Компьютерная графика

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего образования

«Южный федеральный университет»
Инженерно-технологическая академия

Г.И. Ткаченко

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

Учебное пособие

Таганрог

Издательство Южного федерального университета

2016

УДК 004.92(075.8)
ББК 32.973Я73

Т484

Печатается по решению редакционно-издательского совета  

Южного федерального университета

Рецензенты:

доцент кафедры информационных измерительных технологий и систем

ИНЭП ЮФУ, кандидат технических наук, доцент С.В. Левонюк;

начальник отдела методического обеспечения общества с ограниченной 

ответственностью научно-производственно-конструкторской фирмы «Медиком 

МТД», кандидат технических наук Е.С. Захаров.

Ткаченко, Г. И.

Компьютерная графика : учебное пособие / Г.И. Ткаченко ; Южный 

федеральный университет. –
Таганрог
: Издательство Южного 

федерального университета, 2016. – 94 с.

ISBN 978-5-9275-2201-9

В данном учебном пособии изложены вопросы, касающиеся области 

использования компьютерных технологий для получения и редактирования 
цветных 
графических 
изображений 
в 
таких 
областях, 
как 
дизайн 
и 

оформительская 
деятельность. 
Приводится 
классификация 
компьютерной 

графики по основным общепринятым признакам, в зависимости от целей стоящих 
перед пользователем.

Рассмотрены общие сведения о понятии «Компьютерная графика», дана 

информация о видах, способах представления, принципах генерации и 
редактирования компьютерной графики, а также некоторая справка о новейших 
разработках и тенденциях в данной области.

Учебное пособие подготовлено в соответствии  с Государственным 

образовательным стандартом высшего образования по направлению подготовки 
21.03.02 – Землеустройство и кадастры.

ISBN 978-5-9275-2201-9
УДК 004.92(075.8)

ББК 32.973Я73

© Южный федеральный университет, 2016
© Ткаченко Г.И., 2016

Т484

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..5

1.
ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ ГРАФИКИ, КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА................ 6

1.1.
Классификационные признаки компьютерной графики................................. 7

1.1.1.
Классификация по способу формирования изображения.............................. 7

1.1.2.
Классификация по динамике изображения..................................................... 9

1.1.3.
Классификация в зависимости от организации работы графической 

системы.......................................................................................................................... 10

1.1.4.
Классификация по размерности получаемого изображения...................... 11

1.1.5.
Классификация по назначению ....................................................................... 11

1.1.6.
Классификация по виду изображения............................................................ 16

2.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦВЕТА В КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКЕ................ 20

2.1.
Устройство человеческого глаза .................................................................... 21

2.2.
Цветовые пространства и печать.................................................................... 23

2.3.
Цветовые модели.............................................................................................. 29

2.3.1.
Модель cmyk...................................................................................................... 33

2.3.2.
Модель hsb......................................................................................................... 33

2.3.3.
Модель lab......................................................................................................... 35

2.3.4.
Цветовая модель cie ........................................................................................ 36

2.3.5.
Простые и составные цвета.......................................................................... 38

3.
ГРАФИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ВВОДА-ВЫВОДА .................................. 40

3.1.
Графические устройства ввода........................................................................ 40

3.2.
Графические устройства вывода ..................................................................... 46

3.2.1.
Основные характеристики изображений..................................................... 47

3.2.2.
Мониторы......................................................................................................... 59

3.2.3.
Принтеры.......................................................................................................... 64

3.2.4.
Плоттеры......................................................................................................... 67

4.
СРЕДСТВА РЕДАКТИРОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ.......... 71

4.1.
Средства редактирования растровых изображений ..................................... 72

4.2.
Средства редактирования векторных изображений..................................... 80

4.3.
Средства редактирования фрактальной графики ......................................... 83

4.4.
Графические рабочие станции........................................................................ 85

4.5.
Форматы графических данных ....................................................................... 86

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.……………………………………………………………… 91
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………………. 92

ВВЕДЕНИЕ

Изучаемые темы курса «Компьютерная графика» в значительной степени 

зависит от области будущего использования полученных знаний на практике. Это 

вызвано широким использованием этого понятия в различных областях 

человеческой деятельности, таких как дизайн, реклама, проектирование, 

моделирование, кинематография и т.п. Можно сказать, что любая прикладная 

компьютерная программа использует компьютерную графику, но вид графики, 

представляемой оператору, зависит от решаемой задачи. Например, графика для 

дизайнера, разрабатывающего рекламный проспект, будет в значительной степени 

отличаться от графики  инженера, проектирующего здание или летательный 

аппарат. Исходя из этого, при изучении курса  «Компьютерная графика» 

необходимо учитывать область будущей деятельности выпускника.

