Реферат: Компьютерная графика и основные графические редакторы. Обработка графических изображений. Компьютерная графика – специальная область информатики, изучающая методы, средства создания и обработки изображений. Компьютерная графика рисунки и описания

Это наука, один из разделов информатики, изучающая способы формирования и обработки изображений с помощью компьютера. Компьютерная графика является одним из наиболее «молодых» направлений информатики, она существует около 40 лет. Как и всякая наука, она имеет свой предмет, методы, цели и задачи.

Если рассматривать компьютерную графику в широком смысле, то можно выделить три класса задач, решаемых средствами компьютерной графики:
1. Перевод описания в изображение.
2. Перевод изображения в описание (задача распознавания образов).
3. Редактирование изображения.
Хотя сфера применения компьютерной графики очень широка, тем не менее, можно выделить несколько основных направлений, где средства компьютерной графики стали важнейшими для решения задач:
1. Иллюстративное, самое широкое из направлений, охватывающее задачи от визуализации данных до создания анимационных фильмов.
2. Саморазвивающее - компьютерная графика позволяет расширять и совершенствовать свои возможности.
3. Исследовательское - создание средствами компьютерной графики изображения абстрактных понятий либо моделей, физического аналога которых пока не существует с целью корректировки их параметров.

Следует, однако, отметить, что выделение этих направлений весьма условно и может быть расширено и детализировано. Основными областями применения компьютерной графики считаются:
1. Отображение информации.
2. Проектирование.
3. Моделирование.
4. Создание пользовательского интерфейса.
Большинство современных графических систем используют принцип конвейерной архитектуры. Построение некоторого изображения на экране монитора происходит поточечно, причем каждая точка проходит некоторый фиксированный цикл обработки. Сначала первая точка проходит первый этап этого цикла, затем переходит на второй этап, в это время вторая точка начинает прохождение первого этапа обработки и так далее, то есть любая графическая система параллельно обрабатывает несколько точек формируемого изображения.

Такой подход позволяет существенно уменьшить время обработки всего изображения в целом, причем, чем сложнее изображение, тем больше получается выигрыш во времени. Конвейерная архитектура применяется для графических систем как на программном, так и на аппаратном уровне. На вход такого конвейера попадают координаты физической точки реального мира, а на выходе получаются координаты точки в системе координат экрана и ее цвет.
В рассмотренном цикле обработки точки можно выделить несколько этапов, основными из них являются следующие:
1. Геометрические преобразования.
2. Отсечение.
3. Проецирование.
4. Закрашивание.
На этапе геометрических преобразований координаты всех объектов реального мира приводятся к единой системе координат (мировая система координат). В компьютерной графике нередко используются приемы, с помощью которых сложные объекты представляются как совокупность простых (базовых) объектов, при этом каждый из базовых объектов может быть подвергнут некоторым геометрическим преобразованиям. В качестве базовых объектов может быть выбран произвольный набор объектов, но можно использовать и фиксированный набор Платоновых тел. Как правило, сложные геометрические преобразования представляются также через композицию относительно простых (базовых) преобразований, в качестве которых используются аффинные преобразования.

На этапе отсечения определяется, какие из точек попадут в поле зрения наблюдателя, и из этого множества выбираются те, которые останутся видимыми. На этом этапе применяются алгоритмы удаления невидимых ребер и поверхностей.
На этапе проецирование координаты точки (до сих пор остающиеся трехмерными) преобразуются в координаты экрана с помощью преобразования проецирования.
На этапе закрашивания осуществляется расчет цвета отображаемой точки с помощью методов локального или глобального закрашивания. Как правило, на этом этапе не удается использовать информацию об освещении всей сцены в целом, поэтому строятся модели освещенности различной степени детальности, которая во многом зависит от необходимости построения статического или динамического изображения.

Урок "Компьютерная графика"

Компьютерная графика - раздел информатики, пред метом которого является создание и обработка на компьютере с гра­фических изображений (рисунков, чертежей, фотографий и пр.)

