CG-3 图形表示

1、第第3 章章 计算机图形的构成及其表示计算机图形的构成及其表示 主要内容：主要内容： 3.1 点阵图形的概念及特点点阵图形的概念及特点 3.2 点阵图形文件的存储和压缩点阵图形文件的存储和压缩 3.3 向量图形及其表示向量图形及其表示 3.4 点阵图形和向量图形的特点点阵图形和向量图形的特点1 3.1 点阵图形的概念及特点点阵图形的概念及特点 主要内容：主要内容： 3.1.1 点阵图形的概念点阵图形的概念 3.1.2 点阵图形文件的大小点阵图形文件的大小 3.1.3 点阵图形的特点点阵图形的特点2 3.1.1 点阵图形的概念点阵图形的概念一、计算机图形的表示一、计算机图形的表示 （一）向量表示

2、（一）向量表示 （二）（二）点阵表示点阵表示 点阵图（位图）点阵图（位图） 向量图（矢量图）向量图（矢量图）3 3.1.1 点阵图形的概念点阵图形的概念二、点阵图形二、点阵图形显示器的屏幕是由许多可以独立发光的像素点组成显示器的屏幕是由许多可以独立发光的像素点组成通过改变各个像素点的颜色，形成的图形叫点阵图形通过改变各个像素点的颜色，形成的图形叫点阵图形u分辨率：分辨率：像素点个数（像素点个数（M MN N） 三星三星 Note 3，屏幕分辨率，屏幕分辨率19201080（200万像素，万像素， 384ppi）,主摄像头分辨率主摄像头分辨率41283096（1300万像素万像素 ）4 3.1.

3、2 点阵图形文件的大小点阵图形文件的大小一、点阵图形的存储一、点阵图形的存储把各个像素点的颜色信息（代码）按一定的格式存储把各个像素点的颜色信息（代码）按一定的格式存储在计算机中。在计算机中。二、点阵图形的大小取决于以下三个方面二、点阵图形的大小取决于以下三个方面点阵图形的点阵图形的像素点个数像素点个数存储一个像素点的颜色信息所存储一个像素点的颜色信息所占用的空间占用的空间点阵图形的点阵图形的存储格式存储格式5 3.1.2 点阵图形的大小点阵图形的大小1 1、点阵图形的像素点个数、点阵图形的像素点个数点阵图形的像素点个数不一定等于显示器的分辨率点阵图形的像素点个数不一定等于显示器的分辨率M M

4、N N，它取决于点阵图形的实际尺寸大小，它取决于点阵图形的实际尺寸大小u如在画板中可以设置如在画板中可以设置点阵图形的大小点阵图形的大小6 3.1.2 点阵图形的大小点阵图形的大小2 2、存储一个像素点颜色信息占用的存储空间存储一个像素点颜色信息占用的存储空间 取决于该点阵图形的颜色数取决于该点阵图形的颜色数u二色图（黑白图）二色图（黑白图）需要一位（需要一位（bit)bit)来表示，例如：用来表示，例如：用0 0表示黑，表示黑，1 1表示白表示白u四色图四色图需要二位来表示：需要二位来表示：0000、0101、1010、1111分别表示四种颜色分别表示四种颜色u八色图八色图需要三位来表示：需

5、要三位来表示：000000、001001、010010、011011、100100、101101、110110、111111分别表示八种颜色分别表示八种颜色7 3.1.2 点阵图形的大小点阵图形的大小通过以上分析可知通过以上分析可知u存储每一个像素点的颜色信息所占用的存储空间存储每一个像素点的颜色信息所占用的存储空间即颜色数（色）与存储位数（位）之间具有如下关系：即颜色数（色）与存储位数（位）之间具有如下关系：u设颜色数为设颜色数为s，存储位数为，存储位数为nu则：则：S=2n 或或 n=log2s三星三星 Galaxy Note 3 ，屏幕色彩达，屏幕色彩达1600万色（万色（2424位真彩