Настоящее 
учебное 
пособие 
предназначено 
для 
изучения 
курса 

«Компьютерная 
графика» 
студентами, 
обучающимися 
по 
направлению 

подготовки «Землеустройство и кадастры». При написании учебного пособия 

учтены особенности прикладного использования знаний по компьютерной 

графике для выпускников данной специальности. 

Учебное пособие состоит из четырех разделов.
В первом разделе 

рассмотрены общие вопросы, связанные с компьютерной графикой, а также 

классификационные признаки  компьютерной графики. Второй раздел посвящен 

изучению понятия цвета в компьютерной графике, а также способам генерации 

цвета. В третьем разделе рассматриваются устройства ввода изображений в

память компьютера, а также способы работы с этим изображением в режиме 

диалога с ЭВМ. В этом же разделе приводятся устройства вывода графической 

информации на экран монитора, а также рассматриваются особенности, присущие

устройствам ввода-вывода графической информации. В четвертом разделе кратко 

представлены 
программы 
для 
обработки 
изображений 
и 
области 
их 

использования.

1. ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ ГРАФИКИ, КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

Слово «графика» происходит от древнегреческого «γρᾰφικός» (графикос), 

что означает «письменный», что в свою очередь происходит от древнегреческого 

слова «γράφω» (графи) – писать, записывать. Графика – это вид изобразительного 

искусства, в котором предметы изображаются с помощью точек, штрихов и пятен. 

Существует множество «инструментов» для работы в художественном 

направлении «графика». Наиболее известные из них – это уголь, мелки, простой 

карандаш, акварель, гуашь. В последнее время стали широко использоваться 

гелевые ручки и маркеры разной толщины. При этом наличие и разнообразие 

цвета играет лишь второстепенную роль, в отличие, например, от цвета в 

живописи. Для придания «живости» изображению в графике иногда используют 

цветную тушь. 

Суть графики основывается на контрасте одного либо двух цветов с 

поверхностью  бумаги (реже другой однородной поверхностью). При этом цвет 

поверхности, на которую наносится графический рисунок, может быть разным, но 

однородным. 

Характерной отличительной чертой графики является особое отношение 

предмета, который изображается к пространству (роль пространства в этом случае 

выполняет фон поверхности, на который наносится графика). Существует 

популярное выражение советского мастера графики В.А. Фаворского – «воздух 

белого листа», которое очень наглядно объясняет это отношение. 

В некоторых видах графики, в частности в гравюрах, может использоваться 

большое число цветов (иногда может использоваться более десятка), но такие 

случаи довольно редки. 

Наиболее известными мастерами графики были Альбрехт Дюрер, Хиросиге 

Андо, Хокусай Кацусика.

В зависимости от предназначения графика подразделяется на несколько 

видов:

- станковая графика (станковый рисунок, эстамп); 

- журнальная и газетная графика; 

- прикладная графика (плакат и пр.); 

- компьютерная графика и промышленная графика.

1.1.
Классификационные признаки компьютерной графики

Компьютерная графика (также называют машинная графика) – это область 

деятельности, в которой компьютеры (вместе со специальным программным 

обеспечением) 
используются 
в 
качестве 
инструмента, 
для 
создания 
и 

редактирования изображений, а также для оцифровки визуальной информации, 

полученной из реального мира с целью дальнейшей её обработки и хранения [1,2].

В 
результате анализа литературных источников, можно выделить 

следующие классификационные признаки.

1.1.1.
Классификация по способу формирования изображения

По способу формирования изображения различают три вида компьютерной 

графики: растровое представление, векторное и фрактальное представления 

изображений [2, 3].

При растровом способе изображение представляется множеством точек, 

называемых пикселами,  в свою очередь пикселы размещены по фиксированным 

строкам, называемым растрами. Этот вид представления используется при работе 

с фотографиями, при сканировании изображений и т.п. Средства работы с таким 

видом графики  предназначены в основном для редактирования изображений. 

