Растровая, векторная и 3D графика Файлы и их форматы

Дмитрий Владимирович Курбатский старший преподаватель каф. ихтиологии и гидробиологии, научный сотрудник ЛМБ БИ

Блок 1

Растровая графика и цифровая фотография

Варианты представления

растровая графика
векторная графика
3D графика

Растры

Псевдополутоны

Пикселы

Пи́ксель, пи́ксел, иногда пэл, pixel, pel
сокращение от pix element, также piсture

Пиксел

Варианты представления цвета

однобитное
оттенки серого (gray scale)
цветное
16 цветов
8 бит
Truecolor

24 бит
R G B (A)
8b 8b 8b (8b)

Глубина цвета

4 бита 16 цветов
8 бит 256 цветов
24 бита 16

Вокселы

во́ксел, во́ксель, voxel
объёмный (volumetric) пиксел (pixel)
элемент объёмного изображения, содержащий значение

Сравнение

Тексел

минимальная единица текстуры трёхмерного объекта

=>

Разре- шение

Разрешение

Достоинства растровой графики

Реалистичность и сложность рисунка.
Высокая скорость обработки сложных изображений (если

Проблемы растровой графики

плохая масштабируемость
неквадратный пиксел
большой размер данных
ширина * высота * разрядность

Форматы файлов растровой графики

Со сжатием без потерь
BMP (также Windows Bitmap)
ICO
GIF (Graphics

Форматы файлов растровой графики

Со сжатием с потерями
JPEG (Joint Photographic Experts Group)

нет

Форматы файлов растровой графики

TIFF – очень многообразен по свойствам
GeoTIFF – для

GeoTIFF

Сравнение форматов

Графические растровые редакторы

Shareware
Adobe Photoshop
Freeware
GIMP
Paint.Net

Мегапиксели

Fuji SuperCCD

RGB

Цифровой шум

Причины
Чёрные дефекты
Светлые дефекты (темновой ток)
Случайность
Битые пикселы
Зависимость
Плотность пикселей
Время экспонирования

Чувствительность ISO

Цветовая температура

это характеристика хода интенсивности излучения источника света как функции длины

Цветовая температура

Баланс белого

Гамма-коррекция

реальность
сенсор
глаз

Гамма-коррекция

Гамма-коррекция

1.0 1.8 2.2 4.0

Кривые (curves)

Кривые (curves)

Постеризация

Блок 2

Векторная графика

Векторная графика

точки
линии
сплайны
многоугольники
текст
Состоит из:
контур
цвет
стиль
заливка
цвет

Свойства

Координаты
Центр искажения
Размер
Поворот
Параллелограмм (skew)
Толщина
Стиль
Маркеры
начала
середины
конца
Цвет
(отсутствие)
Градиент

2

4

5

Градиент

Тип
линейный
круговой
Центр
Опорные точки
цвет
прозрачность
Рычаги

Кривые

Кривые Безье

2-го порядка

Кривые Безье

4-го порядка

Узлы и рычаги

NURBS

Non-Uniform Rational B-Spline
Метод Чайкина

NURBS

Векторная графика

Преимущества:
небольшой объём данных
масштабируемость
параметрируемость
независимость свойств от размера
Недостатки:
затруднена передача сложных изображений
уменьшение быстродействия
затруднённость

Сравнение векторной и растровой графики

X, Y
rX, rY
color, background
thickness, style
* 2 байта
*

Взаимодействие

Растровая графика
Контуры
Трансформация
Произвольное выделение

Векторная графика
Вставка
Текстуры

Трассировка Экспорт

Редакторы векторной графики

Shareware
CorelDraw
Adobe Illustrator
Freeware
Inkscape
OpenOffice Draw
Формат SVG

Блок 3

Трёхмерная компьютерная графика

3D графика

меш (polygon mesh)
рендеринг
рендер-ферма

Меш

Элементы

Варианты

Задание гладких поверхностей

Билинейный лоскут
Линейчатая поверхность
Лоскут Кунса

Поверхность Безье

Поверхности подразделения

T-сплайн

Текстурирование

+

=

UV преобразование

Рельефное текстурирование (Bump mapping)

Нормали

Карта нормалей

Baking
Подробности

Освещение

Shading
Плоская модель
По Гуро
По Фонгу

Модель Фонга

фоновое (ambient)
рассеянное (diffuse)
глянцевые блики (specular)

Поверхность

Сложный случай

Шейдеры

Shader
– программа для одной из ступеней графического конвейера, используемая в

Шейдеры

поглощение и рассеяние света произвольной сложности
наложение текстуры
отражение и преломление
затемнение
смещение поверхности
эффекты пост-обработки

Шейдеры

вершинные шейдеры (vertex shader)
геометрические шейдеры (geometry shader)
пиксельные шейдеры (pixel shader)

Трассировка лучей

Ray tracing

Трассировка лучей

Трассировка путей

path tracing
Сэмплирование
Стрелять лучами (Shooting rays)
Собирать лучи (Gathering rays)

Unbiased rendering

1

5

Сложность

Пример

Редакторы 3D

Shareware
Autodesk 3ds Max
Maya
Bryce
Freeware
Blender
Google SketchUp

Блок 4

Файлы и файловые системы

Файл

«именованная область на диске» (уст.)
блок информации
имеет определённую структуру (формат)
имеет имя
располагается на

Файловая система

ФС, FS = file system
- порядок, определяющий способ организации, хранения

Пример имени файла

IMG0132-новый.копия . jpeg
имя разделитель расширение

☝ Студенту на заметку

В M$ Windows
в именах запрещены: > < |

Какие бывают файлы

области данных
на диске
в ОЗУ / ПЗУ
псевдофайлы
Windows (порты, принтеры)
copy nomer1.txt

