Глава 4. Обработка графической информации
§ 4.1. Формирование изображения на экране монитора
Привет! Сегодня мы узнаем, как компьютер создаёт все те картинки, видео и игры, которые ты видишь на экране. Оказывается, за красивой графикой скрывается математика и физика — и это круче, чем кажется!
4.1.1. Пространственное разрешение монитора
Давайте представим, что экран твоего монитора — это огромная мозаика. Только вместо керамических плиточек у нас пиксели — крошечные точки, которые светятся разными цветами.
💡 Что такое пиксель?
Пиксель (от английского picture element — элемент изображения) — это самая маленькая «кирпичик» картинки на экране. Всё изображение строится из множества таких точек, выстроенных в ряды.
А теперь главный вопрос: сколько этих пикселей помещается на твоём экране?
📐 Пространственное разрешение монитора
Пространственное разрешение монитора — это количество пикселей по горизонтали, умноженное на количество пикселей по вертикали.
Например, если монитор имеет разрешение 1280×1024, это значит:
- По горизонтали у нас 1280 пикселей
- По вертикали — 1024 пикселя
- Итого: 1280 × 1024 = 1 310 720 пикселей составляют одну картинку на экране!
Чем больше пикселей — тем чётче и детальнее изображение. Поэтому на телефоне с маленьким экраном, но высоким разрешением картинка может быть острее, чем на старом мониторе.
Низкое и высокое разрешение: чем больше пикселей, тем чётче картинка
4.1.2. Компьютерное представление цвета
Как думаешь, сколько цветов может увидеть человек? Миллионы! Но вот вопрос: как компьютер создаёт все эти цвета, если у него всего... три базовых цвета?
Человеческий глаз воспринимает любой цвет как смесь трёх основных: красного, зелёного и синего. Точно так же работает и твой монитор.
🌈 RGB — цветовая модель монитора
Эта система называется RGB — по первым буквам английских названий цветов:
- Red — красный
- Green — зелёный
- Blue — синий
RGB-модель: смешивая три базовых цвета, монитор создаёт миллионы оттенков
Каждый пиксель на экране — это три крошечные лампочки (красная, зелёная и синяя), расположенные так близко друг к другу, что наш глаз видит их как одно целое. Меняя яркость каждой из этих лампочек, компьютер создаёт любой нужный оттенок!
🎨 Примеры смешивания цветов
- Красный + Синий = Пурпурный
- Красный + Зелёный = Жёлтый
- Зелёный + Синий = Голубой
- Красный + Зелёный + Синий = Белый
- Все выключены = Чёрный
👁️ Почему именно эти цвета?
Рассмотренная особенность восприятия цвета человеческим глазом положена в основу окрашивания каждого пикселя на экране компьютера в тот или иной цвет.
На самом деле пиксель — это три крошечные точки красного, зелёного и синего цветов, расположенные так близко друг к другу, что человек их воспринимает как единое целое.
Как компьютер кодирует цвета?
В первых цветных мониторах всё было просто: каждый из трёх базовых цветов либо горел (1), либо не горел (0). Это давало всего 8 возможных комбинаций:
| Красный | Зелёный | Синий | Цвет | Код |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | Чёрный | 000 |
| 0 | 0 | 1 | Синий | 001 |
| 0 | 1 | 0 | Зелёный | 010 |
| 0 | 1 | 1 | Голубой | 011 |
| 1 | 0 | 0 | Красный | 100 |
| 1 | 0 | 1 | Пурпурный | 101 |
| 1 | 1 | 0 | Жёлтый | 110 |
| 1 | 1 | 1 | Белый | 111 |
Это была палитра первых цветных мониторов. Скучновато, правда?
Современные компьютеры умеют намного круче! Они могут регулировать яркость каждого из трёх базовых цветов — и количество доступных оттенков резко увеличивается.
Глубина цвета — сколько оттенков поместится?
📊 Определение
Глубина цвета — это количество бит (двоичных разрядов), которое компьютер использует для кодирования цвета одного пикселя.
Формула: N = 2i
где N — количество цветов в палитре, i — глубина цвета (в битах).
