Средства и технологии обработки графической информации

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Информатика»

На тему: «Средства и технологии обработки графической информации»

Исполнитель:

Специальность

Группа

№ зачетной книжки

Руководитель:

Уфа, 2009 г. Оглавление

с.

Введение3

1 Теоретическая часть4

1.1 Представление графических данных4

1.1.1. Форматы графических данных4

1.1.2. Преобразование графических форматов7

1.2. Средства для работы с растровой графикой7

1.3. Технологии обработки графической информации8

2 Практическая часть14

2.1 Условие задачи14

2.2 Описание алгоритма решения задачи15

Список использованной литературы21

Введение

В данной курсовой работе необходимо рассмотреть теоретический вопрос «Средства и технологии обработки графической информации».

Развитию программных графических средств способствовал целый ряд важных как мотиваций, так и предпосылок. Мотивации широкого использования графического представления информации, как наиболее информативного и понятного человеку, весьма разнообразны и стимулируются многочисленными приложениями (научными, инженерно-техническими, медицинскими, архитектурно-изобразительными, художественными, игровыми, организации человеко-машинного интерфейса и т.д.). Среди предпосылок следует отметить развитие аппаратных средств отображения графической информации (в первую очередь, дисплеев растрового типа) и возможностей ЭВМ - объема основной памяти и производительности центральной памяти. Наряду с этим, развитию графического программного обеспечения способствовало создание целого ряда подходов и методов компьютерной обработки графической информации (трассировка лучей, фрактальная геометрия, конструктивная геометрия сплошных тел и др.), позволивших разработать целый ряд интересных графических программных средств различного назначения как для векторных, так и для растровых дисплейных систем.

Кроме того, в качестве практической части необходимо решить задачу нахождения бюджета семьи, зная сведения о доходах и расходах всех членов семьи, построить гистограмму по полученным сведениям.

Для решения задания был использован компьютер со следующими характеристиками: компьютер Intel(R), Pentium(R) 4CPU, 1.80GHz, 1.82 ГГц, 512 МБ ОЗУ. Система MSWindowsXPProfessionalверсия 2003.

1 Теоретическая часть

1.1 Представление графических данных

1.1.1. Форматы графических данных

Форматы графических файлов определяют способ хранения информации в файле (растровый, векторный), а также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия). Сжатие применяется для растровых графических файлов, т.к. они имеют достаточно большой объем. Существуют различные алгоритмы сжатия, причем для различных типов изображения целесообразно применять подходящие типы алгоритмов сжатия. В таблице 1 приведена краткая характеристика часто используемых графических форматов.

Таблица 1

Характеристика часто используемых графических форматов

Тип графической информации	Алгоритм сжатия	Графические форматы
Рисунки типа аппликации, содержащие большие области однотонной закраски.	Заменяет последовательность повторяющихся величин (пикселей одинакового цвета) на две величины (пиксель и количество его повторений).	BMP, PCX
Рисунки типа диаграмм	Осуществляет поиск повторяющихся в рисунке "узоров".	TIFF, GIF
Отсканированные фотографии, иллюстрации	Основан на том, что человеческий глаз очень чувствителен к изменению яркости отдельных точек изображения, но гораздо хуже замечает изменение цвета. При глубине цвета 24 бита, компьютер обеспечивает воспроизведение более 16 млн. различных цветов, тогда как человек вряд ли способен различить.	JPEG

В компьютерной графике применяют, по меньшей мере, три десятка форматов файлов для хранения изображений. Но в данной статье мы рассмотрим только два основных формата, которые распознаются достаточно большим числом Web-броузеров: GIF и JPEG.

Форматы графических файлов. Проблема сохранения изображений для последующей их обработки чрезвычайно важна. Единого формата графических файлов, пригодного для всех приложений, не существует, однако некоторые форматы стали стандартными для целого ряда предметных областей. Важно различать векторные (WMF, DXF, CGM и др.) и растровые ( TIFF, GIF, JPG и др.) форматы. Как было уже сказано выше, файлы векторного формата содержат описания рисунков в виде набора простейших графических объектов. В файлах же растровой графики запоминается цвет каждого пикселя на рисунке, поэтому такие файлы занимают, как правило, большой объем памяти. Один из возможных способов решения этой проблемы – сжатие информации, т. е. уменьшение размеров файла за счет изменения способа организации данных в нем. Обычно каждый конкретный алгоритм хорошо сжимает только изображения вполне определенной структуры. Например, в формате PCX применяется алгоритм сжатия, который хорошо работает с рисунками, содержащими большие области однотонной закраски. Хранение же отсканированных фотографий в формате PCX не оправдано, так как размеры получающихся файлов очень велики. В этом случае лучше воспользоваться форматом JPEG, который основан на теории фрактальной упаковки и обеспечивает высокий коэффициент сжатия для изображений фотографического качества.