История компьютерной графики

О компьютерной графике заговорили после опытов Джей У. Форрестера (инженер компьютерной лаборатории Массачусетского технологического института) в 1951 году.

К предшественникам компьютерных рисунков можно отнести первые не­затейливые картинки из точек и букв, получаемые на телетайпах телеграфа, а позже - на печатающих устройствах, подключенных к ЭВМ.

Итак, в начале были точки и простые линии. Этот набор стремительно обогащался. 1970-е годы стали временем широкого использования машинной графики. Одно из важнейших отличий современных ПК состоит в воз­можности вывода на экран графического изображения.

В доступный для многих инструмент компьютерная графика превратилась благодаря Айвену Сазерленду, автору одной из первых графических систем.

Направления компьютерной графики

Направление	Назначение	Программное обеспечение
Научная	Визуализация объектов научных исследований, графическая обработка результатов расчетов, проведение вычислительных экспериментов с наглядным представлением их результатов.
Деловая	Создание иллюстраций, используемых составления иллюстрации статистических отчетов и пр. Используется в работе учреждений.	Электронные таблицы
Конструкторская	Создание плоских и трехмерных изображений. Используется в работе инженеров-конструкторов.	Системы автоматизированного проектирования (САПР)
Иллюстративная	Создание произвольных рисунков и чертежей.	Графические редакторы
	Создание реалистических изображений. Используется для создания рекламных роликов, мультфильмов, компьютерных игр, видеоуроков, видеопрезентаций и пр.	Графические редакторы (со сложным математическим аппаратом)
Компьютерная анимация	Создание движущихся изображений на экране монитора. Слово «анимация» означает «оживление».

Аналоговый и дискретный способы представления

ГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Человек способен воспринимать и хранить информацию в форме образов (зрительных, звуковых, осязательных, вкусовых, обонятельных ).

Зрительные образы могут быть сохранены в виде изображений (рисунков, фотографий, …)

При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно .

При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно .

Все органы чувств человека имеют дело с аналоговыми сигналами.

Любая информация, используемая в технических системах, также начинается и заканчивается аналоговым сигналом.

Таким образом, представление об аналоговом способе следует рассматривать в качестве необходимой предпосылки перехода к цифровым технологиям.

Растровая графика

Качество кодирования изображения зависит от :

Размера точки - чем меньше её размер, тем больше количество точек в изображении

- количества цветов (палитры) - чем большее количество возможных состояний точки, тем качественнее изображение

Достоинства растровой графики:

1. Каждому видеопикселю можно придать любой из миллионов цветовых оттенков. Если размеры пикселей приближаются к размерам видеопикселей, то растровое изображение выглядит не хуже фотографии. Таким образом, растровая графика эффективно представляет изображения фотографического качества.

2. Компьютер легко управляет устройствами вывода, которые используют точки для представления отдельных пикселей. Поэтому растровые изображения могут быть легко распечатаны на принтере.

Недостатки растровой графики:

1. В файле растрового изображения запоминается информация о цвете каждого видеопикселя в виде комбинации битов. Простые растровые картинки занимают небольшой объем памяти (несколько десятков или сотен килобайтов). Изображения фотографического качества часто требуют нескольких мегабайтов. Таким образом, для хранения растровых изображений требуется большой объем памяти.

Самым простым решением проблемы хранения растровых изображений является увеличение емкости запоминающих устройств компьютера. Современные жесткие и оптические диски предоставляют значительные объемы памяти для данных. Оборотной стороной этого решения является стоимость, хотя цены на эти запоминающие устройства в последнее время заметно снижаются.

Другой способ решения проблемы заключается в сжатии графических файлов, т. е. использовании программ, уменьшающих размеры файлов растровой графики за счет изменения способа организации данных. Существует несколько методов сжатия графических данных.

2. Проблемой растровых файлов является масштабирование:

- при существенном увеличении изображения появляется зернистость, ступенчатость

При большом уменьшении существенно снижается количество точек, поэтому исчезают наиболее мелкие детали, происходит потеря четкости

Для обработки растровых файлов используют редакторы: MS Paint, Adobe Photoshop

Векторная графика

Векторные изображения формируются из объектов (точка, линия, окружность, прямоугольник...), которые хранятся в памяти компьютера в виде графических примитивов и описывающих их математических формул.