6、）位真彩）颜色数（色）2428216224232占用存储空间(位)481624328 3.1.2 点阵图形的大小点阵图形的大小3 3、存储格式、存储格式存储点阵图形各个像素点的颜色信息时，可以采用不存储点阵图形各个像素点的颜色信息时，可以采用不同的格式同的格式u压缩存储压缩存储 GIF( (图像互换格式图像互换格式) )PNG( (可移植网络图形格式可移植网络图形格式 ) )JPEG( (联合图像专家小组联合图像专家小组) )u顺序存储顺序存储 BMP（Bitmap）位图文件）位图文件9 几种常用的图形格式几种常用的图形格式BMP（Bit map）图像）图像u是是Windows操作系统中的标准

7、图像文件格式操作系统中的标准图像文件格式在在Windows环境下运行的所有图象处理软件都支持环境下运行的所有图象处理软件都支持BMP图象文件格式，是各图像绘制操作的基础。图象文件格式，是各图像绘制操作的基础。 BMP位图文件默认的文件扩展名是位图文件默认的文件扩展名是bmpu优点：包含的图像信息较丰富，几乎不进行压缩优点：包含的图像信息较丰富，几乎不进行压缩u缺点：占用磁盘空间过大缺点：占用磁盘空间过大103.1.2 点阵图形文件的大小点阵图形文件的大小4、点阵图形（位图）文件大小的计算、点阵图形（位图）文件大小的计算假设：点阵图形的像素点个数为假设：点阵图形的像素点个数为q ，一个像素点占用

8、，一个像素点占用的存储位数位的存储位数位n。那么，点阵图形的大小。那么，点阵图形的大小= q nu例如在画板中可以设置：点阵图形像素点个数例如在画板中可以设置：点阵图形像素点个数q=800*500，存储位数，存储位数n=24（即颜色数（即颜色数s=224）u那么该点阵图形占用的存储空间为：那么该点阵图形占用的存储空间为： qn = (800*500 * 24) / 8 = 1,200,000（字节）（字节） 系统中规定系统中规定8个位为一个字节个位为一个字节113.1.3 点阵图形的特点点阵图形的特点l点阵图形的特点点阵图形的特点点阵图形只是点阵图形只是实际图形的近似表示实际图形的近似表示u这

9、种近似在显示器的分辨率较低或者我们把一个点这种近似在显示器的分辨率较低或者我们把一个点阵图形放大的时候就会比较明显得表现出来。阵图形放大的时候就会比较明显得表现出来。u演示：如在画板中可以直观看到这种现象演示：如在画板中可以直观看到这种现象点阵图形的点阵图形的大小与图形本身的复杂程度无关大小与图形本身的复杂程度无关u如在画板中改变图形的复杂程度，图形大小不变如在画板中改变图形的复杂程度，图形大小不变123.1.3 点阵图形的特点点阵图形的特点像素点是像素点是有大小和形状有大小和形状的的 u像素点的大小及其对显示图形的影响像素点的大小及其对显示图形的影响u像素点的形状及其对显示图形的影响像素点的

10、形状及其对显示图形的影响显示器的分辨率的改变显示器的分辨率的改变对图形的影响对图形的影响演示：如在画板中可以直观看到这种现象演示：如在画板中可以直观看到这种现象133.1.3 点阵图形的特点点阵图形的特点点阵图形的可压缩性点阵图形的可压缩性u常用的压缩格式常用的压缩格式GIF（Graphics Interchange Format）l图像互换格式PNG（Portable Network Graphic Format）l可移植网络图形格式 JPEG（Joint Photographic Experts Group）l联合图像专家小组u如在画板中对图片压缩后，图形显著变小如在画板中对图片压缩后，图

11、形显著变小14几种常用的图形格式几种常用的图形格式GIF（Graphics Interchange Format）图像）图像u“图像互换格式图像互换格式”文件，是一种无损压缩格式文件，是一种无损压缩格式其压缩率一般在其压缩率一般在50%左右，因其体积小而成像相对清晰，左右，因其体积小而成像相对清晰，特别适合于互联网上图像的传输特别适合于互联网上图像的传输uGIF可以可以显示动态图片显示动态图片，文件后辍名为，文件后辍名为 “.gif ” 在一个在一个GIF文件中可以保存多幅图像，多幅图像逐幅读出文件中可以保存多幅图像，多幅图像逐幅读出并显示到屏幕上，就可构成一种最简单的动画并显示到屏幕上，就可