Таблица 2

Векторные форматы графических файлов

Название формата	Программы, которые могут открывать файлы
WMF( Windows MetaFile)	Большинство приложений Windows.
EPS(Encasulated PostScript)	Большинство настольных издательских систем и векторных программ, некоторые растровые программы.
DXF(Drawing Interchange Format)	Все программы САПР, многие векторные редакторы, некоторые настольные издательские системы.
CGM(Computer Graphics Metafile )	Большинство программ редактирования векторных рисунков, САПР и издательские системы.

Таблица 3

Растровые форматы графических файлов

Название формата	Программы, которые могут открывать файлы
BMP(Windows Device Independent Bitmap)	Все программы Windows, которые используют растровую графику.
PCX (Z – Soft PaintBrush)	Почти все графические приложения.
GIF(Graphic Interchange Format)	Почти все растровые редакторы; большинство издательских пакетов; векторные редакторы, поддерживающие растровые объекты.
TIFF(Tagged Image File Format)	Большинство растровых редакторов и настольных издательских систем; векторные редакторы, поддерживающие растровые объекты.
TGA(TrueVision Targa)	Растровые редакторы
IMG(Digital Research GEM Bitmap)	Некоторые настольные издательские системы и редакторы изображений Windows
JPEG(Joint Photographic Experts Group)	Последние версии растровых редакторов; векторные редакторы, поддерживающие растровые объекты.

Таким образом, знание особенностей форматов графических файлов имеет значение для эффективного хранения изображений и организации обмена данными между различными приложениями.

1.1.2. Преобразование графических форматов

При подготовке файлов для размещения в сети Интернет приходиться сталкиваться с проблемой преобразования графических файлов из одного формата в другой. Например, у вас есть очень интересный файл в формате TIFF, который вы хотите разместить на своих Web-страницах. Поэтому вам необходимо преобразовать этот файл в один из форматов GIF или JPEG.

Преобразование форматов графических файлов можно выполнить с помощью графических редакторов, воспринимающих файлы разных форматов. Для этих целей можно воспользоваться графическим редактором Photo Editor, входящим в Microsoft Office. Этот редактор умеет работать практически со всеми распространенными форматами графических файлов: TIFF, PCX, GIF, JPEG и др. При этом он дает возможность конвертировать файлы из одного формата в другой с помощью обычной операции Сохранить как… (Save as…).

При преобразовании файлов можно уточнить желаемые параметры. Например, выполнить преобразование из цветного в черно-белый формат, выбрать количество цветов, степень сжатия файла, либо фактор качества - большой файл и лучшее качество изображения, или же маленький файл с более низким качеством изображения.

1.2. Средства для работы с растровой графикой

К аппаратным средствам получения цифровых растровых оригиналов в основном относятся сканеры и цифровые камеры. Другие устройства, например цифровые видеокамеры, адаптеры захвата телевизионных кадров, в компьютерной графике играют чаще вспомогательную роль. Для создания изображений "от руки" предназначены графические планшеты, на которых рисуют специальным электронным пером. Мы будем рассматривать только один из этих способов получения растрового изображения - сканирование.

Одной из важных характеристик сканера является разрешение. В устройствах бытового класса - это 300-600 dpi, профессионального - 1200-3000. Если вы ориентируетесь на получение изображений для экрана монитора, то достаточно иметь при сканировании разрешение 300 dpi. Сканеры обычно поставляются вместе с программным обеспечением, которое позволяет не только настроить параметры сканирования изображения, но и произвести дополнительное изменение его. Во время подготовки иллюстраций для Web-страницы мы часто сталкиваемся с проблемой "плохой фотографии", когда в вашем распоряжении находится некачественный снимок. Эту проблему легко можно решить, используя возможности графического редактора.

1.3. Технологии обработки графической информации

Для обработки изображений на компьютере используются специальные программы - графические редакторы. Среди программ, предназначенных для создания растровых изображений, самыми популярными считаются Painter компании Fractal Design, FreeHand компании Macromedia, и Fauve Matisse. Пакет Painter обладает широким спектром средств рисования и работы с цветом. В частности, он моделирует различные инструменты (кисти, карандаш, перо, уголь, аэрограф и др.), позволяет имитировать материалы (акварель, масло, тушь), а также добиться эффекта натуральной среды. Последние версии программы FreeHand обладают богатыми средствами редактирования изображений и текста, содержат библиотеку спецэффектов и набор инструментов для работы с цветом.

