и источника света. Если квадрат материала желтого цвета освещать белым светом, результат будет точно таким же, как и при освещении квадрата белого материала, источником света с наложенным желтым светофильтром.

Для получения действительно реалистичных изображений направленный источник не годится в принципе, например, стены комнаты будут иметь ровный оттенок. Для таких целей предусмотрен точечный источник света, отличающийся от направленного именно тем, что при его использовании учитывается реальное положение источника в пространстве. Точечный источник света похож на лампочку или свечу, лучи света испускаются из какой-то точки во всех направлениях. Помимо положения, параметрами такого источника являются его интенсивность и ослабление.

Интенсивность точечного источника - это его изначальная яркость, мощность. Явно она не задается, ее определяют значения цветовых составляющих поля Diffuse. Ослабление складывается из нескольких составляющих: область действия источника и коэффициенты, задающие закон ослабления освещенности. Область действия определяется линейной характеристикой, расстоянием.

Все точки, расположенные от источника дальше этого расстояния, никак им не освещаются. Коэффициенты закона ослабления (их три) задают, как падает освещенность в пространстве.

Первый коэффициент соответствует неизменному, постоянному освещению. Если установить такое правило, то, независимо от расстояния до источника света, все точки, попадающие в область освещения, освещаются одинаково. Второй коэффициент соответствует линейному затуханию. По мере удаления от источника света интенсивность освещения падает по линейному закону так, что на границе области его интенсивность становится нулевой. Последний коэффициент определяет квадратичное убывание интенсивности, степень падения освещенности – квадрат. расстояния.

Коэффициенты задаются вещественными, обычно их значения нулевые или единичные. Самой распространенной схемой является линейный закон убывания, но вы можете строить и собственный, сложный закон освещенности, а не использовать определенную схему (если задать единичными все три коэффициента, интенсивность падает по полиномиальному закону). Для линейного закона убывания в настройках источника света в программе-редакторе необходимо установить функцию Decay (Затухание), которая определяется обратной зависимостью света от расстояния или квадрата расстояния.

Свойства материалов объектов трехмерной сцены определяют характер «взаимодействия» поверхности этих объектов со светом при визуализации. Обычно под рассеянием света понимается рассеянное отражение лучей света от шероховатых поверхностей. В некоторых случаях применяется термин диффузия света, также означающий рассеяние света по всевозможным направлениям при его отражении от матовых и шероховатых поверхностей.

Лучи света рассеиваются не только при отражении от поверхностей или взаимодействии с краями препятствий, но и при прохождении света через прозрачную или просвечивающую среду. В случае наличия в среде оптических неоднородностей переизлучение энергии электромагнитной волны происходит как в направлении проходящей волны (пропускание), так и в стороны. Изменение направления распространения света, обусловленное пространственной неоднородностью среды, когда на пути распространения света встречаются мельчайшие частицы, которое воспринимается как несобственное свечение среды, также называется рассеянием света. Рассеяние света наряду с дифрагированной, преломленной и отраженной на неоднородностях составляющими, образует рассеянный свет.

Нарушение оптической однородности сплошной среды, при которой показатель преломления среды не постоянен, а меняется от точки к точке, является принципиально необходимым для рассеяния света. Оптическими неоднородностями (кроме границ среды) являются не только включения инородных частиц, но и флуктуации плотности, анизотропии и концентрации в чистых веществах, которые возникают в силу статистической природы теплового движения частиц. Рассеяние света тем больше, чем менее прозрачна и однородна среда, и чем больший путь проходит в ней свет. В общем случае под рассеянием света понимается изменение характеристик оптического излучения (света) при его взаимодействии с веществом. Такими характеристиками могут быть пространственное распределение интенсивности, частотный спектр, поляризация света (рассеянный свет по некоторым направлениям частично поляризован).

Рис. 2.20. Отражение света.

Вследствие обилия и разнообразия факторов, определяющих рассеяние света, развить единый и одновременно детальный способ его описания для различных случаев не удалось. Рассматриваются идеализированные ситуации с разной степенью адекватности самому явлению.

Зеркальное отражение отличает определённая связь положений падающего и отражённого лучей:

Интенсивность отражённого света характеризуется коэффициентом отражения.

Диффузное отражение — его рассеивание неровной поверхностью второй среды по всем возможным направлениям. Пространственное распределение отражённого потока излучения и его интенсивность различны в разных конкретных случаях и определяются соотношением между длинной волны падающего света и размерами неровностей, распределением неровностей по поверхности, условиями освещения, свойствами отражающей среды.

2.7. Текстуры и заливки.

Если при построении полигональной поверхности для каждой грани используется по одной нормали, то модель освещения создает изображение, состоящее из отдельных многоугольников. С помощью методов закраски (заливки) можно получить сглаженное изображение.

Одним из таких методов является метод Гуро. Метод Гуро используется для равномерной заливки граней. Для того чтобы изобразить объект методом построчного сканирования, нужно в соответствии с моделью освещения рассчитать интенсивность каждого пикселя вдоль сканирующей строки. Нормали к поверхности аппроксемируются в вершинах многоугольников. Однако сканирующая строка не обязательно проходит через вершины многоугольника. При закраске Гуро сначала определяется интенсивность вершин многоугольника, а затем с помощью билинейной интерполяции вычисляется интенсивность каждого пиксела на сканирующей строке.

Заливка для диффузного отражения проводится так:

Заливаем каждый треугольник по линейной интерполяции цветов в вершинах.

Рассмотрим, например, участок полигональной поверхности на Рис. 2.21. Значение интенсивности в точке P определяется линейной интерполяцией интенсивности в точках Q и R. Для получения интенсивности в точке Q — пересечении ребра многоугольника со сканирующей строкой — нужно линейной интерполяцией интенсивностей A и B найти интенсивность в точке Q:

IQ = uIA + (1 - u)IB, 0 <= u <= 1, где u = AQ/AB.

Рис. 2.21. Схема закраски по методу Гуро.

Аналогично для получения интенсивности R линейно интерполируются интенсивности в вершинах B и C, то есть:

IR = wIB + (1 - w)Ic, 0 <= w <= 1, где w = BR/BC.

Наконец, линейной интерполяцией по строке между Q и R находится интенсивность Р, то есть IP = tIQ + (1 - t)IR, 0 <= w <= 1, где t = QP/QR.

Значения интенсивности вдоль сканирующей строки можно вычислять инкрементально. Для двух пикселов в t1 и t2 на сканирующей строке:

IP2 = t2IQ + (1 - t2)IRIP1 = t1IQ + (1 - t1)IR.

Вычитая, получим, что вдоль строки:

IP2 = IP1 + (IQ - IR)(t2 - t1) = IP1 + DIDt.

Недостаток метода Гуро заключается в том, что он обеспечивает лишь непрерывность значений интенсивности вдоль границ многоугольников, но не обеспечивает непрерывности изменения интенсивности. Еще одна проблема метода Гуро состоит в том, что усреднение нормалей к многоугольникам, приводит к тому неправильно передается форма поверхностей.

Закраска Гуро лучше всего выглядит в сочетании с простой моделью с диффузным отражением, так как форма бликов при зеркальном отражении сильно зависит от выбора многоугольников, представляющих объект или поверхность.

Метод Фонга – второй рассматриваемый метод заливки, основная его идея состоит в том, что для каждой точки изображения устанавливаются пространственные координаты, исходя из которых, считается яркость для точки. Основной недостаток метода – большая сложность вычислений.

Хотя метод Фонга устраняет большинство недостатков метода Гуро, он тоже основывается на линейной интерполяции. Поэтому в местах разрыва первой производной интенсивности заметен эффект полос Маха, хотя и не такой сильный, как при закраске Гуро. Однако, иногда этот эффект проявляется сильнее у метода Фонга, например для сфер. Кроме того, оба метода могут привести к ошибкам при изображении невыпуклых многоугольников (Рис. 2.22).

Рис. 2.22. Однотонная закраска (слева), закраска Гуро (в центре), Фонга (справа).

Также возникают трудности, когда любой из этих методов применяется при создании последовательности кинокадров. Например, закраска может значительно изменяться от кадра к кадру. Это происходит из-за того, что правило закраски зависит от поворотов, а обработка ведется в пространстве изображения. Поэтому, когда от кадра к кадру меняется ориентация объекта, его закраска (цвет) тоже изменяется, причем достаточно заметно. Было предложен метод закраски Гуро и Фонга, инвариантный относительно поворота.

2.8. Введение в трассировку лучей, синтез изображений.

Трассировка лучей — один из методов геометрической оптики — исследование оптических систем путём отслеживания взаимодействия отдельных лучей с поверхностями.

В узком смысле — технология построения изображения трёхмерных моделей в компьютерных программах, при которых отслеживается обратная траектория распространения луча (от экрана к источнику).

Достоинства технологии:

Серьёзным недостатком метода обратного трассирования является производительность. Метод растеризации и сканирования строк использует когерентность данных, чтобы распределить вычисления между пикселями. В то время как метод трассирования лучей каждый раз начинает процесс определения цвета пикселя заново, рассматривая каждый луч наблюдения в отдельности. Впрочем, это разделение влечёт появление некоторых других преимуществ, таких как возможность трассировать больше лучей, чем предполагалось для устранения контурных неровностей в определённых местах модели. Также это регулирует отражение лучей и эффекты преломления, и в целом — степень фотореалистичности изображения.

2.9. Уравнения переноса. Алгоритмы трассировки лучей.

Методы закраски (заливки), которые обсуждались в предыдущем параграфе, позволили значительно увеличить реалистичность изображений, генерируемых компьютером, но все же им далеко до достижения фотореализма. Реальные объекты отбрасывают тени, когда освещаются ярким светом, и многие объекты отражают попадающий на них свет. Отраженный луч, в свою очередь, может освещать другие объекты или другие поверхности того же объекта. А некоторые тела целиком или полностью пропускают часть падающего света, который может снова освещать другие объекты. Ученые используют такие термины для описания этих процессов: отбрасывание теней, отражение и прохождение. Программа визуализации должна принимать в расчет эти явления, если надо получить фотореалистичные изображения.

Взаимодействие между этими явлениями очень сложно. Отдельная поверхность сцены может освещаться несколькими различными источниками. К счастью, существуют методы, которые позволяют компьютеру учитывать все эти формы освещения. Лучший из них - метод трассировки лучей, который сначала был придуман как средство для удаления невидимых поверхностей, а позднее расширен так, чтобы учитывались эффекты отбрасывания теней, отражения и пропускания света. Метод трассировки лучей - не последнее достижение в представлении фотореалистичных изображений (он тоже имеет свои недостатки и часто комбинируется с другими методами, чтобы получить еще более совершенные трехмерные изображения), но он достаточно близок к тому, чтобы создавать великолепные картинки, которые по качеству близки к фотографии. Самая большая проблема с этим методом то, что он очень медленный. Даже суперкомпьютеру могут потребоваться часы работы для экранизации сложной сцены с начала до конца. Та же операция может потребовать дней работы обычного персонального компьютера.

Метод трассировки лучей математически сложен, но прост концептуально. Что реально делает компьютер, так это отслеживает лучи света, идущие от источника в глаз. Когда выпускаются лучи как бы из глаза к источнику вместо того, чтобы идти от источников к глазу, то это называется обратной трассировкой (в отличие от первой - прямой). Обратная трассировка более эффективна, так как гарантирует, что число лучей, достигших глаза, будет точно таким же, как число пикселей изображения. Для того, чтобы представить этот процесс, считайте, что ваш экран монитора - это окно, через которое вы можете видеть трехмерную модель, нарисованную вашим компьютером. Мнимые линии, называемые лучами, проводятся из вашего глаза через каждый пиксель экрана и проецируются на модель. Каждый раз, когда луч пересекает некоторую поверхность в некоторой точке, из этой точки испускаются дополнительные лучи. Если поверхность отражающая, то генерируется отраженный луч. Если поверхность пропускает свет, то генерируется пропущенный луч, причем учитывается тот факт, что луч меняет направление, когда проходит из одной среды в другую. Это явление называется преломлением света. Некоторые поверхности одновременно и отражают, и пропускают лучи, и тогда испускаются оба вида лучей. Пути этих лучей отслеживаются по всей модели, и если лучи пересекают другие поверхности, то снова испускаются лучи. В каждой точке, где луч пересекает поверхность, рисуется луч тени из точки пересечения к каждому источнику света. Если этот луч пересекает другую поверхность перед тем, как достигнуть источника света, то на ту поверхность, с которой был послан луч, падает тень с поверхности, блокирующей свет. Математически, все эти лучи вместе с данными о физических характеристиках объектов модели (цвет, прозрачность, зеркальность и т.д.) позволяют компьютеру определить цвет и его интенсивность для каждой точки изображения.

Реализация механизма рендеринга всегда основывается на физической модели, основные идеи которой сравнительно просты для понимания, но сложны для применения. Как правило, конечное элегантное решение или алгоритм более сложны и содержат в себе комбинацию разных техник. Ключом к теоретическому обоснованию моделей рендеринга служит уравнение рендеринга. Все модели представляют собой какое-то приближённое решение этого уравнения.

Lo – количество светового излучения, исходящего из определённой точки в определённом направлении есть собственное излучение и отражённое излучение. Отражённое излучение есть сумма по всем направлениям приходящего излучения (Li), умноженного на коэффициент отражения из данного угла. Объединяя в одном уравнении приходящий свет с исходящим светом в одной точке, это уравнение составляет описание всего светового потока в заданной системе.

Один из недостатков обычного метода трассировки лучей в том, что рассматриваемые поверхности не имеют текстуры как реальные объекты. Они гладкие - иногда слишком гладкие. Для того, чтобы это скомпенсировать, программы трассировки лучей используют текстурные отображения или bump-mapping для того, чтобы придать шероховатость поверхностям модели. С помощью текстурного отображения получают изображение, где поверхность приобретает текстуру – дерева или мрамора, например. Эти методы извлекают пользу из того факта, что трассировка, как и другие методы закраски, использует в своих вычислениях нормаль. Bump-отображение возмущает поверхность объекта по определенному образцу, преобразуя гладкую поверхность так, что она выглядит шероховатой и неоднородной.

Алгоритм трассировки лучей может быть записан в виде следующей последовательности шагов.

  1. При обратной трассировке всех лучей света, которые влияют на данный пиксель на экране, компьютер испускает воображаемый луч из глаза наблюдателя через этот пиксель и отслеживает его, пока он не пересечет объект
  2. Из первой точки пересечения луча со сферой испускается отраженный луч. Поверхность непрозрачна, поэтому преломленные лучи не рисуем. Луч тени обозначает путь от точки пересечения к источнику света. Так как этот луч не пересекает другую непрозрачную поверхность, то источник света непосредственно влияет на интенсивность освещения в данной точке
  3. Отраженный луч пересекает другой объект, на этот раз полупрозрачную сферу, которая отражает и пропускает свет. Испускаются отраженный и преломленный лучи вместе с теневым лучом, идущим к источнику света. Заметьте, как пропущенный луч меняет свое направление до и после вхождения в сферу, в соответствии с эффектом преломления
  4. В этот раз точка, в которой луч пересекает сферу, не будет прямо освещена источником, потому что путь теневого луча преграждает непрозрачная поверхность. Если бы сцена содержала несколько источников света, то теневые лучи должны были бы быть пущены в каждый из них
  5. Влияние всех лучей, сгенерированных явно или неявно с помощью начального луча, суммируется и результат определяет RGB-значение данной точки
  6. Получается изображение в перспективной проекции и с удаленными невидимыми поверхностями. Это естественные результаты процесса трассировки и эти проблемы не требуют специального рассмотрения

2.10. Эффективные подходы к расчету глобальной освещенности.

В ранних версиях программ трехмерной графики отсутствовала возможность учитывать дополнительное освещение, которое объекты реального мира получают за счет световых лучей, отраженных от других объектов. В расчет принималось только прямое освещение, то есть освещение лучами, достигающими поверхности объектов непосредственно от источника света. В результате сцена при использовании единственного осветителя никогда не выглядела реалистично, и решение проблемы состояло во включении в состав сцены целого ряда дополнительных осветителей и применении множества ухищрений со включениям и исключением объектов из числа освещаемых тем или иным источником.

Другой возможный подход заключается в использовании специальных дополнительных модулей визуализации, наподобие Final Render, Mental Ray или Brazil программы 3D Max, способных рассчитывать так называемую глобальную освещенность.

Что же такое глобальная освещенность, что дает ее учет при моделировании освещения трехмерных сцен и как она реализуется в 3D Max? Все предметы реального мира доступны нашим глазам только потому, что они отражают световые лучи. Однако отраженные от какого-то объекта лучи света направляются не только в сторону наших глаз, но и во все произвольные направления, попадая на другие предметы окружающей обстановки, снова отражаясь от них и т.д.

Подобные отражения происходят многократно, пока световые лучи не утратят свою энергию за счет частичного поглощения освещаемыми предметами и рассеивания на мельчайшие пылинки, взвешенные в воздухе. Если отражающие объекты имеют характерную окраску, то и отраженные от них лучи света приобретают определенный цветовой оттенок. Например, объект красного цвета поглощает световые лучи всех цветов, кроме красного. Отраженные от такого объекта красные лучи будут придавать близко расположенным к нему предметам красноватый оттенок. Освещенность предметов реального мира, определяющаяся не только прямыми лучами от источника освещения, но и лучами, отраженными от других предметов окружающей обстановки, называется в трехмерной графике глобальной освещенностью (Global Illumination).

В предыдущих версиях программы 3D Max подобное многократное отражение лучей света от объекта к объекту никак не учитывалось по причине сложности программной реализации подобных расчетов и огромного времени, требуемого на их выполнение. Получалось именно так, что прямые лучи света от виртуального источника падают на объекты трехмерной сцены и, осветив их, отражаются только в одну сторону - в сторону глаз наблюдателя. По мере роста бысродействия компьютеров и совершенствования алгоритмов визуализации оказалось возможным реализовать алгоритмы расчета глобальной освещенности в рамках программы 3D Max.

Основные достоинства учета глобальной освещенности состоят в следующем:

2.11. Более сложные методы расчета освещения.

В состав программных средств 3DMax разработчики включили два алгоритма просчета глобальной освещенности: Light Tracer (Трассировщик света) и Radiosity (Перенос излучения). Каждый из них имеет свои особенности и области применения.

Особенности алгоритма Light Tracer:

2.12. Более сложные методы геометрического моделирования.

Шейдер — это программа для одной из ступеней графического конвейера, используемая в трёхмерной графике для определения окончательных параметров объекта или изображения. Она может включать в себя произвольной сложности описание поглощения и рассеяния света, наложения текстуры, отражение и преломление, затенение, смещение поверхности и эффекты пост-обработки.

Программируемые шейдеры гибки и эффективны. Сложные с виду поверхности могут быть визуализированы при помощи простых геометрических форм. Например, шейдеры могут быть использованы для рисования поверхности из трёхмерной керамической плитки на абсолютно плоской поверхности.

В настоящее время шейдеры делятся на три типа:

Вершинный шейдер оперирует данными, сопоставленными с вершинами многогранников. К таким данным, в частности, относятся координаты вершины в пространстве, текстурные координаты, тангенс-вектор, вектор бинормали, вектор нормали. Вершинный шейдер может быть использован для видового и перспективного преобразования вершин, генерации текстурных координат, расчета освещения и т. д.

Геометрический шейдер, в отличие от вершинного, способен обработать не только одну вершину, но и целый примитив. Это может быть отрезок (две вершины) и треугольник (три вершины), а при наличии информации о смежных вершинах (adjacency) может быть обработано до шести вершин для треугольного примитива. Кроме того геометрический шейдер способен генерировать примитивы «на лету», не задействуя при этом центральный процессор.

Фрагментный шейдер работает с фрагментами изображения. Под фрагментом изображения в данном случае понимается пиксель, которому поставлен в соответствие некоторый набор атрибутов, таких как цвет, глубина, текстурные координаты. Фрагментный шейдер используется на последней стадии графического конвейера для формирования фрагмента изображения.

2.13. Применение визуализации.

Современные компьютерные технологии используют широкий спектр методов визуализации информации. Легкость построения графиков и диаграмм с помощью ЭВМ все заметнее меняет когнитивные навыки исследователя. Современные пакеты анализа социологической информации позволяют строить сотни типов различных графиков и диаграмм. Исследователь может одним взглядом обнаружить особенности, выявить закономерности и аномалии в больших объемах информации. Мощным средством анализа информации являются интерактивные средства модификации графических представлений. Особенно широко графические методы используются в разведочном анализе данных, позволяя выявлять закономерности в многомерных массивах информации.

Анализ графической информации базируется на способности индивида интуитивно находить сходство и различия в объектах, при этом особенно хорошо запоминаются и распознаются черты лица.

Самостоятельной ветвью компьютерной графики являются географические информационные системы (ГИС технологии), наглядно представляющие пространственные характеристики объектов. Особенно эффективно использование цвета для выделения на карте отдельных регионов в соответствии со значениями исследуемого показателя.

Современные методы визуализации информации широко используются для представления и анализа результатов компьютерного моделирования. Так в методологии иконологического моделирования визуализация позволяет пользователю выявлять различные формы пространственной и временной самоорганизации, анализировать поведение нелинейных систем и процессов.

Благодаря компьютеризации визуализация информации играет все большую роль в повышении эффективности коммуникаций. Использование слайд-фильмов и современных средств вывода информации на большой экран позволяет существенно повысить эффективность лекций, докладов и презентаций.

Рассмотрим более подробно некоторые приложения визуализации информации.

В точных науках средства компьютерной графики используются для визуализации векторных полей. Прежде чем говорить о графиках векторных полей, стоит немного рассказать о том, что же представляют собой вот эти сами векторные поля. Векторное поле — это закон, по которому каждой точке пространства сопоставляется некоторый вектор. Обычно эти векторы направлены не хаотически, а образуют в пространстве некоторые фигуры, которые как раз и становятся видны в результате визуализации полей. Эти фигуры обусловлены некоторыми свойствами, характерными для определенных классов векторных полей, используемых более часто, чем векторные поля совершенно произвольные. Потенциальными называются такие векторные поля, которые описываются как градиент (убывание или возрастание значений) некоторой скалярной функции. Визуализация векторного поля — это отображение закономерности распределения векторов в нем на экране.

Для построения графика векторного поля, прежде всего, нужно задать функцию, которую этот график будет в дальнейшем визуализировать, и векторный базис (структуру пространственных координат).

Визуализация данных - один из традиционных разделов машинной графики, в котором решается задача наглядного представления больших массивов числовой информации. Такая задача естественна, поскольку «перемалывать» числа компьютер умеет быстро и в больших количествах. Как анализировать результаты - вот вопрос, с которым сталкиваются многие приложения в таких областях, как моделирование, обработка результатов экспериментов и данных мониторинга среды. Примерами данных в описанном выше смысле могут быть: распределение электростатического потенциала в некотором объеме (скалярные данные), поле скоростей в потоке жидкости или газа (векторные данные).

Две составляющие «данных» предполагают, что при визуализации требуется наглядно представить два аспекта: значения и их распределение на носителе - в координатном пространстве. Хорошо известен «школьный» набор способов визуализации: графики функций, карты изолиний, сеточные поверхности, гистограммы.

Если охарактеризовать современный уровень области визуализации данных, то наиболее существенными представляются следующее тенденции:

Задача визуализации данных состоит в том, чтобы преобразовать числовые массивы в геометрические образы или объекты. Если в двумерном изобразительном пространстве выбор форм представления сильно ограничен и они весьма абстрактны, то в пространстве 3D их можно в максимальной степени приблизить к моделируемой реальности. В этом аспекте визуализация данных развивается параллельно со смежными разделами машинной графики - геометрическим моделированием, анимацией и виртуальной реальностью. Есть несколько обстоятельств, позволяющих считать, что 3D-революция произошла на практике:

  1. трехмерную визуализацию современные системы машинной графики обеспечивают на базовом, в том числе на аппаратном, уровне, реализуя рендеринг - расчет распределения света в сценах, которые составлены из геометрических объектов. При этом учитываются оптические свойства объектов: прозрачность, отражательность, текстура, а также расположение и направленность источников света. Модели расчета освещенности позволяют реалистично передать глубину сцены и пространственные соотношения между ее элементами
  2. рендеринг объемов становится доступным не только на графических рабочих станциях, но и на персональных компьютерах. Вычислительной мощности хватает для интерактивной визуализации данных, а такие, например, операции, как панорамирование, вообще выполняются в реальном времени

По-видимому, наиболее ярким и хорошо известным примером приложения 3D-визуализации данных может служить компьютерная томография. Это один из методов объемной реконструкции внутренних органов (мозг, сосуды, кости) путем неинвазивного (не требующего хирургического вмешательства), и достаточно безвредного медицинского обследования. Сочетание специальной аппаратуры сканирования и математических методов реконструкции позволяет получить числовые данные, характеризующие физические свойства тканей на множестве точек, расположенных регулярно в некотором объеме. Средства машинной графики позволяют показать эти данные в естественном виде. Работая с системой визуализации, врач может, например, детально рассмотреть модель кости с разных позиций, построить на экране ее сечение по плоскости, проходящей в районе трещины.

Трехмерность открывает перспективы на пути интеграции визуализации данных с геометрическим моделированием и виртуальной реальностью: характеристики изучаемого процесса, т.е. значения данных, можно привязать к геометрическим объектам, составляющим модельный мир. Так, например, естественно показывать значения плотности воздушного потока, обтекающего самолет, вместе с изображением самолета.

Для систем визуализации данных большое значение имеет эффективность технологии работы пользователей. Действительно, визуализация не решает сама по себе задачу, а служит вспомогательным, эвристическим средством. В современных системах визуализации данных применяются самые передовые компьютерные технологии: визуальный интерфейс, интерактивность, объектная ориентированность. В результате, набор средств и понятий системы визуализации данных образуют свой достаточно замкнутый объектный мир, и для того чтобы визуализировать данные, вовсе не требуется программировать. Системы визуализации данных становятся таким же доступным инструментом повседневной деятельности, как привычные редакторы текстов, графические редакторы или системы CAD/CAM.

Контрольные вопросы по материалу Главы 2:

  1. Как Вы считаете, в чем будут основные отличие в восприятии оранжевого шара наблюдателем, если он будет смотреть на шар: а) ночью, б) днем в пасмурную погоду, в) солнечным утром?
  2. Перечислите возможные отличия в восприятии одного и того же объекта разными наблюдателями. Чем обусловлены эти отличия в восприятии?
  3. Что понимается под «точечным» источником света?
  4. Что понимается под термином «прожектор»?
  5. В чем проявляется влияние источника света при восприятии объекта наблюдателем?
  6. Чем отличается естественный источник света от искусственного?
  7. Сформулируйте определение понятия «камера – обскура»
  8. В чем состоит принцип работы камеры – обскуры?
  9. Сформулируйте понятие «компьютерная геометрия»
  10. Каким образом можно задать точку на плоскости?
  11. Каким образом можно задать единичный квадрат на плоскости?
  12. Каким образом можно осуществить двумерное вращение на плоскости?
  13. Приведите примеры преобразований выполненных в трехмерном пространстве с указанием координат на плоскости
  14. Каким образом можно осуществить двумерное вращение вокруг произвольной оси на плоскости?
  15. Сформулируйте определение термина «Проекция»
  16. Что понимается под «плоскими геометрическими проекциями»?
  17. На какие типы подразделяются параллельные проекции?
  18. В чем состоит отличие ортографических проекций от косоугольных?
  19. Что понимается под «изометрической проекцией»?
  20. В чем отличие проекции Кавалье от проекции Кабине?
  21. Какие основные критерии лежат в основе классификации центральных проекций?
  22. Опишите технологию рендеринга
  23. Охарактеризуйте технологии генерации шрифтов
  24. Какими параметрами характеризуются источники света?
  25. Что понимается под интенсивностью точечного источника света?
  26. Что понимается под термином «диффузное отражение»?
  27. Опишите назначение и особенности метода Гуро
  28. Чем отличается метод Фронга от метода Гуро?
  29. Что понимается под термином «трассировка лучей»?
  30. Перечислите шаги алгоритма трассировки лучей
  31. Какие эффективные подходы к расчету глобальной освещенности Вы знаете?
  32. Каково основное значение шейдеров?
  33. Какие типы шейдеров Вы знаете? Охарактеризуйте перечисленные Вами типы шейдеров


Глава 3. Обзор программных продуктов для работы с компьютерной графикой.

