Графический редактор. Назначение и основные возможности.

Каждому известно, что графическое представление информации является для человека наиболее наглядным. Индикатор в виде столбика или кругового сектора во многих случаях гораздо удобнее показаний самого точ­ного цифрового прибора. График существенно понятнее столбика цифр, карта позволяет емко и точно описать любую местность, а электрическую схему телевизора или ЭВМ никто даже не пытается изобразить как-нибудь по-другому. Рисунок или фотография дают самое ком­пактное представление о внешнем виде любого объекта, поэтому они широко используются в книгах, особенно справочниках и энциклопедиях. Число подобных при­меров можно.продолжать неограниченно.

Современный компьютер, естественно, способен вво­дить, хранить, обрабатывать и выводить графическую ин­формацию. Для этой цели он использует целый ряд тех­нических устройств. Дисплей и печатающее устройство, возникшие исторически для вывода текстов, давно уже стали графическими и могут работать с цветом. Устройст­ва для ввода изображений, такие, как сканер, сейчас также широко распространены. Наконец, рост быстро­действия процессоров, наличие больших объемов ОЗУ и появление все новых носителей информации большой емкости, например дисков СD-RОМ, также способству­ют существенному прогрессу в компьютерной графике. Принципы работы компьютерного оборудования с гра­фической информацией довольно интересны сами по себе, но в рамках данного вопроса мы их рассматривать не будем.

Мы знаем, что для реализации обработки любой ин­формации, помимо аппаратных средств, обязательно требуется программное обеспечение. Графическая инфор­мация, разумеется, не исключение. Программа для со­здания и изменения графических изображений, а также их сохранения на внешних носителях и печати на бума­гу называется графическим редактором. В силу важ­ности машинной графики для современного пользовате­ля несложный графический редактор является сейчас обязательной сервисной программой в большинстве опе­рационных систем.

Существует огромное количество графических ре­дакторов для пользователей самого разнообразного уровня — от неопытных новичков до профессиональ­ных художников. Возможности их, конечно, существен­но отличаются, однако имеются некоторые общие свойства и приемы работы; именно они и представля­ют интерес для нашего обсуждения.

При выборе конкретного графического редактора следует, прежде всего, иметь в виду, что в современных ком­пьютерах существует два принципиально различных спо­соба хранения изображений: растровый и векторный. При растровом методе сохраняется информация о цве­те каждой точки рисунка или фотографии; он очень точно передает сложные изображения, но зато требует много памяти и плохо масштабируется (при попытке изме­нить размеры рисунка его контуры и цветопередача за­метно искажаются). Векторная графика, строящая изоб­ражения из простых базовых элементов типа прямых, эллипсов и т.д., напротив, создает хотя и не очень слож­ные, но компактные рисунки, прекрасно поддающиеся изменению размера. Не случайно библиотека картинок для оформления текстов (так называемый clipart), вхо­дящая в состав редактора МS Word, хранится именно в векторном формате.

В соответствии с описанным разделением имеется два типа редакторов. Для векторной графики наиболее из­вестны Соrel Draw! и Аdobe Illustrator, а ассортимент более простых в обращении редакторов растровых изоб-.ражений значительно шире — от простейшего, входя­щего в состав Windows, редактора Рaint до профессио­нального Аdobe PhotoShop.

Мы остановимся на работе с растровым графическим редактором, поэтому подробнее поговорим о принци­пах построения изображений именно для этой катего­рии редакторов. Термин растр возник довольно давно (в конце XIX века) и означает разложение изображе­ния на отдельные точки с помощью специальной сетки. Метод создания изображения из отдельных точек по­явился задолго до изобретения компьютеров. Вспомним, например, мозаику или вышивание; формирование рас­тра на экране лежит также в основе работы используе­мого нами каждодневно телевизора.