Программа Photoshop компании Adobe занимает особое место. По сути дела, сегодня эта программа является стандартом в компьютерной графике, и все другие программы неизменно сравнивают именно с ней.

Используемые методы обработки графической информации существенно определяются аппаратными средствами отображения ее на экране/плоттере. В настоящее время дисплейные системы делятся на два основных типа: векторные и растровые. В векторных системах световой луч движется по экрану вдоль рисуемой по определенному алгоритму линии. Тогда как в растровых системах нужный объект воспроизводится посредством последовательного сканирования световым лучом его шаблона, т.е. без вычерчивания каждой линии непрерывным движением. Таким образом, между обоими типами визуализации графического объекта лежит принципиальное различие:

- векторный подход характеризуется динамическим формированием на экране объекта по его программному описанию, сформированному посредством графических примитивов;

- растровый подход отображает на экран весь объект целиком на основе его шаблона, созданного посредством графических примитивов и находящегося в видеопамяти дисплея.

Информационные технологии обработки графической информации включают в себя специфические модели представления информации данного вида, особые методы ввода, формирования и вывода изображений, свои аппаратные и программные средства.

Программные средства компьютерной графики - графические редакторы делятся на две большие группы: растровые и векторные редакторы. Это деление обусловлено способом представления и хранения графической информации (растровый или векторный способ).

Среди программных средств компьютерной графики особое место занимают программные средства деловой графики. Они предназначены для создания иллюстраций к отчетной документации, статистическим сводкам и другим иллюстративным материалам. Обычно это различные графики, диаграммы, схемы и т.п. Программные средства деловой графики обычно включаются в состав текстовых и табличных процессоров (электронных таблиц).

К инструментам деловой графики можно отнести и системы автоматизированного проектирования (САПР), которые предназначены для создания чертежей, но по сути являются векторными графическими редакторами.

Компьютерные технологии обработки графической информации включают не только особое программное обеспечение (программные ресурсы), но и специфические аппаратные ресурсы, такие как различные устройства ввода и вывода графической информации: сканеры, цифровые фото- и видеокамеры, дигитайзеры, графические планшеты, плоттеры и т.п.

На дисплейных системах векторного типа работа с графическими объектами включала, как правило, следующие основные этапы:

- программное создание графических объектов посредством графических примитивов;

- формирование его снимка-проекции из определенной точки наблюдени

я и отображение данного снимка на экран дисплея;

- программное редактирование графических объектов. Созданное для векторных дисплеев графическое программное обеспечение, воспринимая ряд растровых примитивов (например, массивов пикселей), работает в системе мировых координат с заданными пользователем объектами.

Вместе с тем, такое программное обеспечение не может в полной мере воспользоваться богатыми возможностями растровых дисплейных систем.

Принципиально иной подход использует рисующее графическое программное обеспечение, ориентированное на работу с растровыми дисплейными системами и получившее весьма широкое распространение в связи с использованием именно растровых дисплеев на всех основных типах ПК. Такое программное обеспечение работает с графическими объектами, не являющихся объектами некоторого координатного пространства, а представляющими собой отдельные пиксели или их совокупности в некоторой пиксельной матрице - стандартном листе для рисования. В этом случае выводимое на экран изображение представляет собой 2-мерный массив пикселей - элементов графического изображения, несущих информацию о яркости и цвете элементарного участка изображения, совокупность которых составляет изображение в целом. Для представления одного пикселя требуется до 2 байт информации. В настоящее время пиксельные матрицы характеризуются размерностью 1024х768 пикселей, определяя достаточно высокую разрешающую способность дисплейных систем для ПК.

Сформированное в пиксельной матрице изображение хранится в видеопамяти дисплея и выводится на экран в режиме регенерации. Рисование в цвете, реализуемое посредством манипуляций пикселями такой матрицы, в определенной мере подобно приготовлению фотографии путем модификации областей эмульсионного слоя пленки в отличие от обычного экспонирования ее посредством фотоаппарата, наведенного на некоторый графический объект. Тогда как методика работы с графическими объектами в среде векторных систем напоминает именно процесс обычного фотографирования. Таким образом, в отличие от векторного, растровая технология позволяет создавать рисующие программные средства, работающие независимо от аппаратных средств на нижних уровнях обработки графической информации.

В настоящее время разработаны и поставляются на рынок весьма разнообразные программные средства, ориентированные на различные приложения, многие из которых упоминались выше. Предлагается графический пакет AutoTouch, ориентированный на рисовальный характер работы с графическими объектами и базирующийся на оригинальной геометрии рисования. Автор предлагаемого метода рисования - М.О. Ефимова
.

