Основные понятия растровой графики
Чем отличается растровая графика от векторной
Всю двумерную компьютерную графику можно разделить на 2 больших класса – векторную и растровую.
Векторная графика – совокупность разнообразных геометрических форм и более сложных объектов, состоящих из прямых, дуг окружностей и кривых Безье. Главная отличительная черта – масштабируемость векторных изображений без потери качества. Однако ее возможности ограничены, в частности, создать фотографическое изображение средствами векторной графики невозможно.
Растровая – двумерный массив "квадратиков" (пикселей) различных цветов, малых настолько, что при взгляде на растровое изображение мы видим не набор пикселей, а целостную картину.
Параметры растрового изображения
Растровое изображение характеризуется двумя важными параметрами – размер и разрешение.
Размер – это размерность массива, количество пикселей по горизонтали и вертикали.
Разрешение – количество пикселей, приходящихся на дюйм (или другую единицу измерения) распечатанного изображения. Таким образом, разрешение связывает между собой размер растрового изображения в пикселях с физическим размером в дюймах или сантиметрах изображения, выведенного на печать. В то же время на отображение на экране монитора разрешение никоим образом не влияет.
Системы представления цвета
Существуют две основные системы представления цвета – RGB и CMYK . Первая применяется в компьютерных мониторах, вторая – при печати на бумаге. Главное их отличие – на экране отсутствие цвета представлено черным цветом, на бумаге – белым. Соответственно, смешению максимального количества цветов на экране соответствет белый, на бумаге – черный. Таким образом, системы противоположны друг другу. В RGB в качестве основных используются красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) цвета, в CMYK – противоположные им голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow). Однако на бумаге из-за несовершенства печатных устройств не удается создать идеально черный цвет путем смешения, поэтому в системе CMYK добавляется еще один базовый цвет – черный (black).
Глубиной цвета называется количество бит, хранящих информацию о цвете, приходящихся на один пиксел изображения. От этого параметра зависит количество используемых в изображении цветов. Скажем, 8-битная глубина цвета – это 2^8 = 256 цветов. Уровень качества, при котором человеческий глаз неспособен отличить компьютерное фотографическое изображение от настоящего – 24 бита, т.е. около 16 миллионов цветов.
Форматы растровой графики для веба
Разумеется, от объема информации о цвете напрямую зависит объем графического файла в байтах. Поэтому необходим компромисс между качеством воспроизведения и объемом графического файла, что достигается, в частности, путем оптимизации графики. В вебе используются 2 основных формата растровой графики – GIF и JPG.
GIF способен хранить информацию о любом количестве цветов от 2 до 256, за счет сокращения количества цветов достигается резкое уменьшение объема файла.
В формате JPG изображение упрощается за счет дробления на прямоугольные участки различного размера, залитые одним цветом или двухцветным градиентом.
Пиксел
Растровое изображение – сетка или растр, ячейки которой называются пикселами. Другими словами, можно представить, что изображение состоит из конечного числа квадратиков определенного цвета. Эти квадратики называют pixel (от PICture ELement) - пиксел или пиксель
Каждый пиксел в растровом изображении имеет строго определенное положение и цвет. Любой объект интерпретируется как набор окрашенных пикселов. При обработке растровых изображений редактируются не конкретные объекты и контуры, а составляющие их группы пикселов. Растровые изображения обеспечивают высокую точность градации цветов и полутонов и хороши для отображения фотографий. Качество растровых изображений зависит от разрешающей способности оборудования, так как любой рисунок – это определенное количество пикселов. Некорректная обработка текста, например, изменение размера, может привести к тому, что границы рисунков получатся неровными, а мелкие детали могут быть потеряны.
Размер и разрешение
Основные характеристики растрового изображения: размер и разрешение.
Размер растрового изображения определяется в пикселах. Как было сказано, пикселы - это условные квадратики, на которые разбивается реальное изображение. В этом случае указывается количество пикселов в горизонтальной линии и вертикальной. Например "растр 2048 на 1536 пикселов" означает, что изображение представляет из себя матрицу 2048 пикселов шириной и 1536 высотой.
Число пикселов на единицу длины называется разрешением изображения и измеряется в пикселах на дюйм ppi (pixels per inch) или в точках на дюйм, а dpi (dots per inch) – для монитора, принтера, сканера Она определяет, во сколько пикселов превратиться линия длиной 1 дюйм.
Изображение с большим разрешением содержит больше пикселов, имеющих меньший размер. Величина разрешения в значительной степени определяет качество изображения.