Одним из средств, для работы с растровой графикой, является программа

AdobePhotoshop (с расширением файлов .pcd). Более простой программой, но с 

меньшими возможностями является программа Paint (с расширением файлов 

.bmp). При сканировании изображений чаще всего используется формат .tiff, а для 

размещения растровых изображений в сети Internet применяются форматы 

.gif и .jpg.

Одним из недостатков растровой графики является
большой объем 

оперативной и дисковой памяти, требуемый для хранения и обработки 

изображений, так как при хранении кодируется каждый пиксель. Качество 

представления растровых изображений в значительной степени зависит от 

разрешающей способности монитора, а также от разрешения сканирующих 

устройств. Следует также учитывать тот факт, что при изменении масштаба 

изображения оно может искажаться.

В отличие от растровой, векторная графика использует представление 

изображений набором линий, называемых векторами. Векторное представление 

изображений широко используется в редакционной деятельности, при создании 

рекламных материалов, а также при разработке чертежей конструкторами.  В 

качестве средств для работы с векторной графикой используют такие программы,

как AdobeIllustrator, AutoCAD, CorelDraw и др. Эти средства используют 

следующие 
форматы 
представления 
векторных 
изображений:  

.eps, .dcs, .pdf, .cdr, .cmx.

Можно выделить следующие особенности
векторного представления 

изображений:

- основным элементом изображения является линия, состоящая из набора 

точек, координаты которых вычисляются по определенным алгоритмам с учетом 

координат начала и конца этой линии. При хранении векторного изображения в 

памяти хранятся параметры линии, а не координаты представляющих ее точек. По 

этой причине для хранения векторных изображений требуется меньше памяти по 

сравнению с растровой графикой;

при изменении масштаба или угла наклона линии координат,

представляющих 
ее 
точек,
рассчитываются 
с 
использованием 
данных,

хранящихся в памяти, и новых координат начала и конца (вычисляемая графика).

Дальнейшим развитием векторной графики можно считать появление 

объектно-ориентированной графики.  Основными элементами такой графики 

являются примитивы, элементы более сложные,  чем линии. При редактировании 

изображения можно изменить любой примитив или его параметры и изображение 

при этом не искажается.

Другим видом вычисляемой графики является фрактальная графика. Эта 

графика основана на программировании изображений и широко используется в 

оформительской деятельности для построения диаграмм и графиков. Средства 

фрактальной графики содержатся в большинстве табличных процессоров, таких 

как Excel, Lotus, QuatroPro, SuperCalc, а также текстовом редакторе MSWord.

Изображения фрактальной графики обладают следующими особенностями:

- изображение вычисляется по заданным уравнениям;

- в памяти хранятся только уравнения, описывающие объекты;

- путем математических вычислений можно моделировать сложные и 

необычные рисунки.

1.1.2. Классификация по динамике изображения

По этому признаку компьютерная графика делится на изображения с 

неподвижными элементами и с изменяющимся изображением. Приложения, 

работающие с такой графикой можно подразделить на: программы 2- и 3-мерного 

моделирования; программы 2- и 3-мерной анимации; презентационные пакеты. 

Таким образом, можно выделить два типа графики:

- статическая графика – компьютерная графика с неизменяющимися 

картинками;

- компьютерная анимация, кинематографии – графика с изменяющимися 2
и 3-мерными изображениями. 

В современных компьютерных играх значительную роль играют анимация, 

реалистичность изображений, совершенство способов ввода-вывода информации. 

Следует отметить, что во многих игровых программах используются идеи и 

методы, разработанные для профессиональных компьютерных систем, таких как 

тренажеры для летчиков.

Широко используется КГ в кинематографии. Одним из первых примеров 

был фильм "Звездные войны", созданный с помощью суперкомпьютера Cray. До 

недавнего времени технологии компьютерной графики использовались для 

спецэффектов, 
создания 
изображений 
экзотических 
чудовищ, 
имитации 

стихийных бедствий и других элементов, которые являлись лишь фоном для игры 

живых актеров. В 2001 г. вышел на экраны полнометражный кинофильм 

"Финальная 
фантазия", 
в 
котором 
все, 
включая 
изображения 
людей, 

синтезировано компьютером – живые актеры только озвучили роли за кадром.

