Системы компьютерной графики

Принципы формирования изображений на экране

Существует два способа реализации построения изображений на экране дисплея – векторный (функциональный) ирастровый. В первом случае электронный луч поочередно рисует на экране различные знаки – элементы изображения. На современных персональных компьютерах чаще используется растровый способ изображения графической информации, в котором изображение представлено прямоугольной матрицей точек(пикселов), имеющих свой цвет из заданного набора цветов (палитры). Графический режим осуществляетвидеоадаптер, управляющий работой электронной трубки ивидеопамятью, в которой запоминается текущее изображение. Адаптер обеспечивает регулярное отображение видеопамяти на экране монитора.

Растровое изображение – это совокупность разноцветных точек. Координаты точек определяются декартовой (прямоугольной) системой с началом координат, как правило, в левом верхнем углу экрана. Абсцисса х точки увеличивается слева направо, ордината у – сверху вниз. Таким образом, любая графическая операция сводится к работе с отдельными точками экрана монитора – пикселами. Существуют специальные графические библиотеки программ, которые предназначены для изображения более сложных объектов, являющихся объединением группы пикселов; наиболее употребляемые линии, геометрические фигуры, шрифты и т.п.

В последние годы возрос интерес со стороны пользователей к специальным инструментальным программам машинной графики: графическим редакторам, издательским системам и т.п. В них предоставляется удобный интерфейс для пользователей, автоматизируется большое количество разнообразных действий с графической информацией – от построения простейших рисунков до создания мультипликационных (анимационных) роликов.

Изобразительная графика

В изобразительной графике условно можно выделить три направления: художественное, иллюстративное и демонстрационное.

Объектами художественной графики выступают различные узоры, шрифты и другие изображения. При работе с изображениями широко используют простые мотивы и разнообразный геометрический материал. В частности, простые геометрические фигуры в различных сочетаниях и способах размещения (вложения, вращения, симметрии) используются в «живых картинках» для получения муарового эффекта. Удачное сочетание случайного и упорядоченного в любой пропорции с технологиями расположения графических объектов позволяет создавать художественный дизайн.

Подобные технологии широко используют в иллюстративной графике. В настоящее времяиллюстративная графика, в первую очередь, связана с изображением графического материала в издательских системах.

Иллюстративный материал – схемы, эскизы, географические карты, чертежи и др. – можно создавать различными графическими редакторами, системами. Здесь важна легкость и быстрота формирования и преобразования графических изображений для тех или иных приложений. В последнее время большой интерес вызывает иллюстративный материал, представленный в демонстрационной, динамической форме.

Демонстрационная графика связана с динамическими объектами. В технологии изображения динамических объектов используют три основных способа: рисование–стирание, смену кадров (страниц), динамические образы.

Создать объекты иллюстративной графики, включая динамические ролики, можно средствами программирования, а также графическими редакторами и системами.

Графический редактор Paint, входящий в комплект стандартных программ Windows 95/98, позволяет, используя манипулятор «мышь», выполнять черно-белые и цветные рисунки, обрамлять их текстом, выводить на печать. В Paint можно работать с фрагментами графических изображений: копировать, перемещать, поворачивать, изменять размеры, записывать на диск и считывать с диска. С помощью Paint можно обрабатывать графические изображения, а также считывать и записывать в файл полностью или частично изображение с дисплея, если монитор работает в графическом режиме.

Деловая графика

Одним из первых приложений компьютерной графики стало отображение данных экономических расчетов. Графические представления расчетных и статистических данных удобно представлять в виде схем, диаграмм, гистограмм и графиков. Различают следующие их виды:

 гистограмма – группа столбцов, пропорциональных по высоте определенным числовым значениям;

 круговая диаграмма – секторы круга, углы которых пропорциональны элементам данных;

 линейный график – отображение исходных величин в виде точек, соединенных отрезками прямых линий;

 временная диаграмма – последовательность операций или процессов определенной длительности (измерение динамических процессов);

 структурная схема – представление сложных объектов в виде дерева;

 круговая гистограмма – представление относительных величин объектов, которым на изображении сопоставляются размеры и расположение кругов в прямоугольной системе координат.