12、构成一种最简单的动画uGIF只能显示只能显示256色色15几种常用的图形格式几种常用的图形格式PNG（Portable Network Graphic Format）u可移植网络图形格式可移植网络图形格式 其目的是试图替代其目的是试图替代GIF文件格式，同时增加一些文件格式，同时增加一些GIF文件格式文件格式所不具备的特性。所不具备的特性。 uPNG格式图片具有格式图片具有高保真性高保真性、透明性及文件体积较小、透明性及文件体积较小等特性，被广泛应用于网页设计、平面设计中等特性，被广泛应用于网页设计、平面设计中网络因受带宽制约，网页中不可能大范围的使用文件较大的网络因受带宽制约，网页中不可能大

13、范围的使用文件较大的bmp、jpg格式文件，格式文件，gif格式文件虽然文件较小，但其颜色失格式文件虽然文件较小，但其颜色失色严重，不尽人意，所以色严重，不尽人意，所以PNG格式文件应用较广泛格式文件应用较广泛 16几种常用的图形格式几种常用的图形格式JPEG （Joint Photographic Experts Group）u“联合图像专家小组联合图像专家小组”u文件后辍名为文件后辍名为jpg或或jpeguJPEG的压缩方式通常是的压缩方式通常是有损压缩有损压缩压缩时，图像中重复或不重要的资料会被丢失，解压缩后的压缩时，图像中重复或不重要的资料会被丢失，解压缩后的图像质量明显降低。如果追求

14、高品质图像，不宜采用过高压图像质量明显降低。如果追求高品质图像，不宜采用过高压缩比例。缩比例。u适合在网络上传输，是非常流行的图形文件格式适合在网络上传输，是非常流行的图形文件格式 17几种常用的图形格式几种常用的图形格式uJPEG压缩技术十分先进压缩技术十分先进它用有损压缩方式去除冗余的图像数据，在获得极高的压缩它用有损压缩方式去除冗余的图像数据，在获得极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像。率的同时能展现十分丰富生动的图像。u JPEG是一种很灵活的格式是一种很灵活的格式具有调节图像质量的功能，允许用不同的压缩比例对文件进具有调节图像质量的功能，允许用不同的压缩比例对文件进行压缩，压缩

15、比率通常在行压缩，压缩比率通常在10：1到到40：1之间之间压缩比越大，品质就越低；压缩比越小，品质就越好。压缩比越大，品质就越低；压缩比越小，品质就越好。当然也可以在图像质量和文件尺寸之间找到平衡点。当然也可以在图像质量和文件尺寸之间找到平衡点。18常用的图形格式常用的图形格式lJPEG格式又可分为三种格式又可分为三种1. 标准标准JPEGu在网页下载时，图片由上而下依序顺序显示在网页下载时，图片由上而下依序顺序显示 2. 渐进式渐进式JPEGu在网页下载时，图像由朦胧到清晰逐渐显示在网页下载时，图像由朦胧到清晰逐渐显示3. JPEG2000u支持渐进传输，还支持支持渐进传输，还支持“感兴趣

16、区域感兴趣区域”压缩压缩可以任意指定图片上不同区域的压缩比。对图片中感兴可以任意指定图片上不同区域的压缩比。对图片中感兴趣的区域，采用低压缩比，反之采用高压缩比。趣的区域，采用低压缩比，反之采用高压缩比。193.2 点阵图形文件的存储和压缩点阵图形文件的存储和压缩3.2.1 点阵图形的坐标系统点阵图形的坐标系统大小为大小为M M x x N N的点阵图形，共有的点阵图形，共有N N行行M M列，每个像素点的列，每个像素点的位置就由它所在地行和列的位置唯一确定位置就由它所在地行和列的位置唯一确定第第i i行行, ,第第j j列第像素点顺序是列第像素点顺序是u(i-1)M + j(i-1)M +

17、j203.2 点阵图形文件的存储和压缩点阵图形文件的存储和压缩顺序数顺序数s s为的像素点在点阵图形中的行列为：为的像素点在点阵图形中的行列为：u行：行：Int(s/M)+1Int(s/M)+1，列：，列：s Mod Ms Mod MuIntInt是取整运算，是取整运算，ModMod是取模运算是取模运算 （向负无穷方向舍入）（向负无穷方向舍入）常用的显示器的像素点行列坐标不是从（常用的显示器的像素点行列坐标不是从（1 1、1 1）开始，）开始，而是从（而是从（0 0、0 0）开始）开始u第第i i行行, ,第第j j列第像素点顺序是：列第像素点顺序是：iMiM j+1j+1213.2 点阵图形

