Применение векторной графики
Успехи компьютерных технологий, достигнутые в последние годы, не оставляют места сомнениям при выборе способов получения, хранения и переработки данных о сложных комплексных трехмерных объектах, таких, например, как памятники архитектуры и археологии, объекты спелеологии и т. д.
7.1 Наука и инженерия
Системы CAD/CAM используются сегодня в различных областях инженерной конструкторской деятельности от проектирования микросхем до создания самолетов. Ведущие инженерные и производственные компании, такие как Boeing, уже продвинулись к полностью цифровому представлению конструкции самолетов.
Архитектура является другой важной областью применения для CAD/CAM и совсем недавно созданных систем класса walkthrough (прогулки вокруг проектируемого объекта с целью его изучения и оценки). Такие фирмы, как McDonald's, уже с 1987 года используют машинную графику для архитектурного дизайна, размещения посадочных мест, планирования помещений и проектирования кухонного оборудования. Есть ряд эффектных применений векторной графики в области проектирования стадионов и дизайна спортивного инвентаря, парк в Балтиморе (Baltimore Orioles'Camden Yards Park).
Медицина стала весьма привлекательной сферой применения компьютерной графики, например: автоматизированное проектирование инплантантов, особенно для костей и суставов, позволяет минимизировать необходимость внесения изменений в течение операции, что сокращает время пребывания на операционном столе (очень желательный результат как для пациента, так и врача). Анатомические векторные модели также используются в медицинских исследованиях и в хирургической практике.
Научные лаборатории продолжают генерировать новые идеи в области визуализации. Задача сообщества компьютерной графики состоит в создании удобных инструментов и эффективных технологий, позволяющих пользователям продолжать научные изыскания за границей возможного и безопасного эксперимента. Например ,проект виртуального туннеля NASA Ames Research Center переносит аэродинамические данные в мир виртуальной реальности, интерес к которой значительно вырос в девяностые годы. NASA Ames было одним из пионеров в использовании и развитии технологий погружения людей в мнимую реальность. Специалисты NASA занимались разработкой специальных шлемов и дисплеев, трехмерных аудиоустройств, уникальных устройств ввода для оператора и созданием соответствующего программного обеспечения. Возник ряд компаний, занимающихся виртуальной реальностью, например: Fakespace, Cristal River Engineering и Telepresence Research.
Все эти инженерные и научные применения убеждают, что индустрия машинной графики начала обеспечивать пользователей новой технологией, при которой они действительно уже не заботятся о том, как формируется изображение - им важен результат.
7.2 Искусство, развлечения и бизнес
"Классическая" векторная графика до сих пор используется в различных приложениях бизнеса, включая разработку концепции, тестирование и создание новых продуктов, но бизнес также стал лидирующим потребителем систем мультимедиа, например, в обучении или маркетинговых презентациях. Графика все шире проникает в бизнес - сегодня фактически нет документов, созданных без использования какого-либо графического элемента. Соответствующее программное обеспечение специально разработано, чтобы позволить пользователям сконцентрироваться больше на содержании, а не на графическом исполнении.
В 90-х годах произошел всплеск использования графики в анимации, особенно в области индустрии развлечений. Кинофильм Стивена Спилберга "Парк Юрского периода" установил в 1993 году новый стандарт фотореализма в графике. Этот фильм не единичный случай применения 3D графики в кино, и Голливуд расширил сферу использования специальных эффектов машинной графики, только в 1994 году выпустив несколько высокохудожественных фильмов: "The Lion King", "The Mask", "True Lies" и "Forrest Gump".
Виртуальная реальность находит свою нишу в индустрии развлечений и видеоиграх. Число виртуальных галерей и развлекательных парков быстро растет.
Лаборатория Media Lab МТИ является уникальным исследовательским центром разработки совершенных систем взаимодействия "человек-компьютер". Например, система News в проекте Future использует последние достижения в области графики, реконструкции звука и изображений, а также моделировании различных объектов для представления новых результатов исследований и их презентации в виде соответствующих текстов, графики, аудио и видео.
Интернет
Ни для кого не секрет - сегодня, чтобы не затеряться на просторах Internet и привлечь к себе внимание пользователей, никак нельзя обойтись без грамотного графического оформления Web-страниц и узлов. Однако здесь на пути разработчиков возникает проблема: графические технологии для Web не поспевают в своем развитии за другими технологиями, и возможности в данной области остаются весьма ограниченными.
