ГРАФИЧЕСКИЕ РЕДАКТОРЫ

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

Редактор Paint

Графический редактор Paint, входящий в комплект стандартных программ MS Windows 95, 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 графическомрежиме.

Рис. 2.18. Рабочее окно программы Paint

После загрузки пакета появляется рабочий экран редактора (рис. 2.18). Большую часть экрана занимает рабочее поле, окрашенное в фоновый цвет. Над рабочим полем - меню, позволяющее выполнять команды редактирования. Слева от рабоче­го поля расположена панель инструментов, на которой высвечен инструмент, в данный момент являющийся рабочим. Под рабочим полем находится палитра. С левого края палитры показаны два вложенных квадрата, внутренний из которых окрашен в рабочий цвет, а внешний - в фоновый. В левом нижнем углу экрана выводится калибровочная шкала, которая позволяет устанавливать ширину рабочего инструмента (кисти, резинки и т.д.). Установленная в данный момент ширина инструмента отмечена стрелкой. Вдоль нижнего правого и правого края рабочего поля находятся линейки прокрутки для перемещения рабочего поля по картинке, если размеры картинки больше размеров рабочего поля.

Общие правила работы с редактором таковы. Для выбора (установки) параметров работы и выполнения команд в Paintbrush необходимо поместить указатель мыши на пункт меню и щелкнуть левой кнопкой. Выход из программы: File/Quit.

Программа Freeze предназначена для сохранения выводимого на экран изображения в графическом PCX-файле с одновременным сохранением оформления экрана, возможностью последующего редактирования данного изображения и вставки его в качестве иллюстрации в текстовые редакторы и настольные издательские системы. Установка программы происходит автоматически при запуске Paintbrush.

Редактор CorelDraw

Начиная работать с графическим редактором CorelDraw, мы прежде всего видим его рабочее окно, рис. 2.19.

Рис. 2.19. Рабочее окно программы CorelDraw

Чтобы активизировать меню выбора (установки)параметров работы или выполнения команд, установите указатель мыши на пункт меню и щелкните левой кнопкой или нажмите клавишу Alt и клавишу, соответствующую выделенной букве. В некоторых случаях для облегчения выполнения наиболее часто употребляемых команд ввод их с клавиатуры осуществляется нажатием комбинации клавиш или определенной клавиши. Выполнение команд происходит после подтверждения правильности установки всех параметров или выбора значений активизацией экранной кнопки ОК в диалоговой панели или нажатием клавиши Enter.

Выход из меню - переместить указатель мыши за пределы меню и щелкнуть кнопкой или нажать клавишу Esc.

Выход из программы: File/Quit или Alt + F4.

Для вызова диалоговой панели выбора (установки) параметров работы или выполнения команд необходимо установить указатель мыши на пункт меню или команду и щелкнуть кнопкой или нажать клавишу Alt и клавишу, соответствующую выделенной букве. Выполнение команд происходит после подтверждения правильности установки всех параметров (выбора значений) активизацией экранной кнопки ОК или нажатием клавиши Enter.

Для редактирования рисунка следует активизировать пиктограмму с помощью мыши или нажатием клавиши Пробел, переместить указатель на любую точку контура рисунка и щелкнуть кнопкой. Выбранный рисунок будет окружен восемью квадратами черного цвета. Можно выделить одновременно несколько объектов, последовательно выбирая их с помощью мыши при нажатой клавише Shift или отмечая на экране прямоугольную область, в которой они расположены. Для одновременного выбора всех рисунков на экране необходимо активизировать пиктограмму, переместить указатель мыши в один из углов выбираемого прямоугольного контура, нажать кнопку и, не отпуская ее, переместить указатель в противоположный угол и отпустить кнопку. Контур будет изображен штриховой линией. Для отмены выбора - переместить указатель мыши за контур и щелкнуть кнопкой.

Для изменения масштаба выводимого на экран рисунка необходимо активизировать соответствующую пиктограмму.

Работа с текстом начинается с активизации пиктограммы текста. Для перемещения по тексту в диалоговой панели Техt необходимо переместить указатель мыши и щелкнуть левой кнопкой. Однако в программе для перемещения предусмотрены также специальные клавиши.

Для выделения фрагмента текста необходимо активизировать пиктограмму с помощью мыши или клавиши Пробел. Переместите указатель мыши в один из углов выбираемого прямоугольного контура, нажмите кнопку К, не отпуская ее, переместите указатель в противоположный угол, отпустите кнопку. Весь контур будет окружен штриховой линией. Для выделения отдельного символа 'необходимо активизировать пиктограмму, переместить указатель мыши в один из углов выбираемого прямоугольного контура, нажать кнопку и, не отпуская ее, переместить указатель в противоположный угол. Выбранный объект не будет окружен рамкой из квадратов, однако на нем будут выделены все узловые точки. Выбор нескольких символов осуществляется аналогично при нажатой клавише Shift.