Рисунок с точки зрения рассматриваемого редактора состоит из отдельных точек (элементов) — пикселей. Сразу подчеркнем, что пиксель — это логическое понятие, оно не совпадает с физической точкой монитора. Для тех, кому данный факт кажется неочевидным, напомним, что на одном и том же мониторе можно установить несколь­ко различных размеров экрана, например, 640 х 480 или 1024 х 768 пикселей. Следовательно, чаще всего пиксель есть объединение нескольких физических точек экрана, и только в частном случае каждый элемент изображения совпадает с единственной точкой на мониторе. Все пиксе­ли характеризуются своим положением в изображении (иными словами, двумя координатами) и цветом. Посколь­ку растровая сетка однозначно определяет последователь­ность обхода точек рисунка, специально сохранять коор­динаты нет необходимости, достаточно запомнить после­довательность цветов всех точек.

Теперь естественно поговорить о представлении цве­тов в графическом изображении. В мониторах изобра­жение формируется по так называемому " RGB-методу" (Red — красный, Green — зеленый, Вiue — голубой). Все остальные цвета формируются путем смешения трех перечисленных базовых, например, смешение красного и зеленого дает желтый, а все три в одинаковой пропор­ции порождают белый.

Примечание. Следует знать, что при печати графических изображений на бумагу цветовую модель RGB, строго говоря, использовать нельзя. Дело в том, что монитор излучает изоб­ражение, а на бумаге мы рассматриваем его в отраженном свете. Поэтому все базовые цвета при печати надо заменять на дополнительные: Сyan — голубой, Мagenta — пурпурный и Yellow — желтый. В такой системе цветов белый получает­ся при нулевой интенсивности компонент (в самом деле, если совсем не наносить краску на чистый лист бумаги, то какой будет цвет?), а смешение всех базовых цветов теоретически должно давать черный. На практике чисто черный цвет в полиграфии " смешать" очень Трудно, а он в бумажных доку­ментах является основным! Поэтому модель СМY приходит­ся дополнять чистым черным (blacK) и, взяв от него послед­нюю букву, чтобы не путать с голубым, назвать полученную модель СМYК.

Важной характеристикой растрового изображения является количество цветов. Чем больше количество цветов, тем лучше цветопередача, но тем больше зани­мает места полученный рисунок.

Примечание. Для преодоления этого противоречия в со­временной машинной графике часто используют палитру — специальную таблицу, в каждой строке которой записывает­ся содержание трех базовых компонентов для данного цвета. При сохранении информации о пикселе берется не сам цвет, а его номер в палитре, что при небольшом числе цветов за­метно короче и позволяет сократить объем графической ин­формации в несколько раз. Вы спросите: а зачем мне знать все эти " внутренние" детали, если я их все равно никогда не увижу? Не торопитесь с выводами, лучше попробуйте совме­стить два рисунка из разных библиотек (не две фотографии, а именно два рисунка с небольшим числом цветов!) в один и сразу увидите; палитры их скорее всего не совпадут, и цвета исказятся. К сожалению, продемонстрировать это вчерне-белом варианте слишком затруднительно, поэтому, как и ра­нее, соответствующие файлы " сопровождения" можно взять на сайте.

Вооруженные пониманием принципов создания растро­вых изображений, мы можем наконец загрузить графиче­ский редактор и начать рисовать. Для определенности возьмем графический редактор Рaint, входящий в состав операционной системы Windows. Данный редактор прост в использовании и позволяет создавать различные схемы и диаграммы, не слишком сложные черно-белые и цветные рисунки, а также редактировать уже существующие гра­фические файлы, например, наносить подписи на фотогра­фии или ретушировать изображение после сканера.

Примечание. В практической деятельности следует обя­зательно учитывать, что Раint: не является профессиональным редактором, а значит, многие операции делает " не лучшим образом". Например, если сравнить один и тот же рисунок для web-странички, сохраненный из Раint и из Abode PhotoShop, то мы с удивлением обнаружим, что объем полу­ченных файлов может отличаться вдвое. А для названной цели размер является очень существенным параметром!

Итак, редактор запущен. Обратим наше внимание на экран (поскольку Раint есть в каждом компьютере с ОС Windows, приводить здесь большой рисунок с общим видом его окна нам кажется нецелесообразным). Прежде всего бросается в глаза белый прямоугольник в цент­ральной части окна — это место под будущий рисунок, своеобразная электронная версия чистого листа бумаги. Размеры листа легко регулируются как с помощью мыши (за выделенные угловые точки или середины его.сто­рон), так и с помощью основного меню, о котором речь пойдет чуть позже.