В самом деле, два наиболее популярных в настоящее время графических формата Internet -- GIF и JPEG -- являются уже довольно старыми. Конечно, неудачными назвать их никак нельзя, ведь сам факт столь длительного их существования (например, версия GIF89a используется с 1989 г.) -- свидетельство этому. Но, с другой стороны, вряд ли можно поспорить с тем, что возможности данных форматов не отвечают современным требованиям в области графики. Так, формат GIF поддерживает только 256-битовый цвет, а в случае применения формата JPEG при большой степени сжатия существенно снижается качество изображения. Кроме того, еще в 1995 г. возможность свободного использования GIF оказалась под вопросом, когда компании Unisys, которой принадлежит реализованный в этом формате алгоритм сжатия LZW, и CompuServe, разработавшей сам формат, собрались взимать лицензионные отчисления с каждой программы, использующей его.
В сложившейся ситуации группа независимых разработчиков Internet приняла решение о разработке формата, который соответствовал бы или даже превосходил по своим возможностям GIF, но был при этом простым в создании и полностью мобильным. Новый формат получил название Portable Network Graphics (PNG) и был одобрен консорциумом W3C в 1996 г. В декабре прошлого года появилась его обновленная версия - PNG 1.1.
Формат PNG поддерживает 48-битовые цветные и 16-битовые черно-белые изображения и обеспечивает более быструю их загрузку, чем формат GIF. Он также включает в себя немало дополнительных возможностей, например альфа-каналы (alpha channel), позволяющие устанавливать уровень прозрачности для каждого пиксела, и гамма-коррекцию. Механизм сжатия изображения в PNG реализован на базе фильтров, позволяющих оптимизировать данные перед сжатием, и алгоритма LZ77, применяемого в ZIP-архиваторах.
Следующим по популярности растровым форматом для Web можно назвать FlashPix, разработанный группой компаний: Kodak, Hewlett-Packard, Microsoft и Live Picture. Он базируется на принципах JPEG-компрессии, но содержит ряд усовершенствований, которые позволяют уменьшить степень искажения изображений. Основное преимущество данного формата - многоуровневая организация файла. В начале загружается изображение с самым низким разрешением и впоследствии, по мере надобности, подкачивается более качественная версия. Microsoft избрала модификацию этого формата в качестве основы для своего растрового редактора PhotoDraw.
Интересной разработкой обладает компания Iterated Systems, которая создала свой формат на основе фрактальной компрессии (Fractal Image Format, FIF), а также выпустила программу преобразования основных форматов в FIF и плагины для просмотра сжатых по фрактальному алгоритму изображений в основных браузерах.
К сожалению, фрактальная компрессия, как и JPEG, имеет существенный недостаток: согласно этим алгоритмам, для анализа изображение перед сжатием разбивается на отдельные блоки, что затрудняет его постепенную прорисовку при загрузке с Web-сайта, но, в условиях современных скоростей передачи информации, это не столь критично.
Наиболее перспективные - растровые форматы, основанные на алгоритмах wavelet-сжатия. В этой области ведут разработки практически все компании, которые занимаются созданием графических форматов. Главное преимущество wavelet-технологии - потоковость. Wavelet-поток можно прервать в любое время, при этом изображение все равно воспроизводится, только качество его будет зависеть от количества загруженных данных.
Компания AT&T разработала и собственный формат на основе wavelet-компрессии -- DjVu. Его главная особенность - распознавание текста при компрессии содержащих его изображений и сжатие отдельно графического и текстового слоя. По утверждению компании, основным предназначением этого формата и является публикация в Web сканированных документов.
Как бы ни были хороши вышеперечисленные форматы, всех их объединяет один недостаток - растр. Например, реализованные с их помощью изображения довольно сложно модифицировать и даже масштабировать. Кроме того, несмотря на использование различных методов сжатия, они все-таки имеют немалый размер, а следовательно, и относительно большое время загрузки, что для Web-графики является особенно критичным.