Из числа средств прикладного программного обеспечения общего назначения графическое представление данных лучше всего развито в электронных таблицах и в СУБД.

Инженерная графика

Компьютеризацию чертежных и конструкторских работ проводят давно, и в настоящее время используют различные системы автоматизации проектных работ (САПР). САПР обозначает аппаратно-программный комплекс, поддерживающий процесс проектирования с использованием специальных средств машинной графики, поддерживаемых пакетами программного обеспечения, для решения задач, связанных с проектной деятельностью.

В совокупности развитая САПР представляет собой специализированную информационную систему. Сфера применения САПР охватывает такие области приложения, как архитектура, гражданское строительство, картография, медицина, геофизика, разработка моделей одежды, издательское дело, реклама.

Одним из наиболее давних и популярных средств автоматизированного проектирования является система АВТОКАД (AutoCad). АВТОКАД – достаточно простая универсальная система. Ее возможности таковы:

 развитая система экранных меню;

 высокая точность графической информации;

 разбивка информации (расслоение);

 прочерчивание на дисплее координатной сетки;

 средство захвата графических объектов;

 мощное редактирование;

 отображение параметров графических характеристик;

 полуавтоматическая и автоматическая простановка размеров;

 штриховка;

 работа с блоками.

Научная графика

Компьютерная графика представляет значительный интерес для научных исследований. В частности, она выступает как средство формирования научной документации с использованием специальной нотации – математических знаков, индексов, шрифтов и т.п. В последнее время ученые чаще стали обращаться к имитационному моделированию на компьютере.

В компьютерной графике большое значение имеют методы и способыгеометрического моделирования. Модели, геометрические преобразования составляют в настоящее время основу теории компьютерной графики и геометрического моделирования.Аналитические модели – это набор чисел, логических параметров, играющих роль коэффициентов в уравнениях, которые задают графический объект заданной формы.

Координатные модели – это массивы координат точек, принадлежащих объектам. Например, поверхность задается массивом точек Z = f(x, у) на координатной сетке {х,у}. Если точки в модели расположены в том же порядке, что и на линии образа, то модели называют упорядоченными. Помимо координат в модели могут быть указаны дополнительные характеристики проекции касательных или нормальных векторов.

Используя вышеперечисленные геометрические модели, можно создавать различные демонстрационные картины.

Базы данных и СУБД

Основные понятия

База данных (БД) – поименованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области.

Предметная область – часть реального мира, подлежащая изучению для организации управления и, в конечном счете, автоматизации (например, предприятие).

Единицей хранящейся в БД информацией является таблица. Каждая таблица представляет собой совокупность строк и столбцов, где строки соответствуют экземпляру объекта, конкретному событию или явлению, а столбцы — атрибутам (признакам, характеристикам, параметрам) объекта, события, явления. В терминах БД столбцы таблицы называются полями, а ее строки — записями.

В каждой таблице БД может существовать первичный ключ — поле или набор полей, однозначно идентифицирующий запись. Значение первичного ключа в таблице БД должно быть уникальным, то есть в таблице не должно существовать двух или более записей с одинаковым значением первичного ключа.

Вторичные ключи (индексы) устанавливаются по полям, которые часто используются при поиске и сортировке данных: вторичные ключи помогут системе значительно быстрее найти нужные данные. В отличие от первичных ключей поля для индексов могут содержать неуникальные значения — в этом, собственно, и заключается главная разница между первичными и вторичными ключами.

Между отдельными таблицами БД могут существовать связи (отношения). Связанные отношениями таблицы взаимодействуют по принципу главная-подчиненная. Главную таблицу называют родительской, а подчиненную — дочерней. Одна и та же таблица может быть главной по отношению к одной таблице БД и дочерней по отношению к другой.