Достоинства векторной графики

1. При кодировании векторного изображения хранится не само изображение объекта, а координаты точек, используя которые программа каждый раз воссоздает изображение заново.

Поэтому объем памяти векторных изображений очень мал по сравнению с растровой графикой .

RECTANGLE 1, 1, 200, 200, Red, Green

Несжатое растровое описание квадрата требует примерно в 1333 раза большей памяти, чем векторное.

2. Векторные изображения могут быть легко масштабированы без потери качества.

Это возможно, так как масштабирование изображений производится с помощью простых математических операций (умножения параметров графических примитивов на коэффициент масштабирования).

Недостатки векторной графики

1. Векторная графика не предназначена для создания изображений фотографического качества. В векторном формате изображение всегда будет выглядеть, как рисунок.

В последних версиях векторных программ внедряется все больше элементов "живописности" (падающие тени, прозрачности и другие эффекты, ранее свойственные исключительно программам точечной графики).

2. Векторные изображения иногда не выводятся на печать или выглядят на бумаге не так, как хотелось бы.

Это происходит оттого, что векторные изображения описываются тысячами команд.

В процессе печати эти команды передаются принтеру, а он может, не распознав какой-либо примитив, заменить его другим – похожим, понятным принтеру.

Информация о векторном изображении кодируется как обычная буквенно-цифровая и обрабатывается специальными программами: CorelDRAW, Adobe Illustrator.

Фрактальная графика

Изображение строится по формуле. В памяти компьютера хранится не изображение, а только формула, с помощью которой можно получить бесконечное количество различных изображений.

Фракталы - это геометрические объекты с удивительными свойствами: любая часть фрактала содержит его уменьшенное изображение.

То есть, сколько фрактал не увеличивай, из любой его части на вас будет смотреть его уменьшенная копия.

Как говорилось выше, по способам описания изображений компьютерную графику можно разделить на три основные категории: растровая, векторная и трехмерная графика. Среди двумерной графики особым образом выделяются пиксельная и фрактальная графика. Отдельного рассмотрения требуют также трехмерная, CGI- и инфографика.

Пиксельная графика

Термин "пиксельная графика" (от англ. pixel ) означает форму цифрового изображения, созданного на компьютере с помощью растрового графического редактора, где изображение редактируется на уровне пикселей (точек), а разрешение изображения настолько мало, что отдельные пиксели четко видны.

Распространено заблуждение, что любой рисунок, сделанный с использованием растровых редакторов, – пиксельная графика. Это неверно, пиксельное изображение отличается от обычного растрового технологией – ручным редактированием рисунка пиксель за пикселем. Поэтому пиксельный рисунок отличается небольшими размерами, ограниченной цветовой палитрой и (как правило) отсутствием сглаживания.

Пиксельная графика использует лишь простейшие инструменты растровых графических редакторов, такие как Карандаш, Прямая (линия) или Заливка (заполнение цветом). Пиксельная графика напоминает мозаику и вышивку крестиком или бисером – так как рисунок складывается из небольших цветных элементов, аналогичных пикселям современных мониторов.

Фрактальная графика

Фрактал – объект, формирующийся из нерегулярных отдельных частей, которые подобны целому объекту. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

Рис. 8.5.

Фрактальная графика незаменима при создании искусственных гор, облаков, морских волн. Благодаря фракталам легко изображаются сложные объекты, образы которых похожи на природные. Фракталы позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти (рис. 8.5). С другой стороны, фракталы слабо применимы к изображениям вне этих классов.

Трехмерная графика

Трехмерная графика (3D – от англ. 3 Dimensions – три измерения) – три измерения изображения) – раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объемных объектов (рис. 8.6).

Рис. 8.6.

Трехмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает построение геометрической проекции трехмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ (однако с созданием и внедрением 3D -дисплеев и 3D -принтеров трехмерная графика не обязательно включает в себя проецирование на плоскость). При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырехмерного фрактала).