Прежде чем начать оформление ранее введенного текста, его необходимо выделить одним из выше описанных способов.

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 - группастолбцов, 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 операцийили процессов определенной длительности (измерение динамических процессов);

структурная схема - представление сложных объектов в виде дерева или графа;

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.

Одним из первых практических применений машинной графики было автоматическое построение графиков функции в различных системах координат. Обычно графики функций строят в декартовых координатах (в прямоугольной системе, рис. 2.20).

Рис. 2.20. Построение на экране графиков функций (в декартовой системе координат)

В общем виде алгоритм построения графика заданной функции у = f(х) на отрезке [а, b] заключается в следующем.

1. Определяем область значений функции, для чего найдем максимальное по модулю значение функции на заданном отрезке [а, b], т = max(abs (f (x)) для всех x из [а, b].

Примем для удобства, что минимальное значение функции на отрезке совпадает с максимальным, но с обратным знаком. Таким образом, область значений функции лежит в интервале [-т, т].

Поиск максимума можно осуществить разными способами, например, табулируя функцию f(x) на отрезке с разбиением на n частей и определяя максимальное значение в массиве чисел Y_i =f(x_i), где x_i = а + i- (b - а) / п, для i = 0,... п.

2. Задаем координаты окна x0, y0, x1, у1 на графическом дисплее, в котором будем строить график функции.

3. Формулы преобразования координатх, у точек прямоугольника [а, b]∙[-т, т] обычной декартовой системы в соответствующие координаты и, v окна [x0,x1] ∙ [у0,y1] графического экрана можно задать в следующем виде :

и = x0 + (x - а)(х 1 - x0)/(b - а),

v = (y0 + y1) / 2 – f(x) (y1 – y0) / (2m).

Тогда автоматическое построение графика функции на экране дисплея осуществляется путем установки точек (и_i, v_i), соответствующих точкам (x_i f(x_i)), выбранным в декартовой системе. Часто бывает полезно соединять полученные точки отрезками или специальными линиями, что программы могут делать (или не делать) по пожеланию пользователя.

4. Далее можно оформить график, нарисовав оси координат, нанести масштабные сетки, вывести соответствующие обозначения и комментарии. Оси координат на графическом экране в заданном окне легко построить, вычислив экранные координаты начала выбранной декартовой системы {xv,yv):

xv = х0 - а(х1 - x0)/(b - а),

yv=(y0+y1) / 2.

ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА

Компьютеризацию чертежных и конструкторских работ проводят давно и в настоящее время используют различные системы автоматизации проектных работ (САПР). Аббревиатуру САПР впервые использовал основоположник этого научного направления Айвен Сазерленд в своих лекциях, прочитанных в Массачусетском технологическом институте в начале 60-х годов. Фактически инженеры применяли компьютеры для решения сложных задач проектирования еще в эпоху ранних послевоенных моделей универсальных компьютеров, а первые образцы специализированного оборудования САПР были созданы уже в середине 50-х годов. Однако широкое распространение САПР обусловлено появлением микропроцессорной техники, предоставившей возможности создавать, модифицировать и обрабатывать сложные графические изображения на экране монитора.

В настоящее время 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 разные области приложения, как архитектура, гражданское строительство, картография, медицина, геофизика, разработка моделей одежды, издательское дело, реклама.

Полная система САПР состоит из компонентов аппаратного и программного обеспечения. Общими компонентами аппаратного обеспечения системы САПР являются ЦП (центральный процессор), несколько рабочих станций, разделяемая между рабочими станциями периферия.

Состав типичной системы САПР:

дисплей (графический и алфавитно-цифровой);

процессор;

клавиатура;

устройство управления курсором (мышь, дигитайзер);

электронный командный планшет;

принтер.

Одним из наиболее давних и популярных средств автоматизированного проектирования является система АВТОКАД (AutoCad). АВТОКАД не является проблемно-ориентированной системой, т.е. не содержит специализированныхбаз данных, экспертных систем и многого из того, что входит в состав специализированной интеллектуальной САПР. АВТОКАД - достаточно простая универсальная система. Ее возможности таковы:

· развитая система экранныхменю;

· высокая точность графической информации;

· разбивка информации (расслоение);

· прочерчиванне на дисплее координатной сетки;

· средство захвата графических объектов;

· мощное редактирование;

· отображение параметров графических характеристик;

· полуавтоматическая и автоматическая простановка размеров;

· штриховка;

· работа с блоками.

После запуска АВТОКАДа на текстовом экране появляется главное меню:

О - выход;

1 - создание нового чертежа;

2-редактирование существующего чертежа;

3 - вывод на плоттер (графопостроитель);

4 - вывод на принтер;

5-конфигурация;

б - файловые утилиты;

7-шрифты;

8 -стыковка со старыми версиями.