Атрибуты файла в M$ Windows

READ ONLY только для чтения
SYSTEM системный
HIDDEN скрытый
ARCHIVE

Восстановление скрытых файлов и папок в Windows

attrib * -r -a -s

Права доступа к файлам под Windows

Атрибуты файла в Linux (ext2)

SUID пользовательский ID
SGID групповой ID
Sticky Bit липкий бит
спецификация файла
обычный файл -
каталог d
файл

Прочие свойства файла

Дата и время
создания
последнего доступа
последнего изменения
последнего удаления
Права доступа
drwxrwxrwx
владелец и группа
ACL

Пример под Linux

Права доступа в POSIX

d rwx rwx rwx
(папка или иная спецификация)
права владельца
права

Пользователи и группы

chown user:home /etc/samba/smbd.conf

Объекты ФС

Типы объектов ФС:
файл (file)
каталог (папка; directory)
жёсткая ссылка (hardlink)
символьная ссылка (симлинк;

\Мои фотографии
\Выгрузка
\Canon
IMG04031.JPG
IMG04032.JPG
IMG04033.JPG
IMG04034.JPG
\По дате
\Июль
\Август
деньрожденья1.jpg
деньрожденья2.jpg
деньрожденья3.jpg
\По теме
\Я
смешная_рожа.jpg
с_котом.jpg
\Учёба
\Запостить
\Одноклассники
хорошее.jpg
\ВКонтакт
аватарка,jpg

Ссылки

Ссылка
≠
Ярлык
!

Типы ФС

Для носителей с произвольным доступом (например, жёсткий диск)
FAT32, HPFS, ext2,

Структура ФС

Одноуровневые
Иерархические
логические диски
единственный корневой каталог

Структура ФС Linux / UNIX

Разметка диска

C – Сектор
от 512 до 4096 Б
D – Кластер
1..128 секторов
Цепочка

Структура ФС на примере FAT32

Разделы

таблица разделов (partition table)
загрузочный сектор (boot sector)
основные (до 4) (primary)
дополнительные (extended)
логические

Разделы

Дефрагментация

Определение формата файла

по расширению
по сигнатуре («магическое число»)
MZ у файлов EXE
JFIF у

Удаление и восстановление файлов

Снятие атрибута
Поиск по сигнатурам
Тщательная очистка (wipe)

Блок 5

Некоторые форматы файлов

Форматы файлов

Мультимедиа
3D объекты
Аудио
Фонограммы (звукозаписи)
Синтезируемые фонограммы
Изображения
Растровые изображения
Векторные изображения
Анимация
Видео
Документы
Простой текст
Форматированный текст
Свёрстанный текст

Простой текст (plain text)

находится в той или иной кодировке
=> 1-6 байт

Характеристики

Плюсы:
размер
универсальность
устойчивость
простота
Недостатки
размер
необходимость приведения типов

Использование

общее
хранение информации
CSV и другие разделители
программирование
сетевые протоколы
командная строка (консоль)
конфигурация (настройки) ПО
основа для

CSV

comma separated values
разделитель (запятая, точка с запятой)
ограничитель (кавычки, апострофы)
пример:

date;time;db_id;C;Ch;Cl;Cm;dd;E;ff;G;h;N;P;O
01.02.2000;3:00;1;7;;;;229;;1;;450;10;1012,23;Без осадков
01.02.2000;6:00;1;0;;;;198;;1;;3000;10;1013,34;”Пасмурно, облачность;

Форматированный текст

Вариабельность
размер
цвет
заливка
граница и обрамление
Текст
шрифт
абзац
страница
документ
колонтитулы
Служебная информация
поля
история
защита
связь

Объекты
таблица
список
нумерованный
ненумерованный
структура
раздел
оглавление
примечание
список литературы
ссылка
внутренняя
гиперссылка
нетекстовые
изображение
документ
другой объект
формула

Формат RTF

Rich Text Format

{\rtf1
Привет!
\par
{\i Это} некий
отформатированный {\b

Вёрстка

Вёрстка — процесс формирования страниц (полос) издания путём компоновки текстовых и

«Книжные» форматы

PDF
виртуальный принтер
DjVu

Ещё о разметке

PostScript
SVG

TeX TeX и LaTeX

произносится как «тех» (от греч. τέχνη — «искусство»,

Некоторые возможности

расстановка переносов, определение междусловных пробелов, балансировка текста в абзацах
автоматическая генерация

Пример

\frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}
\exp\left(-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}\right)

Ещё пример

\documentclass[12pt]{article}
% Эта строка — комментарий, она не будет показана в

Формат XML

eXtensible Markup Language
критерии
Правильно построенный (well-formed)
Действительный (valid)
Состоит из:
объявление
тэги
атрибуты
значения
открывающие и закрывающие

поиск

Пример XML

XML

достоинства
принцип устройства
простота
самодокументируемость
свободность
платформонезависимость
простота обработки
недостатки
избыточность
неоднозначность
иерархичность
нетипизируемость
сложность обработки

Связанные понятия

XSLT
HTML

Исполняемые файлы

Скомпилированные
EXE
Сигнатура MZ
DLL
/bin/, /lib/
Интерпретируемые
.vbs
.pl
.cmd
.jar
.sh

Системные файлы

Временные файлы
.tmp
.bak
~$имя_файла.doc
Логи и журналы
.log
/var/log/
Настройки
.cfg, .conf
.ini
Флаги
.lock

Установочные файлы

Microsoft Installer
setup.exe
autorun.exe
Linux
.deb
.rpm
.apk
.tar.gz

Проверка целостности

Хэш, MD5
5b4ac407e566076bb726ba91e067d313
CRC32