1. Основные методы формирования графических объектов

Каждый разрабатываемый графический пакет ищет свою нишу в среде исследователей, инженеров, дизайнеров, художников, чертежников, рисующих детей и т.д. Существующие пакеты используют следующие основные (с точки зрения пользователя) технологические методы создания графического изображения-объекта (ГО):

- Команда-параметры - этим методом выбора команд и задания им соответствующих параметров пользуются известный пакет AutoCAD и созданные на его основе многие другие системы автоматизированного проектирования. Метод использует свою нишу в основном в среде разработчиков средств технического черчения;

- Команда-инструмент - этим методом выбора команд и/или рисовальных инструментов пользуются пакеты типа Paintbrush; метод нашел свою нишу в среде рисующих детей и дизайнеров, редактирующих битовые Г0, полученные сканированием или вводом с магнитных носителей. Данный метод использует также известный графический пакет Adobe Photoshop, имеющий расширенные возможности выделения областей и цветового редактирования; пакет нашел приложения, прежде всего, в среде дизайнеров, редактирующих импортированные извне ГО различного характера;

- Команда-символ-инструмент - этим методом выбора команд, инструментов и готовых графических изображений (символов) пользуются многочисленные пакеты типа CorelDRAW, нашедшие применение, главным образом, в иллюстративных целях (рекламные заставки, фирменные знаки, оформительские материалы и т.д.), а также в качестве относительно простых графических редакторов.

Разделение технологических методов на такие группы в значительной мере условно и лишь отражает основную тенденцию, т.к. любой пакет использует в большей или меньшей мере задание параметров и инструментов в своем графическом интерфейсе. Очевидно, ниша художественного рисования на экране остается почти незанятой, ибо получение кривых линий вытягиванием или построением по касательным в значительной мере непривычно для традиционной работы художника, а физическим рисованием посредством инструментов трудно создать на экране сложный фрагмент или узор.

Существует ряд численных методов, использующих специальные алгоритмы, генератор псевдослучайных чисел и итерации, с помощью которых можно программным путем, задавая параметры, создавать фрагменты достаточно сложных графических объектов для их последующего конструирования и редактирования. Графический пакет AutoTouch ставит своей целью пригласить к компьютеру художников и дизайнеров для создания картин, их фрагментов, фактур или текстур, а также привлечь детей и взрослых возможностями натуралистического рисования. Любителям абстрактной живописи пакет предоставит также массу возможностей для создания планируемых или даже неожиданных образов. С некоторым упрощением применяемый в пакете технологический метод можно назвать автоштриховым, когда штрих наносится за штрихом автоматически, имитируя (в некотором роде) работу художника-графика, а технологическую цепочку рисования можно обозначить как прототип-персонажи- функции.

Пользователь выбирает прототип фигуры (или узора) и передоверяет его рисование назначенным персонажам с определенными для них функциями. Редактирование фигур осуществляется переназначениями и перерисовкой объектов. Метод назначения персонажей и их функций поможет пользователю не только отображать, но и распознавать окружающие его образы. Некоторые виды прямого инструментального рисования возможны на той части экрана, которой предстоит стать битовым образом - векторная автоштриховая методика этих операций не признает.

2
Практическая часть

2.1 Условие задачи

1. Построить таблицы по приведенным данным о доходах членов семьи (рис. 1, 2) и о расходах семьи (рис. 3) за квартал.

2. Заполнить таблицу на рис. 4 числовыми данными о доходах семьи за квартал, выполнив консолидацию по расположению данных.

3. Составить таблицу планирования бюджета семьи на квартал (рис.5).

4. По данным о бюджете семьи на квартал (рис. 5) построить гистограмму.

Наименование доходов	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
Зарплата	4000	3000	2200	3200
Прочие поступления	500	1000
Сумма дохода в месяц
Рис. 1. Доходы Чижовой М.А. за 1 квартал 2006 г., руб.
Наименование доходов	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
Зарплата	7000	7000	7500	7400
Прочие поступления	1200	500	500	1000
Сумма дохода в месяц
Рис. 2. Доходы Чижова А. С. за 1 квартал 2006 г., руб.
Наименование доходов	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
Коммунальные платежи	630	670	700	800
Оплата электроэнергии	100	100	120	120
Оплата телефонных счетов	195	195	195	195
Расходы на питание	2500	2500	2600	3000
Прочие расходы	1000	1000	1500	2000
Погашение кредита	4000	4000	4000	4000
Суммарный расход в месяц

Рис. 3. Расходы семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г., руб.