Режимы экранного меню:

AUTOCAD - выход в головное меню;

* * * * - режим объектного захвата;

BLOCKS -работа с блоками;

DISPLAY - работа с изображением без его изменения;

SETTINGS -настройка;

DIM - обезразмеривание;

EDIT -редактирование;

DRAW -рисование;

LAYER -работа со слоями;

INQUIRY -справки о примитивах;

UTILTTS - выход в ДОС, запись чертежей в разных форматах;

PLOT -получение твердой копии и т.д.

В режиме DRAW (рисуй) имеется возможность строить графические примитивы

и проводить с их помощью синтез изображений. Например, здесь существует восемь

способов рисования дуг:

· по трем точкам на дуге /З points/;

· по начальной точке, центру и длине хорды /S, С, L/;

· по начальной точке, центру и заключенному углу /S, С, А/;

· по начальной точке, конечной точке и радиусу /S, Е, R/;

· по начальной точке, конечной точке и заключенному углу /S, Е, А/;

· по начальной точке, конечной точке и исходному направлению /S, Е, D/;

· по продолжению предыдущей линии или дуги /CONTIN:/.

Можно выделить следующие правила изображения дуги:

1) обычно дуга строится против часовой стрелки от точки к точке;

2) если есть в выбранной опции возможность задать угол, то отрицательный угол позволяет рисовать дугу по часовой стрелке;

3) по умолчанию дуга рисуется по начальной, промежуточной и конечной точкам.

При выборе в основном меню АВТОКАД режима Edit имеется возможность стирать созданные объекты, возвращать случайно стертые, перемещать и копировать, вычерчивать сопряжения между двумя существующими объектами, снимать фаски, разбивать объект на части, зеркально отображать, поворачивать, увеличивать и уменьшать, отсекать и т.п.

Практически все команды редактирования запрашивают выбор одного или нескольких объектов для обработки. Совокупность таких объектов называется набором выбора. Когда АВТОКАДу требуется не один объект, а набор выбора, появляется подсказка Select objects: (выбрать объекты) и на экране вы видите маленький прямоугольник - мишень для выбора объектов. Способы выбора объектов указываются в опциях соответствующей команды.

5.6. 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. Например, аналитической моделью окружности на плоскости в параметрической форме являются уравнения

x=x0+R-cosA,

y=y0+R-sinA,

где х0, у0 - координаты центра, R - радиус, А - угол. Параметрическое задание образов широко применяется в машинной графике и геометрии. Изображение окружности можно осуществить установкой последовательных точек (близко расположенных), изменяя генерирующий параметр А от 0 до 360°.

Координатные модели - это массивы координат точек, принадлежащих объектам. Например, поверхность задается массивом точек Z = f (x, у) на координатной сетке [х_i, y_j}. 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.

Приближенные модели содержат аппроксимации кривых методами вычислительной геометрии. Например, изображение гладких кривых можно осуществить ломаными линиями: линейными, параболическими или сплайнами. Используя вышеперечисленные геометрические модели, можно создавать различные демонстрационные картины. Например, модель Солнечной системы для наглядности удобно представить в динамической форме. Организуем движение точки (Земли) по окружности, в центре которой размещается круг (имитация Солнца). Установку точки на орбите осуществим по параметрическим формулам окружности:

X0 = 320 + r1∙sin(A1);

Y0 = 240 + rl ∙cos(Al),

где r1 - радиус орбиты Земли, А1 - параметрический угол, меняющийся от 0 до 360°. Чтобы организовать движение, достаточно в цикле устанавливать точку с координатами (x0, у0) для всех углов А1, принимающих значения от 0 до 360° с шагом h. Аналогичная процедура справедлива и для второй точки (Луны), которая изображается по подобным формулам, в которых центр орбиты (Земля) является подвижным:

х = х0 + r ∙ sin(A);

у = у0 + r ∙ cos(A),

где r - радиус орбиты Луны, А - угол вращения.

Контрольные вопросы и упражнения

1. Составьте каким-либо средством машинной графики бордюры каждого типа симметрии из следующих элементарных мотивов, рис. 2.21.

Рис. 2.21.

2. Постройте орнаменты различного типа симметриииз выбранного произвольного элементарного мотива каким-либо средством машинной графики.

3. Задана высота (м) над уровнем моря вершин: Мак-Кинли - 6200, Логан - 6100, Элберт - 440, Робсон - 4000, Митгелл - 2000. Составьте по этим данным столбчатую диаграмму.

4. По данным упражнения 3 составьте круговую диаграмму.

5. Постройте график функции у = x sin (1/x).

6. Создайте мультипликацию: вращение электрона в модели атома.

7. Изобразите шестиугольную призму.

8. Подготовьте иллюстрацию ко Дню учителя.

9. Организуйте в школе (вузе) компьютерный вернисаж.