Векторная графика основана не на хранении информации о каждом пикселе, а на командах рисования линий и заполнения форм. Используется она уже довольно давно, но в отличие от традиционных замкнутых форматов векторные форматы для Web построены на базе открытых стандартов, главным образом языков маркировки, в которых для определения тегов и других элементов применяется обычный текст, что значительно упрощает манипулирование свойствами изображений. Преимуществами векторной графики на основе языков маркировки являются также возможности выбора, индексирования и поиска элементов изображения и привязки ее к другим элементам.
Однако говорить о массовом внедрении векторной графики в Web пока еще рано, в первую очередь из-за отсутствия единого формата.
Наиболее распространенным в данный момент является формат, разработанный компанией Macromedia, - Flash. Flash поддерживает анимацию по кейфреймам, морфинг, прозрачные объекты, гиперссылки, встраивание звуковых и видеофайлов. Средства для его создания достаточно просты в пользовании, хорошо документированы, плагины для просмотра распространяются бесплатно, а размер выходных файлов крайне мал.
Но все его преимущества, к сожалению, блекнут перед одним единственным недостатком, который заставил Macromedia отказаться от дальнейшей разработки формата. Этот недостаток - закрытость, ведь файл Flash -- двоичный. Таким образом, его можно редактировать только в специальной программе. Поэтому в последнее время различными компаниями и организациями предложен целый ряд языковых форматов, и каждый из них претендует на роль единого стандарта. В число таких форматов входят Web Schematics, DrawML, PGML и VML.
Web Schematics представляет собой язык гипертекстовой маркировки для создания чертежей и диаграмм. Его разработчики попытались создать аналог функций рисования, используемых в базовых графических средствах систем воспроизведения документов, таких, как Adobe FrameMaker и Microsoft Word. Данный формат использует модели рендеринга и представлений HTML и CSS1.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Все области применения - будь то инженерная и научная, бизнес и искусство/развлечения - являются сферой применения векторной графики. Возрастающий потенциал ПК и их громадное число обеспечивает соблазнительную базу для капиталовложений и роста. И ожидается устойчивый рост индустрии в данной сфере к концу этого десятилетия, особенно если учесть, что в начале этого десятилетия ежегодный рост составлял около 12%. Неизвестно как долго продлиться тенденция удвоения капиталовложений, особенно под воздействием цен, однако можно ожидать устойчивое 10% ежегодное повышение в последующие 5 лет. Конечно, компании продолжают формироваться, хотя инвесторы сейчас, кажется, больше предпочитают вкладывать деньги в программное обеспечение, в т.ч. редакторы векторной графики. Сегодня особенно привлекательны для инвесторов компании, специализирующиеся на графических интерфейсах пользователя, объектно-ориентированных программах, виртуальной реальности и программном обеспечении параллельных процессов.
Машинная графика имеет сегодня промышленную базу, оцениваемую в несколько тысяч млрд. долл., которая обеспечивает работой миллионы специалистов. Она продолжает лидировать в вопросах обеспечения нашего взаимодействия с компьютерами и организации доступа к информации. И предел еще не достигнут…
Приложение А
Список используемой литературы.
1.Андрианов В. И. Самое главное о… CorelDRAW. – СПб.: Питера, 2004. – 127 с.
2.Анцыпа В. А. Растровые и векторные графические изображения // Информатика и образование. – 2005. - № 7. – С. 56-62.
3.Анцыпа В. А. Растровые и векторные графические изображения // Информатика и образование. – 2005. - № 8. – С. 56-63.
4.Балухта К. В. Учимся рисовать на компьютере. – М.: Эксмо, 2005. – 384 с.
5.Куприянов Н. И. Рисуем на компьютере: Word, Photoshop, CorelDRAW, Flash. – СПб.: Питер, 2005. – 128 с.
6.Семакин И. Г. Информатика и информационно-коммуникационные технологии. Базовый курс: Учебник для 8 класса. – М.: БИНОМ, 2005. – 104 с.
7.Симонович С. В. Специальная информатика: Учебное пособие / Симонович С. В., Евсеев Г. А., Алексеев А. Г. – М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2004. – 480 с.
8.Угринович Н. Д. Информатика и информационные технологии. Учебник для 10 – 11 классов. – М.: БИНОМ, 2003. – 512 с.
9.Федоров А. В. CorelDRAW. Экспресс-курс. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 400 с.