Изображений в цифровые массивы. Программный комплекс R2V

Цель и содержание. Освоение методики перевода растровых изображений в векторную графику на ЭВМ/ПК. Получение массивов XYZ в программной среде R2V.

Теоретическое обоснование.Почти с момента создания ЭВМ появилась и компьютерная графика, которая сейчас считается неотъемлемой частью мировой технологии. Поначалу это была лишь векторная графика – построение изображения с помощью так называемых «векторов» – функций, которые позволяют вычислить положение точки на экране или бумаге. Например, функция, графиком которой является круг, прямая линия или другие более сложные кривые. Совокупность таких «векторов» и есть векторное изображения. С развитием компьютерной техники и технологий появилось множество способов постройки графических объектов. Но для начала определимся с термином «графический объект». Это либо само графическое изображение или его часть. В зависимости от видов компьютерной графики под этим термином понимаются пиксели или спрайты (в растровой графике), а также и векторные объекты – круг, квадрат, линия, кривая и т.д. (в векторной графике). Для дальнейшего рассмотрения проблемы постройки объектов с помощью векторной графики, необходимо уяснить разницу между двумя основными видами компьютерной графики - растровой и векторной. Векторная графика описывает изображения с использованием прямых и изогнутых линий, называемых векторами, а также параметров, описывающих цвета и расположение. Например, изображение древесного листа описывается точками, через которые проходит линия, создавая тем самым контур листа. Цвет листа задается цветом контура и области внутри этого контура. При редактировании элементов векторной графики изменяют параметры прямых и изогнутых линий, описывающих форму этих элементов. Можете переносить элементы, менять их размер, форму и цвет, но это не отразится на качестве их визуального представления. Векторная графика не зависит от разрешения, т.е. может быть показана в разнообразных выходных устройствах с различным разрешением без потери качества. Векторное представление заключается в описании элементов изображения математическими кривыми с указанием их цветов и «заполняемости» (вспомните, круг и окружность – разные фигуры). Красный эллипс на белом фоне будет описан всего двумя математическими формулами – прямоугольника и эллипса соответствующих цветов, размеров и местоположения. Очевидно такое описание займет значительно меньше места, чем в первом случае. Еще одно преимущество – качественное масштабирование в любую сторону. Увеличение или уменьшение объектов производится увеличением или уменьшением соответствующих коэффициентов в математических формулах. Однако векторный формат становится невыгодным при передаче изображений с большим количеством оттенков или мелких деталей (например, фотографий). Ведь каждый мельчайший блик в этом случае будет представляться не совокупностью одноцветных точек, а сложнейшей математической формулой или совокупностью графических примитивов, каждый из которых, является формулой. Это приводит к утяжелению файла. Кроме того, перевод изображения из растрового в векторный формат (например, программой Adobe Strime Line или Corel OCR-TRACE) приводит к невозможности корректного масштабирования в большую сторону. От увеличения линейных размеров количество деталей или оттенков на единицу площади больше не становится. Это ограничение накладывается разрешением вводных устройств (сканеров, цифровых фотокамер и др.). Растровая графика описывает изображения с использованием цветных точек, называемых пикселями, расположенных на сетке. Например, изображение древесного листа описывается конкретным расположением и цветом каждой точки сетки, что создает изображение примерно как в мозаике. При редактировании растровой графики объектом редакции являются пиксели, а не линии. Растровая графика зависит от разрешения, поскольку информация, описывающая изображение, прикреплена к сетке определенного размера. При редактировании растровой графики качество ее представления может измениться. В частности, изменение размеров растровой графики может привести к «разлохмачиванию» краев изображения, поскольку пиксели будут перераспределяться на сетке. Вывод растровой графики на устройства с более низким разрешением, чем разрешение самого изображения, понизит его качество. Основой растрового представления графики является пиксель (точка) с указанием ее цвета. При описании, например, красного эллипса на белом фоне приходится указывать цвет каждой точки, причем как эллипса, так и фона. Изображение представляется в виде большого количества точек – чем их больше, тем визуально качественнее изображение и больше размер файла. Т.е. одна и таже картинка может быть представлена с лучшим или худшим качеством в соответствии с количеством точек на единицу длины – разрешением (обычно, точек на дюйм – dpi или пикселей на дюйм – ppi). Кроме того, качество характеризуется еще и количеством цветов и оттенков, которые может принимать каждая точка изображения. Чем большим количеством оттенков характеризуется изображения, тем большее количество разрядов требуется для их описания. Красный может быть цветом номер 001, а может и – 00000001. Таким образом, чем качественнее изображение, тем больше размер файла. Растровое представление обычно используют для изображений фотографического типа с большим количеством деталей или оттенков. К сожалению, масштабирование таких картинок в любую сторону обычно ухудшает качество. При уменьшении количества точек теряются мелкие детали и деформируются надписи (правда, это может быть не так заметно при уменьшении визуальных размеров самой картинки – т. е. сохранении разрешения). Добавление пикселей приводит к ухудшению резкости и яркости изображения, т.к. новым точкам приходится давать оттенки средние между двумя и более граничащими цветами. Распространены форматы: tif, .gif, .jpg, .png, .bmp, .pcx и др. Таким образом, выбор растрового или векторного формата зависит от целей и задач работы с изображением. Если нужна фотографическая точность цветопередачи, то предпочтительнее растр. Логотипы, схемы, элементы оформления удобнее представлять в векторном формате. Понятно, что и в растровом и в векторном представлении графика (как и текст) выводятся на экран монитора или печатное устройство в виде совокупности точек.