3D-моделирование – это процесс создания трехмерной модели объекта. Задача 3D -моделирования – разработать объемный образ желаемого объекта. С помощью трехмерной графики можно и создать точную копию конкретного предмета, и разработать новое, даже нереальное представление никогда не существовавшего объекта.

Трехмерная графика оперирует с объектами в трехмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трехмерная компьютерная графика широко используется на телевидении, в кинематографе, в компьютерных играх и оформлении полиграфической продукции.

Трехмерная графика активно применяется для создания изображений на плоскости экрана или печатаемого листа в науке и промышленности (например, в системах автоматизации проектных работ (САПР)); для создания твердотельных элементов: зданий, деталей машин, механизмов), архитектурной визуализации (сюда относится и так называемая "виртуальная археология"), в современных системах медицинской визуализации.

Трехмерная графика обычно имеет дело с виртуальным, воображаемым трехмерным пространством, которое отображается на плоской, двумерной поверхности дисплея или листа бумаги. Любое изображение на мониторе в силу плоскости последнего, становится растровым, так как монитор – это матрица, он состоит из столбцов и строк. Трехмерная графика существует лишь в нашем воображении – то, что мы видим на мониторе – это проекция трехмерной фигуры, а уже создаем пространство мы сами. Таким образом, визуализация графики бывает только растровая и векторная, а способ визуализации – это только растр (набор пикселей), от количества этих пикселей зависит способ задания изображения.

В настоящее время известно несколько способов отображения трехмерной информации в объемном виде, хотя большинство из них представляет объемные характеристики весьма условно, поскольку работают со стереоизображением. Из этой области можно отметить стереоочки, виртуальные шлемы, 3D -дисплеи, способные демонстрировать трехмерное изображение.

-графика

Термином "CGI-графика" (англ. computergenerated imagery обозначают изображения, сгенерированные компьютером) обозначают неподвижные и движущиеся изображения, сгенерированные при помощи трехмерной компьютерной графики и использующиеся в изобразительном искусстве, печати, кинематографических спецэффектах, на телевидении и в симуляторах. В компьютерных играх обычно используется компьютерная графика в реальном времени, но периодически добавляются и внутриигровые видео, основанные на CGI.

Созданием движущихся изображений занимается компьютерная анимация, представляющая собой более узкую область графики CGI, применимую в том числе в кинематографе, где позволяет создавать эффекты, которые невозможно получить при помощи традиционного грима и аниматроники . Компьютерная анимация может заменить работу каскадеров и статистов, а также декорации.

Инфографика

Термином "инфографика" (от лат. informatio – осведомление, разъяснение, изложение; и др.-греч. graphike – письменный, от grapho – пишу) обозначают графический способ подачи информации, данных и знаний.

Спектр применения инфографики огромен – география, журналистика, образование, статистика, технические тексты. Она помогает не только организовать большие объемы информации, но и более наглядно показать соотношение предметов и фактов во времени и пространстве, а также продемонстрировать тенденции.

Инфографикой можно назвать любое сочетание текста и графики, созданное с намерением изложить ту или иную историю, донести тот или иной факт. Инфографика работает там, где нужно показать устройство и алгоритм работы чего-либо, соотношение предметов и фактов во времени и пространстве, продемонстрировать тенденцию, показать, как что выглядит, организовать большие объемы информации.

Инфографика – это визуальное представление информации. Используется там, где сложную информацию нужно представить быстро и четко.

• Аниматроника – методика, применяемая в кинематографии, мультипликации, компьютерном моделировании для создания спецэффектов подвижных искусственных частей тела человека, животного или других объектов.

Построение трехмерного изображения

С ростом вычислительной мощности и доступности элементов памяти, с появлением качественных графических терминалов и устройств вывода была разработана большая группа алгоритмов и программных решений, которые позволяют формировать на экране изображение, представляющее некоторую объемную сцену. Первые такие решения были предназначены для задач архитектурного и машиностроительного проектирования.