Базы данных, между отдельными таблицами которых существуют связи, называются реляционными. Кроме того, существуют иерархические базы данных, в которых данные организованы в виде древовидной структуры, и сетевые базы данных, в основу которых положены сетевые структуры.

Система управления базами данных (СУБД) – комплекс программных и языковых средств, предназначенных для создания, ведения и совместного применения баз данных многими пользователями.

Одним из важнейших назначений СУБД является обеспечение независимости данных (независимость данных и использующих их прикладных программ друг от друга в том смысле, что изменение одних не приводит к изменению других). Подобные системы служат для поддержания базы данных в актуальном состоянии и обеспечивают эффективный доступ пользователей к содержащимся в ней данным в рамках предоставленных пользователям полномочий.

СУБД предназначена для централизованного управления базой данных в интересах всех работающих в этой системе.

Классификация баз данных

По технологии обработки данных базы данных подразделяются на централизованные и распределенные.

Централизованная база данных – база данных, хранящаяся в памяти одной вычислительной системы. Если эта вычислительная система является компонентом сети ЭВМ, возможен распределенный доступ к такой базе. Такой способ использования баз данных часто применяют в локальных сетях ПК.

Распределенная база данных – несколько пересекающихся или даже дублирующих друг друга частей, хранящихся в различных ЭВМ вычислительной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД).

По способу доступа к данным базы данных разделяются на базы данных с локальным доступом и базы данных с удаленным (сетевым) доступом.

Системы централизованных баз данных с сетевым доступом предполагают различные архитектуры подобных систем: файл-сервер и клиент-сервер.

Файл-сервер. Архитектура систем БД с сетевым доступом предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (сервер файлов). На такой машине хранится совместно используемая централизованная БД. Все другие машины сети выполняют функции рабочих станций, с помощью которых поддерживается доступ пользовательской системы к централизованной базе данных. Файлы базы данных в соответствии с пользовательскими запросами передаются на рабочие станции, где в основном и производится обработка.

Клиент-сервер. В этой концепции подразумевается, что помимо хранения централизованной базы данных центральная машина (сервер базы данных) должна обеспечивать выполнение основного объема обработки данных. Запрос на данные, выдаваемые клиентом (рабочей станцией), порождает поиск и извлечение данных на сервере. Извлеченные данные (но не файлы) транспортируются по сети от сервера к клиенту.

По степени универсальности различают два класса СУБД: системы общего назначения или универсальные СУБД; специализированные системы.

СУБД общего назначения – сложные программные комплексы, предназначенные для выполнения всей совокупности функций, связанных с созданием, обновлением и эксплуатацией базы данных информационной системы.

СУБД общего назначения не ориентированы на какую-либо предметную область или на информационные потребности какой-либо группы пользователей. Каждая система такого рода реализуется как программный продукт, способный функционировать на некоторой модели ЭВМ в определенной операционной системе и поставляется многим пользователям как коммерческое изделие. Такие СУБД обладают средствами настройки на работу с конкретной базой данных.

Использование СУБД общего назначения в качестве инструментального средства для создания автоматизированных информационных систем, основанных на технологии баз данных, позволяет существенно сокращать сроки разработки, экономить трудовые ресурсы. Этим СУБД присущи развитые функциональные возможности и даже определенная функциональная избыточность.

Рынок программного обеспечения ПК располагает большим числом разнообразных по своим функциональным возможностям коммерческих систем управления базами данных общего назначения, а также средствами их окружения практически для всех массовых моделей машин и для различных операционных систем.

Среди СУБД общего назначения наиболее известными являются:

— Microsoft Access;

— Microsoft Visual FoxPro;

— Paradox;

— IBM DB2 Universal Database;

— Microsoft SQL Server;

— Oracle.

Специализированные СУБД создаются в редких случаях при невозможности или нецелесообразности использования СУБД общего назначения.