Аппаратура и материалы.Для выполнения лабораторной работы рекомендуется использовать ЭВМ/ПК. Системные требования – Windows 2000, XP, программная среда R2V. Исходными данными для выполнения работы являются растровые изображения карт и схем нефтегазогеологических параметров в формате tif или bmp.

Методика и порядок выполнения работы. Растровые изображения сканируются и переводятся в программах обработки растровой графики в черно-белый формат.

Подготовленное растровое изображение открывается в программной среде R2V кнопкой . Далее рекомендуется сохранить рабочий проект (файл prj) нажатием кнопки . Наводим курсор на изображение и, сделав «клик» правой кнопкой ручного манипулятора (мышь), открываем меню векторизации. Автоматическая векторизация возможна в случае установления «флажка» напротив функции «Аuto Tracing» (рисунок 15).

Рисунок 15 – Установка режима векторизации «Аuto Tracing»

В случае цветного растрового изображения автоматическая векторизация невозможна. Иногда при установке режима «Аuto Tracing» появляется сообщение «Please use Image Threshold function to set threshold first» (рисунок 16). Это значит, что следует установить «длину пробега» вектора. Для этого делаем «клик» на кнопку «Ок» на сообщение и идем в меню «Image» (рисунок 17).

Рисунок 16 – Требование по установке «длины пробега» вектора

Рисунок 17 – Вход в меню ««Image»

При выборе функции «Set Image Threshold» следует в окне «Set Threshold» выставить линейкой параметры «длины пробега» (рисунок 18). Рекомендуется брать значение «150». В случае необходимости значение «длины пробега» можно корректировать.

Рисунок 18 – Установка «длины пробега» вектора

Далее приступаем к векторизации изолиний. Редактирование линий осуществляется нижним рядом «активных кнопок» (рисунок 19).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Рисунок 19 – Функции кнопок: 1, 2 – начать векторизацию, 3 – сдвиг, 4 – добавить узел, 5 – удалить узел, 6 – сдвиг узла, 7 – разорвать линию, 8 – соединить линию, 11 – замкнуть «полигон»; 10 – параллельные линии, 11 – удалить линию, 12 – удалить все линии

После векторизации приступаем к «оцифровке» векторных линий, т. е. присваиваем им реальные значения изолиний. Для этой операции рекомендуется всем изолиниям-векторам, имеющим начальное значение Z = 0, присвоить новый цвет. После того, как будет произведена идентификация линий векторов, цвет станет первоначальным. Эта процедура позволяет не пропустить идентификацию отдельного вектора. Для перемены цвета входим в меню «View» и выбираем функцию «Set Line Color by ID» (рисунок 20). Далее выбираем цвет (рисунок 21).

Рисунок 20 – Вход в меню «View» и выбор функции «Set Line Color by ID»

Идентификация линий-векторов осуществляется нажатием кнопки . При этом необходимо значение вектора вносить в окошко «Current ID Value» (рисунок 22), в строчку «Set Current ID as». Нажимаем «Ок», потом курсор наводим на линию-вектор и делаем «клик» левой кнопкой ручного манипулятора. Линия-вектор меняет цвет и если нажать кнопку (верхний ряд кнопок), то возле вектора появится его числовое значение.

Рисунок 21 – Выбор цвета для идентификации линий-векторов

Рисунок 22 – Окно задания значения величины параметра «Set Current ID as»

После идентификации задаем координаты для создания массива XYZ. Для этого в нижнем ряду кнопок нажимаем . Активизируется меню координат «Control Point» (рисунок 23), где в строчках «To» указываем координаты X и Y. При нажатии «Ок» на экране в точке координат появиться значок Å красного цвета. Если возникает необходимость коррекции координат, то следует вызвать повторно окно «Control Point» повторным нажатием курсору на Å.

Рисунок 23 – Задание координат для контрольных точек

После векторизации изолиний, присвоения Z линиям-векторам и задания координат рекомендуется сохранить рабочий набор (файл prg).

Далее приступаем к сохранению компонентов. Для этого следует нажать кнопку . Сохраняем файлы с расширением:

1) arc – векторы;

2) pnt – контрольные точки;

4) dxf – линии (файлы этого типа являются универсальными для импорта в программы векторной графики);

4) xyz – таблица координат и значений параметра.

Файлы, содержащие таблицу XYZ, являются универсальными для экспорта и импорта их в программные комплексы EXCEL и SURFER.

В программе R2V есть возможность построения трехмерной блок-диаграммы. Для этого следует войти в меню «File», функцию «3D Data» и выбрать операцию «Create 3D Grid File» (рисунок 24).

Рисунок 24 – Вход в меню построения блок-диаграммы 3D

В появившемся окне «Grid Call Size» выбираем размеры сетки для построения и можем задать траекторию сохранения для файла блок-диаграммы (рисунок 25). После нажатия «Ок» выполняем последовательность операций: «File» ® «3D Data» ® «Open 3D File». Открывается окно с блок-диаграммой 3D изучаемого параметра (рисунок 25). При выборе функции «3D Setting»можно оперировать параметрами «Zoom», «Azimuth», «Apex». Эти параметры позволяют изменять пространственное положение блок-диаграммы. Функция «Animation» включает вращение блок-диаграммы вокруг своей оси.

Рисунок 25 – Выбор параметров сетки блок-диаграммы

Рисунок 26 – Блок-диаграмма 3D и выбор ее параметров