При формировании трехмерного изображения (статического или динамического) его построение рассматривается в пределах некоторого пространства координат, которое называется сценой . Сцена подразумевает работу в объемном, трехмерном мире - поэтому и направление получило название трехмерной (3-Dimensional, 3D) графики.

На сцене размещаются отдельные объекты, составленные из геометрических объемных тел и участков сложных поверхностей (чаще всего для построения применяются так называемые B-сплайны ). Для формирования изображения и выполнения дальнейших операций поверхности разбиваются на треугольники - минимальные плоские фигуры - и в дальнейшем обрабатываются именно как набор треугольников.

На следующем этапе “мировые ” координаты узлов сетки пересчитывают с помощью матричных преобразований в координаты видовые , т.е. зависящие от точки зрения на сцену. Положение точки просмотра , как правило, называют положением камеры .

Рабочее пространство системы подготовки
трехмерной графики Blender (пример с сайта
http://www.blender.org )

После формирования каркаса (“проволочной сетки”) выполняется закрашивание - придание поверхностям объектов некоторых свойств. Свойства поверхности в первую очередь определяются ее световыми характеристиками: светимостью, отражающей способностью, поглощающей способностью и рассеивающей способностью. Этот набор характеристик позволяет определить материал, поверхность которого моделируется (металл, пластик, стекло и т.п.). Прозрачные и полупрозрачные материалы обладают еще рядом характеристик.

Как правило, во время выполнения этой процедуры выполняется и отсечение невидимых поверхностей . Существует много методов выполнения такого отсечения, но самым популярным стал метод
Z-буфера , когда создается массив чисел, обозначающий “глубину” - расстояние от точки на экране до первой непрозрачной точки. Следующие точки поверхности будут обработаны только тогда, когда их глубина будет меньше, и тогда координата Z уменьшится. Мощность этого метода напрямую зависит от максимально возможного значения удаленности точки сцены от экрана, т.е. от количества битов на точку в буфере.

Расчет реалистичного изображения. Выполнение указанных операций позволяет создать так называемые твердотельные модели объектов, но реалистичным это изображение не будет. Для формирования реалистичного изображения на сцене размещаются источники света и выполняется расчет освещенности каждой точки видимых поверхностей.

Для придания объектам реалистичности поверхность объектов “обтягивается” текстурой - изображением (или процедурой, его формирующей), определяющим нюансы внешнего вида . Процедура называется “наложением текстуры”. Во время наложения текстуры применяются методы растяжения и сглаживания - фильтрация . Например, упоминаемая в описании видеокарт анизотропная фильтрация, не зависящая от направления преобразования текстуры.

После определения всех параметров необходимо выполнить процедуру формирования изображения, т.е. расчет цвета точек на экране. Процедура обсчета называется рендерингом .Во время выполнения такого расчета необходимо определить свет, попадающий на каждую точку модели, с учетом того, что он может отражаться, что поверхность может закрыть другие участки от этого источника и т.п.

Для расчета освещенности применяется два основных метода. Первый - это метод обратной трассировки луча . При этом методе рассчитывается траектория тех лучей, которые в итоге попадают в пиксели экрана - по обратному ходу. Расчет ведется отдельно по каждому из цветовых каналов, поскольку свет разного спектра ведет себя по-разному на разных поверхностях.

Второй метод - метод излучательности - предусматривает расчет интегральной светимости всех участков, попадающих в кадр, и обмен светом между ними.

На полученном изображении учитываются заданные характеристики камеры, т.е. средства просмотра.

Таким образом, в результате большого количества вычислений появляется возможность создавать изображения, трудноотличимые от фотографий. Для уменьшения количества вычислений стараются уменьшить число объектов и там, где это возможно, заменить расчет фотографией; например, при формировании фона изображения.

Твердотельная модель и итоговый результат обсчета модели
(пример с сайта http://www.blender.org )

Анимация и виртуальная реальность

Следующим шагом в развитии технологий трехмерной реалистичной графики стали возможности ее анимации - движения и покадрового изменения сцены. Первоначально с таким объемом расчетов справлялись только суперкомпьютеры, и именно они использовались для создания первых трехмерных анимационных роликов.