18、文件的存储和压缩点阵图形文件的存储和压缩2.2.2 图像数据的压缩图像数据的压缩 根据图像数据的表示特点，可以按照一定的规则对根据图像数据的表示特点，可以按照一定的规则对它进行压缩。它进行压缩。lBI_RLE8 压缩编码压缩编码编码规则：由两个字节组成一对，若第一个字节非编码规则：由两个字节组成一对，若第一个字节非0，表示使用相同颜色的像素个数，第二个字节表，表示使用相同颜色的像素个数，第二个字节表示使用的颜色编号示使用的颜色编号223.2 点阵图形文件的存储和压缩点阵图形文件的存储和压缩若第一个字节设置为若第一个字节设置为0，第二个字节的值为，第二个字节的值为u0：表示行的结束：表示行的结束

19、u1：表示图像结束：表示图像结束u2：表示其后的两个字节，分别表示下一个像素：表示其后的两个字节，分别表示下一个像素从当前位置的水平偏移量和垂直偏移量从当前位置的水平偏移量和垂直偏移量u0 x030 xFF之间的一个值：表示跟在这个字节之间的一个值：表示跟在这个字节后面的字节数，每个字节包含单个像素的颜色后面的字节数，每个字节包含单个像素的颜色值。值。23lBI_RLE8压缩数据的解释压缩数据的解释压缩数据：03 04 05 06 00 00 00 02 05 01 00 03 45 56 67 00 00 01压缩数据扩展数据03 0404 04 0405 0606 06 06 06 06

20、00 00行结束00 02 05 01从当前位置右移5、下移100 03 45 56 67 0045 56 6700 01图像编码结束243.3 向量图形及其表示向量图形及其表示3.3.1 向量图形的表示向量图形的表示向量图形：给出一些基本的数据，并以此为依据由计向量图形：给出一些基本的数据，并以此为依据由计算机用一定的命令程序去生成图形算机用一定的命令程序去生成图形当图形比较简单时，向量图的优点十分明显；但当图当图形比较简单时，向量图的优点十分明显；但当图形比较复杂时，向量图形会变得非常复杂，需要给出形比较复杂时，向量图形会变得非常复杂，需要给出许多基本图形，许多生成各种基本图形的命令许多基

21、本图形，许多生成各种基本图形的命令点阵图形文件的大小和复杂程度，不因图形本身的简点阵图形文件的大小和复杂程度，不因图形本身的简单或复杂而有所改变单或复杂而有所改变253.3 向量图形及其表示向量图形及其表示3.3.2 向量图形的颜色向量图形的颜色向量图形的每个基本图形有各自独立的颜色，某个向量图形的每个基本图形有各自独立的颜色，某个基本图形的所有点都是一个颜色基本图形的所有点都是一个颜色u无论采用什么样的颜色模式，描述向量图的文无论采用什么样的颜色模式，描述向量图的文件的大小没有变化件的大小没有变化点阵图形的每个点可以有自己独立的颜色点阵图形的每个点可以有自己独立的颜色u颜色信息是加在每一个像

22、素点上的，颜色模式颜色信息是加在每一个像素点上的，颜色模式越复杂，颜色信息越多，点阵图形的文件就越越复杂，颜色信息越多，点阵图形的文件就越大大263.4 点阵图形和向量图形的特点点阵图形和向量图形的特点3.4.1 图形的整体放大图形的整体放大向量图形的尺寸可以任意放大而不损失图像的质量向量图形的尺寸可以任意放大而不损失图像的质量u它可以充分利用各种输出图形设备的分辨率，尽可它可以充分利用各种输出图形设备的分辨率，尽可能精确地输出图形能精确地输出图形输出图形设备的分辨率决定图形的质量输出图形设备的分辨率决定图形的质量273.4 点阵图形和向量图形的特点点阵图形和向量图形的特点点阵图像的尺寸不能任意放大点阵图像的尺寸不能任意放大u点阵图详细规定了生成的像素点数，像素点数不随点阵图详细规定了生成的像素点数，像素点数不随输出设备的分辨率增加而增加输出设备的分辨率增加而增加u点阵图形的输出精度，受输出图