Сейчас наиболее распространены такие глубины цвета:
| Глубина цвета | Количество цветов в палитре |
|---|---|
| 8 бит | 28 = 256 цветов |
| 16 бит | 216 = 65 536 цветов |
| 24 бита | 224 = 16 777 216 цветов |
Когда видишь настройки игры или программы, где можно выбрать «качество цвета» — это как раз про глубину цвета!
Чем больше глубина цвета, тем естественнее и плавнее выглядит изображение
📝 Пример — считаем память для видео
Давай решим практическую задачку!
✅ Задача
Рассчитаем объём видеопамяти, необходимой для хранения графического изображения, которое занимает весь экран монитора с разрешением 1280×960 и палитрой из 65 536 цветов.
Дано:
- N = 65 536 цветов
- K = 1280 × 960 пикселей
- I — ? (глубина цвета)
Решение:
-
Найдём глубину цвета:
N = 2i
65 536 = 2i
i = 16 бит -
Рассчитаем общий объём:
Iобщий = K × i = 1280 × 960 × 16 =
= 27 × 10 × 25 × 30 × 24 =
= 300 × 216 (бит) = 300 × 213 (байт) = 2400 Кбайт
Ответ: 2400 Кбайт (или примерно 2,4 Мбайт).
Вот столько памяти нужно, чтобы сохранить одну картинку на весь экран!
4.1.3. Качество компьютерного изображения
Ты уже знаешь про разрешение и глубину цвета. Но есть ещё один важный параметр, который влияет на то, насколько плавно движется картинка на экране.
⚡ Частота обновления монитора
Частота обновления монитора (измеряется в герцах, Гц) — это количество раз в секунду, когда изображение на экране полностью перерисовывается.
💼 Для офисной работы
Современные мониторы для офисной работы обычно имеют частоту обновления 60 Гц — то есть картинка обновляется 60 раз в секунду.
Этого достаточно для:
- Работы с текстами
- Учёбы
- Сёрфинга в интернете
- Просмотра фильмов
🎮 Для игр и киберспорта
Если ты увлекаешься киберспортом или играешь в динамичные шутеры — тебе нужна более высокая частота обновления!
Мониторы с частотой 120 Гц, 144 Гц или даже 240 Гц дают:
- Намного более плавное изображение
- Быструю реакцию
- Преимущество в игре
Высокая частота обновления — залог плавной картинки в играх и киберспорте
Как правило, современные операционные системы автоматически подбирают оптимальные параметры отображения для твоего монитора — разрешение, частоту обновления и цветовую палитру.
📌 Самое главное
Давай подведём итоги того, что мы только что узнали:
🧩 Проверь себя
А теперь давай проверим, насколько хорошо ты всё понял! Попробуй ответить на эти вопросы:
1. 🎨 Пиксели vs Мозаика
Что общего между созданием мозаичных изображений в искусстве (например, из маленьких камешков) и формированием изображения на экране монитора? В чём главное отличие?
2. 🌈 Объясни RGB другу
Представь, что твой друг никогда не слышал про RGB-модель. Опиши ему своими словами, как монитор создаёт миллионы цветов, используя всего три базовых. Придумай свой пример или аналогию!
3. 👁️ Почему именно эти три цвета?
Какие особенности нашего зрения лежат в основе формирования изображений на экране компьютера? Почему именно красный, зелёный и синий?
4. 💾 Посчитай сам!
Рассчитай объём видеопамяти, необходимой для хранения графического изображения, занимающего весь экран монитора с разрешением 1024×768 и количеством отображаемых цветов, равным 16 777 216. Ответ вырази в мегабайтах.
5. 🖥️ Апгрейд монитора
После изменения свойств рабочего стола монитор приобрёл разрешение 1920×1080 и получил возможность отображать 65 536 цветов. Какой объём видеопамяти необходим для текущего изображения рабочего стола? Ответ вырази в мегабайтах, округлив до целых.
6. 📺 Сколько данных в секунду?
Подсчитай объём данных, передаваемых в секунду от видеопамяти к монитору в режиме 1280×1024 пикселей с глубиной цвета 16 бит и частотой обновления экрана 120 Гц. Ответ вырази в мегабайтах.
7. 🎮 Придумай свой пример!
Вспомни любимую игру или программу, которой ты пользуешься. Как ты думаешь, какие параметры монитора (разрешение, частота обновления, глубина цвета) для неё наиболее важны? Объясни почему.