Доходы семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г.
Наименование доходов	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
Зарплата
Прочие поступления
Сумма дохода в месяц

Рис. 4. Доходы семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г.

Наименование доходов	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
Суммарный доход в месяц
Суммарный расход в месяц
Остаток

Рис. 5. Бюджет семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г.

2.2 Описание алгоритма решения задачи

Решение задачи оформлено в приложение MSExcel.

Вся информация по условию задачи оформлена на 5 листах: Доходы Чижовой М.А., Доходы ЧижоваА.С, Расходы семьи, Доходы семьи, Бюджет семьи

На листах Доходы Чижовой М.А., Доходы ЧижоваА.С, Расходы семьи
созданы таблицы с данными амортизации за соответствующие месяцы (рис.6- 8).

Рис. 6. Расположение таблицы «Доходы Чижовой М.А. за 1 квартал 2006 г., руб.»
на листе Доходы Чижовой М.А

Рис. 7. Расположение таблицы «Доходы Чижова А.С. за 1 квартал 2006 г., руб.»
на листе Доходы Чижова А .С

Рис. 8. Расположение таблицы «Расходы семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г., руб.»
на листе Расходы семьи

Для вычисления суммы дохода Чижовой М.А. и Чижова А.С. за сентябрь месяц в ячейки B5 соответствующих листов Доходы Чижовой М.А.
и Доходы ЧижоваА.С
введена формула:

=СУММ(B3:B4)

и скопирована с помощью маркера автозаполнения в соответствующие ячейки С5:Е5.

Для нахождения значения суммарного расхода в месяц в ячейку В9 на листе Расходы семьи
введена формула:

=СУММ(B3:B8)

и скопирована в ячейки С9:Е9.

Для нахождения доходов семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г. на листе «Доходы семьи»
создана таблица «Доходы семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г.» (рис. 9).

Рис. 9. Расположение таблицы «Доходы семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г., руб.»
на листе Доходы семьи

Для нахождения общей суммы зарплат Чижовой М.А. и Чижова А.С. в ячейку В3 введем формулу:

='Доходы Чижовой М.А'!B3+'Доходы ЧижоваА.С'!B3

Для нахождения общей суммы прочих расходов Чижовой М.А. и Чижова А.С. в ячейку В4 введем формулу:

='Доходы Чижовой М.А'!B4+'Доходы ЧижоваА.С'!B4

Для нахождения общей суммы доходов в месяц Чижовой М.А. и Чижова А.С. в ячейку В5 введем формулу:

=СУММ(B3:B4)

Скопируем эти три формулы в ячейки С5:Е5. в результате получим сведения о доходах семьи (рис. 10).

Рис. 10. Сведения о доходах семьи Чижовых на листе Доходы семьи

Сведем таблицу планирования бюджета семьи на квартал (рис. 11).

Рис. 11. Расположение таблицы «Бюджет семьи Чижовых за 1 квартал 2006 г.»
на листе Бюджет семьи

Заполним ячейки В3, В4 и В5 соответствующими формулами:

='Доходы семьи'!B5

='Расходы семьи'!B9

=B3-B4

Скопируем в ячейки за оставшиеся месяцы. В результате получим следующие показатели (рис.12):

Рис. 12. Сведения о бюджете семьи Чижовых

По результатам имеющихся значений о бюджете семьи на листе Бюджет семьи построим гистограмму по трем показателям (рис. 13). Диаграмма строится с помощью мастера построения диаграмм по следующим шагам:

- выделим область ячеек А2:Е5;

- выбираем команду Диаграмма
из пункта меню Вставка
. Появляется окно (рис. 13);

- нажимаем кнопку Далее
(рис. 14);

- задаем параметры ( заголовки, подписи, размещение) (рис. 15).

Рис. 13. Окно мастера диаграмм

Рис. 14. Окно мастера диаграмм

Рис. 15. Задание параметров в окне мастера диаграмм

Диаграмму размещаем на отдельном листе Диаграмма
(рис. 16).

Рис. 16. Гистограмма «Бюджет семьи Чижовых»

Все условия задачи выполнены. Решение представлено графически, созданы межтабличные связи. При изменении данных о доходах и расходах Чижовой и Чижова на соответствующих листах происходи автоматическое изменение значений в итоговых таблицах.

Список использованной литературы

1. Рычков В. Microsoft Excel 2000: Краткий курс. СПб., 2000

2. Рычков В. Самоучитель Excel 2000. СПб., 1999

3. Журин А.А.EXCEL 2000. М., 2000

4. http://www.tiei.ru/ppage/pages/7/Consp1/L1-11/COMPUT11.htm

5. http://sea1608.narod.ru/IT/LK2.doc