Прочитав этот материал, Вы будете:

знать:

уметь:

обладать навыками:

При изучении материала, обратите внимание на следующие основные термины и понятия, которые необходимо запомнить:

3.1 Общая характеристика программ компьютерной графики.

Программ компьютерной графики на данный момент времени достаточно много - от самых простых (с минимальным составом поддерживаемых функций) до самых сложных.

Программы работы с компьютерной графикой, как и компьютерные изображения, можно разделить на несколько основных типов:

Остановимся на рассмотрении программных продуктов, используемых для работы с графическими изображениями при помощи средств вычислительной техники. На рисунке представлен один из подходов к классификации программных средств работы с графикой: приведены типы программ и соответствующие им примеры программного обеспечения.

Рис. 8. Схема типов программного обеспечения компьютерной графики

Типичным примером программного обеспечения, предназначенного для работы с компьютерной графикой смешанного типа является Adobe Creative Suite 4.

Adobe Creative Suite 4 – это пакет программ, ориентированный на дизайнеров, профессиональных художников и фотографов. Пакет представляет комплексное программное решение для создания интерактивных веб-сайтов, приложений, пользовательских интерфейсов, презентаций, контента для мобильных устройств и других цифровых решений. Пакет содержит все необходимые средства для создания и дизайнерского оформления ваших проектов, создания веб-приложений, а также эффективные инструменты для их наполнения и обновления содержания.

Adobe Creative Suite 4 Design Premium - необходимый набор инструментов для современного дизайнера. Данный пакет программ позволяет воплощать свои идеи совершенно новыми способами, с использованием трехмерных объектов, анимации и интерактивных элементов. Создавать проекты, используя выработанные приемы работы, переносить данные в различные продукты, благодаря упрощенной среде разработки, новым возможностям совместной работы и тесной интеграции продуктов, обеспечивающим создание многофункциональных, выразительных проектов для печати, Интернета и мобильных устройств.

В состав Adobe Creative Suite 4 Design Premium входят следующие программные продукты:

Adobe Creative Suite 4 Design Standard - это набор всех необходимых инструментов для разработки более выразительных издательских проектов, совершенных макетов страниц и подготовки к печати полиграфической продукции, обеспечивающих абсолютно новый уровень производительности. Этот программный пакет предоставляет тесно интегрированную рабочую среду, обеспечивающую реализацию творческих идей и получение превосходных результатов.

В состав Adobe Creative Suite 4 Design Standard входят следующие программные продукты:

Adobe Creative Suite 4 Web Premium - это пакет программ позволяющих создавать различные электронные проекты, такие как интерактивные веб-сайты, приложения, пользовательские интерфейсы, презентации и содержимое для мобильных устройств. Данный пакет позволит пользователям выйти на новый уровень реализации творческого потенциала с помощью расширенного набора функций, например таких, как создание кода в интерактивном режиме с помощью новой функции интерактивного просмотра Adobe Dreamweaver CS4, рисование 3D-объектов в Adobe Photoshop CS4 Extended, быстрая анимация на основе объектов в Adobe Flash CS4 Professional, а также с легкостью перемещать ресурсы из одной программы пакета в другую для повышения эффективности организации рабочего процесса

В состав Adobe Creative Suite 4 Web Premium входят следующие программные продукты:

Adobe Creative Suite 4 Web Standard - это пакет программ, содержащий в себе набор всех необходимых инструментов для проектирования, разработки и сопровождения веб-сайтов, интерактивных проектов и мобильного содержимого.

В состав Adobe Creative Suite 4 Web Premium входят следующие программные продукты:

Adobe Creative Suite 4 Production Premium – это пакет программ для пре- и пост-продакшн. Благодаря новому Adobe Creative Suite 4 Production Premium вы сможете воплотить в реальность всё ваше творческое видение. Данный комплекс программных средств поможет вам при редактировании видео и аудио материалов, при создании статичной графики, графики движения, визуальных эффектов и интерактивных медиа средств, таких как DVD, Blu-ray диски и мобильный контент

В состав Adobe Creative Suite 4 Web Premium входят следующие программные продукты:

Adobe Creative Suite 4 Master Collection - это среда разработки, позволяющая воплощать творческие замыслы на всех этапах работы - от производства печатных страниц до размещения материалов в сети Интернет, на киноэкране, в эфире и на различных устройствах. Благодаря данному комплексу программных средств пользователь сможет создавать многофункциональные современные материалы для любых медиа источников — печать, Интернет, интерактивные проекты, видео, аудио и мобильные устройства — с помощью тесно интегрированных инструментов и услуг.

В состав Adobe Creative Suite 4 Master Collection входят следующие программные продукты:

Непосредственно сама программа Adobe Photoshop – признанный лидер в работе с растровой графикой. Графический редактор распространяется в двух вариантах: как отдельное приложение и, например, в составе пакета Adobe Creative Suite 4 Design Premium. Формат подключаемых к Photoshop плагинов (plugins) стал стандартом для всех серьезных растровых редакторов. Подробнее работа с программой будет рассмотрена в соответствующем разделе.

Пакет Corel PhotoPaint по своим возможностям близок к Adobe Photoshop. Широкие возможности настроек кистей и масса эффектных заготовок делают PhotoPaint привлекательным для рисования. Поддерживает формат plug-ins. Corel PhotoPaint (Рис. 9) имеет собственный внутренний формат файлов – CPT, однако конечный результат для допечатных работ, естественно, сохраняется в формате TIF, что снимает любые проблемы совместимости.

Рис. 9. Рабочее окно программы Corel PhotoPaint

PhotoImpact. Графический пакет, разработанный фирмой Ulead Systems, предназначен не только для создания и редактирования изображений. Он предлагает также средства для создания и управления базами данных фотографий, просмотра файлов изображений, создания мультимедийных слайд-шоу, захвата изображения с экрана, преобразования файлов. Технология pick-and-apply позволяет применять расширения из наборов стилей, эффектов, градиентов и текстур, собранных в позиции меню Easy Palette, и сразу видеть результаты преобразований. Поддерживает работу со слоями, предварительный просмотр в реальном времени, расширенные специальные эффекты, размещение текста на заданной кривой, инструменты ретуширования изображения (Рис.10).

Рис. 10. Рабочее окно программы PhotoImpact.

Рис. 11. Рабочее окно редактора Paint Shop Pro.

Paint Shop Pro. Графический редактор (Рис. 11) доставляющий широкий выбор кистей для рисования и ретуширования изображения, более 35 стандартных фильтров для его обработки, базовый набор стандартных эффектов и подключаемые фильтры для пакета Adobe Photoshop.

Поддерживает работу со слоями изображения и многоуровневую отмену действий. В его состав также включен Animation Shop — утилита для создания анимационных GIF-файлов, которые можно использовать в Интернете или в собственных мультимедиа-приложениях.

Corel Painter. Программа предназначена для рисования и имитации различных художественных техник – мазки кистью, трещинки на старом холсте, пастель, акварель, мозаика и прочее. Очень легко и эффективно работать «кистями» или «мелками» при использовании графического планшета. Но для допечатной подготовки или цветокорректору Painter может понадобиться только как дополнение к Adobe Photoshop (а для художников – наоборот).

Теперь рассмотрим программы для работы с векторной графикой. Adobe Illustrator. (Рис. 13.).

Рис. 12. Открытое рабочее окно редактора Adobe Illustrator.

Это фактически мировой стандарт для векторных работ полиграфической направленности. С недавних пор Illustrator активно предпринимает попытки занять позиции и в области подготовки web-иллюстраций. Однако его основным непревзойденным умением пока по-прежнему остается создание векторной графики, предназначенной для переноса на так называемый «твердый» носитель, на бумагу.

Macromedia FreeHand. Интерфейс Macromedia FreeHand более насыщен инструментами и возможностями редактирования графики, чем интерфейс Adobe Illustrator, но, силы обоих в известной степени равны. Более того, методы работы в нем очень похожи на методы работы в Adobe Illustrator. А FreeHand, несомненно, мощный редактор, и заслужил свою популярность. С учетом революционных новшеств, внесенных фирмой Adobe в Illustrator 9-й и 10-й версий, возможности FreeHand несколько менее представительно выглядят, но его испытанные рабочие качества по-прежнему удовлетворяет немалое число дизайнеров в мире.

CorelDRAW. Пакет CorelDRAW (Рис. 13.) представляет собой комплексный набор приложений для создания графических материалов и иллюстраций, редактирования фотографий и преобразования растровых изображений в векторные. Версия CorelDRAW X4 включает новые инструменты, упрощающие управление проектами и оптимизирующие работу над графикой.

В отличие от Illustrator, в CorelDRAW инструменты и средства технологического контроля «спрятаны» в такие глубины интерфейса или расположены в таких неожиданных местах, что некоторые знатоки CorelDRAW даже не подозревают об их существовании.

В состав CorelDRAW X4 входят редактор векторной графики CorelDRAW X4, редактор растровой графики PHOTO-PAINT X4, программа для преобразования растровых изображений в векторные Corel PowerTRACE X4, программа для создания скриншотов Corel CAPTURE X4, а также группа других вспомогательных программ. Пакет CorelDRAW Graphics Suite X4 позволяет работать над всевозможными проектами - от создания логотипа и веб-графики до многостраничных маркетинговых брошюр или привлекательных вывесок.

Рис. 13. Рабочее окно редактора CorelDRAW X4

Анимация изображений основывается на простом принципе: если ряд статичных изображений показать в достаточно быстром темпе, то человеческий глаз свяжет их вместе и примет за непрерывное движение. В компьютерной 3D и 3D-анимации часть рутинной работы берет на себя программа.

Animator Pro. Пакет двухмерной анимации Animator Pro особенно хорош для освоения азов 3D-техники, в связи с чем пакет распространен среди low-end пользователей, включая школьников и студентов. С его помощью можно отредактировать видеозапись, подготовить анимационный ряды, и объединить все это вместе.

Animation Works Interactive. Среди пакетов 3D-анимации под Windows, использующих нетрадиционные и смешанные техники, можно отметить также Animation Works Interactive фирмы Gold Disk. Animation Works Interactive позволяет импортировать растровые изображения, имеет хороший набор инструментов для работы с траекториями, а полученную анимацию может комбинировать со звуком и цифровым видео.

Animo. Пакет Animo фирмы Cambridge Animation Systems воспроизводит технику «традиционной» (покадровой) анимации и очень популярен среди профессиональных мультипликаторов, в том числе российских. Среди других профессиональных программ двумерной анимации стоит отметить пакет Animation Stand фирмы Rainbow Technologies для Macintosh, возможности которого не дотягивают до возможностей программы Animo, но превосходят ресурсы пакета Animator Studio, и программу Tic Tac Toon фирмы ToonBoom для SGI, чей потенциал близок к Animo.

Программы трехмерного моделирования применяются для дизайнерских и инженерных разработок.

3D Studio и 3D Studio MAX. Один из самых известных пакетов 3D-анимации на ПК - это 3D Studio фирмы Autodesk. Программа обеспечивает весь процесс создания трехмерного фильма: моделирование объектов и формирование сцены, анимацию и визуализацию, работу с видео.

Рис. 14. Рабочее окно редактора 3D Studio MAX

Кроме того, существует широкий спектр прикладных программ (IPAS-процессов), написанных специально для 3D Studio. Интерфейс программы (Рис. 14) един для всех модулей и обладает высокой степенью интерактивности. 3D Studio MAX реализует расширенные возможности управления анимацией, хранит историю жизни каждого объекта и позволяет создавать разнообразные световые эффекты, поддерживает 3D-акселераторы и имеет открытую архитектуру, то есть позволяет третьим фирмам включать в систему дополнительные приложения.

Maya — редактор трёхмерной графики. В настоящее время стала стандартом 3D графики в кино и телевидении. Первоначально разработана для ОС Irix (платформа SGI), затем была портирована под ОС GNU/Linux, Microsoft Windows и Mac OS. В настоящее время существует как для 33, так и для 64-битных систем.

Maya существует в трёх версиях:

  1. Maya Unlimited — самый полный и самый дорогой пакет. Содержит расширения Hair, Fur, Maya Muscule, Fluid Effects, Cloth и некоторые другие
  2. Maya Complete — базовая версия пакета, в которой присутствует полноценные блок моделирования и анимации, но отсутствуют модули физической симуляции
  3. Maya Personal Learning Edition — бесплатный пакет для некоммерческого использования. Есть функциональные ограничения, ограничение на размер визуализированного изображения, пометка водяными знаками финальных изображний

Важная особенность Maya — её открытость для сторонних разработчиков, которые могут преобразовать её в версию, которая более удовлетворяет требованиям больших студий, которые предпочитают писать код, специфичный для их нужд. Даже не взирая на присущую Maya мощь и гибкость, этой особенности достаточно для того, чтобы повлиять на выбор.

Рис.15 Визуализация в Maya 3009

Контрольные вопросы по материалу Главы 3:

  1. Охарактеризуйте программы компьютерной графики
  2. Сформулируйте назначение пакета программ Adobe Creative Suite 4
  3. Какие приложения включает в себя семейство Creative Suite?
  4. Какие программы для обработки растровой графики Вы знаете? Охарактеризуйте их
  5. Какие программы для обработки векторной графики Вы знаете? Охарактеризуйте их
  6. Какие программы для обработки трехмерной компьютерной графики и анимации Вы знаете? Охарактеризуйте их


Глава 4. Графический редактор Adobe Photoshop

Прочитав этот материал, Вы будете:

знать:

уметь:

обладать навыками:

При изучении материала, обратите внимание на следующие основные термины и понятия, которые необходимо запомнить:

4.1. Понятие палитры, рабочая область программы.

Мы приступаем с вами к изучению основных возможностей обработки растровых изображений в среде графического редактора Adobe Photoshop CS4.

Графический редактор Adobe Photoshop CS4 (Рис. 4.1) входящий в программный пакет Adobe Creative Suite используется для создания и обработки растровой графики. Этот программный продукт предназначен для установки на современные персональные компьютеры с операционными средами Microsoft и Macintosh.

Системные требования:

Рис. 4.1. Рабочая среда графического редактора Adobe Photoshop CS4

Интерфейс программы подчинен необходимости освободить большую часть окна для работы с редактируемым изображением. Любой набор и расположение элементов интерфейса в рабочем окне программы будем называть рабочим пространством. Это пространство пользователь может впоследствии трансформировать и настроить под конкретные виды выполняемых работ (например, редактирование графического файла, или просмотр результатов). В процессе работы пользователь переключается между сохраненными стилями рабочего пространства.

Основными элементами рабочего пространства Adobe Photoshop CS4 являются (Рис. 4.1.):

Строка меню (1, расположена в верхней части экрана). В этой строке команды сгруппированы в падающие меню.

Панель «Инструменты» (Tools; на рис. 4.1. обозначена как 2). Палитра инструментов содержит инструменты для создания и изменения изображений, графических объектов, элементов страниц и т.д. При этом связанные инструменты сгруппированы вместе.

Панель «Управление» (иначе Панель параметров; 4) отображает параметры (текущие настройки) инструмента (рисования или выделения), выбранного в данный момент.

Окно документа содержит отображение графического файла, над которым идет работа в данный момент, на Рис. 4.1. не показано.

В верхней строке (4) размещаются главное командное меню программы, новый инструмент для быстрого доступа к приложениям Adobe Application bar. С его помощью пользователь получает мгновенный доступ к программе Adobe Bridge, линейкам и инструментам масштабирования и перемещения Hand (Рука) и Zoom (Увеличение), функциям упорядочивания документов (Arrange Documents). На этой панели выделен также новый инструмент Canvas Rotation (Поворот холста).

В Adobe Photoshop CS4 Палитры (Pallets) стали называться Панелями (Panels), они позволяют контролировать сделанную работу и выполнять редактирование. В Adobe Photoshop CS4 добавились такие панели, как 4D, Adjustments (Коррекция), Masks (Маски), Notes (Примечания). Панели (4) можно закрывать, минимизировать, группировать, помещать в стек или закреплять. Для скрытия или отображения всех палитр/панелей нажмите клавишу Tab. При перемещении панелей отображаются подсвеченные зоны, в которые можно встроить панель (Рис. 4.2).

Рис. 4.2. Пример перемещения и стыковки панелей программы Adobe Photoshop CS4.

Стек – это набор плавающих панелей (групп панелей), состыкованных между собой верхними и нижними краями.

Пользователь, выполняющий сложные операции по редактированию изображений в Adobe Photoshop CS4, может задействовать большое число панелей, что может загромождать рабочее пространство и затруднять работу. Свернув панели в значки можно существенно «разгрузить» рабочее пространство. В некоторых случаях в рабочем пространстве по умолчанию будут находиться панели, свернутые в значки (Рис.4.4). Чтобы развернуть панель, щелкните мышью на ее значок. Чтобы свернуть развернутую панель в значок, щелкните ее вкладку, значок или двойную стрелку на панели заголовка.

Рис. 4.3. Панели, свернутые в значки

Говоря о панелях программы следует упомянуть панель История (History), Пользуясь ею можно вернуться к любому предыдущему состоянию изображения, созданному в течение текущего сеанса работы. Каждый раз при внесении изменений в изображение новое состояние изображения добавляется на эту панель (Рис. 4.4).

Рис. 4.4. Панель История (History).

Например, если выделить, повернуть часть изображения, нарисовать какие-либо элементы, каждое из этих состояний отдельно добавится на панель. Если выбрать одно из этих состояний, изображение будет восстановлено в том виде, в каком оно было до внесения этого изменения. Можно продолжать работу с этого состояния.

Чтобы отобразить панель История (History), выберите команду Окно (Window) – История (History) или щелкните вкладку История.

Следует помнить, что:

В программе Adobe Photoshop CS4 при настройке параметров диалоговых окон, инструментов и фильтров могут использоваться как ввод данных с клавиатуры компьютера в виде числовых значения параметров (для этого на панелях предусмотрены специальные текстовые поля), так и регулировка параметров посредством графических инструментов управления, так называемых «ползунков» (Рис. 4.4). Регулировка параметров с помощью ползунков осуществляется с помощью компьютерной мыши, перемещением или вращением «ручки» ползунка в нужную сторону.

Рис. 4.5. Регулировка параметров посредством графических инструментов управления.

Для обеспечения пользователю простого доступа к параметрам инструментов в Adobe Photoshop CS4 используются так называемые всплывающие палитры, которые можно настраивать, переименовывать, удалять и загружать элементы палитр и библиотеки. Пользователь может изменять в широких пределах вид всплывающих палитр. Работа с всплывающими палитрами осуществляется с помощью щелчка мыши (для того, чтобы инструмент отображался во всплывающей палитре, нужно щелкнуть миниатюру инструмента на панели). Для выделения элементов во всплывающей палитре, следует их щелкнуть.

В Adobe Photoshop CS4 для отображения команд, относящихся к активному в данный момент инструменту, выделенной области или палитре также используются элементы контекстных меню (доступны по щелчку правой кнопкой мыши).

«По умолчанию» программа Adobe PhotoShop CS4 в качестве основной единицы измерения предлагает сантиметры. Это удобно только в том случае, если вы собираетесь отправлять фото на печать и хотите знать реальный размер полученной иллюстрации. Однако при обработке изображений в электронном виде удобнее работать, когда геометрический размер изображения (размер холста) измеряется в точках (пикселях). Для изменения настроек воспользуйтесь меню «Редактирование» - «Установки» - «Единицы измерения и линейки...» (Edit – Preferences – Units Rulers). Также можно щелкнуть правой кнопкой мыши по линейке (в программе должен быть открыт документ) и выбрать соответствующие единицы измерения. Вы можете установить с помощью меню «Установки» «Единицы измерения и линейки...» (Preferences – Units Rulers) различные единицы измерений (пиксели, дюймы, сантиметры, миллиметры и т.д.) в зависимости от изобразительной задачи (Рис.4.4.).

Меню Установки (Preferences) дает пользователю возможность настраивать также другие параметры программы (помимо линеек), рассмотрим его более подробно.

Рис. 4.6. Изменение настроек с помощью меню Установки (Preferences).

Различные настройки программы хранятся в файле Adobe Photoshop CS4 Prefs, включая (Рис. 4.4.):

Большинство этих параметров задается в диалоговом окне Установки (Preferences). Установки сохраняются каждый раз при выходе из приложения. Непредвиденное «поведение» программы может свидетельствовать о повреждении установок. Откройте диалоговое окно Установки, для этого воспользуйтесь меню Редактирование (Edit). Для просмотра текущих установок воспользуйтесь меню в левой части диалогового окна. Если возникло подозрение, что установки повреждены, восстановите их настройки по умолчанию. Нажмите и удерживайте клавиши Alt + Control + Shift. Затем примите предложение удалить текущие настройки (файл с параметрами будет удален). При следующем запуске программы новые файлы установок будут созданы заново.

Для доступа к окну Установки можно также воспользоваться комбинацией клавиш Ctrl и K.

Рис. 4.7. Окно диалога Клавиатурные сокращения и меню (Keyboart Shortcuts and Menus) программы Adobe PhotoShop CS4

Клавиатурные комбинации (горячие клавиши) позволяют ускорить доступ к функциям программы, забегая вперед, отметим, что с целью улучшения восприятия текста в настоящем руководстве они приводятся не для всех операций и команд. Однако более полный перечень клавиатурных комбинаций для Photoshop приведен в дополнительных материалах, вы так же можете ознакомиться с ними в процессе работы с программой (Рис. 4.7), это послужит хорошим подспорьем в изучении возможностей программы. Отметим, что комбинации клавиш для многих команд указаны в соответствующих пунктах меню.

4.2. Операции с файлами и структура документов

После настройки параметров приступим к дальнейшему знакомству с программой Adobe Photoshop CS4. Откройте файл Blackberry.tif, который находится в папке Images на нашем диске. Для этого воспользуйтесь меню Файл (File), выберите в нем пункт Открыть (Open) и в открывшемся окне укажите нужную папку (папка Images) и файл (Рис. 4.8.).

Рис. 4.8. Открытие файла

Изображение помещается в отдельном окне на рабочий стол программы. Adobe Photoshop CS4 автоматически подбирает масштаб изображения, чтобы оно уместилась на вашем экране полностью. Параметры масштабирования вы можете видеть в заголовке окна рядом с именем файла, в главном командном меню, в строке состояния (внизу окна) и на панели Навигатор (Navigator), конечно, если она активна (Рис. 4.9.).

Рис. 4.9. Параметры масштабирования

Теперь попробуйте изменить масштаб изображения, это можно сделать с помощью палитры «Навигатор» (с помощью регулятора расположенного под миниатюрой изображения), однако быстрее воспользоваться горячими клавишами. Нажатием клавиатурной комбинации «Ctrl и +» вы увеличиваете масштаб, а «Ctrl и » уменьшаете. Открыв список в главном командном меню вы сможете установить масштаб 24%, 40%, 100% и 200%. Увеличив масштаб до максимального и сдвинув окно просмотра на панели Навигатор (Navigator) программы Adobe Photoshop CS4 в центральную часть рисунка, можно видеть структуру растрового изображения. Можно видеть каждую точку (пиксель) картинки в виде цветных квадратиков (Рис. 4.10.).

Рис. 4.10. Увеличение масштаба изображения до максимального

Теперь вам предстоит научиться сохранять изображения в Adobe Photoshop CS4. Для этого воспользуйтесь меню Файл «File» - Сохранить как… «Save As...» (Рис. 4.11). В Adobe Photoshop CS4 сохранить документ можно нажав комбинацию клавиш «Shift + Ctrl + S».

Рис. 4.11. Сохранение файла.

Теперь, в открывшемся окне, выберите папку для сохранения изображения и укажите название файла (Рис. 4.11.). Отметим, что папка, в которой вы храните свои работы, должна находиться на жестком диске вашего компьютера, сохранить файл на компакт-диске с нашим учебником не получится. После этого необходимо выбрать формат файла из списка (например, BMP или TIFF).

Формат TIFF интересен тем, что может сохранять компрессированное (сжатое) изображение, в этом случае файл будет меньшего размера. Графические файлы в зависимости от формата имеют соответствующее расширение. Файлы формата TIFF, как правило, имеют расширение .tiff или .tif.

Сохраним файл в формате TIFF, для этого выберите этот формат из списка, после этого щелкните мышкой по кнопке «Сохранить». В появившемся окне Параметры TIFF можно при необходимости задать применение режимов (алгоритмов) различных компрессий. Если же вы хотите сохранить картинку полного качества, то оставьте переключатель «Сжатие изображение» (Image Compression) в положении «НЕТ» (NONE) (Рис. 4.12.).

Рис. 4.12. Установка режимов (алгоритмов) сжатия изображения при сохранении в формат .tif.

4.3. Редактирование размеров изображения

Теперь вам предстоит научиться изменять размеры изображений. Пользуясь соответствующим пунктом меню Файл (или нужным сочетанием клавиш) откройте в программе Adobe Photoshop CS4 картинку с тигром. Все изображения, с которыми предстоит работать, находятся на диске в каталоге «photo». Попробуйте изменить размеры иллюстрации с этим красивым тигром. Для этого воспользуемся меню «Изображение» (Image) - «Размер изображения…» (Image Size...) (Рис. 4.14.).

Рис. 4.13. Изменение размеров изображения. Справа показано диалоговое окно, справа внизу – список для выбора алгоритмов интерполяции.

Сейчас нас интересует раздел «Размер печатного оттиска». Здесь показаны размеры иллюстрации по ширине («Width») и высоте («Height») в сантиметрах. Размеры нам подходят, однако параметр «Разрешение» (Resolution) оставляет желать лучшего. Разрешение этого изображения составляет 72 пикс/дюйм (72 dpi или точки на дюйм - типовое разрешение экрана компьютера). Однако принтер (лазерный или струйный) печатает с гораздо более высоким разрешением (не ниже 400 dpi) (Рис. 4.14).

Измените параметр «Разрешение» на новый (примем значение 400 dpi). Теперь посмотрите, каков размер изображения в пикселях, значения в полях Pixel Dimensions соответствующим образом изменились.

При изменении разрешения изображения программа Adobe Photoshop CS4 просчитывает значения цвета и яркости для промежуточных (новых) точек на основе известных пикселей, эта процедура называется интерполяцией. В программе предлагается несколько алгоритмов интерполяции (Рис. 4.14), т.е. разных способов расчета параметров новых пикселей. Подберите наиболее приемлемый алгоритм для этой конкретной фотографии (выберите его из раскрывающегося списка в нижней части окна). После этого щелкните по кнопке «ОК». В результате, изображение действительно увеличилось. Увеличив масштаб (вы уже умеете это делать) можно убедиться, что качество изображения при этом практически не пострадало. Сохраните результаты работы, выберите «Файл» (File) – «Сохранить как,..» (Save As...). В открывшемся окне укажите папку для сохранения файла и его название. Формат файла должен быть наиболее подходящий для высококачественного изображения - "TIF" или "BMP". После этого нажмите кнопку «Сохранить» (Рис. 4.14).