1.1.3.
Классификация в зависимости от организации работы графической 

системы

По наличию возможности оператора вмешиваться в работу графической 

системы различают два вида систем:

пассивная графическая система – это организация работы графической 

системы, при которой дисплей используется только для вывода изображения под 

управлением 
программы 
без 
вмешательства 
пользователя. 
Графическое 

представление после получения не может быть изменено;

- интерактивная (динамическая, диалоговая) графическая система – это 

воспроизведение на экране изображений под управлением пользователя.

Интерфейсы 
операционных 
систем 
всегда 
используют 
интерактивную 

компьютерную графику. 

Под интерактивной компьютерной графикой (ИКГ) понимается способность 

вычислительной системы создавать графические системы в режиме диалога с 

человеком.
В таких системах оператор, воспринимая довольно сложные 

изображение на экране монитора, может вносить изменения параметров 

изображения, которые воспринимаются системой в реальном масштабе времени. 

При этом может изменяться как все изображение, так и отдельные объекты, 

представляющие его. Большинство используемых в настоящее время программ 

используют ИКГ, при реализации диалога с оператором. 

Системы автоматического проектирования  можно считать первыми 

интерактивными системами. Такие системы используются в машиностроении, 

при проектировании летательных аппаратов и автотранспортных средств, при 

проектировании электронных средств, в архитектуре.

1.1.4.
Классификация по размерности получаемого изображения

Этот признак определяет размерность изображения в пространстве. До 

настоящего времени использовались двумерные графические изображения и 

изображения создающие иллюзию трехмерности с помощью специальных 

технических средств. В настоящее время появились системы трехмерной 

компьютерной 
графики, 
нашедшие 
применение 
в 
различных 
областях 

деятельности человека. Основной представитель такой графики – объемный 

принтер, позволяющий «печатать» трехмерные детали различного применения. 

По размерности компьютерную графику можно разделить на следующие группы

[4, 5]:

- двумерная компьютерная графика
– 2D-графика – плоские 2-мерные 

изображения. Используется в полиграфических комплексах, в дизайнерских, 

презентационных, анимационных программах;

трехмерная компьютерная графика
–
3D-графика –
графика с 

псевдообъемным и объемным изображениями. Используется в системах 

проектирования и разработки объемных объектов в технике, строительстве и 

электронике.

1.1.5.
Классификация по назначению

По этому признаку классифицировать компьютерную графику сложно по 

той причине, что сферы деятельности человека взаимосвязаны. Можно чисто 

условно выделить четыре основных области:
отображение и обработка 

графической информации, проектирование, моделирование и графический 

пользовательский интерфейс [6, 7].

Отображение и обработка графической информации. Данная область 

компьютерной графики представляется нам наиболее обширной. Существует 

проблема визуализации накопленной информации об изменении климата за 

длительный период, об экономическом развитии регионов страны, об изменении 

популяции животных и т.д. Для решения этой проблемы успешно может быть 

использовано графическое представление информации. 

Компьютеры широко используются для создания рекламных роликов, 

подготовки презентаций, представления видеоуроков, а также в компьютерных 

играх. Программные продукты в этой области требуют высокого быстродействия 

аппаратурных 
компонентов 
и 
больших 
объемов 
оперативной 
памяти. 

Использование таких пакетов позволяет добиться реалистических изображений и 

"живых картинок". 

Деловая графика. В этой области основной задачей является представление 

различных показателей экономической деятельности предприятий. С помощью 

деловой графики иллюстрируются: плановые показатели, статистические сводки, 

а также различные отчеты по работе предприятия. Электронные таблицы 

включают пакеты прикладных программ деловой графики. 

Компьютерная анимация – это создание динамических объектов на экране 

компьютера. В таких программах художник задает начальное и конечное 

положения объекта, а все промежуточные изображения создаются программой. 

Понятно, что для расчета промежуточных состояний в компьютере должна 

содержаться математическая модель, описывающая движение создаваемого 

объекта. Для создания иллюзии движения, полученные промежуточные рисунки 

выводятся на экран с определенной частотой.

Мультимедиа
–
этот 
вид 
графики 
заключается 
в 
объединении 

высококачественного изображения и звукового сопровождения. Мультимедиа 

широко используется в таких областях, как реклама, средства развлечения и 

обучения.