Основные направления компьютерной графики. Основные структурные элементы системы машинной графики

Выделим некоторые направления компьютерной графики (отметив, что это выделение достаточно условно):

• иллюстративное, которое можно понимать расширительно, начиная с пояснений (визуализации) результатов эксперимента и кончая созданием рекламных роликов;

• саморазвивающее - компьютерная графика должна обслуживать свои потребности, расширяя свои возможности и совершенствуя их;

• исследовательское, в котором инструментарий компьютерной графики начинает играть роль, во многом подобную той, которую в свое время сыграл микроскоп. 

Компьютерная графика и геометрия базируются на таких дисциплинах, как различные разделы геометрии (аналитическая, начертательная, дифференциальная, проективная, прикладная), программирование для ЭВМ, элементы вычислительной математики, понятия о формальных языках, применимых в общенйи человека и Машины.

Виды данных, представленных в форме изображений

Говоря об обработке изображений с помощью ЭВМ, целесообразно выделять четыре класса изображений. Эта классификация связана не столько с природой зрительного восприятия изображения, сколько с подходом к их представлению и обработке.

Класс 1: тоновые и цветные изображения

В класс 1 входят изображения, имеющие вид обычных телевизионных изображений. Они обеспечивают довольно точное воспроизведение «реальности» и представляются матрицами с целочисленными элементами (для обозначения последних обычно используют термины элемент изображения, пиксел и пэл). Цветные изображения могут представляться либо при помощи трех матриц (для красного, зеленого и синего цветов), либо с помощью одной матрицы таким образом, что отдельные биты каждого элемента представляют различные цвета. Поскольку человеческий глаз обычно не в состоянии различать уровни освещенности, отличающиеся друг от друга менее чем на 1%, то для  представления цветного изображения достаточно затрачивать по одному байту на цвет на пиксел.

Класс 2: двухуровневые или представляемые в нескольких «цветах» изображения

Изображение книжной страницы служит типичным примером представителя класса 2 — двухуровневого (черно-белого) изображения. Подобные изображения можно представлять матрицами, затрачивая по одному биту на элемент, а также и в виде «карт», так как на этих изображениях имеются хорошо различимые области одного цвета. Именно поэтому мы объединяем в один класс изображения, представляемые в нескольких «цветах», и двухуровневые изображения, несмотря на то, что представление с затратой одного бита на элемент матрицы удачно лишь для двухуровневых изображений.

Класс 3: непрерывные кривые и линии

Примерами изображений класса 3 служат контуры областей, сигналы и диаграммы (графики). Соответствующие данные являются последовательностями точек, допускающих представление через их координаты х, у. Однако этот метод представления довольно неэффективен, причем то же самое относится к представлению, основанному на использовании разностей значений координат  соседних точек. Более эффективным является представление с помощью цепных кодов, при использовании которых вектору, соединяющему две соседние точки, ставится в соответствие один символ, принадлежащий некоторому конечному множеству. Еще более эффективный способ представления заключается в применении дифференциального цепного кода, предусматривающего -кодирование каждой точки разностью двух последовательных абсолютных кодов. В этом случае все еще сохраняется восемь значений (0, ±1, ±2, ±3 и 4), однако вероятности их появления неодинаковы. Можно ожидать, что при кодировании гладких кривых значения 0 и ±1 будут появляться много чаще, чем все остальные, а значение 4 — чрезвычайно редко. Поэтому для представления различных направлений можно воспользоваться каким-либо из кодов с переменной длиной. Приведем один из возможных вариантов кодирования словами с переменной длиной при использовании дифференциального цепного кода.