Электронные таблицы

Как показала практика, решение многих задач экономического характера на языках высокого уровня с использованием всего арсенала приемов и методов профессионального программирования – сложное и трудоемкое дело. Понадобился принципиально иной подход, и он был найден и воплощен в виде электронных таблиц – инструмента, доступного непрофессионалам.

Основная область применения электронных таблиц – это те сферы человеческой деятельности, где информация представляется в виде прямоугольных таблиц (планово-финансовых и бухгалтерских документов, учета материальных ценностей и др.), требующих при обработке проведения математических расчетов, откуда, по-видимому, и возник термин «табличный процессор». Отметим, что реляционные базы данных, также представляемые с помощью таблиц, к расчетам, как правило, не приспособлены.

В настоящее время известно много вариантов электронных таблиц: SuperCalk, QuattroPro, Excel, Lotus 1-2-3 и др. Принципиально все они представляют табличный процессор и разнятся лишь интерфейсом и сервисными возможностями.

Электронная таблица (ЭТ) – это прямоугольная матрица, состоящая из ячеек, каждая из которых имеет свой номер (рис. 2.3).

Рис 2.3. Электронная таблица

Номер ячейки определяется обычным координатным способом, например, ячейка ВЗ и т.д.

Группа ячеек (диапазон) задается через двоеточие, например, ВЗ:D4 (или B3..D4) и образует прямоугольник, включающий ячейки ВЗ, СЗ, D3, В4, С4, D4.

В каждую из ячеек можно занести число, формулу (арифметическое выражение) или текст. Если в ячейку ЭТ записана формула, то в исходном состоянии на экране отображается значение этой формулы, а не она сама. Операндами формулы могут быть математические функции, константы, номера ячеек (содержимое ячейки с указанным номером). Ячейка ЭТ имеет сложную «многослойную» структуру, в ней может стоять ссылка на другую ячейку, значение которой является результатом вычислений по другой формуле и т.д.

Примеры функций:

sum(A2:А8) – сумма значений всех ячеек от А2 до А8,

sin(D5) – синус числа из ячейки D5,

cos(F3) – косинус числа из ячейки F3.

Пример формулы:

2.7*A6+cos(sum(D5:F7))

Приведенная формула означает, что мы хотим получить результат следующих вычислений: произведение числа из ячейки А6 на 2.7 сложить с косинусом угла, который является суммой чисел из ячеек D5, Е5, F5, D6, Е6, F6, D7, Е7, F7.

Данные, входящие в таблицы, можно автоматически представлять в виде графиков, диаграмм, гистограмм и т.д.

Пользователь работает в диалоге со специальной программой, которая позволяет заполнять ячейки нужным ему содержимым (текстами, числами или формулами для расчетов), очищать их, копировать и удалять, сортировать (т.е. располагать клетки, а также строки и столбцы из них в определенном порядке), производить вычисления над всей таблицей или ее частью, сохранять таблицу на диске и распечатывать частично или полностью на бумагу и т.д.

Приведем пример, иллюстрирующий возможности ЭТ.

Формирование зарплатной ведомости. Так выглядят исходные данные для заполнения электронной таблицы:

Здесь мы имеем дело с тремя типами содержимого ячеек: текст, число, формула. Ввод исходных данных происходит в командной строке. После заполнения таблицы мы увидим на экране:

Обычно работник бухгалтерии, поправив одну из цифр, вынужден был исправлять весь комплект взаимосвязанных документов, куда явно или неявно входил исправленный параметр. С помощью ЭТ такое изменение может быть учтено мгновенно и всюду.

2.8. Офисные программныесредства

Помимо рассмотренных выше программных средств для персонального компьютера, исторически появившихся первыми, в последнее время возникло множество трудно классифицируемых программ, которые роднит среда их применения – в делопроизводстве, в различных аспектах управления мелкими и средними предприятиями и учреждениями. Эти программы получили название офисных.

