II. Основы изображения
ВОПРОСЫ для повторения пройденного материала.
1. Дайте определение слову «компьютерная графика»
2. Назовите основные задачи компьютерной графики
3. Расскажите вкратце об областях применения компьютерной графики
4. Расскажите о взаимосвязи изобразительного искусства и компьютерной графики
[12] 2. Методы представления графических изображений
[13] Компьютерная графика разделяется на 3 основные категории - растровая графика, векторная графика и трехмерная графика. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге. Каждая из них имеет свои плюсы и минусы. Для того чтобы не делать лишней работы, важно знать в каком случае следует применять растровую, а в каком векторную графику.
Стоит также отметить, что большинство современных графических редакторов может работать и с растровой и с векторной графикой. Например, Adobe Photoshop - растровый редактор, но в нём есть основные векторные инструменты, в нём возможно создание векторных масок и текст он представляет в векторном виде. Corel Draw – векторный редактор, тем не менее есть возможность помещать в него растровые изображения.
[14] 2.1. Растровая графика.
[15] Компьютерная индустрия породила сотни новых и необычных терминов, пытаясь объяснить, что такое компьютер и как он работает. Термин растровая графика достаточно очевиден, если усвоить понятия, относящиеся к растровым изображениям.
[16] Растровое изображение представляет собой мозаику из очень мелких элементов – пикселей. Слово «пиксел» - это аббревиатура от английских слов рicture element (‘пикчэ ‘элемент) (элемент изображения).
[17] Растровое изображение похоже на лист клетчатой бумаги, на котором каждая клеточка (пиксель) закрашена определенным цветом, и в результате такой раскраски формируется изображение.
[18] Как вы видите, принцип растровой графики чрезвычайно прост. Он был изобретен и использовался людьми за много веков до появления компьютеров. Изображение строится из дискретных элементов в таких направлениях искусства, как мозаика, витражи, вышивка. Другой пример: эффективным способом переноса изображения с подготовительного картона на стену, предназначенную для фрески, является рисование «по клеточкам». Суть этого метода заключается в следующем. Картон с рисунком и стена, на которую будет переноситься рисунок, покрываются равным количеством клеток, затем фрагмент рисунка из каждой клетки картона тождественно изображается в соответствующей клетке стены.
Растровая графика работает с сотнями и тысячами пикселей, которые формируют рисунок.
[19] В компьютерной графике термин «пиксель», вообще говоря, может обозначать разные понятия:
наименьший элемент изображения на экране компьютера,
отдельный элемент растрового изображения,
точку изображения, напечатанного на принтере.
[110] Поэтому, чтобы избежать путаницы, будем пользоваться следующей терминологией:
видеопиксель – наименьший элемент изображения на экране,
пиксель – отдельный элемент растрового изображения,
точка – наименьший элемент, создаваемый принтером
При этом для изображения одного пикселя могут быть использованы один или несколько видеопикселей или точек.
Экран дисплея разбит на фиксированное число видеопикселей, которые образуют графическую сетку (растр) из фиксированного числа строк и столбцов. Размер графической сетки [111] обычно представляется в форме N x M, где N – количество видеопикселей по горизонтали, а M – по вертикали. На современных дисплеях используются, например, такие размеры графической сетки [112] или, иначе говоря, разрешения, как 640 на 480, 800 на 600, 1024 на 768, 1240 на 1024 (обычно, точек на дюйм – dpi ДИ ПИ АЙ или пикселей на дюйм – ppi ПИ ПИ АЙ).
[113] Видеопиксели очень малы (менее 0,3 мм) и расположены близко к друг другу. Чтобы изображение могло восприниматься глазом, его необходимо составить из сотен или тысяч видеопикселей, каждый из которых должен иметь свой собственный цветовой оттенок. Увеличенный видеопиксель представляет собой квадратик.
[114] 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 [115] перераспределяться на сетке. Вывод растровой графики на устройства с более низким разрешением, чем разрешение самого изображения, понизит его качество.
Кроме того, качество характеризуется еще и количеством цветов и оттенков, которые может принимать каждая точка изображения. Чем большим количеством оттенков характеризуются 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.
[116] Цвет любого пиксела растрового изображения запоминается в компьютере с помощью комбинации битов. Чем больше битов для этого используется, тем больше оттенков цветов можно получить. Число битов, используемых компьютером для любого пиксела, называется битовой глубиной пиксела. Наиболее простое растровое изображение состоит из пикселов, имеющих только два возможных цвета черный и белый, и поэтому изображения, состоящие из пикселов этого вида, называются однобитовыми изображениями. Число доступных цветов или градаций серого цвета равно 2 в степени равной количеству битов в пикселе.