Позже были разработаны специально предназначенные для обсчета и формирования изображений аппаратные средства - 3D-акселераторы . Это позволило в упрощенной форме выполнять такое формирование в реальном масштабе времени, что и используется в современных компьютерных играх. Фактически, сейчас даже обычные видеокарты включают в себя такие средства и являются своеобразными мини-компьютерами узкого назначения.

При создании игр, съемках фильмов, разработке тренажеров, в задачах моделирования и проектирования различных объектов у задачи формирования реалистичного изображения появляется еще один существенный аспект - моделирование не просто движения и изменения объектов, а моделирование их поведения, соответствующего физическим принципам окружающего мира.

Такое направление, с учетом применения всевозможных аппаратных средств передачи воздействий внешнего мира и повышения эффекта присутствия, получило название виртуальной реальности .

Для воплощения такой реалистичности создаются специальные методы расчета параметров и преобразования объектов - изменения прозрачности воды от ее движения, расчет поведения и внешнего вида огня, взрывов, столкновения объектов и т.д. Такие расчеты носят достаточно сложный характер, и для их реализации в современных программах предложен целый ряд методов.

Один из них - это обработка и использование шейдеров - процедур, изменяющих освещенность (или точное положение ) в ключевых точках по некоторому алгоритму . Такая обработка позволяет создавать эффекты “светящегося облака”, “взрыва”, повысить реалистичность сложных объектов и т.д.

Появились и стандартизируются интерфейсы работы с “физической” составляющей формирования изображения - что позволяет повысить скорость и точность таких расчетов, а значит, и реалистичность создаваемой модели мира.

Трехмерная графика - одно из самых зрелищных и коммерчески успешных направлений развития информационных технологий, часто ее называют одним из основных стимулов развития аппаратного обеспечения. Средства трехмерной графики активно применяются в архитектуре, машиностроении, в научных работах, при съемке кинофильмов, в компьютерных играх, в обучении.

Примеры программных продуктов

Maya, 3DStudio, Blender

Тема очень привлекательна для учащихся любого возраста и возникает на всех этапах изучения курса информатики. Привлекательность для учащихся объясняется большой творческой составляющей в практической работе, наглядным результатом, а также широкой прикладной направленностью темы. Знания и умения в этой области затребованы практически во всех отраслях деятельности человека.

В основной школе рассматривают два вида графики: растровую и векторную. Обсуждаются вопросы отличия одного вида от другого, как следствие - положительные стороны и недостатки. Сферы применения этих видов графики позволят ввести названия конкретных программных продуктов, позволяющих обрабатывать тот или иной вид графики. Поэтому материалы по темам: растровая графика, цветовые модели, векторная графика - будут востребованы в большей мере в основной школе. В старшей школе эта тема дополняется рассмотрением особенностей научной графики и возможностями трехмерной графики. Поэтому будут актуальны темы: фотореалистичные изображения, моделирование физического мира, сжатие и хранение графических и потоковых данных.

Большую часть времени занимают практические работы подготовки и обработки графических изображений с использованием растровых и векторных графических редакторов. В основной школе это, как правило, Adobe Photoshop, CorelDraw и/или MacromediaFlach. Различие между изучением тех или иных программных пакетов в основной и старшей школе в большей мере проявляется не в содержании, а в формах работы. В основной школе это практическая (лабораторная) работа, в результате которой учащимися осваивается программный продукт. В старшей школе основной формой работы становится индивидуальный практикум или проект, где главной составляющей является содержание поставленной задачи, а используемые для ее решения программные продукты остаются лишь инструментом.

В билетах для основной и старшей школы содержатся вопросы, относящиеся как к теоретическим основам компьютерной графики, так и к практическим навыкам обработки графических изображений. Такие части темы, как подсчет информационного объема графических изображений и особенности кодирования графики, присутствуют в контрольных измерительных материалах единого государственного экзамена.