Яркими представителями семейства офисных программ являются:

 средства разработки презентаций (типа Power Point из пакета MS Office);

 электронные организаторы – средства планирования деятельности (типа Lotus Organizer), системы хранения и коллективной разработки документов (Lotus Notes);

 системы складского и бухгалтерского учета (типа 1C:Торговля, 1C:Бухгалтерия, 1C:Предприятие);

 консультационные юридические системы (типа «Консультант+»).

Рассмотрим подробнее некоторые из этих программ.

2.8.1.Средство разработки презентации Power Point

Программная система Power Point входит в программный пакет Microsoft Office, начиная с самых первых его версий. Программные средства подготовки публикаций типа Power Point не только позволяют оформить представляемую информацию в едином стиле с использованием видеоэффектов, значительно улучшающих ее восприятие, но и помогают разработать само выступление, сильно сокращают время на его подготовку.

Типичная презентация, подготовленная в Power Point, представляет собой последовательность слайдов, содержащих план и основные положения выступления, необходимые таблицы, формулы, схемы, диаграммы и рисунки.

Рассмотрим этапы подготовки такой презентации.

При запуске Power Point появляется окно, предлагающее создать новую презентацию в одном из режимов, используя:

 мастер автосодержания;

 шаблон презентации;

 пустую презентацию или открыть существующую презентацию.

Наиболее быстрый способ создания презентации связан с мастером автосодержания, который предлагает начать с общей концепции и некоторой стандартной структуры презентации.

Вначале необходимо выбрать наиболее подходящий вид презентации. Пусть, например, это будет описание некоторого проекта. Затем требуется указать способ предъявления информации – предположим, это будет доклад. Формой выдачи презентации выберем презентацию на экране, причем напечатаем ее экземпляр на бумаге для контроля. Затем предлагается ввести данные для титульного слайда: заголовок презентации, имя автора, дополнительные данные для размещения на титульной странице.

Мастер формирует шаблон презентации, предусматривая в ней слайды в порядке, отвечающем выбранному ранее виду презентации. После титульного слайда последуют слайды с целями проекта, его описанием, рецензиями и т.д. Можно редактировать все элементы слайдов, наблюдая за внешним видом в окне миниатюры, где он показывается с использованием стандартной цветовой гаммы. Шаблон презентации помогает рационально построить доклад, не забыв при этом никаких важных деталей. Всегда можно удалить лишние слайды, выделив их и нажав на клавиатуре Delete, перенести (или скопировать) с помощью стандартных действий выделения, вырезания (копирования) и вставки, а также вставить чистый слайд, предварительно выбрав его разметку (с помощью меню Вставка). Все эти действия выполняются в режиме Структура.

Изменить оформление конкретного слайда можно, перейдя в режим Слайд с помощью меню Вид. Для вставки графики в текстовый слайд необходимо изменить его разметку с помощью меню Формат. Следует выбрать разметку слайда в соответствии с требуемым стилем:

 маркированный список;

 текст в две колонки;

 таблица;

 текст и диаграмма;

 текст и графика и т.д.

При этом в слайд внедряется объект, который можно непосредственно редактировать, либо вставить из некоего набора (ClipArt) или файла стандартным для MS Office образом. С помощью меню Формат можно выбрать или изменить цветовую гамму слайда или его оформление, пользуясь набором, разработанным профессиональными дизайнерами. Если никакой стандартный вид презентации не подходит, ее можно разработать, создав новую презентацию и добавляя к ней новые слайды, определяя их оформление, содержание и т.д.

Можно просматривать созданную презентацию с помощью меню Показ слайдов и команды Показ. Это же меню позволяет сделать прокрутку презентации автоматической, определив время показа каждого слайда, внедрить на слайды кнопки навигации, использовать анимационные эффекты.

Сохраняется презентация в файле с расширением .ppt и может быть показана как с помощью самой программы PowerPoint, так и с помощью небольшой программы прокрутки.