Рис. 4.14. Сохранение файла после увеличения размера.

Для закрепления пройденного выполните обратное действие - уменьшение изображения. В качестве исходного изображения мы воспользуемся файлом blackberry2.bmp. Задача изменить размер изображения в программе Adobe Photoshop CS4, так, чтобы оно уместилось на экране при масштабе 100 %.

Откройте диалог «Размер изображения» (Image Size) нажатием комбинации клавиш Alt+Ctrl+I. Размер открытого изображения составляет 4200 на 4244 точек (это очень большая область). Поставим ширину картинки равной 400 пикселям. При этом, если отмечена галочкой функция «Сохранить пропорции» (Constrain Proportions), то значение высоты изображения изменится автоматически. После этого остается только щелкнуть по кнопке «ОК». На палитре Навигатор можно видеть, что масштаб 100%.

4.4. Печать изображений

Освоим приемы печати документов. Большинство пользователей Photoshop ограничиваются печатью изображений на струйном принтере. Для простейших типов изображения, таких как черно-белый рисунок, используется только один цвет, выбранный из оттенков серого. Более сложные изображения, например фотографии, содержат цветовые переходы. Для создания видимости непрерывных цветовых переходов в изображении при выводе на принтер производится его разбиение на точки. При печати фотографий на типографском станке данный процесс называется формирование полутонового изображения. Изменение размеров точек в полутоновом растре создает оптическую иллюзию плавного цветового или тонового перехода в изображении.

Поскольку на мониторах изображения выводятся с помощью света, а в настольных принтерах для отображения используются чернила и тонер (порошкообразное красящее вещество), то цвета, отображаемые монитором, не могут в полной мере передаваться принтером. Однако, используя в процессе работы специальные средства (например, систему управления цветом), можно добиться согласованности электронного изображения с его печатным вариантом. При подготовке изображения к печати необходимо учитывать некоторые рекомендации:

Перед тем, как печатать просмотрите, как расположится фотография на листе бумаги. Выберите в меню «Файл» (File) пункт «Печатать…» (Print), также удобно пользоваться комбинацией клавишей Ctrl + P.

Рис. 4.15. Печать изображения (диалоговое окно).

По умолчанию изображение располагается в центре стандартного листа А4. Размер картинки указан в разделе «Размеры печатного оттиска» (Scaled Print Size). Нажав на кнопку «Параметры страницы» (Page Setup) пользователь может изменить размер отпечатка, например выбрать листы формата А4 или А4.

Формат бумаги это — стандартизованный размер бумажного листа. Международный стандарт на бумажные форматы, ISO 214, основан на метрической системе мер, и основан на формате бумажного листа, имеющего площадь в 1 м? (в серии А это А0). Наиболее широко известный формат стандарта ISO — формат A4. Все форматы бумаги ISO имеют одно и то же отношение сторон, равное квадратному корню из двух, это отношение примерно равно 1:1,4142. У листа А0 длинная сторона листа имеет длину, равную корню четвёртой степени из двух, что примерно равно 1,189 м, длина короткой стороны — это обратное значение от указанной величины, примерно 0,841 м, произведение этих двух длин даёт площадь в 1 м?. Размер A1 получается разрезанием листа A0 вдоль короткой стороны на две равные части, в результате чего отношение сторон сохраняется. Это позволяет получать один стандартный формат бумаги из другого, что было невозможно при использовании традиционных размеров. Сохранение отношения сторон означает также, что при масштабировании изображения от одного формата к другому, сохраняются пропорции изображения.

Если изображение не нужно размешать в центре, то можно отключить опцию «По центру» (Position – Center Image) и мышкой подвинуть картинку в любое удобное место. Когда все приготовления закончены, осталось только щелкнуть по кнопке «Печать» (Print) (Рис. 4.14.)

4.5. Приемы обработки фотоизображений

4.5.1. Исправление дефектов цветопередачи

Теперь перейдем к изучению приемов обработки фотоизображений в программе Adobe Photoshop CS4. Вам предстоит научиться исправлять дефекты цветопередачи, контрастности и т.д., которые могут возникнуть, например, при фотосъемке. Задача с помощью программы Adobe Photoshop CS4 привести фотографию в порядок. Откройте исходный файл insect_800_400[1].jpg, он находится в папке Images нашего диска (Рис. 4.14.).

Рис. 4.16. Исходное изображение.

Фотография цветка и бабочки снята в яркий солнечный день, однако лепестки цветка получились более темными чем следует. Исправим это. Функции коррекции, которые вам предстоит освоить, находятся в меню «Изображение» (Image) – «Коррекция» (Adjustments). Выберите пункт «Яркость/Контрастность» (Brightness/Contrast...) (Рис. 4.14. – справа).

Открывается окно с линейками и ползунками для установки значений параметров Яркость и Контрастность изображения. По умолчанию значения равны 0, ползунки находятся в центре шкалы. Убедитесь, что пункт «Просмотр» (Preview) отмечен галочкой. В этом случае вы будете видеть все изменения в изображении, не выходя из окошка установки значений, т.е. не нажимая кнопки «OK» (Рис. 4.14. – внизу).

Увеличьте яркость, сдвинув верхний ползунок немного вправо. Регулируя яркость, постарайтесь добиться наиболее естественного с вашей точки зрения результата. Обратите внимание, что в случае необходимости можно внести числовое значение вручную в верхнее окошко (со знаком «+» для увеличения яркости, а со знаком «-» для уменьшения). Обычно при увеличении яркости картинка начинает терять четкость, начинает смазываться. Это происходит, потому что яркими становятся не только темные места, но и светлые, уменьшается контраст. Чтобы избежать этого нежелательного эффекта нужно усилить контрастность изображения. Пользуясь мышью, сдвиньте ползунок нижней линейки немного вправо. После того как будет получен приемлемый результат, следует применить изменения (щелкните по кнопке «ОК»).

Рис. 4.17. Сохранение изображения в другой каталог с помощью команды «Сохранить как…»

После внесения изменений исправленное изображение нужно сохранить. Если вы не хотите менять название файла и его местоположение (в каталогах), то достаточно войти в меню «Файл» и выбрать пункт «Сохранить». Новое изображение сохранится поверх старого файла. Если же вы хотите изменить название файла или поместить его в другой каталог, то необходимо выбрать пункт «Сохранить как…» (Save As...) (Рис. 4.17.).

4.5.2. Исправление цветового баланса

Следующая проблема, решать которую вы научитесь, это преобладание на фотографии какого-нибудь цвета. Этот дефект чаще всего возникает при плохой освещенности во время фотографирования. Программа Adobe Photoshop CS4 позволяет справиться и с этой неприятной проблемой. Давайте тренироваться, откройте исходное изображение усадьбы (_7[1].jpg) и в уже знакомом меню «Изображение» - «Коррекция» выбираем пункт «Цветовой баланс» (Color Balance...) (Рис. 4.18).

Рис. 4.18. Исправление цветового баланса (выбор пункта «Цветовой баланс»).

В открывшемся окне можно видеть три ползунка, на концах которых указаны названия цветов. Первый ползунок позволяет регулировать цветовой баланс от голубого (Cyan) до красного, средний - от пурпурного (Magenta) до зеленого (Green), а нижний - от желтого цвета(Yellow) до синего (Blue). Регулировка происходит следующим образом: сдвигая верхний ползунок вправо, пользователь уменьшает насыщенность голубым цветом, однако, это сопровождается величением оттенков красного (Рис. 4.19.).

Рис. 4.19. Диалоговое окно «Цветовой баланс» (Color Balance...) с регуляторами.

Выяснив общий принцип, начните убирать желтый цвет (мышью двигая нижний ползунок вправо (в сторону синего – Blue) или непосредственно с клавиатуры вводя цифровые значения. Происходит уменьшение доли желтых оттенков, что отчетливо видно на белых частях изображения (Рис. 4.20). Оцените результат и верните ползунок на ноль.

Рис. 4.20. Исправление цветового баланса (уменьшение доли желтых оттенков)

Теперь переместим верхний ползунок немного вправо, добавив оттенков красного. Оцените получившийся результат, попробуйте, ориентируясь по белым краям облаков и по колоннам крыльца, подобрать свои собственные значения цветового баланса. После приведения изображения в приемлемое состояние нажмите на кнопку «ОК» и примените изменения. Результаты вашей работы сохраните (Рис. 4.21.).

Рис. 4.21. Исправление цветового баланса (результат).

В следующем примере вы сталкиваетесь с похожей ситуацией – нарушен цветовой баланс. Попробуем исправить этот снимок в программе Adobe Photoshop CS4. Сначала откройте файл с исходным изображением, он называется лошадь.tif. Откройте уже знакомое меню «Изображение» (Image) «Коррекция» (Adjustment) выбираем пункт «Цветовой баланс» (Color Balance...) (Рис. 4.22).

Рис. 4.22. Исправление цветового баланса, исходное изображение (пример с лошадьми).

Попробуйте убрать излишек желтого цвета. Теперь посмотрим результат. Однако, лошади «посинели», в масти лошадей тоже присутствовали оттенки желтого цвета. Придется корректировать цвет по-другому (Рис. 4.23).

Рис. 4.23. Исправление цветового баланса, неудачная корректировка.

Все дело в том, что требуется убрать желтый цвет только с самых ярких частей картинки - это снег и задник. Для этого верните все ползунки линеек обратно на середину (на значение 0) и установим переключатель «Тоновый баланс» (Tone Balance) в положение «Света» (Highlights) (Рис. 4.24).

Рис. 4.24. Исправление цветового баланса (переключатель «Тоновый баланс» в положении «Света»).

Сдвинем нижний ползунок вправо, в сторону синего цвета. Теперь получается другой результат: небо и снег меняют окраску с грязно-желтого на голубоватый оттенок, а лошади свою масть не меняют. В Adobe Photoshop CS4 можно задать разные значения цветокоррекции для Теней (Shadows, темные участки), средних тонов (Midtones) и светлых (Света) участков изображения.

По окончании коррекции, добившись приемлемого результата, нажмите «ОК», а результат – сохраните (Рис. 4.24).

Рис. 4.25. Исправление цветового баланса в светлых участках изображения (результат)

В графическом редакторе Adobe Photoshop CS4 реализована функция автоматического подбора баланса цветов. Изучим работу этой функции. Для этого откройте уже знакомое изображение лошадей (воспользуйтесь файлом с диска, нам нужна фотография без цветовой коррекции). Затем откройте меню «Изображение» (Image) и выберите пункт «Автоматическая цветовая коррекция…» (Auto Color) (Рис. 4.26.).

Рис. 4.26.Исправление цветового баланса автоматически с помощью пункта меню «Автоматическая цветовая коррекция…» (Auto Color).

После того, как пользователь выбирает этот пункт меню, никаких дополнительных установок не требуется. Результат функции автоматического подбора баланса цветов виден сразу. Отметим, что в ряде случаев результат применения автоматического подбора баланса цветов может оказаться хуже, чем при ручных настройках (Рис. 4.27).

Рис. 4.27. Исправление цветового баланса (результат).

В меню «Изображение» (Image) программы Adobe Photoshop CS4 вам предстоит изучить еще один пункт «Цвет/Насыщение» (Hue/Saturation...). Для начала откройте файл 1241144[1].jpg, который находится в папке на компакт-диске (Рис. 4.28). Теперь открыв меню (Рис. 4.29.), или нажав комбинацию клавиш Ctrl и U, откройте соответствующее окно.

Рис. 4.28. Исходное изображение в окне программы Adobe Photoshop CS4.

Рис. 4.29. «Цвет/Насыщение» (Hue/Saturation...)

В окне Цвет/Насыщение верхняя линейка – Цветовой тон (Hue) - позволяет смещать цвета по стандартной цветовой шкале. Средняя – Насыщенность (Saturation) - регулирует уровень насыщенности цветами. Нижняя – Яркость (Lightness) - уровень яркости всей палитры (Рис. 4.30.).

Рис. 4.30. Линейки регуляторов в окне «Цвет/Насыщение» (Hue/Saturation...)

Теперь попробуйте сдвинуть вправо ползунок на линейке Цветовой тон (Hue). Происходит смещение цветов на изображении, обратите внимание на цветовые шкалы внизу. Сдвинув ползунок на линейке Цветовой тон (Hue), вы обнаружите, что цвета на нижней цветовой линейке начинают смещаться относительно цветов исходного изображения (верхняя цветовая шкала). Таким образом на фотографии синий цвет (верхняя шкала) превратился в зеленый (нижняя шкала) (Рис. 4.31).

Рис. 4.31. Коррекция цветового тона (Hue).

Теперь верните ползунок верхней линейки (Цветовой тон) в начальное положение и сдвиньте ползунок средней линейки влево до упора. Таким образом, цветовая насыщенность изображения оказывается полностью убранной, а фотография стала черно-белой (Рис. 4.32).

Рис. 4.32. Результат уменьшения насыщенности (Saturation).

Противоположный результат получается при увеличении насыщенности – на изображении бушуют краски (Рис. 4.33). Нижняя линейка (Lightness) регулирует яркость всего изображения, попробуйте изменять ее самостоятельно.

Рис. 4.33. Результат увеличения насыщенности (Saturation).

4.5.3.Уровневая коррекция цветопередачи

При обработке фотографий, часто бывает такая ситуация, что стандартных функций яркости и контрастности не хватает для коррекции изображения. В нашем следующем примере, если увеличить яркость изображения слева, темные участки станут более светлыми, однако светлые участки станут слишком яркими. Однако, это можно устранить, если знать соответствующую функцию программы Adobe Photoshop CS4 (Рис. 4.34.).

Рис. 4.34. Дефекты цветового баланса

Эта полезная функция называется «Уровни» (Levels) и позволяет более точно регулировать контрастность отдельных участков. Изучим принципы работы этой функции на простом примере, откройте файл, содержащий изображение цветных полос. На Рис. 4.34. вы видите семь цветных полос, в середине цвет чистый, внизу полос цвет переходит в черный, вверху - в белый.

Рис. 4.35. Пример с цветными полосами.

В уже знакомом меню «Изображение» (Image) - «Коррекция» (Adjustment) и выбираем пункт «Уровни...» (Levels). В окне управления находится гистограмма контрастности изображения. Под гистограммой расположена шкала с тремя регуляторами. Levels это трехпозиционный регулятор, этот инструмент коррекции может работать с отдельными участками изображения (очень темными или очень светлыми). Средний ползунок сдвигает пик контрастности (Рис. 4.36.).

Рис. 4.36. Инструмент Уровни (Levels).

Сдвинув влево правый ползунок можно добиться того, что светлые участки становятся очень светлыми, темные тоже приобрели цвет, тогда как средние участки (основные цвета) остаются практически неизмененными (Рис. 4.37.).

Рис. 4.37. Коррекция уровневого цветового баланса.

Картина изменяется если сдвинуть левый регулятор вправо. На изображении цветовых полосок светлые участки темнеют, приобретают цветность, темные становятся практически черными, а середины продолжают оставаться насыщенными. Остается разобраться в функциях центрального регулятора, Если сдвинуть регулятор влево, то светлые участки практически не изменились, а темные - посветлели. Этот прием можно применять при коррекции фотоснимков, сфотографированных в яркий солнечный день. На таких фотографиях окажутся и ярко освещенные места, и очень темные (в тени). Функция «Уровни» (Levels) можно поднять яркость затемненных областей и тем самым выровнять изображение (Рис. 4.38).

Рис. 4.38. Коррекция уровневого цветового баланса (положение центрального регулятора изменено).

Теперь попробуйте скорректировать нашу исходную фотографию, найдите на диске файл 4844[1].jpg и откройте его в программе Adobe Photoshop CS4. Требуется сдвинуть центральный ползунок влево. Самостоятельно попробуйте добиться увеличения контраста темных участков, оставив яркие без изменения.

Помимо инструмента «Уровни» (Levels) для коррекции общего тонального диапазона изображения можно использовать диалоговое окно «Кривые» (Curves; вызывается комбинацией клавиш Ctrl и M). Коррекция тонального диапазона с помощью инструмента «Кривые» дает возможность устанавливать точки во всем тональном диапазоне изображения (от теней до ярко освещенных участков). В диалоговом окне «Кривые» можно также выполнять точную коррекцию отдельных цветовых каналов изображения. Настройки диалогового окна «Кривые» можно сохранять в виде наборов.

В коррекции «Кривые» тональный диапазон представляется в виде прямой диагональной опорной линии, так как входные уровни (исходные значения интенсивности пикселей) и выходные уровни (новые значения цветов) идентичны (Рис. 4.39.).

Рис. 4.39. Вид окна инструмента «Кривые» (Curves).

Горизонтальная ось графика представляет входные уровни; вертикальная ось представляет выходные уровни. Корректировать тональность и цвет изображения можно, меняя форму кривой в диалоговом окне «Кривые» (Рис. 4.39.). При перемещении с помощью мыши кривой вверх или вниз изображение становится светлее или темнее в зависимости от того, выбрано в диалоговом окне отображение уровней или процентных значений. Более крутые части кривой представляют области высокого контраста; плоские части кривой представляют области низкого контраста. Если в диалоговом окне коррекции «Кривые» выбрано отображение уровней, а не процентных значений, то верхний правый угол графика представляет светлые участки изображения.

Рис. 4.40. Перемещение точек инструмента «Кривые» (Curves) позволяет корректировать тональный диапазон изображения.

Перемещение точки в верхней части кривой позволяет скорректировать светлые участки; перемещая точку в центре кривой, вы корректируете средние тона; перемещая точку внизу кривой, вы настраиваете тени. Чтобы сделать светлые участки более темными, перенесите точку наверху кривой ниже. При переносе точки вниз или вправо входное значение привязывается к более низкому выходному значению, и изображение становится темнее. Для того чтобы осветлить тени, перенесите точку внизу кривой вверх. При перемещении точки вверх или влево более низкое входное значение привязывается к более высокому выходному значению, и изображение становится светлее.

Помимо описанных в этом разделе способов доступа к инструментам цветовой и тоновой коррекции (т.е. с помощью горячих клавиш и меню) в версии Adobe Photoshop CS4 также есть специальная панель «Коррекция» (Adjustment), на которой собраны значки этих инструментов (Рис. 4.41.).

Рис. 4.41. Панель «Коррекция» (Adjustment). Элемент интерфейса Adobe Photoshop CS4.

При щелчке по значку инструмента выбирается соответствующая коррекция и автоматически создается корректирующий слой (подробнее о работе со слоями смотри далее). Для удобства пользователя панель "Коррекция" содержит список фиксированных коррекций (наборов), которые применяются для выполнения стандартных операций с изображениями. Существуют наборы для уровней, кривых, экспозиции, цветового тона/насыщенности, баланса черного и белого, микширования каналов и выборочной коррекции цвета. Щелчок по набору применяет соответствующую коррекцию к изображению.

На панели доступны следующие команды цветокоррекции (Рис. 4.41.):

Автокоррекция уровней (Levels Presets) – быстрое исправление цветового баланса изображения.

Команды «Уровни» (Levels), «Кривые» (Curves), «Экспозиция» (Exposure), «Вибрация» (Vibrancy), «Цвет/Насыщение» (Hue/Saturation...), «Цветовой баланс» (Color Balance...), «Фотофильтр» (Photo Filter) и другие.

Команда «Экспозиция» (Exposure) корректирует тональность, выполняя вычисления в линейном цветовом пространстве.

Команда «Вибрация» исправляет цветовую насыщенность с минимальным отсечением.

Команда «Фотофильтр» (Photo Filter) применяется для коррекции цвета путем имитации использования фильтра Kodak Wratten или Fuji, установленного перед объективом камеры.

4.5.4. Простые приемы устранения дефектов на фотографиях. Знакомство с инструментами программы Adobe Photoshop CS4.

Часто на фотографиях встречаются дефекты, например, эффект «красных глаз», блики света. Эти недостатки, наряду с недостатками самих моделей фотосъемки тоже можно устранить в Adobe Photoshop CS4. Для этого, конечно, недостаточно подкорректировать общую яркость или тон изображения. Выполнив следующие задания, вы научитесь ретушировать фотоизображения. Под ретушью понимается редактирование изображения с целью улучшения (или изменения) его качества, например, усиление резкости, уменьшение резкости (смягчение) и прочее.

Для тренировки откройте файл c фотографией людей. Исправим дефекты – красные глаза, дефекты кожи моделей, световой блик и полосу в верхней части фотографии (Рис. 4.42.).

Рис. 4.42. Исходная фотография

Для ретуши фотографий применяются различные инструменты, например: Blur (Размытие), Sharpen (Резкость), Smudge (Смазывание). Для работы с этими инструментами нужно подвести указатель мышки к месту на изображении, которое требует коррекции, и, нажав левую кнопку мыши, произвести изменения. Радиус действия инструмента зависит от выбранного размера кисти на палитре Options. Все три инструмента имеют возможность настройки режима наложения (Mode) и силы воздействия (Strength) (Рис. 4.44.).

Приступив к более подробному рассмотрению инструментов программы Adobe Photoshop CS4 мы начнем с самых основных. Инструмент Brush (Кисть) позволяет наносить на изображение текущий основной цвет. С помощью этого инструмента создаются мягкие цветные штрихи, что позволяет просто-напросто закрасить (однородным цветом) требующую коррекции область. Это позволяет исправить сравнительно простые дефекты (на однотонных участках изображения). Далее вы сами сможете оценить эффективность применения этого инструмента в комбинации с инструментом «Размытие» (Blur).

Рис. 4.43. Инструменты, использующиеся для ретуширования фотоизображений.

Итак, перед тем как использовать инструмент Кисть (Brush) требуется выбрать основной цвет (Рис. 4.44.). В программе основной цвет (верхнее поле выбора цвета на палитре Инструменты, «Tools»; Рис. 4.44.) используется для раскраски, заливки и обводки выделенных областей, а фоновый (нижнее) применяется для градиентной заливки и заполнения стираемых областей изображения. По умолчанию основной цвет черный, а фоновый — белый. Новый основной или фоновый цвет можно назначить при помощи инструмента Пипетка (Рис. 4.44., Eyedropper Tool, горячая клавиша – I), щелчком мыши по полям выбора цвета на палитре Инструменты, «Tools» (в открывшемся окне цвет можно задать, пользуясь различными цветовыми моделями; Рис. 4.44.). С помощью инструмента Пипетка (Eyedropper Tool) вы определяете цвет в некоторой локальной области изображения, этот цвет определяется как основной. Для этого просто щелкните левой кнопкой мышки в любом месте рисунка, поближе к дефекту.

Рис. 4.44. Выбор основного цвета.

Вернемся к работе с инструментом Кисть (Brush). В селекторе «Наборы кистей» выберите подходящую кисть, выберите размер кисти (на панели свойств инструмента). Нажимая левую кнопку мыши, наносите на изображение штрихи. Чтобы применить инструмент Кисть в качестве аэрографа, распыляйте краску, удерживая кнопку мыши, но не перемещая курсор.

Начнем с самого простого, предстоит убрать светлую точку, увеличьте масштаб и сместите область просмотра на необходимое место.

Определив цвет (используйте инструмент Пипетка), сделайте активным инструмент Кисть (Brush), размер кисти примерно 10 - 12 пикселей (Рис. 4.44.). Теперь, закрасьте дефект, проведя по нему инструментом.

Рис. 4.45. Настройка инструмента Кисть (Brush), справа – результат.

Следующий шаг исправление дефектов на коже модели. Для закрепления изученного материала выполните это самостоятельно. Примерный порядок действий таков: увеличьте масштаб, с помощью инструмента Пипетка (Eyedropper Tool) определите цвет краски, щелкнув мышью поближе к дефекту (важно правильно подобрать цвет). Теперь с помощью инструмента Кисть (Brush) замажьте прыщик (размер кисти должен быть небольшим).

Результат представлен на Рис. 4.46, однако нанесенное пятно очень явно выделяется на фотографии. Это хорошо видно на большом увеличении (Рис. 4.46, в центре). Попробуем размыть область закрашивания нужно, тем самым, избавившись от резких переходов (Рис. 4.46).

Рис. 4.46. Коррекция дефектов на фотографии.

Для размытия выберите инструмент Размытие (Blur). Этот инструмент используется для смягчения резких границ на изображении. Размер кисти должен быть больше, чем при рисовании (например, 4 пикселей) (Рис. 4.46).

Пользуясь инструментом Размытие (Blur), «размажьте» пятно по большей поверхности. Таким образом, сгладятся резкие границы рисованной области. Можно воспользоваться этим инструментом, чтобы убирать световые блики, которые возникают от фотовспышки и других направленных источников света

Результат стал безусловно лучше, однако участок по-прежнему заметен. Ввиду того, что на фотографии всегда присутствует множество оттенков, неравномерностей цветовой окраски (текстур или просто неравномерного фона из-за цифровых шумов фотоаппарата) применение инструмента Brush «Кисть» (даже в комбинации с инструментом Размытие) не позволяет добиться приемлемого эффекта на сложных участках.

Гораздо более универсален для такого рода коррекции фотоизображений инструмент Clone Stamp (Штамп), который позволяет сохранять текстуру фотографии. Инструмент Штамп предназначен для нанесения одной части изображения поверх другой части этого же изображения или любого другого открытого документа, имеющего тот же цветовой режим. Помимо удаления дефекта в изображении инструмент Штамп (Clone Stamp Tool) полезен для копирования объектов.

Для использования инструмента Штамп (горячая клавиша – S) нужно установить пробную точку в область, из которой нужно произвести копирование (клонирование) пикселей и рисовать в другой области. Попробуйте самостоятельно применить инструмент Clone Stamp Tool для исправления дефектов на изображении (Рис. 4.47.).

Рис. 4.47. Результат коррекции фотоизображения с помощью инструмента Штамп (Clone Stamp Tool).

Для того, чтобы продолжить рисование с той точки, где была отпущена кнопка мыши, необходимо выбрать параметр Выравнивание (Aligned на панели свойств этого инструмента). При снятом флаге Выравнивание рисование всегда начинается с первоначально выбранной пробной точки. С инструментом Штамп можно использовать любые размеры кончика кисти, что позволяет точно контролировать размер области клонирования (Рис. 4.47.). Так же для управления процессом переноса изображения можно изменять настройки прозрачности (Opacity) и количества краски (Flow).

Помимо инструмента Штамп (Clone Stamp Tool) в программе Adobe Photoshop CS4 есть еще более интересные инструменты для ретуширования и устранения дефектов фотографий. Инструменты этой группы эффективны и также довольно легки в освоении (Рис. 4.48.). Здесь мы коснемся только основных принципов работы с ними.

Инструмент Восстанавливающая кисть (Healing Brash Tool) позволяет исправлять дефекты изображения на основе соседних областей. Как и при использовании инструмента Штамп, рисование Восстанавливающей кистью происходит с помощью пикселей, выбранных из изображения или узора. Однако инструмент Восстанавливающая кисть (Healing Brash Tool) также сопоставляет текстуру, освещенность, прозрачность и затененность пикселей образца (нужно указать точку) с аналогичными параметрами пикселей восстанавливаемого изображения. В результате этого восстановленные пиксели незаметно смешиваются с изображением.