16.01.1997

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОПРОЦЕССОРНОЙ АРХИТЕКТУРЫ ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРИ ОБРАБОТКЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ. Двойное ускорение Photoshop Трехмерный рендеринг Требования к оперативной памяти Лучшие системы в области обработки изображений и трехмерной графики

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОПРОЦЕССОРНОЙ АРХИТЕКТУРЫ ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРИ ОБРАБОТКЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ.

Кто бы мог подумать, что столь малые объекты, как пикселы, могут порождать столь большие проблемы. Крошечное цветное пятнышко на экране - всего лишь три байта данных - требует к себе весьма пристального внимания. Все дело в том, что изображения содержат очень много таких пятнышек. В самой маленькой картинке, которую вы загрузите из World Wide Web, пикселов больше, чем автомобилей, встретившихся вам по пути домой в час пик. А изображение Pro Photo CD объемом 72 Мбайт включает почти столько пикселов, сколько людей проживает в штате Калифорния. Управление такими полчищами порой требует усилий, сравнимых с усилиями, затрачиваемыми на управление большим городом. Более того, изображения постоянно усложняются и испытывают ваши нервы всякий раз, когда вы выполняете команду Open.

Поэтому совершенно не удивительно, что самые быстрые машины для обработки изображений имеют несколько процессоров. Genesis MP 720+ производства компании DayStar имеет на системной плате четыре 180-МГц процессора 604e. Не случайно MP 720+ самая дорогостоящая машина в нашем обзоре (8499 долл. в упрощенной конфигурации: без ОЗУ, жесткого диска и видеоплаты). Но если вы профессионально занимаетесь обработкой изображений, то стоит учесть, что Genesis MP 720+ способна продемонстрировать быстродействие, недостижимое для одно- или двухпроцессорных систем.

Для использования преимуществ многопроцессорной архитектуры приложения должны быть специальным образом переписаны (см. врезку "Технологии многопроцессорной обработки на компьютерах Macintosh: система, которая всегда успевает"). Наиболее продвинутой разработкой в этом направлении представляется Adobe Photoshop. В период подготовки этой статьи DayStar регулярно поставляла нам обновленные модули расширения, так что Photoshop с каждой неделей работал все быстрее. На Genesis MP проходят интенсивную обкатку и другие приложения. (В качестве примера можно привести ускоренные версии Canvas фирмы Deneba и Fractal Design Painter.)

Двойное ускорение Photoshop

Очень сложно точно измерить, насколько ускоряется выполнение операций в пакете Photoshop. Некоторые операции варьируются по времени очень сильно. Размытие по Гауссу, требующее более 90 с на PowerTower Pro 225, на MP 720+ заняло 21 с. А преобразование в режим CMYK, требующее более 5 с на однопроцессорных машинах, выполняется на MP 720+ за 2,4 с. В целом производительность четырехпроцессорной машины Genesis MP примерно вдвое превышает производительность самых быстрых однопроцессорных компьютеров.

Трехмерный рендеринг

Одним из краеугольных камней профессиональной работы с графикой является трехмерный рендеринг, который отвечает за преобразование моделей в графические образы фотографического качества. При работе над статьей у нас была возможность протестировать только одну программу обработки трехмерной графики, оптимизированную для использования на компьютерах с несколькими процессорами - Strata StudioPro Blitz. И здесь компьютер Genesis MP 720+ оказался значительно быстрее своих конкурентов. Рендеринг изображения, который на PowerTower Pro 225 продолжался чуть менее 4 мин, на MP 720+ был выполнен за 2,5 мин. Даже небольшой выигрыш во времени - это хорошо. Но и сегодня работа с трехмерными изображениями поглощает все ресурсы вашего компьютера.

Многие производители программ обработки трехмерной графики обещают в 1997 г. оптимизировать свои приложения для работы с МР. В число этих программ входят пакет Infini-D компании Specular International, Ray Dream Designer и ElectricImage Animation System. Хотя Live Picture не является программой трехмерной графики, ее механизм рендеринга, очень похожий на трехмерный рендеринг, вполне подходит для ускорения средствами MP. Фирма Apple также встроила поддержку MP в QuickDraw 3D. Но на текущий момент в повседневной работе можно использовать только StudioPro Blitz. Многопроцессорная обработка трехмерных изображений - пока дело будущего.