Взаимодействие пользователя с редактором происхо­дит с помощью стандартного графического интерфей­са, принятого в среде Windows. Конечно, для графиче­ского редактора интерфейс несколько расширен, но еще раз подчеркнем, что рассматриваемое программное обес­печение не есть нечто абсолютно уникальное, живущее по исключительным законам.

В верхней части окна расположено главное меню, содержащее традиционные пункты " файл", " Правка", " Вид" и " Справка", которые дополнены двумя уникаль­ными для графического редактора пунктами " Рисунок" и " Палитра". Пункт меню " Файл" стандартно обеспе­чивает чтение и сохранение файлов, а также операции, связанные с печатью результатов работы (в нашем слу­чае рисунка) на бумагу. Обязательно присутствующий в любой " уважающей себя" программе пункт " Правка" служит для сохранения информации (у нас графической) в буфере обмена и извлечения ее в требуемую область окна. Пункт " Вид" включает и выключает отображение на экране служебной информации. Уникальный для гра­фического редактора пункт " Рисунок" вызывает преоб­разование графического изображения: отражение, поворот, растяжение — и некоторые другие. Кстати, именно здесь обеспечиваются упоминавшиеся ранее изменения размеров листа бумаги. На­значение двух последних пунктов " Па­литра" и " Справка" понятно из их на­звания.

Другой орган управления графиче­ским редактором называется панель инструментов. Она находится в левой части окна и состоит из набора опера­ционных кнопок. Нажимая мышью на ту или иную кнопку, пользователь выбирает необходимый ему графиче­ский инструмент. Раint: располагает широким спект­ром инструментов. Часть из них имеют аналоги в обыч­ном процессе рисования, например, карандаш; кисть, ластик, распылитель и заливка краской. Специальные операционные кнопки обеспечивают выделение облас­ти для дальнейшей обработки (например, копирова­ния или сдвига), а также наложение на изображение набранного с клавиатуры текста (традиционно на этой операционной кнопке нарисована заглавная буква " А"). Очень полезна возможность изменения масштаба изоб­ражения, что позволяет, например, подретушировать неровную границу или замаскировать цветовое пятно, возникшее в результате некачественного сканирования. Наконец, последняя группа инструментов, часто назы­ваемая графическими примитивами, позволяет ри­совать аккуратные линии, прямоугольники и эллипсы, в частности, окружности. Они необычайно полезны при создании всевозможных схем и диаграмм. В заключе­ние заметим, что Раint имеет специальную управляю­щую область для настройки выбранного инструмента, где, например, можно задать толщину линии или уста­новить режим закраски внутренней области рисуемой фигуры.

Отдельно стоит рассмотреть этап сохранения вновь созданного в графическом редакторе рисунка. Опыт по­казывает, что начинающие пользователи если даже и знают о существовании различных графических форма­тов, то обычно не придают своим теоретическим знани­ям значения. В результате созданный в редакторе Раint несложный рисунок с 4—5 цветами может занимать у них около 1 Мб. Создание неоправданно больших гра­фических файлов является одним из ярких признаков " компьютерной безграмотности".

Отчего зависит размер графического файла и как его можно существенно уменьшить?

Как уже отмечалось ранее, размер файла зависит от количества цветов. Даже если удается уменьшить ко­личество цветов не очень сильно, это все равно может дать ощутимый эффект, поскольку он сказывается на объеме информации о каждой точке рисунка. Приве­дем пример; при уменьшении с 256 цветов до 16 раз­мер файла сокращается вдвое. Очевидно, что при боль­шом количестве точек абсолютное уменьшение разме­ра файла происходит значительно сильнее. К сожалению, Раint: не позволяет выбирать коли­чество цветов абсолютно произвольно, а имеет набор фиксированных значений: 2, 16, 256 и т.п. Если ваш рисунок со­держит всего 3 цвета, то приходится за­давать значение с запасом, т.е. 16. В то же время, более мощный редактор Аdobе РhotoShop дает возможность со­хранить минимально необходимое чис­ло цветов, причем определяется оно ав­томатически. Итак, рекомендуется ус­танавливать количество цветов, не пре­вышающее (или незначительно превы­шающее) реальное число цветов на вашем рисунке.