Рис. 4.48. Набор инструментов для восстановления изображения.

Инструмент Точечная восстанавливающая кисть (Spot Healing Brash Tool) позволяет быстро удалять с фотографий пятна и другие дефекты. Действия точечной восстанавливающей кисти аналогичны действиям восстанавливающей кисти, однако в отличие от Восстанавливающей кисти (Healing Brash), для Точечной восстанавливающей кисти (Spot Healing Brash) не требуется указывать точку, которая используется в качестве образца. Точечная восстанавливающая кисть автоматически выбирает образцы пикселей из области вокруг ретушируемого фрагмента.

Отметим, что при ретушировании больших областей предпочтительнее использовать простую восстанавливающую кисть, а не точечную. Кроме того, простая восстанавливающая кисть обеспечивает дополнительные возможности при выборе пробных пикселей источника.

Инструмент Заплатка (Patch) позволяет восстанавливать выделенную область с помощью пикселей другой области или узора и действует аналогично инструменту Восстанавливающая кисть (Healing Brash). С помощью Заплатки (Patch) можно клонировать отдельные области изображения.

В качестве задания, попробуйте самостоятельно применить инструмент Точечная восстанавливающая кисть (Spot Healing Brash) для исправления изображения.

Теперь рассмотрим порядок действий по устранению эффекта «красных глаз», который случается при фотографировании на фотоаппараты со вспышкой. Эффект красных глаз вызван отражением вспышки фотоаппарата в сетчатке глаза. Наиболее часто этот эффект возникает при съемке в затемненном помещении, поскольку зрачки при этом расширены. Избежать эффекта красных глаз можно с помощью соответствующей функции фотоаппарата. Гораздо лучше предотвращает появление «красных глаз» использование отдельной вспышки, которая устанавливается на фотоаппарат на большем расстоянии от объектива.

Увеличьте масштаб исходного изображения таким образом, чтобы глаз модели с красным зрачком был достаточно крупным (Рис. 4.49.).

Рис. 4.49. Коррекция эффекта «красных глаз» на фотографии (шаг 1).

Следующим шагом будет применение инструмента Красные глаза (Red Eye Tool), который позволяет удалять эффект красных глаз, а также удалять белые и зеленые блики на фотографиях людей и животных, снятых со вспышкой.

Порядок использования инструмента примерно такой:

  1. Сделайте активным инструмент Красные глаза (Red Eye Tool)
  2. Укажите с помощью мыши область, где проявился эффект красных глаз. Если не удалось добиться нужного эффекта, отмените коррекцию, затем установите на панели параметров инструмента несколько из приведенных ниже параметров и щелкните красный глаз еще раз

Рис. 4.50. Коррекция эффекта «красных глаз» на фотографии (шаг 2).

Результат применения инструмента Красные глаза (Red Eye Tool) показан на Рис. 4.50.

4.6. Понятие слоя. Технология работы со слоями

4.6.1. Работа с цветом фона

Самая интересная особенность программы Adobe Photoshop CS4 возможность послойного создания и редактирования изображений. Метафору слоев в программе Adobe Photoshop CS4 можно представить в качестве листов прозрачной кальки. Каждый лист кальки – это отдельный слой. Пользователь может создавать и редактировать разные элементы рисунка отдельно друг от друга на разных слоях. Слои можно перемещать, применять к ним различные фильтры и эффекты, комбинировать, это позволяет упростить процесс редактирования растровых изображений и добиться интересных возможностей и эффектов. Для освоения навыков работы создайте новый документ в программе Adobe Photoshop CS4. Откройте меню Файл (File) выберите пункт Новый (New). В открывшемся окне укажите размеры будущего изображения и нажмите «ОК» (Рис. 4.41.).

Рис. 4.51. Создание нового графического изображения.

Создается изображение с белым фоном (по умолчанию). Чтобы понять основные принципы работы со слоями включите палитру управления слоями (Слои, Layers) (Рис. 4.42.).

Рис. 4.52. Изображение с белым фоном, слева панель управления слоями (Layers).

Обычно панель управления слоями уже находится на рабочем столе. Если по какой-то причине ее убрали, то вернуть ее можно из меню Окно (Window) - Слои (Layers) или нажатием функциональной клавиши F7 (Рис. 4.42.).

На панели управления слоями потребуется открыть самую первая вкладку, которая так и называется Слои (Layers). Взглянув на вкладку Слои (Layers) видно, что сейчас изображение состоит только из одного слоя - Задний план (Background или фон) (Рис. 4.42.).

Уже отмечалось, что по умолчанию фон белого цвета. Закрасьте его. Для этого сначала надо определить цвет будущей заливки. Щелкнем по верхнему цветному квадрату на панели инструментов (независимо от того, какого он цвета). Откроется стандартное окно выбора оттенка. Сначала выберите основной цвет на цветной линейке справа, а потом - нужный оттенок. Все эти действия производятся с помощью левой кнопки мышки. Можно внести известные вам параметры цвета вручную в соответствующие поля справа. После этого щелкните по кнопке «OК» (Рис. 4.44.).

Рис. 4.53. Выбор цветового оттенка для закрашивания фона

Теперь выберите инструмент Заливка (Paint Bucket). Инструмент Заливка позволяет выполнять заливку смежных пикселей, имеющих значение цвета, подобное пикселям той области, на которой выполнен щелчок мышью.

Использование инструмента Заливка (Paint Bucket) происходит так:

  1. Выбор инструмент Заливка
  2. Далее требуется указать, должна ли быть выполнена заливка выделенной области основным цветом или узором
  3. Затем требуется выбрать режим наложения (Mode) и непрозрачность (Opacity) для краски. Список режимов наложения показан на Рис. 4.44

Рис. 4.54. Выбран инструмент Заливка (Paint Bucket), список режимов наложения открыт.

  1. Можно ввести допуск для заливки (поле Tolerance). Этот параметр определяет, насколько подобным по цвету должен быть пиксель (по отношению к пикселям, на которых выполнен щелчок), чтобы к нему была применена заливка. Значения могут быть выбраны в диапазоне от 0 до 244. При низком допуске происходит заливка пикселей цветами в диапазоне значений цветов, весьма подобных пикселю, на котором выполнен щелчок. При высоком допуске происходит заливка пикселей с цветами сильнее отличающимися от указанного
  2. Флаг в поле Сглаживание (Anti-alias) нужен, если требуется сгладить края выделенной области, в которой выполнена заливка
  3. Если требуется выполнить заливку только пикселей, смежных с тем, на котором был выполнен щелчок, выберите параметр «Смежные пикселы» (флаг в поле Contiguous); оставьте этот параметр невыбранным, чтобы была выполнена заливка всех подобных пикселей в изображении
  4. Чтобы выполнить заливку пикселей с учетом объединенных данных о цвете, относящихся ко всем видимым слоям, установите флажок Все слои (All Layers)
  5. Для применения заливки (основным цветом или узором) просто щелкните часть изображения, в которой необходимо выполнить заливку

В нашем случае мы не будем изменять установки инструмента Заливка (Paint Bucket) и сразу применим его. Обратите внимание, что и в панели управления слоями можно видеть, что слой изменил свой цвет (Рис. 4.44.).

Рис. 4.55. Слой Background, сменивший цвет.

Теперь научимся создавать новые слои. Для этого можно воспользоваться меню Слой (Layer), выбрать пункт Новый (New) и в открывшейся панели выбрать пункт Слой (Layer...) (Рис. 4.46).

Рис. 4.56. Создание нового слоя с помощью меню Слой (Layer).

Создавая новый слой, вы можете указать его параметры (например, название, цвет). Для применения параметров нажмите кнопку «OK» (Рис. 4.47.).

Рис. 4.57. Указание параметров для нового слоя

На панели управления слоями появилась новая строка – Слой 1 (или с тем именем, которое вы указали). Поскольку слой изначально прозрачный (это показано черно-белыми клеточками), то сквозь него виден фон (Рис. 4.47.). Вы можете попробовать самостоятельно залить слой краской другого цвета.

4.6.2. Создание прямоугольника на новом слое

Теперь создадим на новом прозрачном слое прямоугольник. Проще всего это сделать инструментом Прямоугольная область (Reсtangular Marquee Tool). Выбрав инструмент, щелкните левой кнопкой мышки в любом месте своей иллюстрации и, не отпуская кнопку мышки, вытяните прямоугольник по диагонали в любую сторону. Если вы хотите создать ровный квадрат, то при вытягивании нажмите и удерживайте клавишу Shift на вашей клавиатуре (Рис. 4.48.).

В Adobe Photoshop CS4 используются самые различные инструменты для выделения. Группа инструментов «Область» служит для выделения прямоугольных, овальных областей, областей из одной строки точек-пикселей или одного столбца. Группа инструментов «Лассо» служит для создания нарисованных от руки, многоугольных (с прямыми краями) и привязанных к границам объектов областей выделения. В дальнейшем мы рассмотрим пример использования инструмента из этой группы. Инструмент «Волшебная палочка» выделяет области, окрашенные сходным образом.

Рис. 4.58. Выделение прямоугольной области в новом слое.

Прямоугольную область выделения залейте синим цветом (более ярким, чем фон) Снова щелкните мышкой по цветному квадрату и выберите новый оттенок. После чего нажмите на кнопку «ОК» (Рис. 4.49.).

Рис. 4.59. Закрашивание прямоугольной области, операция выбора цвета.

Для заливки воспользуйтесь инструментом Paint Bucket (Заливка) и щелкните в любом месте внутри выделенной области. Прямоугольник закрасился и стал синего цвета. Пиксели внутри выделенной области перестали быть прозрачными, сквозь прямоугольник не виден голубой фон. На панели управления слоями можно видеть появившуюся синюю фигуру на новом слое (Рис. 4.60.).

Рис. 4.60. Прямоугольная область, окрашенная в выбранный цвет.

Теперь уберите выделение, это можно выполнить с помощью меню Выделение (Select) – Отменить выделение (Deselect) или комбинаций клавиш Ctrl и D) (Рис. 4.61.).

Рис. 4.61. Выбор пункта меню для снятия выделения с области.

Работать со слоями очень удобно. Например, если бы прямоугольник был нарисован непосредственно на фоне (т.е слоев бы не было вообще), то изменить его местоположение на рисунке было бы сложно. С помощью слоев это сделать легко. Нажав мышкой на панели управления слоями, сделайте активным Слой 1 (Layer 1). Затем выберите инструмент Перемещение (Move Tool), захватите прямоугольник (нажав и удерживая левую кнопку мышки) и переместите его в другое место на рисунке (Рис. 4.62.).

Рис. 4.62. Перемещение прямоугольника в другую область слоя.

4.6.3. Создание круга на новом слое

Теперь нарисуйте еще одну фигуру - круг. Для этого создайте новый слой (Слой 2; Layer 2) (Рис. 4.64.).

Рис. 4.63. Создание нового слоя (Слой 2; Layer 2).

На Рис. 4.64 видно, что на панели управления слоями добавилась еще одна строка – Слой 2. Как и в предыдущем случае, для того чтобы нарисовать круг выберите инструмент из группы Область, он называется Овальная область (Elliptical Marquee Tool) (Рис. 4.64.).

Рис. 4.64. Выбор инструмента Овальная область (Elliptical Marquee Tool) для создания эллиптического выделения.

Важно проследить, чтобы на панели управления слоями был выделен нужный слой (Слой 2 в нашем случае). Теперь создайте круглую или овальную выделенную область на Слое 2. Направление движения инструмента показано на рисунке стрелкой (Рис. 4.64.). Теперь выберите цвет заливки для новой фигуры (пусть в нашем примере это будет красный).

Снова воспользуйтесь инструментом Заливка (Paint Bucket) для закраски выделенной области. На панели управления слоями видно появление новой фигуры на слое Слой 2 (Layer 2). Обратите внимание на то, что на панели управления (Layers) мы видим каждую фигуру отдельно на своем слое целиком (Рис. 4.64.). Нажав комбинацию клавиш Ctrl и D, уберите ненужное выделение (можно также воспользоваться соответствующим меню).

Рис. 4.65. Отображение круга на слое Слой 2 (Layer 2).

4.6.4. Создание контура у нарисованных фигур

Теперь добавим к фигурам контур, для этого откройте меню Редактирование (Edit) и выберите пункт «Выполнить обводку…» (Stroke…) (Рис. 4.66).

Рис. 4.66. Выбор пункта меню «Выполнить обводку…» (Stroke…).

Открывается окно параметров контура фигуры (Рис. 4.67.). Укажите значения ширины контура и цвет в соответствующих полях окна. Это сделать очень просто. При щелчке на окрашенный прямоугольник «Цвет» (Color) откроется стандартное окно выбора цвета.

Пункт Положение (Location) относительно границы позволяет определить размещение линии контура - внутри физического контура фигуры, по центру (т.е. точно по границы оконтуриваемой фигуры) или снаружи. После установки необходимых значений щелкаем по кнопке «OK» (Рис. 4.67.).

Рис. 4.67. Выбор параметров для линии обводки фигуры

Вот результат, круг на Слое 2 приобрел явный темны контур. Самостоятельно вы можете добавить контур к прямоугольнику на Слое 1 (Рис. 4.68.).

Рис. 4.68. Круг и прямоугольник с созданными контурами.

4.6.5. Создание прямой линии

Теперь попробуйте самостоятельно нарисовать простую прямую линию (конечно на новом слое, вы уже умеете создавать слои сами). Для того чтобы нарисовать линию воспользуйтесь инструментом Линия (Line Tool). Обратите внимание на свойства инструмента выбранного вами. В поле Толщина (Weight) следует указать толщину линии в пикселях (Рис. 4.69.).

Рисуя линию, щелкните левой кнопкой мыши в подходящем месте рисунка и, не отпуская кнопку, вытяните линию в нужном направлении и отпустите кнопку мыши. Повторите это еще раз для закрепления полученного навыка. На приведенном рисунке показано, что на слоях Shape 1 и Shape 2 (Фигура 1 и 2) нарисованы линии красного и синего цветов соответственно.

Рис. 4.69. Две нарисованные прямые линии.

4.6.6. Перемещение объектов на слоях

Теперь попробуйте самостоятельно переместить формы на слоях Фигура 1 и Фигура 2 относительно друг друга. Не забудьте, что у вас при этом должен быть выбран (сделан активным) соответствующий слой и включен инструмент Перемещение (Move Tool) (Рис. 4.70.).

Рис. 4.70. Перемещение прямой на слое Shape 2.

Поставив флаг в поле Show Transform Controls (Показывать Маркеры Трансформации) вы можете не только перемещать объекты на другое место, но и вращать их, трансформировать их форму и размеры (сжимать или растягивать) (Рис. 4.70.). При этом не нужно выбирать специальный инструмент, он активируется сам. Обратите внимание, что управлять перемещениями и трансформацией объекта можно с помощью мыши (интерактивно), а можно вводить координаты в соответствующие поля панели свойств инструмента.

Трансформирование можно применять к выделенной области, целому слою, нескольким слоям или к слою-маске. Кроме того, трансформирование применяется к контуру, векторной фигуре, векторной маске, границе выделения или к альфа-каналу (подробнее о слоях-масках и альфа-каналах вы можете узнать далее).

Отметим, что при работе с пикселями (с растровыми объектами) трансформирование влияет на качество изображения, тогда как трансформирование векторной фигуры или контура является неразрушающим, поскольку при этом изменяются только математические вычисления, с помощью которых создан объект.

В общем случае, чтобы выполнить трансформирование, выделите нужный объект, затем выберите команду трансформирования: откройте меню Редактирование (Edit) и выберите нужный пункт из подменю Трансформация (Transform). Можно воспользоваться пунктом Свободная Трансформация (Free Transform) из того же меню (можно нажать Ctrl и T). При необходимости перед началом трансформирования настройте контрольную точку (маркер в центре; Рис. 4.70.).

Рис. 4.71. Выбор команды Трансформирование.

Команды подпунктов меню Трансформации (Transform) (Рис. 4.71.):

Scale (Масштабирование) увеличение или уменьшение элемента относительно контрольной точки — заданной точки, вокруг которой выполняется трансформирование (Рис. 4.70.). Масштабировать можно по горизонтали или по вертикали, а также по горизонтали и по вертикали одновременно.

Rotate (Поворот) поворот элемента вокруг контрольной точки (по умолчанию эта в центре объекта).

Skew (Наклон) наклон элемента по вертикали или по горизонтали.

Distort (Искажение) растягивание элемента по всем направлениям.

Perspective (Перспектива) к выбранному элементу применяется перспектива схождения в одной точке.

Warp (Деформация) изменение формы элемента.

Rotate (Вращение) элемент вращается на указанное число градусов по часовой или против часовой стрелки. Выполняется вращение на 180°, на 90° по часовой стрелке, вращение на 90° против часовой стрелки.

Flip (Отразить). Отражение выбранной области в горизонтальной (Horizontal) или вертикальной (Vertical) плоскости.

Для применения изменений нажмите на кнопку в правой части панели (обозначена «галочкой») (Рис. 4.72.).

Рис. 4.72. Операция трансформации применена к объекту на слое Shape 2.

С помощью клавиатуры (вам понадобятся клавиши со стрелками) сдвиньте объект (круг) в левый верхний угол рисунка. Обратите внимание, при этом фигуры перемещаются довольно медленно. После того, как вы полюбовались результатом, попробуйте самостоятельно изменить порядок слоев так, чтобы слой с кругом (Слой 2) оказался под слоем с прямоугольником (Слой 1). Это легко сделать в палитре Слои, пользуясь мышью (Рис. 4.74.).

Рис. 4.73. Перемещение слоев в палитре Слои (Layers).

4.6.7. Скрытие слоев

При работе над изображениями часто требуется временно скрыть один или несколько слоев, это делается простым щелчком по картинке с изображением глаза в строке нужного слоя на панели управления слоями. Чтобы сделать слой опять видимым, нужно вновь щелкнуть по пустому квадрату (Рис. 4.74.).

Рис. 4.74. Скрытие слоев Shape 1 и Shape 2 (Форма 1 и Форма 2).

Теперь рассмотрим основные принципы работы с прозрачностью слоя. Степень прозрачности слоя определяет, насколько сильно этот слой скрывает или отображает содержимое нижележащего слоя. Слой со степенью непрозрачности (Opacity) 1 % является практически прозрачным. Совершенно непрозрачный слой имеет показатель непрозрачности 100 % (Opacity 100%) (Рис. 4.74.).

Рис. 4.75. Непрозрачность слоев.

Отметим, что степень непрозрачности фонового слоя, а также закрепленных слоев (закрепленный слой отображается в палитре символом замок, и недоступен для изменений) слой постоянна и не может быть изменена (Рис. 4.74.).

Настройка непрозрачности слоя производится в два простых шага:

  1. Пользователь указывает слой или группу слоев на панели Слои (Layers)
  2. Затем можно на панели Слои (Layers) ввести нужный показатель непрозрачности (цифрами с клавиатуры или с помощью движка ползункового регулятора)

Существуют также настройки степени непрозрачности заливки слоев. Степень непрозрачности заливки оказывает влияние на пиксели и фигуры слоя, не затрагивая другие, ранее примененные к слою эффекты.

Для настройки степени непрозрачности заливки слоев выполните следующее:

  1. На панели Слои (Layers) выберите слой для которого требуется установить непрозрачности заливки
  2. На этой же панели введите степень непрозрачности заливки (Fill) в текстовом поле или измените ее значение с помощью движка ползункового регулятора

Выше мы упоминали про так называемые эффекты слоя, пришла пора кратко ознакомиться с ними. При работе со слоями Adobe Photoshop поддерживает создание множества эффектов, которые изменяют внешний вид содержимого слоев (например, эффекты затенение, подсветка, штриховка, скосы). Эффекты слоя привязываются ко всему содержимому слоя (отсюда и название).

Применим эффект Внешнего свечения (Outer Glow) к слою Layer 2 в нашем примере, для этого достаточно нажать на кнопку в нижней части палитры Слои (Layers) и выбрать соответствующую позицию списка (Рис. 4.76).

Рис. 4.76. Применение эффекта к слою, выбор нужного эффекта в списке.

В открывшемся окне поставьте параметры эффекта (структурно-размерные параметры будущего светового пятна). В нашем случае использовались такие (Рис. 4.77.), вы можете попробовать выбрать свои, ориентируясь на миниатюру в правой части окна и на результат предварительного просмотра в Окне документа.

Рис. 4.77. Применение эффекта к слою, настройка параметров эффекта в диалоговом окне Стиль Слоя (Layer Style).

Стиль слоя представляет собой совокупность эффектов, применяемых к слою или группе слоев. Обзор диалогового окна Стиль слоя (Layer Style) (Рис. 4.77.).

При перемещении или редактировании содержимого слоя эти же эффекты применяются к измененному содержимому. Например, эффект примененный к слою Layer 2 окажет влияние и на вновь добавленный объект (второй круг) (Рис. 4.78.). Значок эффектов слоя помещается на панели Слои (Layers) справа от имени слоя (Рис. 4.78.). Представленные на панели Слои (Layers) стили можно разворачивать с целью просмотра и редактирования составляющих их эффектов.

Рис. 4.78. Результат применения эффекта.

Рассматривая основы работы со слоями невозможно не упомянуть про корректирующие слои и маски.

Корректирующий слой применяет цветовые и тональные поправки к изображению, не меняя значений его пикселей. Например, вместо регулировки значений параметров Уровни (Levels) и Кривые (Curves) непосредственно на изображении можно создать корректирующий указанные значения слой. Регулировки цветности и тона хранятся в корректирующем слое и применяются ко всем нижележащим слоям. Произведенные изменения могут быть отменены в любое время. При этом будут восстановлены исходные настройки изображения. Для создания кооректирующего слоя воспользуйтесь меню Слои (Layers) – Новый Корректирующий Слой (New Adjustment Level) (Рис. 4.79.). Выбор корректирующего слоя соответствует командам, доступным на панели Коррекция (Adjustment).

Рис. 4.79. Создание нового корректирующего слоя (New Adjustment Level), показаны типы слоев.

Использование корректирующих слоев дает следующие преимущества:

Теперь кратко рассмотрим понятие «маска». В программе Adobe Photoshop существует возможность добавить к слоям маску для скрытия его областей и отображения содержимого нижележащих слоев. Маскирование слоев является мощным способом создания композиций, предназначенным для объединения фотографий в единое изображение, а также для проведения локальных корректировок цветности и тона.

Маски могут быть использованы для скрытия областей верхнего слоя и отображения содержимого нижележащих слоев. Существует два типа масок.

Слои-маски и векторные маски не разрушают изображение, то есть при последующем редактировании масок пиксели, которые ими скрыты, не теряются. Слои-маски и векторные маски отображаются в виде дополнительных миниатюр на панели Слои (Layers) справа от миниатюры слоя. Для слоя-маски данная миниатюра представляет собой канал градаций серого, создаваемый при ее добавлении. Миниатюра векторной маски представляет собой изображение контура, отсекающего содержимое слоя.

Изучив базовые основы работы со слоями в программе Adobe Photoshop CS4, сохраните результаты в файл. Для сохранения изображений, содержащих более одного слоя используется формат PSD. Выберите каталог для сохранения и укажите название файла.

PSD – это формат графических файлов редактора Adobe Photoshop. Он позволяет использовать компрессию и хранить изображения со многими слоями, их масками, дополнительными каналами, контурами и другой информацией, необходимой для редактирования и коррекции снимков. Пользователь впоследствии может открыть файл, сохраненный в PSD, и внести изменения в отдельные слои.

Рис. 4.80. Сохранение рисунка в файле.

Если требуется сохранить изображение в другом формате (например, в формате BMP или JPG) то нужно будет предварительно объединить все слои в один (Рис. 4.80.). Для этого выберите в меню Слой (Layer) пункт Выполнить сведение (Flatten Image), в результате все слои документа соединятся в один (Задний план, Background).

4.7. Технология работы с текстом

На следующем примере вы ознакомитесь с основными примами работы с текстом в программе Adobe Photoshop CS4. Создайте новый файл. В открывшемся окне укажите имя документа, размеры изображения в пикселях (1280 на 1024 пикселей в нашем примере), разрешение (72 dpi), цветовой режим (RGB) и нажмите «ОК».

Наберем текст. Для этого воспользуйтесь инструментом Горизонтальная печать (Horizontal Type Tool). Сделайте этот инструмент активным, выбрав его на панели, и щелкните в любом месте рабочего поля рисунка. Появляется мигающий курсор, который обозначает место начала надписи. В программе Adobe Photoshop CS4 текст автоматически создается на новом слое, обратите внимание, что на палитре Слои появился новый слой – Слой 1 (Layer 1). Прежде чем набирать текст выберите шрифт, начертание, размер (он указывается в типографских пунктах) и цвет букв (Рис. 4.81.).

Рис. 4.81. Задание параметров Текста, показан слой на котором расположен текст.

С помощью мышки или клавишами курсора выделите введенный текст (точно так же, как в текстовом редакторе) (Рис. 4.82.). Начертание и размер шрифта выделенного текста можно изменить уже после того, как он набран (изменяя соответствующие параметры на панели свойств инструмента) (Рис. 4.81.).

В то время как с помощью инструмента «Текст» можно создать текст на изображении, применение инструмента «Текст-маска» (Type Mask Tool) создает области выделения в форме текста, которые затем могут быть залиты цветом.

Рис. 4.82. Выделение напечатанного текста.

Новый цвет выделенного текста можно задать щелкнув мышью по цветному квадратику на панели настроек (Рис. 4.84.). В открывшемся стандартном окне выберите нужный (в нашем примере это один из оттенков красного) и нажмите «OK». Для того чтобы все новые параметры текста вступили в силу, щелкните по кнопке с изображением галочки на панели дополнительных настроек (Рис. 4.84.).

Рис. 4.83. Новый цвет текста, показана кнопка применения настроек.

Теперь добавьте к тексту какую-нибудь геометрическую фигуру (забегая вперед, скажем, что это придется делать на новом слое). Наша цель – более подробно изучить дополнительные эффекты, которые в программе Adobe Photoshop CS4 можно применять к слоям.

Сначала создайте новый слой (Слой (Layer)– Новый (New) – Слой (Layer)). В открывшемся окне укажите новое название слоя (Фигура 1) и щелкните по кнопке «OK». Создать новый слой потребовалось, потому что слой с текстом (слой МФПА) не предназначен для рисования. Дело в том, что символы текста (буквы, цифры, значки) представляют собой векторные объекты и рисовать на слое с текстом можно только после перевода этих объектов в растровые (т.е. после операции растрирования слоя). Вы можете самостоятельно убедиться, что если на панели управления слоями сделан активным текстовый слой, то изобразить какую-нибудь фигуру (например, прямоугольник) без растрирования этого слоя не удастся.

Воспользовавшись соответствующими инструментами из групп инструментов Область и Заливка, нарисуйте на новом слое прямоугольник (вы уже делали это раньше). Предварительно, щелчком по верхнему цветному квадрату (Foreground Color) на панели инструментов определите цвет новой фигуры, в нашем примере это будет синий (можно ввести с клавиатуры # 0047ff).

Для закрепления полученных ранее знаний, попробуйте трансформировать объект и применить к нему стили (о трансформации объектов и эффектах слоя вы узнали ранее).

Рис. 4.84. Изменение размера и местоположения прямоугольника. Стрелкой показано направление перемещения размерного маркера.

Выберите слой с прямоугольником (Фигура 1), после чего следует в меню Редактирование (Edit) выбрать пункт Трансформирование и указать тип трансформации объекта, можно также воспользоваться опцией Свободное трансформирование (Free Transform).

Пользуясь мышью (захватывая и перемещая такие метки) можно изменить размеры и положение прямоугольника (в нашем примере показано стрелкой) (Рис. Рис. 4.84.). Отдельно различные виды трансформации представлены в меню Редактирование (Edit) - Трансформирование (Transform), освойте их самостоятельно.

Перейдем к эффектам слоя (стилям), для этого нужно воспользоваться меню Слой (Layer) - Стиль слоя (Layer Style). Пользуясь следующим описанием, попробуйте положить тень под прямоугольник. Для этого на панели управления слоями сделайте активным слой с прямоугольником (Фигура 1) и в соответствующем списке выберите пункт Тень… (Drop Shadow...) (Рис. 4.84.).

Рис. 4.85. Создание эффекта тени, окно Стиль слоя (Layer Style).

Открывается окно управления стилем слоя, в левой части окна показан список эффектов. Эффект, отмеченный галочкой (в нашем случае тень), применен к выделенному слою. В средней части окна расположены параметры управления эффектом. В данном конкретном примере пользователь может изменить цвет тени, угол падения света, размер пятна тени, его размытость и др. В самой правой части окна расположена миниатюра для просмотра изменений, пользуясь ею попробуйте изменить значения параметров стиля слоя. Старайтесь достичь правдоподобного эффекта, после того как параметры выбраны, нажмите кнопку «OK».

Теперь для повторения и активизации полученных навыков переместите слой с фигурой в списке на одну позицию вниз (под слой с текстом), а сам прямоугольник переместите вверх, таким образом, что бы текст лежал поверху (Рис. 4.86).

Рис. 4.86. Применение эффектов к тексту и прямоугольнику.

К слою с текстом тоже можно применить любой из эффектов слоя. Сделайте слой с тексом активным и снова выберите пункт Тень (вы уже знаете, как это сделать и легко сделаете это самостоятельно).

Самостоятельно попробуйте применить другие эффекты к фигурам и тексту. Смело изменяйте параметры и наслаждайтесь результатом. Воспользуйтесь палитрой История (History) (Рис. 4.87.) для того, что бы отменить неудачные на ваш взгляд изменения.

Рис. 4.87. Палитра История (History).

4.8. Приемы работы с альфа-каналами

В этом примере будут рассмотрены приемы работы с альфа-каналами в Adobe Photoshop. Альфа-каналы применяются в программах растровой графики для комбинирования изображения с фоном с целью создания эффекта частичной прозрачности, что позволяет добиться красивых визуальных эффектов. Например, эффект виньетки для фотопортрета, который легко можно добиться путём установки полностью непрозрачной центральной области (то есть для лица и плеч), и прозрачной остальной обстановки с плавным переходом между двумя этими различными областями. Метод альфа-каналов часто применяется для многопроходной обработки изображения по частям с последующей комбинацией этих частей в единое двумерное результирующее изображение. Откроем исходный графический файл с изображением замка (chateau-de-versailles-44.jpg). Попробуйте с помощью альфа-канала создать плавный переход между правой половиной рисунка и непрозрачным фоном.

Изображение аллеи нужно выделить целиком, для этого можно воспользоваться инструментом Reсtangular Marquee Tool (Прямоугольное выделение) и обвести изображение по краю. Также можно открыть меню Select (Выбор) и воспользоваться пунктом "All" (Выделить все).

На следующем этапе, нужно вырезать выделенное изображение и поместить его в буфер обмена. Для этого требуется в меню Edit выбрать пункт Cut (Вырезать) или воспользоваться комбинацией клавиш Ctrl и X (в английской раскладке клавиатуры).

Изображение запоминается в буфер обмена, слой Background (Задний план) остается белого цвета.

Для того, чтобы вставить изображение из буфера обмена, нужно открыть меню Edit и выбрать пункт Paste (Вставка). Этому действию соответствует комбинация клавиш Ctrl и V (она работает и в других программах MS Windows) (Рис. 4.88.).

Рис. 4.88. Копирование исходного изображения целиком.

Скопированное (вырезанное) изображение вставляется на новый слой. Для изменения названий слоев пользователь может два раза щелкнуть левой кнопкой мышки по нужной строке на названии слоя и переименовать слой (Рис. 4.89.).

Рис. 4.89. Копирование изображения на новый слой.

На этом этапе работы с изображением нужно создать альфа-канал, управляя которым, будет возможно изменить параметры слоя. На панели управления слоями открываем закладку Channels (Каналы). На панели Каналы показана раскладка изображения по основным цветовым каналам RGB (красный-зеленый-синий). Создадим новый канал нажатием на соответствующую кнопку внизу панели (Рис. 4.90.).

Рис. 4.90. Создание альфа-канала.

Новому каналу по умолчанию присваивается название «Альфа 1», изображения канала Альфа 1 целиком черного цвета (Рис. 4.91.). Обратите внимание на горячие клавиши Рис. 4.91.

Рис. 4.91. Изображение канала Альфа 1.

Насыщенность цвета показывает степень непрозрачности изображения (чем светлее цвет, тем выше прозрачность). Необходимо выделить белым цветом ту часть, которая впоследствии будет прозрачной (Рис. 4.92.).

С помощью инструмента Градиентная заливка (Gradient Tool) создайте постепенный переход цветового поля альфа-канала от черного к белому через оттенки серого. При этом нужно выбрать стиль заливки Линейный градиент (Linear Gradient). Установить этот параметр легко с помощью панели дополнительных параметров инструмента.

Быстрый вызов инструментов группы Заливка Обрезка осуществляется нажатием клавиши G (в английской раскладке).

Применение инструмента Градиентная заливка (Gradient Tool) отличается тем, что необходимо указывать направление изменения цвета в залитой области. Для этого нужно щелкнуть левой кнопкой мышки у левого края изображения и, не отпуская кнопку, провести прямую линию вправо, не доводя указатель до правого края изображения. Вы должны добиться эффекта похожего на тот, что показан в примере (Рис. 4.92.).

Рис. 4.92. Применение градиентной заливки к альфа-каналу.

На темном фоне альфа-канала возникает переход цвета. Теперь следует перейти к палитре Слои (Layers) и сделать активным слой с изображением. С помощью меню Выделение (Select) – Загрузить выделенную область… (Load Selection...) примените альфа-канал к слою. В окне опции Загрузить выделенную область... нужно выбрать из списка Канал (Channel) пункт «Aльфа 1» и применить, нажав на «ОК» (Рис. 4.94.).

Рис. 4.93. Применение альфа-канала к изображению

Часть изображения оказывается выделенной, появляется рамка. Нажав клавишу Delete, удалите ее.

Удалив выделенную с помощью альфа-канала часть изображения, вы получите интересный эффект - изображение постепенно уходит в белый цвет - цвет фона (слой Layer 1 мы сделали невидимым). Если бы фон не был бы заполнен белым и на нем находилось бы другое изображение, то получился бы эффект перетекания одного изображения в другое (Рис. 4.94.).

Ненужное выделение убирается комбинацией клавиш Ctrl и D. Следующий шаг - сделать фон полосатым с помощью заливки цветом.

Рис. 4.94. Появление рамки на изменившемся изображении.

Создадим в Adobe Photoshop CS4 изображение размером 4 x 4 пикселей. На этом изображении создадим полосу, которую потом размножим на всю иллюстрацию (Рис. 4.94.).

Рис. 4.95.Создание нового изображения размером 4 х 4 пикселей.

Для цветных полос, нужно создать на половине нового изображения прямоугольную область выделения (Рис. 4.96).

Рис. 4.96. Выделим половину изображения.

Щелкнув мышью по цветному квадрату на панели инструментов, определите цвет полосы. В окне нужно выбрать нужный оттенок на цветовом поле или ввести значение цвета вручную (Рис. 4.97.).

Рис. 4.97. Создание цветной полосы, выбор цвета.

Инструментом Заливка (Paint Bucket) залейте выбранную область на новом документе. Для этого нужно просто щелкнуть левой кнопкой мыши внутри выделенной области. Затем уберите выделение.

Подготовленное таким образом изображение будет в дальнейшем использовано в качестве образца для заливки. Поместим рисунок заливки в специальную библиотеку для дальнейшего использования. Выделите его целиком (меню Выделение пункт меню Все…) (Рис. 4.98.).

Рис. 4.98. Выбор цвета полос.

Откройте меню Редактирование (Edit) – Определить узор… (Define Pattern....) В открывшемся окне определите название образца (пусть будет Узор 1) и нажмите «ОК» (Рис. 4.99.).

Рис. 4.99. Определение узора командой Define Pattern...

Активируйте инструмент Заливка (Paint Bucket). На панели дополнительных параметров инструмента выберите пункт «Pattern» (Образец) в выпадающем списке «Fill» (Заполнение). Это позволит использовать созданный до этого образец (Рис. 4.100.).

Рис. 4.100. Работа с образцом.

Щелчком мыши по выпадающему списку Образец (Pattern) откройте библиотеку текстурных заливок. Внизу выберите ту, что добавилась только что. Щелкните по ней два раза левой кнопкой мышки (Рис. 4.100.).

Выполним заливку на слое Задний план (Background), для чего выберем его на панели управления слоями.

Один раз, щелкнув левой кнопкой мышки по изображению, вы получите полосатый фон. Сочетание тонких полос и прозрачности на изображении дает интересный эффект. Для изменения цвета полос нужно войти в меню Изображение (Image) – Коррекция (Adjustments), выбрать уже известные вам пункты «Hue/Saturation...» или «Color Balance...» и скорректировать цветовую гамму слоя (Рис. 4.101.).

Рис. 4.101. Заливка на слое Задний план.

Для сохранения изображения выбирайте формат PSD. Для сохранения полученного изображения в других распространенных форматах компьютерной графики (например, в формате BMP), нужно склеивать все слои. Для этого перед тем как сохранять изображение в меню Слой (Layer) нужно выбрать пункт Выполнить сведение (Flatten Image).

Кроме объединения слоев, нужно отключить альфа-канал. На закладке Channels (Каналы), выберите нужный альфа-канал и щелкните по кнопке «Удалить», после чего можно сохранять в формате BMP (Рис. 4.102.).

Рис. 4.102. Удаление альфа-канала Alpha 1.

4.9. Приемы работы с фильтрами в программе Adobe Photoshop CS4.

В этом разделе вам предстоит ознакомиться фильтрами программы Adobe Photoshop CS4. Сгруппированные в одноименном меню программы (Рис. 4.114.), фильтры позволяют пользователю создавать мозаичные эффекты, случайным образом перераспределять цветовые значения пикселей, имитировать на изображении присутствие различных источников света, произвольно деформировать изображения, а также получать многие другие интересные визуальные эффекты. Фильтры можно применять ко всему изображению или только к отдельным его частям (например, к выделенной области или к отдельному слою), можно комбинировать эффекты фильтров, применяя их последовательно один за другим. Некоторые фильтры, поставляемые сторонними разработчиками, доступны в виде внешних модулей. После установки они отображаются в нижней части меню Фильтр (Filter).

Рис. 4.103. Меню Фильтры (Filter) программы Adobe Photoshop CS4.

Чтобы применить фильтр пользователь должен предварительно выделить фрагмент изображения (если это не сделать, то фильтр будет применен ко всему изображению), выбрать из меню Фильтр (Filter) нужный фильтр, задать параметры, просмотреть результат применения фильтра, и примените изменения, нажав кнопку «ОК».

В использовании фильтров следует учитывать следующие общие рекомендации:

Галерея фильтров (Filter Gallery…) обеспечивает предварительный просмотр для многих фильтров специальных эффектов (Рис. 4.114.).

Рис. 4.104. Пункт Галерея фильтров (Filter Gallery…) в меню Фильтр (Filter).

Галерея фильтров позволяет применять несколько фильтров, включать или выключать их эффект, сбрасывать параметры и изменять порядок их применения. Добившись удовлетворительных результатов, можно применить фильтр к изображению. В диалоговом окне Галерея фильтров (Filter Gallery…) доступны не все фильтры, имеющиеся в меню Фильтр (Filter) (Рис. 4.114.).

Рис. 4.105. Диалоговое окно Галерея фильтров (Filter Gallery…).

Рассмотрим фильтры добавляющие резкость они собраны с в специализированное подменю Резкость (Sharpen) (Рис. 4.116). Регулировка резкости позволяет улучшить качество большинства изображений независимо от того, каким образом они получены (сняты цифровой камерой или получены сканированием).

Рис. 4.106. Фильтры из подменю Резкость (Sharpen).

Фильтры подменю Резкость позволяют фокусировать расплывчатые изображения, повышая контраст смежных пикселей.

Фильтр Резкость (Sharpen) улучшает фокусировку выделенной области и повышает ее четкость.

Фильтр Резкость на краях (Sharpen Edges) определяет в изображении области с существенными изменениями цвета и повышает их резкость. Этот фильтр используется для повышения резкости краев без указания каких-либо количественных параметров. В результате этого края становятся более ярко выражены, создавая иллюзию повышения четкости изображения.

Фильтр Умная резкость (Smart Sharpen) производит повышение резкости изображения, позволяя задать алгоритм и управлять его степенью на подсвеченных и затененных участках. Это предпочтительный способ увеличения резкости, если для увеличения резкости не используется какой-либо определенный фильтр.

Применяя фильтры подменю Резкость (Sharpen) следует помнить:

Изучим работу фильтра Умная резкость (Smart Sharpen). Откройте «коллаж» с пингвином и примените фильтр к слою с птицей (мы предусмотрительно сохранили документ в формате PSD). Откройте меню Фильтр (Filter) и выберите из раздела Резкость (Sharpen) фильтр, который называется «Умная» резкость (Smart Sharpen) (Рис. 4.117.).

Рис. 4.107. Устранение расплывчатости изображения

В открывшемся окне фильтра Умная резкость (Рис. 4.117.) можно изменяя параметры настроек наблюдать результат. Применив фильтр можно заметить, что изображение становится более четким. Снова увеличив масштаб изображения, посмотрите на края изображения птицы. Видно, что изображение имеет четкие границы. Это не очень естественно, поэтому края придется смягчить. В качестве самостоятельной работы, выполните это инструментом Blur Tool (Размытие).

Остается сохранить результаты работы (можно воспользоваться форматом PSD, а можно в BMP, только сначала не забудьте склеить слои).

Фильтр Unsharp Mask (по-русски также называемый Контурная резкость) повышает резкость изображения путем нахождения пикселей, значение которых отличается от окружающих пикселей на заданную пороговую величину. После этого фильтр увеличивает контрастность соседних пикселей на заданную величину. Таким образом, окружающие пиксели светлых пикселей становятся еще светлее, а темные пиксели вокруг темных становятся еще темнее.

Кроме этого, задается радиус области, с которой сравнивается значение для каждого пикселя. Чем больше радиус, тем больше выражены эффекты фильтра.

Делая изображение более резким, следует помнить, что чрезмерное увеличение резкости изображения приводит к появлению ореолов по краям.

Мы коротко рассмотрели фильтры группы Резкость (Sharpen), теперь было бы логично коснуться фильтров из подменю Размытие (Blur) программы Adobe Photoshop CS4 (Рис. 4.108.).

Фильтры Размытия смягчают выделение или все изображение и применяются при ретушировании. Они сглаживают переходы, усредняя характеристики пикселей, находящихся рядом с резкими краями четко выраженных линий и затененных областей изображения. Рассмотрим некоторые из них.

Рис. 4.108. Фильтры из подменю Размытие (Blur) программы Adobe Photoshop CS4.

Фильтр Усредненное Размытие (Average) находит средний цвет изображения или выделения, а затем заполняет изображение или выделение этим цветом, чтобы оно выглядело гладким. Например, если выделена область с изображением травы, этот фильтр преобразует область в однородное зеленое пятно (Рис. 4.109.).

Рис. 4.109. Результат применения фильтра Усредненное Размытие (Average).

Фильтр Размытие (Blur и Blur More) устраняют шум при наличии существенных переходов цветов в изображении. Фильтры Sharpen и Sharpen More сглаживают переходы, усредняя характеристики пикселей, находящихся рядом с резкими краями четко выраженных линий и затененных областей изображения.

Размытие по рамке (Blur Box) производит размытие изображения на основе среднего цветового значения соседних пикселей.

Размытие по Гауссу (Gaussian Blur) производит быстрое размытие выделения на изменяемую величину. Применение фильтра приводит к уменьшению количества деталей и позволяет создать эффект погружения в туман (Рис. 4.110.).

Рис. 4.110. Диалоговое окно и результат применения фильтра Размытие по Гауссу (Gaussian Blur).

Фильтр Размытие в движении (Motion Blur) выполняет размытие в указанном направлении (от -440? до +440?) и с указанной интенсивностью (от 1 до 999). Этот фильтр создает эффект, аналогичный получению снимка движущегося объекта с постоянным временем экспозиции.

Фильтр Радиальное размытие (Radial Blur) имитирует размытие изображения в камере при масштабировании или вращении, что позволяет создать эффект мягкого размытия.

Фильтр Размытие по фигуре (Shape Blur) для размытия использует фигуру (ядро). Выберите ядро из списка стилей заказных фигур и ползунком определения радиуса откорректируйте его размер (Рис. 4.111.).

Фильтр Умное размытие (Smart Blur) позволяет точно управлять размытием изображения. Предусмотрена возможность указать радиус, порог и качество размытия.

Рис. 4.111. Диалоговое окно и результат применения фильтра Размытие по фигуре (Shape Blur).

Размытие по поверхности (Surface Blur) выполняет размытие изображения с сохранением краев. Этот фильтр предназначен для устранения шума и зернистости (Рис. 4.112.).

Рис. 4.112. Диалоговое окно и результат применения фильтра Размытие по поверхности (Surface Blur).

Рассмотрим фильтры подменю Текстура (Texture), они позволяют создать впечатление глубины и материальности или придать изображению более естественный вид (Рис. 4.114.).

Рис. 4.113. Фильтры подменю Текстура (Texture).

В подменю Текстура (Texture) доступны следующие фильтры:

Кракелюры (Craquelure) наносит изображение на выпуклую рельефную гипсовую поверхность, создавая тонкую сеть трещин, которые повторяют контуры изображения. Этот фильтр позволяет создавать эффекты тиснения с применением изображений, которые содержат широкий диапазон цветов или градаций серого.

Зерно (Grain) добавляет текстуру к изображению, имитируя применение различных типов зерна.

Мозаика (Mosaic Tiles) изображение кажется составленным из небольших осколков или плиток, промежутки между которыми залиты раствором.

Цветная плитка (Patchwork) разбивает изображение на квадраты, заполненные цветом, преобладающим в этой области изображения. Этот фильтр случайным образом уменьшает или увеличивает глубину плитки, отражая наличие светлых и темных участков.

Витраж (Stained Glass) перерисовывает изображение в виде одноцветных смежных ячеек, обведенных основным цветом.

Текстуризатор (Texturizer) применяет к изображению выбранную или созданную текстуру (холст (Canvas), кирпичную кладку (Brick), трикотажную вязку (Burlap), песок (Sandstone) - или подгрузить внешний файл текстуры в формате PSD).

Открыв исходное изображение натюрморта, примените к нему фильтр Цветная плитка, который находится в группе фильтров Текстура (Texture) меню Фильтр. Полученный результат похож на вышивку изображения крестиком (Рис. 4.114.). Отмените изменения пользуясь палитрой История (или нажав комбинацию клавиш Ctrl и Z). Примените к этому изображению фильтр Текстуризатор (Texturizer...) и самостоятельно изменяйте настройки. После установки необходимых параметров щелкните по кнопке «ОК». Сохраните наиболее удачные результаты.

Рис. 4.114. Эффект вышивки крестиком

В следующем примере вы попробуете с помощью фильтров программы Adobe Photoshop CS4 создать рамки для фотоизображения. Помимо фильтров будут использоваться альфа-каналы, как инструмент для выделения части изображения. Таким образом, выполнив это задание, вы сможете закрепить навыки по работе с альфа-каналами в Adobe Photoshop CS4. Для начала работы откройте исходный файл с весенним пейзажем 78487[1].psd (Рис. 4.114.).

Рис. 4.115. Исходное изображение.

Пользуясь палитрой каналов, создайте новый канал (Рис. 4.116).

Рис. 4.116. Создание нового канала.

Создайте в нем прямоугольное выделение, затем обратите его. Для этого откройте меню Выделение (Select) и выполните команду Обратить выделение (Select/Inverse). Полученную выделенную область залейте чистым белым цветом, это вы уже умеете. Таким образом, нужные пиксели на рисунке окажутся выделенными (Рис. 4.117.).

Рис. 4.117. Выделение прямоугольной области альфа-канала.

Пользуясь меню Выделение (Select) отмените выделение, после этого следует применить фильтр, например, Искажение (Distort) Стекло (Glass), который имитирует эффект ребристого стекла. Фильтры подменю Искажение (Distort) производят геометрическое искажение изображения, создавая трехмерные или другие эффекты изменения формы.

Параметры настроек фильтра подберите произвольно, в результате должна получиться примерно такая область (Рис. 4.118.).

Рис. 4.118. Создание эффекта ребристого стекла

Применив фильтр, перейдите обратно в RGB Channel, а созданный канал сохраните как шаблон области выделения, для этого выполните команду «Load Selection» (Загрузить выделение), при этом флажок Invert (Инверсия) устанавливать не нужно. Затем заполните полученную область выделения цветом фона (в нашем случае этот цвет белый). Теперь остается насладиться результатом (Рис. 4.119.).

Рис. 4.119. Применение фильтра с эффектом ребристого стекла к исходному изображению

Сохраните полученное изображение в формате BMP. Самостоятельно примените несколько фильтров подменю Искажение (Distort) Adobe Photoshop CS4 для закрепления пройденного материала.

На рисунке показаны примеры рамок полученных с помощью некоторых фильтров программы, например, Sprayed Strokes (Аэрограф) или Ripple (Рябь) из групп Brush Strokes (Мазок кистью) и Distort (Деформация) (Рис. 4.140., Рис. 4.141., Рис. 4.142., Рис. 4.144).

Рис. 4.120. Применение фильтра к исходному изображению (пример 1)

Рис. 4.121. Применение фильтра к исходному изображению (пример 2)

Рис. 4.122. Применение фильтра к исходному изображению (пример 4)

Рис. 4.123. Применение фильтра к исходному изображению (пример 4)

Выполняя задание, в предыдущем примере вы ознакомились с отдельными фильтрами подменю Brush Strokes (Мазок кистью) и Distort (Деформация). Рассмотрим кратко перечень и назначение фильтров указанных групп.

Фильтры подменю Искажение (Distort) производят геометрическое искажение изображения, создавая трехмерные или другие эффекты изменения формы.

Фильтры подменю Distort (Деформация) представлены на Рис. 4.144, рассмотрим некоторые из них:

Рис. 4.124. Фильтры подменю Distort (Деформация).

Состав подменю Brush Strokes (Мазок кистью) показан на Рис. 4.124:

Рис. 4.125. Фильтры подменю Brush Strokes (Мазок кистью).

Фильтры подменю Мазок кистью (Brush Strokes) позволяют добиваться различных живописных и художественных эффектов с имитацией работы кистей и мазков краски. Отдельные фильтры этого типа позволяют повысить детализацию краев, добавить зернистость, краски, шум или текстуры, здесь мы кратко рассмотрим некоторые из них.

Рис. 4.126. Применение фильтра Акцент на краях (Accented Edges).

Фильтр Акцент на краях (Accented Edges) подчеркивает края изображения (Рис. 4.146).

Фильтры Наклонные штрихи (Angled Strokes) и Темные штрихи (Dark Strokes) перерисовывают изображение штрихами, Перекрестные штрихи (Crosshatch) тоже имитирует карандашную штриховку.

Фильтр Суми-э (Sumi-e) отрисовывает изображение в японском стиле, когда полностью пропитанная краской кисть проводится по рисовой бумаге (Рис. 4.127.).

Рис. 4.127. Настройка параметров фильтра Суми-э (Sumi-e).

На следующем примере мы изучим работу фильтра Эффекты освещения (Lighting Effects...). Откройте исходный файл с изображением монеты. Попробуем с помощью фильтра добавить на изображение подсветку (Рис. 4.128.).

Рис. 4.128. Открытие исходного графического файла

Откройте меню Фильтр (Filter) выберите группу фильтров «Render» (Рендеринг). Фильтры собранные в этой группе позволяют делать самые разные вещи, например, эффект мягкой облачности, трехмерную трансформацию объектов и световые эффекты. Выберите фильтр Эффекты освещения (Lighting Effects...) (Рис. 4.129.).

Рис. 4.129. Группа фильтров «Render» (Рендеринг).

Подсветим монету светом прожектора (Spot Light). Кстати, помимо него фильтр позволяет использовать источник дневного света (Directional), дающий равномерное освещение поверхности и лампочку с круговой засветкой (Omni). Выберите Spot Light, в окне предварительного просмотра появится цветная точка прожектора (по умолчанию она белая) (Рис. 4.140.).

Рис. 4.130. Подсветка монеты (настройка источника света)

С помощью мыши (захватив левой кнопкой эту точку) можно переместить источник света в любое место изображения. Окружность показывает область распространения света, пользуясь метками на ней можно произвольно выбирать размер этой области (Рис. 4.130.).

На панели Источник (Light Type) можно изменить спектр источника света («цвет лампы прожектора»). Выберите золотистый цвет, как показано на рисунке. После внесения изменений щелчком по кнопке «ОК» примените фильтр к изображению.

Монета превратилась в золотую (Рис. 4.121.).

Рис. 4.131. Эффект применения подсветки.

Однако металл должен блестеть, нет световых бликов. Пользуясь фильтром «Lens Flare» (Блик) из группы «Render» добавим монете блеск.

Откройте меню Фильтр (Filter) группу фильтров Рендеринг (Render) и выберите фильтр «Lens Flare...» (Блик). Пользуясь мышью, создайте в нужном месте изображения блик пропорционального размера. Варьируя параметры, подберите наиболее правдоподобный эффект (Рис. 4.132.).

Рис. 4.132. Применение фильтра Блик «Lens Flare...».

Этот фильтр имитирует блики в объективе фотокамеры при съемке. В нашем примере мы ограничились маленьким отсветом прямо на краю монеты (Рис. 4.144). Полученный результат сохраните.

Рис. 4.133. Результат применения фильтра «Lens Flare...» (Блик).

Говоря об обработке фотоизображений в Adobe Photoshop CS4 полезно будет рассмотреть также фильтры подменю Шум (Noise). Эти фильтры добавляют или удаляют шум или пиксели со случайно распределенными цветовыми уровнями. Фильтры группы Шум (Noise) дают возможность создавать необычные текстуры или удалять проблемные области (например, пыль и царапины) (Рис. 4.134.).

Рис. 4.134. Фильтры группы Шум (Noise).

Ограниченный объем нашего пособия не позволяет рассматривать фильтры этого подменю детально, однако ниже мы дадим краткое их описание.

Добавить шум (Add Noise) применяет к изображению случайно выбранные пиксели, имитируя эффект съемки на высокочувствительную пленку (Рис. 4.144.). Этот фильтр может использоваться также для придания большей реалистичности областям, серьезно подвергшимся ретушированию.

Ретушь (Despeckle) – фильтр определяет в изображении края (участки, в которых присутствуют существенные изменения цвета) и производит размытие всей выделенной области, кроме этих краев. В результате такого размытия происходит удаление шума, а детали сохраняются.