Требования к оперативной памяти

Работа с Photoshop представляется наиболее существенным фактором, определяющим необходимость перехода к MP. Лаборатория Macworld выполнила все опубликованные тесты для изображения размером 15 Мбайт при 100 Мбайт памяти, доступной Photoshop. В то же время наши неофициальные тесты показали, что при увеличении размера изображения или уменьшении объема оперативной памяти ускорение оказывается не слишком значительным. Фирма DayStar согласна с тем, что объем памяти до сих пор остается важнейшим фактором, влияющим на увеличение скорости работы пакета Photoshop. Если вы постоянно работаете с изображениями размером 50 Мбайт, а ваш Macintosh оснащен 60 Мбайт памяти, потратив 1000 долларов на радикальное расширение памяти, вы сможете достичь повышения производительности, которое с лихвой окупит эти расходы. Переходить на MP стоит только в том случае, если вы обладаете более чем достаточным запасом ОЗУ для удовлетворения прожорливого Photoshop.

И хотя Genesis MP 720+ обладает многими достоинствами, покупателям с ограниченными финансовыми ресурсами лучше приобрести двухпроцессорные конфигурации, предлагаемые компаниями DayStar, Apple и Umax. Эти компьютеры обеспечат существенный выигрыш в производительности, не будучи столь обременительными для кармана. Power Mac 9500/180MP показал очень хорошую производительность в наших тестах, лишь на несколько секунд отстав от Genesis MP 720+. На момент выхода обзора 9500/180MP стоил на несколько тысяч долларов дешевле, чем аналогично оснащенный 720+, и примерно на 1000 долларов дороже, чем PowerTower Pro 225.

Но если деньги не имеют большого значения и вы хотели бы получить машину, на которой можно творить, то Genesis MP 720+ - это самое лучшее, что есть в настоящее время. Вот-вот должна появиться новая версия Genesis MP - 800+ с тактовой частотой 200 МГц. Наше предварительное тестирование 800+ продемонстрировало 10-процентное увеличение скорости по сравнению с сегодняшним чемпионом.

Лучшие системы в области обработки изображений и трехмерной графики

@ Лучший результат.

Система	Рейтинг 1	Общая оценка	Photoshop цветовой баланс/настройка	Photoshop градиент/ вращение/ масштабирование	Photoshop фильтры	Photoshop трехмерный рендеринг	Базовая цена, долл.
@ DayStar Digital Genesis MP 720+	7,4	2,2	1,6	2,5	2,6	2,0	10 714 2
DayStar Digital Genesis MP 360+	7,2	1,7	1,4	2,0	2,0	1,5	7814 2
Apple Power Macintosh 9500/180 MP	7,4	1,7	1,4	1,9	2,0	1,6	5699 3
Power Computing Power-Tower Pro 225	7,9	1,4	1,3	1,5	1,4	1,6	4995
Umax Computer Super-Mac S900L 604/200	7,8	1,4	1,2	1,4	1,3	1,5	3995
Apple Power Macintosh 9500/200	6,6	1,3	1,2	1,4	1,3	1,5	4899 3

1 Основывается на возможностях, исполнении, внедрении новых технологий, производительности, надежности, простоте использования и стоимости 2 Добавляется стоимость ОЗУ, накопителей, видеокарты и клавиатуры 3 Без клавиатуры

Методика тестирования Лаборатория Macworld выполнила более 40 различных операций в Adobe Photoshop и, кроме того, операцию рендеринга в большинстве популярных пакетов трехмерного моделирования - программе Studio Pro Blitz компании Strata, поддерживающей многопроцессорную обработку; Infini-D фирмы Specular International и Ray Dream Designer фирмы Ray Dream. На всех тестируемых машинах была установлена оперативная память объемом 128 Мбайт. За эталон взяты результаты, показанные компьютером Power Mac 9500/150 (Power Mac 9500/150 = 1,0). Системы представлены в порядке убывания общей производительности. Тестированием в лаборатории Macworld руководили Марк Херлоу и Крис Эйтервейк.