Другим фактором, влияющим при прочих равных ус­ловиях на объем графического файла, является размер рисунка, или, выражаясь более точно, количество то­чек в нем. Каждому ясно, что чем больше точек, тем больше объем информации о них. Конечно, это не озна­чает, что надо делать только небольшие рисунки. Про­сто не стоит сохранять их так, чтобы размер используе­мой части листа был незначительным. В качестве клас­сического примера приведем упоминавшуюся в извест­ной книге о Карлсоне картину " Очень одинокий пе­тух", где реальное изображение занимало только один из углов листа. Отсюда еще одна практическая рекомен­дация — всегда делайте окончательную площадь рисун­ка минимально возможной и не оставляйте без особой необходимости неиспользуемых полей (если потребует­ся, то дополнительные поля можно будет сделать при вставке картинки в документ).

Наконец, еще одним способом уменьшения объема гра­фического файла является правильный выбор его форма­та. Стандартным графическим форматом в операционной системе Windows является ВМР. Это очень простой фор­мат, который может использовать любое программное обеспечение. Тем не менее, он имеет существенный недо­статок — файлы ВМР очень велики. Для смягчения этого недостатка многие графические форматы используют внут­реннее сжатие, базирующееся на объединении информа­ции о нескольких идущих подряд точках одинакового цве­та. В сети Интернет очень распространен один из таких форматов — GIF. Если сохранить один и тот же рисунок в форматах ВМР и GIF, то последний окажется существен­но меньше при абсолютно таком же качестве изображе­ния. К сожалению, рисунок в формате GIF не может иметь более 256 цветов, что несколько ограничивает его приме­нение. Наконец, для хранения многоцветных художествен­ных иллюстраций и фотографий существует специальный формат со сжатием — JPEG (часто расширение файлов уменьшают до стандартной длины и пишут JРG). Тради­ционные методы сжатия на многоцветные изображения практически не действуют (в них почти нет соседних то­чек с одинаковым цветом: например, все точки листа зеле­ные, но их оттенки различны). Поэтому большая группа экспертов по цветопередаче (Joint Pbotograpbic Experts Group), обобщив полувековой опыт исследований в облас­ти компьютеров, телевидения, полиграфии и других' род­ственных областях, а также по особенностям человеческо­го зрения, представила детальные рекомендации по сжа­тию графической информации. Результат получился впе­чатляющим, объем графических файлов сократился более чем на порядок. Не следует только забывать, что преобра­зование в формат JРЕG является необратимым — восста­навливаемый после сжатия рисунок не абсолютно иденти­чен исходному, хотя на глаз это практически незаметно. Файлы JPG являются вторым базовым стандартом изобра­жений в сети Интернет.

Завершая обсуждение достоинств и недостатков раз­личных файловых форматов, отметим, что, начиная с Windows версии 1998 года, редактор Раint: способен, помимо стандартного формата ВМР, работать со всеми тремя обсуждаемыми выше форматами файлов.

Вопросы, связанные с графическими форматами фай­лов, представляют большой самостоятельный интерес. 2. Разработка алгоритма или программы, содержащей команду повторения (оператор цикла).

Задача

Найти и вывести на экран сумму первых N натураль­ных чисел.

Говорят, что задание найти сумму первых 100 чисел в далекую " докомпьютерную" эру дал один учитель ариф­метики своим ученикам, намереваясь немного отдох­нуть, пока они считают. К несчастью для него, в классе якобы оказался юный Гаусс. Он моментально догадался разбить числа на 50 пар (первое с последним, второе с предпоследним и т.д.), сумма каждой из которых рав­нялась 101, и получил ответ.

Наш алгоритм будет честно суммировать все числа без всяких рационализации.

Во всех приведенных решениях используются одина­ковые обозначения переменных:

• n — значение последнего суммируемого числа, ар­гумент алгоритма;

• s — переменная для накопления суммы; результат. алгоритма;

• i — промежуточная (рабочая) переменная, " про­бегающая" от 1 до n.

Язык Бейсик

10 input ''n=’’; n

20 s=0

30 for i = 1 to n

40 s = s+ 1

50 пехt i

60 рrint " s="; s