Пыль и царапины (Dust and Scratches) уменьшает шум, изменяя характеристики несходных пикселей.

Фильтр Медиана (Median) уменьшает шум в изображении, смешивая значения яркости пикселей в пределах выделенной области. Этот фильтр производит поиск в выделенной области в пределах заданного радиуса таких пикселей, которые имеют близкие значения яркости (при этом не учитываются пиксели, которые слишком сильно отличаются от смежных), после чего значение яркости центрального пикселя заменяется усредненным значением яркости пикселей, обнаруженных в результате поиска. Этот фильтр может применяться для устранения или уменьшения на изображении эффекта движения.

Уменьшить шум (Reduce Noise) фильтр позволяет уменьшить шум, сохраняя края.

Рис. 4.135. Диалоговое окно фильтра Добавить шум (Add Noise) и результат применения (слева – исходное изображение).

4.10. Применение фильтров к созданному тексту

Предлагаемое далее задание связанно одновременно с созданием текста Adobe Photoshop CS4 и с применением фильтров. В программе Adobe Photoshop CS4 создайте новое изображение (размер например 400x200 пикселей). С помощью инструмента Text Tool напишите на нем текст (цвет букв должен быть черным, а шрифт полужирный) (Рис. 4.146). На этих буквах мы будем добиваться эффекта ураганного ветра.

Рис. 4.136. Исходный текст

Соедините слои (МФПА и слой Задний план). Примените к изображению фильтр Crystallize (Кристаллизация). Этот фильтр находится в группе Pixelate (Оформление) и разбивает изображение на цветные части (клетки).

Фильтры подменю Оформление (Pixelate) повышают резкость выделенной области, объединяя в ячейки пиксели с близкими цветовыми значениями. Пользуясь случаем, рассмотрим некоторые из них:

Применяя фильтр Crystallize (Кристаллизация) параметр Cell Size (Размер клетки) целесообразно установить при этом в диапазоне от 4 до 4 пикселей, результат представлен на Рис. 4.147.

Рис. 4.137. Применение к исходному тексту эффекта кристализации

С помощью команды Инвертировать (Invert), которая находится в меню Изображение (Image) сделайте изображение негативным (Рис. 4.148.). Для этого можно также воспользоваться комбинацией клавиш Ctrl и I в английской раскладке. Затем требуется повернуть изображение на 90o градусов по часовой стрелке, это легко сделать с помощью команды Повернуть изображение (Image Rotation), которая находится в меню Изображение Image. Поворот изображения необходимо выполнить для того, чтобы буквы «сдувало» в правильном направлении.

Рис. 4.138. Негативное изображение.

К повернутому тексту применим фильтр Ветер (Wind), который находится в группе фильтров Стилизация (Stylize) (Рис. 4.149.). Направление «ветра» при этом выбираем слева направо, таким образом, чтобы после того, как буквы снова перевернутся на ноги краску с них ураганом «сдувало» вверх.

Сделаем небольшое отступление от описания примера и кратко рассмотрим некоторые фильтры из группы Стилизация (Stylize) (Рис. 4.149.).

Фильтры подменю Стилизация (Stylize) имитируют в выделенной области эффекты масляной живописи:

Рис. 4.139. Выбор фильтра Ветер (Wind) в подменю Стилизация (Stylize).

После применения фильтра Ветер (Wind), можно использовать фильтр Рябь (Ripple) из группы Искажение (Distort). После чего возвратите изображение в горизонтальное положение (Изображение - Повернуть холст) (Рис. 4.140.).

Рис. 4.140. Результат применения фильтра Рябь (Ripple) из группы Искажение (Distort).

Для достижения приемлемого эффекта, возможно, потребуется несколько раз последовательно применять комбинацию фильтров Ветер (Wind) и Рябь (Ripple), варьируя установки. В конце, комбинацией клавиш Ctrl и I (в английской раскладке клавиатуры) инвертируйте цвет изображения вторично (Рис. 4.141.).

Рис. 4.141. Применение комбинации фильтров

Выполнив следующее задание вы научитесь создавать красивые «буквы из стекла», а также повторите и закрепите материал по работе с эффектами слоев. Создайте в Adobe Photoshop CS4 новый документ, пусть размер изображения будет примерно 900 x 400 точек (можно чуть больше), а разрешение изображения можно сделать невысоким (примерно 100 пикселей/дюйм), для применения параметров нажмите «Да». Заполните Задний план изображения черным цветом и напечатайте белым цветом какой-нибудь текст. Важно определиться с гарнитурой шрифта и ее размером. Следует выбрать большой размер букв и шрифт с поддержкой полужирного начертания (текст должен быть заметным) (Рис. 4.142.).

Рис. 4.142. Подготовка исходного изображения.

Теперь, сделав активным слой с текстом (в нашем случае слой называется МФПА) примените к нему стиль Тиснение (Контур и Текстура; Bevel and Emboss). В диалоговом окне Стиль слоя (Layer Stile) установите следующие параметры:

Стиль – Внутренний скос (Inner Bevel), размер 4 пикселя - этот режим помещает эффект скоса и рельефа внутри текущего слоя.

Флажок Глобальное освещение (Use Global Light) должен быть снят, это позволит применить эффект независимо от других (другие эффекты не поменяют освещение своими параметрами) (Рис. 4.143.).

Рис. 4.143. Применение стилей к исходному изображению.

Теперь нужно изменить параметр Режима подсветки (Highlight Mode) на Нормальный (Normal), Непрозрачность (Opacity) выставите 100%. Щелчком по прямоугольнику с образцом цвета смените цвет подсветки с белого на голубой (например, установите такой цвет #4E4EBE). Измените Режим тени (Shadow Mode) тоже на Нормальный (Normal). Непрозрачность тени (Opacity) выставите тоже 100%. Цвет установите #2D474A. Посмотрите предварительный результат на миниатюре (Рис. 4.144.).

Рис. 4.144. Работа с режимом подсветки и тени.

Контуры стеклянных букв должны блестеть, поэтому необходимо настроить характеристики Контура глянца (Gloss Contours). После двойного щелчка на поле Контура глянца откроется окно Редактора Контуров (Contour Editor) (Рис. 4.144.).

Рис. 4.145. Работа с Редактором Контуров (Contour Editor).

Линия, располагающаяся посередине, показывает, что цвета после применения значений будут применены в средней части слоя с параметрами по умолчанию. Манипуляции с левой частью линии определяют цвет затененных областей (отдаленных от источника света), тогда как изменения правой части линии отзовутся на высвеченных областях (Рис. 4.144.).

Теперь в поле Набор (Preset) выберите Заказное (Custom) и, щелкнув мышью в середине линии (при этом появится маркер) в поле Вход введите, например 74%, в поле Выход – 40% (при этом середина кривой вертикально смещается вниз). Посмотрите а миниатюру: т.к. средняя часть графика представляет среднюю область на слое, то теперь она окажется затемненной и заполнится тем темным цветом, который вы устанавливали в поле Режим тени. С помощью мыши установите кривую Контура глянца как на Рис. 4.146.

Рис. 4.146. Вид кривой в окне Редактора Контуров (Contour Editor).

Для более четкой подсветки увеличьте параметр Глубина (Depth) на 40% и увеличьте параметр Размер (Size) примерно до 4 – 10 пикселей. Нажмите «ОК».

Измените свет, установив значение параметра Угол (Angle) — 110, а Высота (Altitude)— 40. Такие параметры высоты и освещения дает лучшее выделение для скосов букв (блики на «М» и на «А»). Нажмите «ОК». Создайте копию слоя с текстом для этого, щелкните правой кнопкой мыши по слою с текстом и в контекстном меню выберите Duplicate Layer (Создать копию слоя) (Рис. 4.147.).

Таким образом, будут созданы два отдельных слоя с примененным (в предыдущих шагах) эффектом. Непрозрачность и заполнение этих слоев должны быть установлены на 100% (по умолчанию так и должно произойти) (Рис. 4.148.).

Рис. 4.147. Диалоговое окно Duplicate Layer (Создать копию слоя).

Рис. 4.148. Создание отдельных слоев с созданными эффектами, вид панели Layers (Слои).

Добавим к слою с текстом света. Сделайте активным копию слоя с текстом, выставите заливку на 0%, примените к этому слою эффект Тиснение с параметрами, как на Рис. 4.149.

Рис. 4.149. Параметры эффекта Тиснение.

Теперь посветим буквы снизу. Создайте новый слой (Слой – Новый… - Слой) и разместить его ниже предыдущих. Задайте цвет переднего, подобрав приятный светлый холодный оттенок по своему вкусу (в нашем примере это #AFAFFF). С помощью инструмента Кисть (размер – 90 -110) установив параметры Нажим и Жесткость 100% нарисуйте горизонтальную линию вдоль текста (Рис. 4.160.).

Рис. 4.160. Подсветка букв снизу.

Примените к слою с текстом стиль Внешний свет (Outer Glow). В открывшемся окне, рекомендуем изменить только параметр Непрозрачность (Opacity), задайте его примерно равным 40%. И вот буквы из стекла готовы, осталось только сохранить изображение (Рис. 4.161.).

Рис. 4.151. Применение стиля Внешний свет (Outer Glow).

4.11. Применения средств автоматизации работы с изображениями

Работу в программе Adobe Photoshop CS4 можно значительно упростить и сделать более удобной. Прежде всего, опытный пользователь достаточно быстро запоминает ряд клавиатурных сокращений (приведены в приложении). Сочетания клавиш, которые приведены в меню рядом со многими командами, быстро запоминаются, и пользователь часто отдает предпочтение им, а не выбору необходимой команды мышью. Помимо горячих клавиш в программе есть средства автоматизации (макросы или экшены и средства пакетной обработки). Автоматизация задач экономит время и обеспечивает безошибочность результатов при многих операциях.

Макросы, или операции (actions), представляют собой запись последовательности определенных команд в Adobe Photoshop. Макросы сохранять и затем многократно воспроизводить, что обеспечит экономию рабочего времени пользователя.

Операция (Action) – это последовательность задач, которые воспроизводятся для одного файла или для пакета файлов – команды меню, параметры палитры, действия инструментов и т.д. Например, можно создать операцию, которая изменяет размер изображения, применяет к изображению эффект и сохраняет файл этого изображения в желаемом формате.

Операции могут содержать шаги, позволяющие выполнять задачи, которые не могут быть записаны (например, при использовании инструментов рисования).

Программа Adobe Photoshop поставляется с предварительно определенными операциями, помогающими выполнять наиболее часто встречающиеся задачи. Эти операции (Actions) можно использовать в исходном виде, изменить их в соответствии с необходимыми требованиями или создать новые. Операции хранятся в наборах, что помогает организовывать их.

Операции (Actions) можно записывать, редактировать, настраивать или обрабатывать в виде пакета, также можно управлять группами операций путем работы с наборами операций.

Для работы с Операциями (Actions) используется одноименная палитра (Рис. 4.162.). Чтобы увидеть эту палитру, следует выполнить команду Window (Окно) - Actions (Экшены) или нажать клавишу F9.

Макросы программы Adobe Photoshop CS4 хранятся в файлах с расширением .atn.

Рис. 4.152. Палитра Actions (Операции).

По умолчанию в программе Adobe Photoshop CS4 уже есть стандартный набор записанных команд, например, стандартный макрос для создания виньетки (Vignette). Для его использования достаточно выделить область на изображении и нажать кнопку его запуска. Все макропоследовательности состоят из команд, которые представлены как операции в окне списка. Чтобы просмотреть перечень операций, необходимо щелкнуть на треугольнике, расположенном слева от названия набора. После этого перед вами появится список действий, любое из которых может быть выполнено. Если вы хотите увидеть, из каких операций состоят действия, то следует щелкнуть на треугольнике, расположенном слева от них.

Внизу палитры Actions расположены кнопки, позволяющие управлять действиями - создавать новые, запускать и останавливать запись и т.д.

Примените предлагаемые по умолчанию Actions на любом изображении из папки на диске. После такого просмотра попробуйте сформировать свою палитру макросов, собрав в ней понравившиеся элементы. Пользователь также может изменить названия, чтобы функции макроса стали понятнее.

Для удобства работы макропоследовательности объединяются в наборы – Sets (по умолчанию в Adobe Photoshop есть набор Default Actions).

При выполнении операции в активном документе выполняются записанные команды операции (некоторые операции требуют выделения определенной области изображения, а некоторые могут быть выполнены для всего файла). Из любой операции можно исключить определенные команды или воспроизвести только одну команду. Если операция содержит модальные элементы управления, то в диалоговом окне можно задать значения или использовать модальный инструмент во время паузы при выполнении операции.

Выполнение операции запустить достаточно просто.

  1. Выберите объекты, для которых будет выполнена операция (если это необходимо), или откройте файл
  2. Чтобы выполнить полностью одну операцию, выберите имя операции, а затем нажмите кнопку Выполнить на палитре Операции или выберите пункт Выполнить в меню этой палитры
  3. Чтобы выполнить только часть операции, выберите команду, с которой следует начать выполнение, затем нажмите кнопку Выполнить на палитре Операции или выберите пункт Выполнить в меню этой палитры (Рис. 4.164.)

Рис. 4.153. Результат выполнения Операции Wood Frame.

Выполнив следующие действия вы научитесь создавать свои собственные макросы. При создании новой операции используемые команды и инструменты добавляются к операции до тех пор, пока не будет остановлена запись.

Во избежание ошибок работайте с копией документа. Для этого в начале операции перед применением других команд используйте команду Файл (File) Сохранить как (Save as…), в диалоговом окне выберите «Как копию» (As a Copy) (Рис. 4.154).

Рис. 4.154. Сохранение копии документа.

  1. Для начала записи в палитре Операции нажмите кнопку Создать новую операцию (Create New Action)
  2. В открывшемся окне (New Action; Рис. 4.164.), введите имя операции, выберите набор операций и установите дополнительные параметры
  1. Нажмите кнопку Начать запись (Record)
  2. Выполните операции и команды, которые необходимо записать. Помните, что не все задачи в операциях могут быть записаны непосредственно
  3. После окончания записи в меню палитры Операции (Action) нажмите кнопку Остановить воспроизведение/запись (Stop playing/recording), также можно нажать клавишу Esc

Рис. 4.155. Диалоговое окно New Action (Новая Операция), открыт список функциональных клавиш.

При записи операций целесообразно учитыватьследующие рекомендации:

В качестве практического задания, предположите следующую ситуацию: стоит задача выполнить цветокоррекцию, и поставить дату на наборе фотографий (предположим, имеется серия фотоснимков). Пользуясь палитрой Операции (Actions) самостоятельно запишите и проверьте новую операцию. В качестве подсказки вы можете ориентироваться на рисунки примера. Макрос будет содержать в себе следующие действия:

Рис. 4.156. Записана новая операция (Макрос 1).

Теперь вам предстоит самостоятельно проверить работоспособность макроса, это очень просто. Вернитесь к исходному изображению (можно открыть исходный файл заново) и нажмите горячую клавишу (если таковая назначена для выполнения макроса). Если макрос записался верно, то можно легко видеть, что все действия выполняются автоматически и быстро (Рис. 4.157.).

Рис. 4.157. Проверка работоспособности макроса на другом изображении набора.

В ряде случаев, например, при переустановке операционной системы или при необходимости использовать созданные ранее макросы на другом компьютере, возникает необходимость сохранить Actions. Для сохранения наборов макросов выделите на палитре Операции тот набор, в который они входят, после чего нажмите кнопку, расположенную в верхней правой части палитры и из списка команд выберите Сохранить операции (Save Actions). Для загрузки сохраненного ранее набора в Adobe Photoshop CS4 необходимо щелкнуть мышью по той же кнопке на палитре Операции и выбрать команду Загрузить операции (Load Actions) (Рис. 4.158.).

Рис. 4.158. Загрузка сохраненного ранее набора макросов.

В программе Adobe Photoshop CS4 есть еще одно мощное средство для автоматизации операций - это Пакетная обработка (Batch). С помощью этой функции можно применять последовательности макрокоманд к группе файлов, при этом даже не требуется их открывать в программе. Для простоты, предположим, что в нашем примере требуется добавить на фотографии подпись (например, дату). Создайте самостоятельно новую операцию (назовите, Макрос 2 или Операция 2), в котором будут три действия: добавление на изображение текста, сохранение изображения в любом нужном нам формате и закрытие исходного файла (Рис. 4.149.).

Теперь требуется выполнить команду Файл (File) – Автоматизация (Automate) – Пакетная обработка (Batch) (Рис. 4.159.).

Рис. 4.159. Выбор режима Пакетная обработка.

В открывшемся окне необходимо установить настройки пакетной обработки файлов. В разделе Набор (Set) выбирается группа, в которую сохранен макрос и его название (Рис. 4.160.).

Рис. 4.160. Настройка Пакетной обработки.

В разделе Источник требуется указать путь к папке, содержащей исходные файлы. Если установить флажок в поле Включить все вложенные папки (Include All Subfolders), то будут обработаны и файлы, которые находятся во вложенных папках.

В разделе Назначение устанавливаются параметры сохранения файлов. Если выбрать в этом списке вариант None, то файлы не будут сохраняться автоматически. В этом случае Adobe Photoshop CS4 для каждого файла будет выдавать запрос на сохранение. При выборе варианта Сохранить и закрыть (Save and close) файлы будут сохранены в ту же папку, где хранятся исходные изображения.

При выборе варианта Папка (Folder) появляется возможность указать папку для сохранения обработанных файлов. Кроме этого программа Adobe Photoshop CS4 может переименовать файлы. Для этого используется маска имени, которая может включать исходное имя файла, дату выполнения операции (в разных форматах), порядковый номер обработанного файла, буквы алфавита и расширение. Флажок «Игнорировать команды Сохранить как» (Override Action Save As Commands) нужно использовать осторожно. Если он установлен, то файлы будут сохранены только в том случае, если операция сохранения является одним из шагов макроса (Рис. 4.161.).

Рис. 4.161. Настройка Пакетной обработки (настройка переименования файла)

Теперь вам остается только запустить пакетную обработку. Закройте окно Пакетная обработка, нажав кнопку «ОК». После этого процесс будет запущен, файлы из указанного источника (папки) будут один за другим открываться в Adobe Photoshop CS4, к ним будут применяться заданные последовательностями макрокоманд операции, после чего они будут закрываться и сохраняться в нужной директории. Инструменты Batch и Actions могут сэкономить массу времени пользователя и освободить его от рутинных операций.

Контрольные вопросы по материалу Главы 4:

  1. Каковы системные требования программы Adobe Photoshop CS4? Сколько памяти нужно выделять для нормальной работы приложения?
  2. Что такое слои (в терминах программы Adobe Photoshop)?
  3. Для чего служит меню Window программы Adobe Photoshop CS4? Какие команды собраны в нем?
  4. Как в программе Adobe Photoshop CS4 устанавливаются единицы измерения?
  5. Как изменить размер изображения Adobe Photoshop CS4?
  6. Приведите примеры форматов графических изображений, поддерживаемых Adobe Photoshop CS4
  7. Что представляет собой формат PSD?
  8. Что в программе Adobe Photoshop CS4 понимается под терминами «палитры», «панели»?
  9. Какова последовательность действий при создании нового изображения в программе Adobe Photoshop CS4?
  10. Какая команда применяется для сохранения изображений Adobe Photoshop CS4?
  11. Что представляет собой палитра История (Ншыещкн)? Для чего она используется (поясните примерами)?
  12. Что представляет собой палитра Слои (Layers)?
  13. Для чего используется палитра (Каналы) Channels?
  14. Что представляет собой палитра Операции (Actions)? Как организована работа с этой палитрой?
  15. Как в программе Adobe Photoshop CS4 увеличить/уменьшить масштаб текущего документа? Приведите несколько способов. Какой из них удобнее?
  16. Что в программе Adobe Photoshop CS4 понимается под термином «стиль»?
  17. Как настраиваются стили слоев в программе Adobe Photoshop CS4? Поясните на примерах?
  18. Что в программе Adobe Photoshop CS4 понимается под термином «кисть»?
  19. Какие параметры можно задавать для кистей?
  20. Что такое параметр Opacity (Непрозрачность)?
  21. Как обрезать (кадрировать) изображение в программе Adobe Photoshop CS4?
  22. Что такое глубина цвета (Color depth)?
  23. Что в программе Adobe Photoshop CS4 понимается под термином «заливка»?
  24. Какие инструменты применяются в Adobe Photoshop CS4 для создания заливок?
  25. Как в программе Adobe Photoshop CS4 взять пробу цвета? Какой инструмент для этого нужно использовать?
  26. Что такое «контрастность»?
  27. Как применяются инструменты группы Лассо (Lasso)? В чем сходство и отличия?
  28. Что представляет собой маска?
  29. Для чего применяется инструмент Волшебная палочка (Magic Wand Tool)?
  30. Как в программе Adobe Photoshop инвертировать выделение? Командами какого меню вы воспользуетесь?
  31. Что в программе Adobe Photoshop CS4 понимается под термином «фильтр»?
  32. Как организована работа с фильтрами программы?
  33. Что представляют собой дополнения (Plug-in) для программы Adobe Photoshop CS4?
  34. Как применить фильтр к объектам слоя или к ограниченной области на нем?
  35. Каковы возможности фильтров, входящих в группу Blur?
  36. Каковы возможности фильтров, входящих в группу Distort?
  37. Какие фильтры входят в группу (подменю) Noise? Каково их применение?
  38. Каковы возможности фильтров, входящих в группу (подменю) Pixelate?
  39. Какие фильтры входят в группу (подменю) Sharpen? Каково их применение?
  40. Каковы возможности фильтров, входящих в группу Texture?
  41. Допускает ли Adobe Photoshop CS4 редактировать введенный в изображение текст?
  42. Для чего проводят преобразование текста в растровый формат? Как это сделать в программе Adobe Photoshop CS4?
  43. Как создать выделение в форме символов?
  44. Как применяется команда настройки цветового баланса (Color Balance) при обработки фотоизображений?
  45. Как в программе Adobe Photoshop CS4 проводится коррекция цвета с помощью команд Curves и Levels?
  46. Что дает коррекция цветовой температуры при обработки фотоизображений?
  47. Что такое разрешение изображения и как оно должно учитываться при выводе на печать? Ответ проясните примерами
  48. Для чего нужно использовать диалоговое окно Print with Preview (просмотр перед печатью)?
  49. Что такое Actions (в терминах программе Adobe Photoshop CS4)?
  50. Как в программе Adobe Photoshop CS4 создать новый набор Операций (Actions)? Ответ поясните примерами
  51. Как в программе Adobe Photoshop CS4 применить Операции (Actions) к изображению? Ответ поясните примерами
  52. Как в программе Adobe Photoshop CS4 загружаются дополнительные наборы Операций в палитру Actions?
  53. Как в программе Adobe Photoshop CS4 организуется пакетная обработка документов?
  54. Возможно ли выполнение одной операции в рамках другой?


Глава 5. Графический редактор CorelDraw X4

Прочитав этот материал, Вы будете:

знать:

уметь:

обладать навыками:

При изучении материала, обратите внимание на следующие основные термины и понятия, которые необходимо запомнить:

5.1. Интерфейс пользователя

Пакет CorelDraw CX4 позволяет работать над всевозможными проектами - от создания логотипа и веб-графики до многостраничных маркетинговых брошюр или привлекательных вывесок.

Окно программы подобно другим графическим редакторам и содержит

5.2. Панель инструментов

Перечислим основные инструменты программы CorelDraw (Рисунок 1):

Обратите внимание, что почти каждая кнопка на панели инструментов содержит группу скрытых кнопок. Выше мы описали только те кнопки, которые вы видите на панели инструментов.

5.3. Сохранение и импортирование рисунков

Основной формат документов CorewDraw – cdr, но вы можете экспортировать выделенный рисунок или весь документы в другие векторные или растровые форматы. Если файл экспортируется в растровый формат, появится диалоговое окно Convert to Bitmap (Конвертирование в растровый формат). В этом окне можно изменить размер, разрешение, а также глубину цвета конечного растрового изображения.

5.4. Рисование

Основным понятием в редакторе СогеlDraw является понятие объекта. Объектом называется элемент изображения: прямая, окружность, прямоугольник, кривая, замкнутая кривая, многоугольник и другие (например, Рисунок 2). Создание объектов

5.5. Заливка объектов

Обычно в CorelDraw заливку имеют только замкнутые фигуры. Группа инструментов Fill (заливка) позволяет выбирать (Рисунок 6)

5.6. Трансформирование

Двойным щелчком по объекту инструментом Pick Tool (Выбор) можно перейти в режим интерактивного трансформирования: поворот, масштабирование, скос, отражение. Аналогичные действия можно произвести с помощью Докера Transformations (трансформации), но в этом случае возможно задавать численные значения изменений.

5.7. Текст

В редакторе CorelDraw X4 существует возможность работы с двумя разновидностями текстовых объектов: с фигурным (Artistic) и простым (Paragraph) текстом. Фигурный текст представляет собой рисунок из символов, с которым можно работать, как с любым другим объектом. Простой же текст представляет собой обыкновенный текст в рамке, вставленный в рисунок (Рисунок 7).

В меню Text (Текст) содержатся команды вызова Докеров для выбора параметров форматирования. Может быть отформатирован весь блок, выделенные фрагменты или отдельный символ. Методы и обозначения форматов сходны с форматированием текста в MS Word.

5.8. Простой текст

Чтобы ввести простой текст (Paragraph Text), сначала надо создать рамку, в которой текст будет расположен. Если весь текст не поместился в рамку, внизу появится черная стрелка (Рисунок 8). Вы можете увеличить размер рамки или щелкнуть по стрелке, а потом начертить следующий блок (Рисунок 8).

Как только текст будет помещен в рамку, вы можете перемещать и трансформировать текстовый блок с помощью инструмента Рiсk Тоо1 (Выбор). Выделенный блок (или несколько блоков) можно форматировать и редактировать. Можно изменить форму текстового блока, наложив на него эффект оболочки (Envelope).

Простой текст можно разместить внутри замкнутого объекта. Введенный текст можно редактировать и форматировать. Можно также редактировать форму объекта.

Простой текст можно расположить по множеству блоков, задав перетекание текста. Введенный в первый блок текст будет автоматически распределяться по остальным блокам в заданном порядке.

5.9. Фигурный текст

Для ввода фигурного текста следует просто щелкнуть инструментом Текст по нужному месту экрана и начать ввод. Символы фигурного текста можно трансформировать и накладывать на него различные эффекты (Рисунок 9).

Фигурный текст можно расположить вдоль произвольной кривой. Расположенный вдоль кривой текст можно смещать относительно кривой и редактировать (Рисунок 10).

Превращение текста в кривые превращает текстовые символы в обычные рисованные объекты. При этом разрывается связь объекта с определенным шрифтом и, следовательно возможность редактирования текста. «Скривление» текста обычно выполняют перед печатью на другом компьютере.

5.10. Эффекты

Для каждого эффекта из меню Effects (Эффекты) можно вызвать свой Докер для настройки параметров. Кроме того для большинства эффектов существуют интерактивные инструменты для настройки.

Созданные эффекты можно копировать на другие объекты.

Созданные эффекты каждый раз перерисовываются заново, что занимает большие ресурсы компьютера. Поэтому после окончательного создания эффектов их желательно превратить в набор объектов командой Arrange -> Break <название эффекта> Apart (Упорядочить -> Разделить…).

Перетекание (Blend/Interactive Blend Tool) позволяет плавно проследить превращение одного объекта в другой через серию промежуточных форм Этот эффект также позволяет создавать перетекание между объектами вдоль заданной траектории (Рисунок 11). Вы можете создавать перетекание между объектами с различной шириной контура, а также между открытой кривой и замкнутым объектом.

Подобие (Contour/Interactive Contour Tool) Эффект подобия во многом похож на перетекание (Blend) одного объекта в другой и одного цвета в другой (Рисунок 12). В отличие от перетекания, подобие применяется к одному объекту, будь это текст или графика, и не располагается вдоль траектории.

Интерактивное искажение (Interactive Distortion Tool) позволяет накладывать три вида искажений и их комбинации на объекты с Безье-контуром. Чем больше узлов имеет контур, тем сложнее получается искажение (Рисунок 13).

Тень (Interactive Drop Shadow Tool) позволяет накладывать падающую тень в различном направлении и разной прозрачности к отдельным объектам.

Оболочка (Envelope/Interactive Envelope Tool) позволяет искажать сгруппировнные объекты и текст, помещая их в оболочку, которую можно редактировать как кривые Безье (Рисунок 9).

Выдавливание (Extrude/Interactive Extrude Tool). Объемные объекты создают иллюзию глубины. Чтобы создать эту иллюзию, CorelDraw X4 проецирует точки вдоль краев объекта и соединяет эти точки для формирования поверхностей (Рисунок 14). Эти поверхности формируют динамическую группу, связанную с контрольным объектом (объект, к которому применяется выдавливание), и автоматически обновляются при изменении контрольного объекта. К объемным объектам можно применять разные способы заливки и накладывать светотени, выбирая источники освещения.

Прозрачность (Interactive Transparency Tool). Прозрачность делает объект частично видимым и частично прозрачным для нижних объектов. Прозрачность может быть равномерная или более сложная (фонтанная, текстурная). Более сложными могут быть и способы получения результирующего цвета (Рисунок 15): сложением, умножением и т.д. цветов.

Линза (Lens). Эффект Lens (Линза) дает быстрый способ моделирования прозрачности, увеличения/уменьшения, цветовой фильтрации, негативов, полутонового изображения и т.д. (Рисунок 16). Линза может использоваться с объектами, содержащими однородные и градиентные заливки. Линзой можно сделать любой залитый объект.

Контейнер (PowerClip) позволяет сделать невидимыми части рисунка, выходящие за рамки контейнера. Рисунок может быть растровым, векторным, текстовым. Контейнер должен быть простым объектом.

Перспектива (Add Perspective) позволяет накладывать перспективу на группы объектов и фигурный текст. Редактировать эффект можно не только по расположению углов, но и по точкам схода.

Рисунок 1. Toolbar (Панель инструментов) CorelDraw X4.

Рисунок 2. Основные составляющие векторного рисунка.

Рисунок 3. Редактирование сегмента кривой инструментом Shape (Форма).

Рисунок 4. Формообразование. Вверху Weld (Соединение), внизу Back minus Front (Низ минус Верх).

Рисунок 5. Создание композиции с помощью мазков инструмента Художественное оформление, текста и редактирования примитивов.

Рисунок 6. Заливки: фонтанная, узорная, текстурная, сетчатая (процесс редактирования).

Рисунок 7. Фигурный и постой тексты.

Рисунок 8. Создание перетекания между блоками (внизу вид указателя мыши для создания следующего блока).

Рисунок 9. Искажение формы символов фигурного текста с помощью эффекта оболочки.

Рисунок 10. редактирование текста, расположенного вдоль кривой.

Рисунок 11. Перетекание объектов: с заданным расстоянием, создание переходов цвета, перетекание вдоль пути.

Рисунок 12. Применение эффектов Подобие к тексту и кругу.

Рисунок 13. Различные виды интерактивного искажение круга.

Рисунок 14. Выдавливание

Рисунок 15. Прозрачность: без прозрачности, линейная прозрачность в режиме «вычитание», линейная прозрачность в режиме «норма», наложение узора в режиме «умножение».

Рисунок 16. Различные линзы.

Контрольные вопросы по материалу Главы 5:

  1. Опишите назначение и порядок запуска графического редактора CorelDraw
  2. Опишите назначение элементов окна редактора CorelDraw
  3. Опишите состав кривой в иллюстрации CorelDraw. Опишите назначение узлов, их типы и различия между ними
  4. Что такое сегмент кривой?
  5. Что такое контур и как его можно изменить?
  6. Опишите назначение инструментов рисования в CorelDraw
  7. Чем отличаются фигурный и простой текст в CorelDraw? Опишите целесообразность использования того или иного вида текста
  8. Опишите возможности CorelDraw по форматированию текста
  9. Каковы особенности текста, преобразованного в кривые в CorelDraw
  10. Опишите способы комбинирования объектов в CorelDraw
  11. Перечислите основные функции Главного меню программы CorelDRAW
  12. Назовите назначение инструмента Указатель
  13. Для чего используется группирование объектов?
  14. Чем отличается группирование объектов от объединения объектов?
  15. Перечислите инструменты рисования кривых и их основное назначение
  16. Какие виды текста можно создавать в редакторе CorelDRAW и где эти виды текстов применяются?
  17. Перечислите основные виды заливок объектов
  18. Расскажите о назначении инструментов Интерактивное перетекание, Интерактивное выдавливание, Интерактивная тень


Глава 6. Основы моделирования трехмерных сцен

Прочитав этот материал, Вы будете:

знать:

уметь:

обладать навыками:

При изучении материала, обратите внимание на следующие основные термины и понятия, которые необходимо запомнить:

6.1. Этапы создания полного 3D проекта и начало работы.

Сегодня наиболее популярным редактором трехмерной графики, как у любителей, так и у профессионалов в дизайне и создании игр, является 3D Studio Max. Существует достаточно много программных продуктов, которые могут составить ему конкуренцию, а иногда и превосходящих его в чем-то, однако – интуитивная простота освоения делает 3D Studio Max незаменимым инструментом. 3D Max идеально подходит для первых шагов в работе с трехмерной графикой, и для многих становится основным инструментом. Создание полного 3D проекта является сложным и достаточно трудоемким процессом и обычно состоит из нескольких этапов, таких как:

  1. моделирование – на данном этапе в окнах проекций создаются непосредственно сам объект
  2. создание материалов (шейдинг) – этап в ходе которого задается внешний вид объектов, настройка свойств их поверхности
  3. освещение – в сцену можно добавить объекты света, создать реалистичные тени
  4. анимация – когда сцена подготовлена и объекты расположены на своих местах, ее можно воспроизвести и в конечном счете сделать анимационный фильм
  5. визуализация (рендеринг) – во время рендеринга происходит расчет картинки с использованием всех заданных свойств материалов объектов и источников света, расчет теней, отражений, преломлений и т.д. Это обычно завершающий, часто самый длительный этап создания трехмерной картинки или трехмерного ролика

При первом запуске программы показывается окно приветствия - «Welcome Screen». С его помощью можно просмотреть демонстрационные ролики, иллюстрирующие приемы работы в 3D MAX.

В центральной части окна 3D MAX находятся окна проекций. Это основная рабочая область программы. Как видно из названия, окна проекций служат для отображения проекций объекта на плоскость. По умолчанию отображаются три стандартных проекции – Top (Сверху), Front (Спереди), Left (Слева) и одна нестандартная – Percpective (Перспектива). Одно окно является активным и выделяется по периметру желтой рамкой. Сделать окно активным, можно просто щелкнув на нем мышкой. В активном окне выполняются необходимые действия, результат которых можно видеть во всех окнах проекций. Возможны также вид Back (Сзади), Bottom (Снизу), Right (Справа) и User (Пользовательский). Все проекции (кроме Perspective), являются аксонометрическими, т.е. строятся параллельным переносом точек объекта на плоскость. В отличие от остальных, Perspective является центральной проекцией – каждая точка объекта переносится на плоскость посредством лучей, исходящих из одной точки проекции. При таком способе проецирования точки объекта находятся на различном расстоянии от точки проекции, вследствие чего происходит геометрическое искажение объектов. Система координат в 3D MAX имеет два уровня:

  1. Глобальная система координат - определяет положение всей сцены. Оси глобальной системы координат расположены в левом нижнем углу окон проекций
  2. Локальная система координат – введена для удобства моделирования, она существует у каждого объекта или группы объектов и жёстко с ним связана

В верхней части окна 3D MAX, прямо под строкой заголовка расположено «Главное меню». С его помощью можно выполнить практически любую команду программы, однако некоторые команды доступны только в том случае, если они применимы к выделенным в сцене объектам. Команды главного меню объединены в группы.

6.2. Геометрическое моделирование

3D МАХ объектно-ориентированная программа, поэтому термин объект является для нее основополагающим. Собственно говоря, все, что создается, является объектом. Это и геометрические фигуры, и источники света, кривые и плоскости, а также модификаторы, контроллеры и т.д. Такое разнообразие объектов зачастую ведет к некоторой путанице, поэтому для объектов созданных при помощи панели Create часто используется уточнение – «объект сцены». При создании объекты содержат в себе информацию о том, какие функции для них могут выполняться и каким может быть поведение каждого объекта. Такие операции остаются активными, все остальные операции становятся неактивными или просто скрываются.

Большинство объектов являются параметрическими. Параметрическим называется объект, который определяется совокупностью установок или параметров. Такой объект можно изменять в любое время, просто изменяя эти параметры. Однако следует помнить, что некоторые операции преобразуют параметрические объекты в непараметрические (явные). Примерами таких операций, являются:

  1. объединение объектов одним из модификаторов Edit
  2. разрушение стека модификаторов
  3. экспортирование объектов в другой файловый формат, при этом свои параметрические свойства теряют только объекты в экспортированном файле

В общем случае необходимо как можно дольше сохранять параметрическое определение объектов, для возможного их изменения. Для создания нового параметрического объекта, можно объединять два и более объектов, а полученный таким образом объект будет называться составным. Составные объекты является параметрическими и их также можно изменять задавая параметры объектов, из которых он состоит.

В 3D МАХ манипулировать можно не только целыми объектами, но и частями объектов, которые обозначаются термином – подобъект. Самыми легкими для восприятия являются подобъекты геометрических фигур, такие как вершины или грани, однако это понятие распространяется и на объекты вне сцены. В свою очередь перечисленные подобъекты имеют свои собственные подобъекты, образуя, таким образом, многоуровневую иерархию подобъектов, глубина которой практически не ограничена.

Как было сказано выше, первым шагом в создании полноценного 3D проекта является создание объектов сцены, которые впоследствии и будут визуализированы. При построении объекта сцены создается процесс, который определяет, способ присвоения свойств объекту, модификацию и трансформацию его параметров, искажение объекта в пространстве, отображение готового объекта в сцене. Это процесс называется потоковой схемой. Потоковую схему можно рассматривать как набор инструкций для сборки объекта. Основными шагами потоковой схемы объекта являются:

  1. создание мастер-объекта
  2. модификация (вычисляются модификаторы в том порядке, в котором применялись)
  3. трансформация
  4. искажение пространства
  5. определение свойств
  6. включение объекта в сцену

Термин мастер-объект – включает в себя параметры первоначального объекта, который создается с помощью панели Create, и является абстрактным определением несуществующего объекта. Мастер-объект содержит такую информацию об объекте, как: тип объекта, параметры объекта, начало координат, ориентация локальной системы координат объекта.

Все объекты имеют уникальные свойства такие, как: имя, цвет, присвоенный материал. Эти свойства следует рассматривать как самостоятельные, так как они не являются ни базовыми параметрами объекта, ни результатом воздействия модификаторов или трансформаций.

6.3. Преобразование объектов.

Преобразование объектов сцены можно производить при помощи двух групп инструментов: трансформации и модификации. Часто аналогичные преобразования объектов могут быть достигнуты как при применении модификаторов, так и при трансформации объекта. Выбор необходимого метода для преобразования объекта зависит от того, как объект построен и что планируется делать с ним позже. Рассмотрим обе возможности преобразования объектов подробнее.

Трансформации включают в себя три вида преобразования объекта:

  1. Move (переместить) – позиционирование, определяет расстояние начала локальных координат объекта от начала координат мирового пространства
  2. Rotate (повернуть) – вращение, определяет угол между локальными осями координат объекта и мировыми координатными осями, позволяет масштабировать объект неравномерно – по одной, двум или трем осям
  3. Scale (масштабировать) – масштаб, определяет размер цены деления осей локальных координат объекта относительно цены деления мировых координатных осей

При помощи трансформаций объекты размещаются в сцене, т.е. изменяется их положение, ориентация и размер. Комбинация этих трех видов преобразования объекта составляет матрицу трансформации. Во время совершения какой-либо трансформации объекта, в окнах проекций будут отображаться оси преобразования. Используя их, можно ограничить действия по оси или плоскости, а также сделать интерактивное трансформирование объекта более точным. Ось, по которой в данный момент производится трансформация, называется активной и окрашена в желтый цвет. Необходимо помнить, что при трансформациях вращения и масштаба можно получить несколько различный результат в зависимости от того, как был определен центр трансформации:

  1. центр-точка вращения – в качестве центра вращения и масштаба, используется локальная точка вращения каждого выбранного объекта,
  2. центр выборки – используется геометрический центр ограничивающей рамки выделения объектов
  3. центр координатной системы трансформации

При использовании в качестве центра трансформации центра выборки или центра координатной системы трансформации, нельзя добиться чистого вращения или масштабирования объектов, т.к. такая трансформация будет включать в себя и его перемещение.

Вторым способом преобразования объекта является модификация. В 3D МАХ присутствует большое количество инструментов модификации – модификаторов. Применить модификатор можно, перейдя к закладке Modify и выбрав нужное преобразование. Далее необходимо настроить модификатор, изменяя настройки на свитке Parameters. Применяемые модификаторы записываются в специальный список – стек модификаторов. Благодаря этому, каждая модификация объекта сохраняется в стеке модификаторов и к ней можно вернуться в любой момент. Совершенно естественно, что для хранения всей последовательности применяемых модификаторов требуется использовать достаточно большой объем оперативной памяти и чем больше модификаторов в стеке, тем больший объем памяти требуется для их вычисления. Поэтому следует знать, что если объект занимает, слишком много оперативной памяти, можно разрушить его стек. Это приведет к вычислению модификаторов в стеке, делая эффект их применения явным и необратимым. При полном разрушении объекты становятся явными каркасами. В связи с невозможностью отката при разрушении стека модификаторов, следует применять данный инструмент крайне осмотрительно.

6.4. Подобъекты форм и их редактирование.

Сплайновые формы – различного рода контуры, расположенные на плоскости. Сплайновые формы могут быть не замкнутыми – плавные и ломаные линии, спирали и замкнутыми – круги, квадраты и т.д. Сами по себе, сплайновые формы, являясь математической абстракцией, не имеют ширины, обозначаются схематически и не визуализируются. Тем не менее, сплайновые формы широко используются и как вспомогательные объекты для анимации и как инструмент моделирования трехмерных геометрических объектов. Для создания формы необходимо перейти к закладке Create на панели команд и выбрать кнопку Shape. Здесь находятся примитивы, состоящие из линий, такие как:

  1. Line - линия произвольной формы
  2. Сircle - круг
  3. Аrc - дуга
  4. N-gon - многоугольник
  5. Text – форма для создания надписей, на основе которой потом можно создать трехмерный объект
  6. Section – сечение, создает форму из пересечения вспомогательной плоскости с каким-либо объектом
  7. Rectangle - прямоугольник
  8. Ellipse - эллипс
  9. Donut - кольцо
  10. Star - звезда
  11. Helix - спираль

Любой примитив из группы Shape может служить основой для создания сплайновых форм. Также формы можно создать из рёбер объектов типа Editable Poly, Editable Mesh и др. Все формы (кроме Line) являются параметрическими объектами, то есть имеют изменяемые параметры, которые можно изменять в явном виде. В отличие от остальных форма Line – параметрическим объектом не является, оставаясь при этом самым универсальным приметивом. Управлять формой линии можно через подобъекты форм:

Сплайновые формы могут быть визуализированы. У всех сплайновых форм в режиме исходного объекта есть такая группа меню, как Rendering - группа меню, отвечающая за визуализацию. Здесь можно определить, будет ли сплайновая форма визуализироваться, а также определить параметры поверхности вокруг сплайна. Следует обратить внимание на то, что собственно визуализация и отображение визуализируемой поверхности в окнах проекций включаются разными флажками.

6.5. Сеточные объекты.

Основными «кирпичиком» трехмерных моделей являются геометрические примитивы, используя которые можно создать разнообразные и сложные объекты других форм. Обычно геометрические примитивы используют в качестве начальной точки для создания каркаса. Основные примитивы это

  1. Box (коробка) – кубическая или прямоугольная
  2. Sphere (сфера) – является полигональным объектом, т.е. строится на базе четырехугольников
  3. Cylinder (цилиндр)
  4. Torus (тор)
  5. Teapot (чайник) – является классическим элементом трехмерной графики
  6. Cone (конус)
  7. GeoSphere (геосфера) – в отличие от сферы, строится на базе треугольников
  8. Tube (труба) - полый цилиндр
  9. Pyramid (пирамида)
  10. Plane (плоскость)

Все примитивы имеют редактируемые параметры для управления их определяющими характеристиками. Это позволяет создавать примитивы как в интерактивной форме, так и в явном виде, задавая с точные значения параметра. Если сразу после создания примитива применить модификатор EditPatch, то он будет рассматриваться как набор лоскутов. При применении к примитивам, каких либо других модификаторов они преобразуются в каркасы. Результат модификации лоскутных и каркасных объектов может выглядеть по-разному, т.к. вершины каркаса являются явными, а лоскут представляет собой результат вычисления.

6.6. Завершающие этапы проекта.

После того как моделируемый объект создан и завершено его геометрическое редактирование проводить визуализацию еще рано, на данном этапе необходимо создать материал, из которого данный объект должен быть выполнен. В противном случае полученная модель будет похожа на детскую поделку вылепленную из пластилина. Открыть редактор материалов можно, выполнив команду Rendering –> Material Editor, здесь собраны все доступные материалы и необходимые инструменты для их редактирования. Каждому из представленных материалов соответствует огромное количество свойств и настроек, манипулируя которыми и можно добиться фотореалистичности всей композиции. Для того, чтобы применить созданный материал, необходимо всего лишь перетащить его мышкой на какой-либо из объектов сцены. Для достижения большей реалистичности, в сцену также можно включить один или несколько различных источников света.

Выполнив команду Rendering можно приступать к визуализации.

Контрольные вопросы по материалу Главы 6:

  1. Из чего состоит сцена 3d max?
  2. Как трехмерная сцена отображается на экране?
  3. Что такое сетчатая оболочка тела из каких стандартных элементов она состоит?
  4. Как можно просто анимировать сцену?
  5. Какой общий порядок разработки сцены?
  6. Сколько списков команд входит в основное меню 3d max и в чем состоит назначения каждого из этих списков?
  7. Какие бывают разновидности контекстных меню и как она раскрываются?
  8. Что такое четвертное меню?
  9. Для чего нужны окна проекций и где находятся кнопки управления ими?
  10. В чем состоит назначение командных панелей, сколько все их и где они располагаются?
  11. Какое количество панелей инструментов используется в программе, и в чем состоит принципиальное отличие основной панели от дополнительных?
  12. Где располагаются общедоступные средства работы с анимацией и из каких трех групп элементов они состоят?
  13. Чем отличаются модальные диалоговые окна от немодальных?
  14. Что представляют собой геометрические тела и какие бывают их разновидности?
  15. Что такое контурные объекты, какие бывают их разновидности и чем они между собой различаются?
  16. Какие типы проекций используются в 3d max?
  17. Что такое вид сцены?
  18. Какие операции могут выполняться при конфигурировании окон проекций?
  19. Какие два режима отображения сцены используются чаще всего, как они называются и что собой представляют?
  20. Как задается качество отображения прозрачности в окнах проекций?
  21. Как регулируются параметры вида сцены в окнах проекций?
  22. С помощью каких команд можно восстановить прежние параметры вида сцены или предыдущий вид?
  23. В каких случаях вам может понадобиться режим отображения внутренней поверхности тел?
  24. С помощью какого средства программы можно настроить параметры освещения сцены в окнах проекций встроенными осветителями?
  25. Сколько систем координат используется в программе и где они выбираются?
  26. В чем состоит назначение текущих и системных единиц измерения?
  27. Какие три типа сеток используются в программе?
  28. В чем состоит технология обработки с использованием модификаторов?
  29. Какие существуют два альтернативных способа подключения модификаторов к обрабатываемому объекту?
  30. Что представляет собой стек модификаторов и где он находится?
  31. Какие операции допускается выполнять с помощью мыши в окне стека модификаторов?
  32. Что понимается под операцией сворачивания модификаторов?
  33. В каких случаях следует задавать высокое разрешение сетчатой оболочки обрабатываемого объекта?
  34. Когда выводится на экран информационная панель Warning?
  35. Какие функциональные группы модификаторов рассматриваются в данной книге?
  36. Что представляет собой система частиц и из каких основных частей она состоит?
  37. Сколько типов систем частиц можно создавать в 3d max?
  38. Для систем частиц каких двух типов частицы могут принимать лишь стандартные формы?
  39. Для систем частиц каких трех типов излучатели могут иметь лишь плоскую прямоугольную форму?
  40. Что представляют собой метачастицы и какими системами частиц они могут испускаться?
  41. Что такое предустановки и в системах частиц каких четырех типов они используются?
  42. Что такое ось и плоскости испускания и где они применяются?
  43. В системах частиц каких трех типов в качестве излучателей могут использоваться геометрические тела сцены?
  44. В какой системе частиц излучатель может распадаться на фрагменты, разлетающиеся в разные стороны?
  45. Систему частиц какого типа рекомендуется использовать для имитации плывущего косяка рыб?
  46. Какие существуют два способа управления направлением следования частиц с помощью других объектов сцены и какие это объекты?
  47. Что представляет собой процесс визуализации сцены и как его можно запустить?
  48. Какие три средства 3d max используются для просмотра результатов визуализации?
  49. Что такое альфа-канал и какое свойство сцены он характеризует?
  50. Сколько вариантов визуализации предусмотрено в данной программе, где они задаются и какой из них используется чаще всего?
  51. Что такое режим активной раскраски и с какой целью он используется?
  52. При изменение каких параметров сцены окно активной раскраски обновляется: а) автоматически, 6) командой четвертного меню (какой?) или в) только выдачей сигнала на повторную визуализацию?
  53. В каком диалоговом окне производится настройка параметров визуализации и какая из вкладок этого окна используется чаще других?
  54. Какие факторы следует учитывать при выборе выходного файлового формата, используемого для сохранения визуализированных изображений сцены?
  55. Чем отличается текстурный фон сцены от однородного?
  56. Что такое визуализируемый фон и служебный фон сцены, и как они создаются?
  57. В каких двух случаях необходима подстройка сцены под ее фон и как такая подстройка осуществляется?
  58. Что такое эффекты визуализации, на какие две группы они подразделяются и с помощью каких средств 3d max они создаются?
  59. При создании каких эффектов визуализации учитываются два свойства геометрических тел сцены и какие это свойства?
  60. Что представляет собой операция видеомонтажа и с помощью какого средства программы она выполняется?
  61. Какие семь типов событий могут использоваться при выполнении операции видео-монтажа?


Глава 7. Компьютерная анимация в среде Adobe® Flash® CS4

Прочитав этот материал, Вы будете:

знать:

уметь:

обладать навыками:

При изучении материала, обратите внимание на следующие основные термины и понятия, которые необходимо запомнить:

7.1 Основы работы в Adobe Flash CS4

7.1.1 Основные понятия

Adobe Flash CS4 служит для создания анимации и интерактивной графики. Файлы сохраняются в формате fla. Готовые фильмы экспортируются в формат Flash плеера .swf. Фильмы также можно экспортировать в другие форматы (gif, mov, avi).

Окно программы Adobe Flash CS4 подобно окну уже знакомого вам Adobe Photoshop CS4 и состоит из Рабочей области, Панели инструментов и различный Дополнительных Панелей. Все панели можно свернуть или удалить. Для вызова требуемой панели используют команду Window (Окно).

Монтажный стол (Stage) находится в центре рабочей области. Размер стола и его цвет определяют, соответственно, размер и цвет «экрана» при просмотре фильма. Для выбора параметров Монтажного стола используется команда Modify?Document (Изменить -> Документ).

Временная шкала (Timeline). Панель временной шкалы имеет весьма сложную структуру (Рисунок 1) и содержит большое число элементов управления. Кроме того, в зависимости от установленных параметров, внешний вид временной диаграммы изменяется в достаточно широком диапазоне.

Считывающая головка (красный бегунок) показывает текущий кадр.

Слой (Layer) - это часть сцены фильма, для которой могут быть установлены некоторые индивидуальные атрибуты. Каждый слой может содержать произвольное число различных объектов.

Кадр (Frame)- основа фильма – содержит объекты, которые будут показаны на экране в течение заданного времени.

Панель инструментов (Toolbars) сожержит пиктограммы инструментов.

Панель свойств (Properties) – ¬задает свойства выделенных объектов, расположенных в рабочей области, или выбранных инструментов.

Символ – рисунок или фрагмент фильма, информация о котором хранится в Library (Библиотеке символов).

Экземпляр символа – созданный в определенном месте рабочей области объект из Библиотеки. Экземпляры можно индивидуально трансформировать инструментом Transform Tool (Трансформация), а также изменять их цвет и прозрачность с помощью панели Properties (Свойства). Двойной щелчок мыши по любому экземпляру символа открывает окно редактирования символа. При этом все остальные объекты становятся светлыми. После окончания редактирования символа возвратиться в документ можно сочетанием клавиш Ctrl+E или командой Edit -> Edit Document (Редактировать -> Редактировать документ).

При редактировании символа меняются все его экземпляры

Команда Modify -> Break Apart (Изменить -> Разделить) разрывает связь символа с Библиотекой и превращает его в простой объект.

7.1.2. Рисование

Инструмент Перо (Pen Tool) позволяет рисовать прямые или ломаные линии, либо сегменты кривых. В обоих случаях линия строится по узловым точкам на основе механизма кривых Безье.

Инструмент Линия (Line Tool) позволяет рисовать прямые и ломаные линии, которые могут использоваться в качестве контура объекта. Линию проводят, не отпуская левую кнопку мыши. Для рисования ломаной линии следующий отрезок проводят из конца предыдущего. На панели свойств (Properties) пользователь может выбирать толщину, вид и цвет линии

Фигуры. В Adobe Flash CS4 вы можете рисовать фигуры, состоящие их отдельны элементов контуров и заливки, а также графические объекты (примитивы), части которых неотделимы.

Чтобы превратить примитив в обычный объект, к нему нужно применить команду Modify -> Break Apart (Изменить -> Разделить)

Для рисования фигур служат инструменты из группы Прямоугольника (Рисунок 2). На панели свойств (Properties) вы можете задать размеры, ориентацию и свойства контура и заливки.

Инструмент Карандаш (Pencil Tool) имеется во многих графических редакторах, поэтому мы остановимся на отличительных особенностях его реализации во Flash:

Инструмент Кисть (Brush Tool) позволяет создавать линии, напоминающие мазки кистью. В нижней части Панели инструментов имеются выпадающие панели выбора размера и формы Кисти (Рисунок 3).

Инструмент Ластик (Eraser Tool) действует подобно обычному ластику, удаляя линии, контуры и заливки. Настройка размера Ластика аналогична настройке размера Кисти. При нажатой кнопке Faucet (Кран) в нижней части панели инструментов щелчком мыши удаляется («стирается») та часть объекта (контур или заливка), на которой установлен указатель в форме водопроводного крана; причем «горячей точкой» указателя является не сам кран, а капелька.

7.1.3. Текст

Существует три вида текстовых полей: Static Text (статический), Dynamic Text (динамический – ввод и форматирование задается программно), Input Text (вводимый зрителем). Чтобы создать текстовое поле фиксированной ширины, выберите инструмент Text tool (Текст), щелкните на рабочем поле в точке, где должен начинаться текст, и перетащите курсор вправо до тех пор, пока не получите нужную ширину. Чтобы создать текстовое поле, которое будет расширяться по мере ввода текста, просто щелкните на рабочем поле там, где должна начинаться строка текста.

Форматировать текст можно с помощью команд меню Text (Текст) или панели свойств (Properties). Для превращения символов текста в отдельные объекты используют команду Modify -> Break Apart (Изменить -> Разделить).

7.1.4. Выделение объектов

Для редактирования объектов их необходимо выбрать (выделить). Выделение простого объекта или его части показывается точечной заливкой, выделение графических объектов показывается голубой рамкой. Для выделения рисованных объектов используются инструменты:

7.1.5. Редактирование

Редактировать форму простого объекта можно с помощью перемещения дуг контура инструментом Selection Tool (Выделение) или редактированием дуг и узлов, выделенных инструментом Subselection Tool (Частичное выделение).

Трансформировать (сдвигать, поворачивать, масштабировать, скашивать) можно любое количество любых выделенных объектов с помощью инструмента Transform Tool (Трансформация).

Деформировать (смещать произвольно угловые точки или использовать оболочку) можно простые объекты или группы простых объектов и прототипов. Для деформации используют кнопки-модификаторы инструмента Transform Tool (Трансформация), расположенные в нижней части Панели инструментов (Рисунок 4).

7.1.6. Создание анимации

Adobe Flash CS4 использует следующие виды кадров и их обозначение на Временной шкале (Timeline):

Скорость смены кадров измеряется в числе кадров в секунду (fps). Если скорость слишком медленная – движение будет происходить скачками; если скорость слишком большая - детали мультипликации будут размываться. Скорость 24 fps, заданная по умолчанию для новых документов,– обычно дает наилучшие результаты при показе в сети.

Adobe Flash CS4 предлагает несколько способов создания мультипликации и специальных эффектов (Рисунок 5). Мы рассмотрим некоторые из них.

Покадровая анимация позволяет произвольно изменять объекты от кадра к кадру. Эта техника полезна для сложной мультипликации, где графические элементы в каждом кадре должны быть различными.

Создание покадровой анимации

  1. разместите объекты для анимации на одном или нескольких слоях – последующие действия надо будет выполнить для кадров каждого слоя
  2. выделите первый кадр на временной шкале и превратите его в ключевой (нажмите клавишу F6)
  3. поместите или нарисуйте на монтажном столе любые объекты
  4. выделите следующий кадр, в котором должны произойти изменения экрана и
  5. нажмите F6, если вы будете редактировать предыдущие объекты
  6. нажмите F7, если вы будете создавать новые объекты
  7. и так далее для каждого нового кадра и для каждого слоя

Motion tween (tween-анимация движения) используют, чтобы постепенно изменять такие свойства объекта, как положение, трансформация, цвет и альфа-прозрачность. Motion tween полезны для анимации, которая состоит из непрерывного движения или преобразования объекта.

Для создания Motion tween (tween-анимации движения)

  1. поместите объект для tween-анимации на отдельный слой
  2. выделите объект (это должен быть символ) и в контекстном меню выберите Create Motion tween (Создать tween-анимацию движения); при этом программой будет создана анимация, длящаяся 1 сек (количество кадров будет зависеть от скорости показа)
  3. выделите последний кадр и внесите изменения в анимированный объект, соответствующие конечному кадру
  4. при желании можно изменить число кадров, создаваемых программой: для этого растяните или сузьте мышью при нажатой клавише Ctrl закрашенный участок tween-анимации
  5. вы можете задать промежуточные состояния анимированного объекта: выделите промежуточные кадры и отредактируйте объект (эти кадры обозначаются ромбиками на временной шкале – см. Рисунок 5)
  6. вы можете отредактировать траекторию движения объекта (см. Рисунок 6)

Shape tween (Tween-анимация формы, или морфинг) – постепенное изменение формы и любых других параметров простого объекта.

Создание морфинга

  1. создайте простой объект
  2. выделите объект и в контекстном меню выберите Create Shape tween (Создать морфинг) – при этом значок кадра изменит цвет
  3. выделите конечный кадр морфинга и превратите его в ключевой; внесите нужные изменения в анимированный объект

7.1.7. Слой-маска

Слой-маска позволяет создавать эффект отверстия, через которое «просвечивает» содержание одного или нескольких нижележащих слоев. Роль «отверстий» играют заливки объектов, расположенные в слое-маске. Объекты слоя-маски могут быть анимированы.

Для создания слоя-маски выделите ярлычок слоя и в контекстном меню выберите Mask (Маска). Обозначение слоя изменится, и изменится изображение в рабочей области (Рисунок 7).

7.1.8. Интерактивные сценарии

ActionScript – объектно-ориентированный язык для создания интерактивности во Flash-приложениях. Мы только бегло познакомимся с возможностями написания сценариев, поэтому рассмотрим более простой для написания вариант ActionScript 2.0. При выполнения задания 3 выберите именно этот вариант создания документа.

Сценарий пишется отдельно для каждого кадра. Для написания сценария используется окно панели Actions (Рисунок 10). Объектами могут быть экземпляры символов, текст, звук. У каждого объекта должно быть уникальное имя (Name), задаваемое на панели Properties (Cвойств). Для каждого класса объектов заданы набор атрибутов и методов.

На рисунках показан сценарий калькулятора: в 1-м кадре вводятся числа и выбирается арифметическая операция (Рисунок 8). Во 2-м кадре формируется задание и результат (Рисунок 9). На рисунках (Рисунок 10 и Рисунок 11) показаны сценарии для каждого кадра.

Рисунок 1. Временная шкала.

Рисунок 2. Группа инструментов рисования основных фигур и примитивов: прямоугольники, овалы, примитив прямоугольника, примитив овала, звезды и многоугольники.

Рисунок 3. Панель выбора формы Кисти.

Рисунок 4. Инструменты деформации.

Рисунок 5. Обозначение различных видов кадров в Adobe Flash CS4.

Рисунок 6. Редактирование tween-анимации движения: линия с точками – траектория движения; справа – панель Properties (Свойств) с настройками замедления (Ease), количества поворотов (times) или угла поворота (Rotate) и направления вращения (Direction), флажок в поле Orient to path (ориентировать вдоль пути) задает постепенный поворот объекта.

Рисунок 7. Изображение до (слева) и после (справа) создания слоя-маски.

Рисунок 8. Исполнение 1-го кадра сценария «Калькулятор».

Рисунок 9. Исполнение 2-го кадра сценария «Калькулятор».

Рисунок 10. Программа 1-го кадра «Калькулятора» (ActionScript 2.0)

Рисунок 11. Программа 2-го кадра «Калькулятора» (ActionScript 2.0).

Контрольные вопросы по материалу Главы 7:

  1. Назовите основные элементы рабочей среды Flash
  2. Каким образом можно настроить рабочую среду Flash?
  3. Какие панели являются базовыми при работе в среде Flash?
  4. От чего зависит внешний вид панели свойств?
  5. Для чего используются сетка и направляющие на рабочем поле?
  6. В каком формате и с каким расширением сохраняются проекты Flash?
  7. Назовите основные составляющие векторных фигур
  8. С помощью каких инструментов можно рисовать линии (обводки)?
  9. Каким образом применяются заливки?
  10. Какие вы знаете способы рисования более сложных фигур?
  11. Какие панели служат для настройки пользовательских цветов?
  12. Какими способами можно трансформировать фигуры?
  13. Для чего применяется группировка фигур?
  14. Каким образом можно стирать фрагменты фигур, фигуры целиком?
  15. Какие виды текстовых полей существуют во Flash?
  16. Какие виды изображений можно помещать в документы Flash?
  17. Каким образом осуществляется импорт изображений?
  18. Каким преобразованиям можно подвергать встроенные растровые изображения?
  19. Как получить растровый файл из проекта Flash?
  20. Как осуществляется экспорт изображений, какие форматы при этом поддерживаются?
  21. Что такое слои и для чего они предназначены?
  22. С помощью какой панели осуществляется управление слоями?
  23. Импортируются ли настройки слоев в готовый проект?
  24. Для чего служат папки слоев?
  25. Как выделяется содержимое слоев и сами слои?
  26. Какие виды анимации существуют во Flash?
  27. Какие типы кадров используются во Flash и в чем заключаются их отличия?
  28. В чем заключаются особенности покадровой анимации?
  29. Как работает анимация с промежуточным заполнением кадров?
  30. Что такое морфинг и какие требования нужно выполнять при создании данной анимации?
  31. Как можно управлять процессом морфинга?
  32. Что такое анимация движения и каких правил нужно придерживаться при ее создании?
  33. Для чего служат управляющие слои и слои-маски? Как они работают?
  34. В чем особенности слоев-масок и можно ли применять к ним анимацию? В чем состоят ограничения?
  35. Можно ли совмещать различные типы слоев и каким образом?
  36. Какое основное отличие символов от остальных элементов Flash?
  37. Что такое символы-контейнеры, какие виды символов-контейнеров существуют?
  38. Для чего служит библиотека?
  39. Какие способы создания и редактирования символов вы знаете?
  40. Для чего служит панель Edit Bar?
  41. Что такое вложенная анимация?
  42. В чем особенность использования фильтров и эффектов символов?
  43. Какими особенностями обладают кнопки?
  44. Как создать анимированную кнопку?
  45. Что такое прозрачные кнопки и как их можно использовать?
  46. Какая панель служит для создания сценариев во Flash? Назовите ее основные элементы.
  47. Что такое привязка кода к объектам? Как найти объекты, содержащие код?
  48. Что такое пустое пространство, каким правилам подчиняется написание команд?
  49. Что такое точечный синтаксис?
  50. Что такое идентификаторы? Перечислите основные правила составления имен идентификаторов.
  51. Для чего служат комментарии?
  52. Как получить справочную информацию по используемым командам?
  53. Что такое централизация кода во Flash?
  54. Для чего служат переменные, какими особенностями они обладают?
  55. Что такое идентификатор? Какие правила необходимо соблюдать при создании идентификаторов?
  56. Что такое тип переменной? Какие типы вы знаете?
  57. Каким образом можно узнать значение переменной в ходе выполнения программы?
  58. Что такое преобразование типов переменных? Каким образом выполняется преобразование типов во Flash?
  59. Для чего служат циклы и условные выражения? По каким правилам они составляются?
  60. Что такое функции? Каким образом они создаются и что необходимо помнить при использовании функций?
  61. Что такое имя экземпляра, каким образом оно задается?
  62. Что такое свойства клипов, каким образом осуществляется обращение к ним?
  63. Что такое адресация, какие типы адресации вы знаете?
  64. Как получить «адрес» клипа автоматически?
  65. Что такое событие и обработчик события, для чего они служат?
  66. Какие стандартные события вы знаете?
  67. Что такое программная анимация, при помощи каких методов она создается?
  68. Какие команды для управления временной шкалой клипов вы знаете, для чего они могут применяться?
  69. Как правильно создать «составной» идентификатор объекта?
  70. Каким образом можно упростить программный код, используя «составные» идентификаторы?
  71. Какие методы позволяют перемещать клипы и обнаруживать их пересечение? Какие параметры требуют данные методы, какими особенностями они обладают?
  72. Каким образом осуществляется программное рисование? Какие объекты используются для построения векторных фигур?
  73. Что такое объекты, какими особенностями они обладают?
  74. Что такое массив? Каким образом определяется массив и его элементы?
  75. Для чего применяются строковые объекты?
  76. Что такое компоненты? Какими параметрами они обладают, для чего могут применяться?
  77. Какие способы использования звука во Flash вы знаете? В чем особенность каждого из них?


Глава 8. Понятие компьютерной геометрии. Графические возможности Turbo Pascal применительно к фрактальным объектам

Прочитав этот материал, Вы будете:

знать:

уметь:

обладать навыками:

Основные понятия:

8.1. Компьютерная геометрия

Под компьютерной геометрией – понимают математический аппарат, положенный в основу компьютерной графики.

Основу компьютерной геометрии составляют различные преобразования точек и линий. При использовании компьютерной графики можно по желанию изменять масштаб изображения, вращать его, смещать и трансформировать для улучшения наглядности перспективного изображения. Все эти преобразования можно выполнить на основе математических методов.

Компьютерная геометрия оперирует не рисунками, а числами (координатами точек, векторов, матрицами преобразований, списками данных) и отношениями между ними, выраженными также в цифровой форме. Исходная информация, обработанная специальными алгоритмами, преобразуется в другие цифровые данные, интерпретируемые как искомый результат – модель объекта, его экранное изображение, отношения между объектами сцены и т.п.

Систематизация формул, необходимых для работы с графическими объектами, приведение их к алгоритмическому виду отличает компьютерную графику от обычной, в которой свойства и взаимосвязь графических объектов визуально воспринимаются глазами человека и интеллектуально интерпретируются его мозгом.

Преобразования, как и компьютерную геометрию, разделяют на двумерные (или преобразования на плоскости) и трехмерные (или пространственные).

Рассмотрим особенности реализации компьютерной геометрии на примере обработки фрактальной графики.

8.2. Фрактальная графика

Фрактал – объект, обладающий бесконечной сложностью, позволяющий рассмотреть столько же своих деталей вблизи, как и издалека.

С помощью фракталов можно сжимать большие растровые изображения до долей их нормальных размеров. Это утверждение следует из теоремы Банаха о сжимающих преобразованиях (также известной как Collage Theorem) и является результатом работы исследователя Технологического института шт. Джорджия Майкла Барнсли.

Метод можно описать следующим образом. Изображение кодируется несколькими простыми преобразованиями (в нашем случае аффинными – преобразование плоскости называется аффинным, если оно взаимно, однозначно и образом любой прямой является прямая. Преобразование называется взаимно однозначным, если оно разные точки переводит в разные, и в каждую точку переходит какая-то точка), т.е. определяется коэффициентами этих преобразований (в нашем случае A, B, C, D, E, F).

Частным случаем аффинных преобразований являются просто движения (без какого-либо сжатия или растяжения). Движения – это параллельные переносы, повороты, различные симметрии и их комбинации.

Другой важный случай аффинных преобразований – это растяжения и сжатия относительно прямой.

Рис 144. Примеры движений

Рис. 145. Примеры аффинных преобразований

Например, закодировав какое-то изображение двумя аффинными преобразованиями, мы однозначно определяем его с помощью 12-ти коэффициентов. Если теперь задаться какой-либо начальной точкой (например, X = 0 Y = 0) и запустить итерационный процесс, то мы после первой итерации получим две точки, после второй – четыре, после третьей – восемь и т.д. Через несколько десятков итераций совокупность полученных точек будет описывать закодированное изображение. Но проблема состоит в том, что очень трудно найти коэффициенты преобразований, которые кодировали бы произвольное изображение.

Несмотря на то, что было создано программное обеспечение, реализующее эти алгоритмы (например, библиотеки фрактального сжатия используются в Microsoft Encarta), достаточно эффективное решение не найдено до сих пор, а сам Майкл Барнсли продолжает упорно работать в выбранном направлении.

8.3. Оценка потерь при фрактальном сжатии и способы их регулирования

Что делать, если алгоритм не может подобрать для какого-либо фрагмента изображения подобный ему? Можно разбить этот фрагмент на более мелкие и попытаться поискать для них. Однако процедуру эту нельзя повторять до бесконечности, иначе количество необходимых преобразований станет так велико, что алгоритм перестанет быть алгоритмом компрессии. Следовательно, допускаются потери в какой-то части изображения. Для фрактального алгоритма компрессии, как и для других алгоритмов сжатия с потерями, очень важны механизмы, с помощью которых можно будет регулировать степень сжатия и степень потерь. К настоящему времени разработан достаточно большой набор таких методов.
Во-первых, можно ограничить количество преобразований, заведомо обеспечив степень сжатия не ниже фиксированной величины.
Во-вторых, можно потребовать, чтобы в ситуации, когда разница между обрабатываемым фрагментом и наилучшим его приближением будет выше определенного порогового значения, этот фрагмент дробился обязательно (для него обязательно заводится несколько линз).
В-третьих, можно запретить дробить фрагменты размером меньше, допустим, четырех точек. Изменяя пороговые значения и приоритет этих условий, можно очень гибко управлять коэффициентом компрессии изображения – от побитного соответствия до любой степени сжатия.

8.4. Возможности масштабирования

На этапе архивации проводится распознавание изображения, и в виде коэффициентов хранится уже не растровая информация, а информация о структуре самого изображения. Именно это и позволяет при развертывании увеличивать его в несколько раз. Особенно впечатляют примеры, в которых при увеличении изображений природных объектов проявляются новые детали, действительно этим объектам присущие (например, когда при увеличении фотографии скалы она приобретает новые, более мелкие неровности). Если изображение однородно (на фотографии только скала), то при увеличении получаются отличные результаты, однако если сжимать изображение натюрморта, то предсказать, какие новые фрактальные структуры возникнут, очень сложно.

Масштабирование – уникальная особенность, присущая фрактальной компрессии. Со временем ее, видимо, будут активно использовать как в специальных алгоритмах масштабирования, так и во многих приложениях.

8.5. Сравнение фрактального сжатия изображений с результатами работы JPEG

Сравним алгоритм архивации графики JPEG с фрактальной компрессией.

Во-первых, и тот, и другой алгоритм оперируют 8-битными (в градациях серого) и 24-битными полноцветными изображениями. Оба являются алгоритмами сжатия с потерями и обеспечивают близкие коэффициенты архивации. И у фрактального алгоритма, и у JPEG существует возможность увеличить степень сжатия за счет увеличения потерь. Кроме того, оба алгоритма очень хорошо распараллеливаются. Различия начинаются, если мы рассмотрим время, необходимое алгоритмам для архивации/разархивации. Так, фрактальный алгоритм сжимает в сотни и даже в тысячи раз дольше, чем JPEG. Распаковка изображения, наоборот, произойдет в 5–10 раз быстрее. Поэтому, если изображение будет сжато только один раз, а передано по сети и распаковано множество раз, то выгодней использовать фрактальный алгоритм.

JPEG использует разложение изображения по косинусоидальным функциям, поэтому потери в нем (даже при заданных минимальных потерях) проявляются в волнах и ореолах на границе резких переходов цветов. Именно за этот эффект его не любят использовать при сжатии изображений, которые готовят для качественной печати: там этот эффект может стать очень заметен.

Фрактальный алгоритм избавлен от этого недостатка. Более того, при печати изображения каждый раз приходится выполнять операцию масштабирования, поскольку растр (или линиатура) печатающего устройства не совпадает с растром изображения. При преобразовании также может возникнуть несколько неприятных эффектов, с которыми можно бороться либо масштабируя изображение программно (для дешевых устройств печати типа обычных лазерных и струйных принтеров), либо снабжая устройство печати своим процессором, винчестером и набором программ обработки изображений (для дорогих фотонаборных автоматов). При использовании фрактального алгоритма таких проблем практически не возникает.

8.6. Возможности видеокомпрессии

Одной из основных проблем, с которой пришлось столкнуться при построении алгоритма фрактальной компрессии, является поиск самоподобных участков в изображении. Это основная идея, благодаря которой осуществляется сжатие. Подобный метод можно применить и при архивации видео. Как правило, соседние кадры отличаются несильно, и изменения между ними в основном состоят в сдвиге, повороте или растяжении какой-либо части изображения. Таким образом, изменения между двумя кадрами можно задать небольшим количеством аффинных преобразований.

Время компрессии можно уменьшить, используя информацию о предыдущем кадре. Как правило, движение, начатое на одном из кадров, продолжается достаточно долго. Поэтому, пользуясь информацией о том, какие объекты и как сдвинулись на экране в предыдущем кадре, можно аппроксимировать их движение и на следующий кадр. Можно воспользоваться и тем, что фрактальный алгоритм легко распараллеливается.

Следует отметить, что слово «фрактал» не является математическим термином и не имеет общепринятого строгого математического определения. Оно может употребляться, когда рассматриваемая фигура и обладает какими-либо из перечисленных ниже свойств:

8.7. Графические возможности языка Паскаль

Язык программирования Паскаль 7.0 содержит обширный набор типов, констант и функций для управления графическим режимом работы экрана, объединенных в стандартный библиотечный модуль GRAPH. С помощью подпрограмм, входящих в данный модуль, можно создавать сложные графические изображения, основанные на использовании разнообразных геометрических фигур. При необходимости замкнутые фигуры могут быть закрашены различными цветами и стилями (образцами) закраски. Для вывода текстовых надписей на графический экран могут быть использованы четыре штриховых и один матричный шрифт.

Подпрограммы модуля GRAPH могут поддерживать различные типы аппаратных графических средств. Настройка на конкретные технические средства осуществляется с помощью специальных программ – драйверов, поставляемых вместе с данным модулем.

8.8. Установка графического режима работы

Переход в графический режим в среде Паскаль осуществляется с помощью входящей в модуль GRAPH процедуры InitGraph, служащей для инициализации графического экрана. Данная процедура имеет следующий формат:

InitGraph(var Driver, Mode:integer; Path:string),

где переменные Driver и Mode должны содержать тип графического драйвера и его режим работы. Допускается указать Driver=0 для автоматического определения данных параметров по результатам тестирования аппаратуры. Параметр Path определяет маршрут поиска файла графического адаптера.

Графические операторы языка Паскаль позволяют адресоваться к любому элементу (пикселю) графического окна и управлять светимостью этого элемента. Для указания пикселя используется следующая система координат: начало координат (0,0) располагается в левом верхнем углу экрана; горизонтальная координата Х увеличивается слева направо, вертикальная координата Y увеличивается сверху вниз. При стандартном графическом адаптере VGA (в режиме 640х480) правый нижний угол экрана имеет координаты (639, 479), а центр экрана - координаты (319, 239).

Для выхода из графического режима достаточно воспользоваться процедурой CloseGraph.

Фрагмент кода

Так как данная программа не использует цветовые возможности графического режима, то рисование будет осуществляться цветами по умолчанию – белый рисунок на черном фоне

8.9. Использование цветов

Язык программирования Паскаль 7.0 поддерживает 16 основных цветов, обозначаемых соответственно номерами от 0 до 15 (см. таблицу 1).


Таблица 1. Константы цвета


Константа цвета Цвет Константа цвета Цвет
0 (Black) Черный 8 (DarkGray) Темносерый
1 (Blue) Синий 9 (LightBlue) Яркосиний
2 (Green) Зеленый 10 (LightGreen) Яркозеленый
3 (Cyan) Голубой 11 (LightCyan) Яркоголубой
4 (Red) Красный 12 (LightRed) Розовый
5 (Magenta) Фиолетовый 13 (LightMagenta) Малиновый
6 (Brown) Коричневый 14 (Yellow) Желтый
7 (LightGray) Светлосерый 15 (White) Белый

Основными графическими операторами по работе с цветами являются процедуры модуля GRAPH под именами SetBkColor (служит для установки цвета фона) и SetColor (для установки цвета рисования).

Формат данных операторов следующий:

SetBkColor (Color: word);

SetColor (Color: word),

где переменная Color, имеющая целочисленный тип word, служит для указания требуемого номера цвета.

Например, операторы SetBkColor (4); SetColor (12) позволяют установить режим рисования розовым цветом по красному фону.

8.10. Создание графических объектов

В состав модуля GRAPH входит достаточно большое количество подпрограмм, служащих для вывода на экран разнообразных графических объектов. Основными процедурами данного типа являются:

Rectangle(x1, y1, x2, y2: integer) - служит для рисования прямоугольников, задаваемых координатами двух своих противоположных углов;

Bar(x1, y1, x2, y2: integer) - служит для рисования заштрихованных прямоугольников, используя при этом текущий стиль и цвет штриховки;

SetFillStyle(Pattern, Color: word) – устанавливает образец штриховки и ее цвет, где переменная Pattern обозначает номер шаблона штриховки (см. таблицу 1), а Color – номер цвета штриховки (см. таблицу 2);

Circle(x, y: integer; r: word) – рисует окружность радиуса r с центром в точке (x, y);

Line(x1, y1, x2, y2: integer) – рисует линию от точки (x1, y1) до точки (x2, y2);

PieSlice(x, y: integer; StAngle, EndAngle, r:word) – рисует и заштриховывает сектор окружности радиусом r с центром в (x, y) от начального угла StAngle к конечному углу EndAngle. При этом используется текущий стиль и цвет штриховки (см. процедуру SetFillStyle);

PutPixel(x, y:integer; Color:word) – выводит на экран точку цвета Color с координатами (x, y);

OutTextXY(x, y:integer; TextString:string) – выводит техт TextString в заданное координатами (x, y) место экрана.


Таблица 2. Шаблоны штриховки


Номер Стиль штриховки Номер Стиль штриховки
0 Нет штриховки 6 Наклонная влево
1 Сплошная (заливка) 7 В клетку по образцу +++
2 Горизонтальными линиями 8 В клетку по образцу ххх
3 Наклонная вправо 9 Штриховка в мелкую клетку
4 Наклонная вправо толстыми линиями 10 Редкими точками
5 Наклонная влево толстыми линиями 11 Частыми точками

Фрагмент кода 2

Результатом работы приведенной выше в примере 2 программы будет рисунок, представляющий собой фрактальную композицию. На каждом шаге цикла рисуется один сектор (от 0° до 360°), причем цвет его заливки меняется в зависимости от номера шага.

Контрольные вопросы по материалу Главы 8:

  1. Что понимается под компьютерной геометрией?
  2. Какие задачи может решать геометрическое моделирование?
  3. Сформулируйте определение фрактальной графики
  4. Приведите пример классификации фрактальной графики
  5. Сформулируйте основные отличия между геометрическими, алгебраическими и стохастическими фракталами
  6. Перечислите области применения фракталов
  7. Какими графическими возможностями обладает язык программирования Паскаль 7.0?
  8. В каком модуле языка Паскаль хранятся подпрограммы по работе с графикой? Как подключить его к основной программе?
  9. Как перейти в графический режим в среде Паскаль и как из него выйти?
  10. Как направлены оси координат в графическом режиме языка Паскаль? Где расположено начало координат?
  11. Пусть Ваш экран имеет стандартную разрешающую способность 640х480 ед. Какие координаты будет иметь при этом левый верхний угол экрана, левый нижний угол, правый верхний угол, правый нижний угол?
  12. Сколько основных цветов могут использоваться языком Паскаль 7.0? Приведите примеры обозначения цветов
  13. Какие типы штриховки Вам известны?
  14. Как на языке Паскаль установить режим рисования фиолетовым цветом по розовому фону?
  15. Какие операторы языка Паскаль используются для рисования простейших геометрических фигур (прямоугольника, закрашенного прямоугольника, окружности)? Назовите их формат
  16. С помощью каких известных Вам операторов языка Паскаль можно нарисовать треугольник? Приведите какой-либо пример