Программы-организаторы

Более высокой ступенью компьютеризации работы офиса и автоматизации управления небольшим предприятием являются программные средства-организаторы (средства, облегчающие деловое планирование и выполнение планов), а также средства, обеспечивающие коллективную работу над документами (автоматизированный документооборот учреждения). Типичными представителями данного семейства программ являются программные продукты компании Lotus Development. Рассмотрим некоторые из них.

Широкую известность во всем мире имеет пакет Lotus Smart Suite, являющийся альтернативой MS Office. Этот пакет включает:

 средство управления информацией, Lotus Smart Center, облегчающее запуск остальных приложений и документоориентированную работу в офисе;

 текстовый процессор Lotus Word Pro, более развитый, чем MS Word, в плане верстки оригиналов-макетов сложной структуры и работы с сетью, в том числе Internet и Intranet. Этот текстовый процессор продолжает линию Word Perfect. Представляет интерес наличие средств голосового ввода для Lotus Word Pro, позволяющих вводить текст (на английском языке), произнося его в микрофон;

 табличный процессор Lotus 1-2-3, развиваемый компанией Lotus, начиная с самой первой электронной таблицы для ПК. Lotus 1-2-3 значительно богаче по возможностям и дружественнее MS Excel из пакета MS Office; существенным дополнением являются специальные возможности групповой работы с электронной таблицей, обращение к базам данных для извлечения информации. Данные в электронную таблицу можно загрузить из базы данных в локальной сети или Internet, после обработки таблицу можно отправить членам рабочей группы. Важные функции анализа данных включены в командное меню. Расширены функции оформления таблицы, создания макросов при разработке табличной системы «под ключ» для решения прикладной задачи;

 СУБД Lotus Approach, ориентированная на использование в рабочей группе и работу с данными из различных баз данных. Это весьма мощная СУБД предоставляет большие возможности и дружественный интерфейс при работе с базами данных типа ABAST IV. Средствами самой СУДБ легко произвести анализ данных, расчеты, построить диаграмму, сформировать отчет. Однако отсутствие достаточно продвинутого формата базы данных в Approach осложняет работу со сложными базами данных с многими связями между таблицами, и в этом отношении Approach уступает Access;

 средство создания графических презентаций Lotus Freelance Graphics, также являющееся более развитым и дружественным, чем рассмотренный выше MS Power Point, а также средство визуальной разработки и публикации Web-страниц Lotus Fast Site, развивающее возможности MS Front Page, ориентированное на работу в группе. Встроенное во Freelance средство Lotus Screen Cam позволяет фиксировать все действия, выполняющиеся на мониторе, и превращать их в эффектный демонстрационный ролик;

 средство «управления временем» Lotus Organizer. Запустив Lotus Organizer, мы попадаем в среду ежедневника-организатора. В наиболее подробном режиме ежедневника можно планировать события на любое время вперед. Открыв с помощью календаря ежедневник на нужной дате, можно создать запись в каком-либо его поле расписания (в этом случае можно предусмотреть и настроить звуковое предупреждение), а также определить связь между делами или событиями, записать дела (с указанием приоритетов, телефонных звонков с указанием номеров для компьютерного дозвона, заметок для разговоров), просто сделать заметки.

Автоматически отслеживаются конфликты между событиями. На других страницах ежедневника можно также описывать события, встречи, телефонные звонки, праздники, делать заметки, и они автоматически будут внесены в расписание. На странице планировщика можно в цвете разметить все дни года по категориям (отдых, обучение, праздники, встречи, конференции, проекты и т.д.).

Lotus Notes позволяет организовать обмен электронной почтой в офисе, вести совместную групповую разработку проектов, получать справочные сведения; предоставляет доступ к информации, обеспечивает возможность вести дискуссии, распределять общие ресурсы, составлять расписания и утверждать документы.

Статьи к прочтению:

VVVV для компьютерной графики и интерактивных систем.

Похожие статьи: