图形图象

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统的电脑只能处理文字、数字，最多是简单的图形。近年来，随着电脑硬件技术的飞速发展和更新，使得计算机处理图形图像的能力大大增强。以前要用大型图形工作站来运行的图形应用软件，或是特殊文件格式的生成及对图形所作的各种复杂的处理和转换；如今，很普遍的家用电脑就完全可以胜任，我们可以轻易的使用PhotoShop、CorelDraw、3D MAX或是别的什么软件做出精美的图片或是逼真的三维物体，你甚至可以自己去做一个有趣的动画。
在当今信息社会，以多媒体为代表的信息技术和信息产业的发展和应用对人类社会产生的影响和作用愈来愈明显，愈来愈重要。多媒体的发展和应用，极大地推动了诸多工业的相互渗透和飞速发展，逐步改变了整个人类社会的工作结构和生活方式。可以毫不夸张地说，多媒体产业的形成和发展，将不仅引起计算机工业的一次革命，也将影响人类社会发生一场巨大的变革。
我们知道，所谓多媒体，即多种信息媒介，通常包括以下几种：文本、图形、影像、声音、视频、动画。可以看出，多媒体的应用在很大程度当依赖于丰富多彩的图形和图像。也就是说，图形图像技术的飞速发展也将是必然趋势，掌握图形图像处理技术对一个计算机操作人员是必要的。
计算机图形学是研究用计算机生成、处理和显示图形的一门科学。为了生成图形，首先要有原始数据或数学模型（如工程人员构思的草图、地形航测数据、飞机的，总体方案模型等），这些数字化的输入信息经过计算机处理后变成图形输出。
图形从原始数据生成图象数据经过了一系列变换过程，每个变换过程都可能产生不同于输入数据的输出数据，这些数据需要按一定的结构进行组织，形成一系列描述图形数据的文件，我们把这类文件称为图形文件（也称为图形图象文件），而图象文件是描述图象数据的文件，它是图形文件的一种特例。
在图形生成过程中有多种类型的数据，如模型数据、场景数据和图象数据等，因此，图形文件所描述的图形层次就不一样，这也是产生多种图形文件的一个重要原因。
另一方面，在同一个描述层上，由于每种图形软件包使用自己的格式保存图形数据，随着图形应用软件包的不断增多，图形文件的格式也会越来越多，虽然国际标准化组织（ISO）为解决图形信息的共享问题，建立了一系列图形文件标准（如CGM），但是这些标准较难得到广大用户和厂商的支持，从而形成了目前这种多种图形文件共存的局面。
图形文件有以下特点：（1）数据量大。由于现在数据获取手段日趋先进，可以得到的数据越来越复杂，数据量也增大。（2）结构性强。数据在本质上分为数字化的和模拟的两种。模拟信息可以转换为数字信息。数字系统中的最基本单位为位（bit），其他结构单位都以位为础。在较低层次上可以是“构造块”（如浮点数、整数和字符）；在较高层次上可以是记录（如Pascal中）或结构（如C语言中），而图形文件就是由特定的结构或记录组成的。每种图形文件都按自己的方式组织图形信息，由于图形文件包含的数据量大，所以很多图形文件都使用一定的压缩算法来压缩图形数据。

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上一节从广义上介绍图形图象文件概念，从本节开始将把主要笔墨放在图形图象文件的特例——图象文件上。因为本书主要讨论图象文件的显示与处理技术，所以后面除特殊需要外，一般不使用图形图象文件这一术语，而是使用图象文件这一术语。
图象可粗分为两大类：位映象图象和向量图象。基于计算机的位映象图象是对电视图象的数字化，它易于描述真实景物，真实世界中的景物可以用扫描仪生成图象文件并在计算机上显示。而向量图象易于表达艺术家设计的图形。这两者在表达方式上的不同。
为简单起见，可把位映象图象看成是一点矩阵（简称点阵）。对于单色位映象图象或打印机输出的图象而言，矩阵中的每个点要么为l要么为0（1代表黑，0、代表白或相反）。在图形学中，把矩阵中的点称为象素（pixel）。
位映象图象根据彩色数分为以下四类：单色图象、具有4～16种彩色的图象、具有32~256色的图象和256色以上的图象。也可把这四类图象称为单色图象、低彩色分辨率图象、中等彩色分辨率图象和高彩色分辨率图象。
在讨论位映象图象的彩色时，通常用保存彩色信息所需的位数来定义彩色数。把单色图象称为是1位图象，这是因为图象中的每个象素仅需1位信息；把16色图象称为是4位彩色图象，这是因为图象中的每个象素需4位信息；要表示16种不同的彩色，象素必须由4位组成，由于4色图象和8色图象不太常用，所以一般也就用不到“2位彩色图象”和“3位彩色图象”。
在PC机上，另一种常见的图象是256色图象，也称8位彩色图象。256色图象有照片效果，比较真实。
另外一种具有全彩色照片表达能力的图象为24位彩色图象。由于彩色的种类很多，每个象素需24位，使得彩色图象所需的存储空间很大。


最初设计计算机只是为了处理数字和字符，但在近几年，即使是最便宜、最简单的机器，也能够同样便利地以一种形式或另一种形式处理图形，随着真实图形能力的到来，不管是界面的，还是应用程序的；不管是基本的还是高级的，都将引起一场重要的文化变革。目前还很少有人能欣赏这种变革，部分原因是很少有人接受过训练，也很少有人熟悉有效地使用这种强有力的、从本质上来说完全不同的可视媒体的方法。
计算机把图形显示为一组二维的点，这些点叫象素，象素（Pixel）曾经是“pictiure element”的缩写，之后，它依靠自身的作用而成为一个独立的词纳入了词典。
在计算机里，可视信息是以一个大的比特阵列的形式存放的，每个比特对应一个微小的电子门，门可以打开，也可以关闭（事实上，半导体门的两个状态分别对应一个高电平和一个低电平，从软件的角度看，只有两个状态，通常称之为1态和0态）。图像上的每一个点对应计算机存储器内的一个或多个比特，以这种方式存储或显示的图像叫位图图像，或简单地称之为位图。通过改变计算机缓冲区各位的状态，可以控制显示的内容。显示硬件解释显示缓冲区的内容，从而在显示器屏幕上显示图像。

屏幕的水平和垂直解析度对所显示的图像质量有很大的影响。下面的这张图片给出了在各种标准解析度下的同一幅图像，这四幅图片的解析度依次为：32位全彩色、16位真彩色、256色和16色。从理论上讲，分形中的带状卷须应连续下降到白色区域，在这个过程中将变得无限小。但实际上，由于解析度的限制，这些卷须消失了，最后变成了随机的灰色细毛的海洋，解析度越高，消失之前的卷须越细。
视频硬件的颜色解析度对图像质量的影响也是非常大的（即使处理的不是全彩色图像，而是1、4、16或256个灰度的单色图像）。虽然是具有相同的水平和垂直解析度的各幅图像，但是，具有256个灰度等级的图像比黑白图像要真实的多。

“256”究竟意味着什么？256种颜色有哪些？每种颜色又放在哪里？接下来的将介绍彩色图形编程的各种细节，但目前，还必须掌握基于调色板的显示方式的基本原理。
当使用各种不同的显示模式时，软件把一个颜色编号放在相应于象素的计算机内存。在双色模式中，颜色编号只能取两个值：0或者1，通常0代表黑色，1代表白色（如果所用的显示器使用的是有颜色的荧光粉，则可能是淡黄色或绿色）。由于每个象素的颜色仅依赖于一个信息位，因此，这种颜色也叫“1比特”颜色。
对于更复杂的颜色，要经过两步才能真正显示屏幕上每个象素的颜色。首先，软件把颜色编号放在相应于象素的计算机内存。在16色模式中，颜色的编号可以是0～15间的任一个值，由于存储16种不同的颜色需要4个信息位，所以16色模式叫“4比特”模式。同样，在256色模式中，每个象素颜色编号的取值可高达255，要存储象素的颜色需要8个信息位。
为了确定每个颜色编号所对应的真实颜色，显示硬件要参考调色板的颜色值。调色板是一组独立于存储各个象素颜色编号存储区的视频存储区。调色板中的颜色值指定了屏幕上象素的红、绿、蓝三个基色的混合比例，屏幕上的每个象素对应一个颜色号。不同的象素的颜色对应不同的调色板颜色值。
存储调色板上每种颜色所需的准确位数取决于显示硬件，例如，在EGA调色板上的每种颜色值有6个比特，2比特用于红色，2比特用于绿色，2比特用于蓝色。
颜色在经过图象处理软件的数字化处