Цвета, описываемые 24 битами, обеспечивают более 16 миллионов доступных цветов и их часто называют естественными цветами. Растровые изображения обладают множеством характеристик, которые должны быть организованы и фиксированы компьютером.
[117] Размеры изображения и расположение пикселов в нем это две основных характеристики, которые файл растровых изображений должен сохранить, чтобы создать картинку. Даже если испорчена информация о цвете любого пиксела и любых других характеристиках компьютер все равно сможет воссоздать версию рисунка, если будет знать, как расположены все его пикселы.
[118] 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.
[119] С помощью растровой графики можно отразить и передать всю гамму оттенков и тонких эффектов, присущих реальному изображению. Растровое изображение ближе к фотографии, оно позволяет более точно воспроизводить основные характеристики фотографии: освещенность, прозрачность и глубину резкости.
[120] Чаще всего растровые изображения получают с помощью сканирования фотографий и других изображений, с помощью цифровой фотокамеры или путем "захвата" кадра видеосъемки. Растровые изображения можно получить и непосредственно в программах растровой или векторной графики путем преобразовании векторных изображений.
[121] Форматы растровых графических файлов
GIF – Данный формат широко применяется при создании Web–страниц. GIF–формат позволяет записывать изображение «через строчку», благодаря чему, имея только часть файла, можно увидеть изображение целиком, но с меньшим разрешением. Его выгодно применять для изображений с малым количеством цветов и резкими границами (например, для текстовых изображений).
[122] JPEG (JPG) –Формат JPEG хорошо применять для сжатия полноцветных фотографий. Учитывая то, что при повторном сжатии происходит дальнейшее ухудшение качества, рекомендуется сохранять в JPEG только конечный результат работы. JPEG широко применяется при создании Web–страниц, а также для хранения больших коллекций фотографий.
Сравнение GIF и JPEG
– GIF – формат удобен при работе с рисованными картинками;
– JPEG – формат лучше использовать для хранения фотографий и изображений с большим количеством цветов;
– для создания анимации и изображений с прозрачным фоном применяется GIF–формат.
[123] BMP – это формат графического редактора Paint. В нём не применяется сжатие. Он хорошо подходит для хранения очень маленьких изображений – таких как иконки на рабочем столе. Большие же файлы в этом формате занимают слишком много места.
PNG – разработан с целью заменить формат GIF. В основном используется в Web–дизайне. К сожалению, даже в некоторых современных браузерах (таких, как Internet Explorer 6) отсутствует поддержка прозрачности PNG и поэтому не рекомендуется использовать прозрачные PNG изображения на Web–страницах.
[124] TIFF – Используется в издательских системах, а также для переноса графической информации между различными платформами.
PSD – формат графического редактора Adobe Photoshop. В связи с популярностью Photoshop, данный формат поддерживается практически всеми современными редакторами компьютерной графики. Его удобно использовать для сохранения промежуточного результата при работе в Photoshop и других растровых редакторах.
[125] RIFF – формат графического редактора Corel Painter. Позволяет сохранять всю информацию, создаваемую в этой программе. Его следует использовать для сохранения промежуточного результата при работе в Painter.
[126] 2.2. Векторная графика.
[127] Векторную графику часто называют объектно–ориентированной графикой или чертежной графикой. В векторной графике изображение строится из простых объектов – прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников, областей одного или разных цветов и т.п., называемых примитивами. Из простых векторных объектов создаются различные рисунки.
[128] Комбинируя векторные объекты-примитивы и используя закраску различными цветами, можно получить интересные иллюстрации.
Векторные примитивы задаются с помощью описаний. Для компьютера подобные описания представляются в виде команд, каждая из которых определяет некоторую функцию и ее параметры.
Хотя на первый взгляд это может показаться сложнее, чем использование растровых [129] массивов, но для некоторых видов изображений использование математических описаний является более простым способом.
Информация о цвете объекта сохраняется как часть его описания, т.е. в виде векторной команды (сравните: для растровых изображений хранится информация о цвете каждого пикселя).
Векторные команды сообщают устройству вывода о том, что необходимо нарисовать объект, используя максимально возможное число элементов (видеопикселей или точек). Чем больше элементов используется устройством вывода для создания объекта, тем лучше этот объект выглядит.