Если иметь ввиду устройства ввода/вывода, как правило, используются единицы от 100 dpi до 2400 dpi. 100 dpi - это весьма посредственное качество, абсолютно непригодное для любой профессиональной деятельности. Лазерные принтеры обычно имеют от 300 до 600 dpi
Размер изображения на экране определяет количество пикселов в изображении, размер монитора и его параметры. Большой монитор с экранной матрицей 640х480 имеет более крупные пикселы, чем маленький с той же размерностью. Разрешающая способность PC монитра 96 dpi. При размещении изображении надо это учитывать. Например, изображение с 144 ppi на экране с разрешающей способностью 72 dpi вдвое превышает реальный размер.
Если на мониторе представлено сканированное изображение, то качество закладывается во время сканирования в зависимости от установленного разрешения. Последующее увеличение разрешения в графическом редакторе не приводит к улучшению изображения, т. к. происходит перераспределение данных на большее количество пикселов.
Изображение состоит из конечного числа пиксел. Каждый пиксел на рисунке имеет определенный цвет, обозначенный цифрой.
Например, можно просмотреть изображение по порядку слева направо и сверху вниз и выписывать номера цветов встречающихся пикселов. Получится строка примерно соедующего вида:
212= 45= 67= 45= 127= 4= 78= 245= 34 ...
Вот эта строка и есть наши оцифрованные данные. Теперь мы можем сжать их (так как несжатые графические данные обычно имеют достаточно большой размер) и сохранить в файл. Кроме того, этими данными графический редактор может манипулировать, реализовывая все самые смелые замыслы Вашей фантазии.
Кодирование цвета
Все пикселы имеют цвет, определенным образом указанный цифрой. А как определить, какая цифра необходима? Есть ряд способов кодирования цвета, которые разделяются на 2 основные группы: индексированные (с палитрой) и полноцветные.
Идея индексированных растров в том, что номер цвета на самом деле является номером "краски", которой закрашен данный пиксел. Поэтому кроме самих цветов пикселов программе необходимо также знать и "палитру" из которой эти цвета выбираются. Этот способ похож на методы настоящего художника, но не очень хорошо подходит для обработки на компьютере, так как программе кроме самих пикселов приходится мучаться еще и с палитрой, подбирая наиболее подходящие цвета.
Второй метод состоит в том, что по номеру цвета мы можем непосредственно определить сам цвет.
При кодировании цвета определяется Глубина цвета - количество бит (байт), которые использует пиксел для представления цвета.
Установка этого параметра определяет следующие типы изображений.
Черно-белое изображение содержит только 2 цвета - черный и белый, кодируемые соответственно 0 и 1. Глубина цвета составляет в данном случае 1 бит.
Индексированное изображение, в отличие от черно-белого режима, имеет палитру побогаче. Насколько? Определять Вам. Как правило, графические редакторы поддерживают палитру от 2 (необязательно черного и белого) до 256 цветов. Количество цветов в палитре определяет два взаимнопротивоположных параметра - качество изображения и его размер.
При улучшении качества увеличивается и размер - 9, 13 и 32 Кб соответственно. Например, для 6 цветов - 3 бита, для 8 - тоже 3 бита, для 16 - 4 бита и для 256 - 8 бит.
Полутоновый (в градациях серого, Grayscale). Тут мы берем черный цвет за 0, белый за 255, а промежуточные оттенки обозначаются соответствующими цифрами. Например - 68 этот цвет, более близкий к черному (темно серый, скажем так...). При этом уже намного удобнее проводить математические операции над изображением, так как по цвету можно напрямую определить его номер. Глубина цвета - 8 бит.
Полноцветный. Как известно, любой цвет можно представить в виде смешения основных трех цветов - красного, синего и зеленого в различных пропорциях. Этим и пользуются при использовании полноцветных изображений. На каждый канал - R, G или B (Red, Green, Blue - Красный, Зеленый или Синий) имеется свой отдельный параметр, указывающий на количество соответствующей компоненты в конечном цвете. Например - (255,64, 23) - цвет содержащий сильный красный компонент, немного зеленого и совсем немного синего. Естествено, что этот режим наиболее подходит для передачи богатства красок окружающей природы: Но он требует и больших расходов, так как глубина цвета тут наибольшая - 3 канала по 8 бит на каждый дают 24 бита.
Растровая графика, общие сведения
Компьютерное растровое изображение представляется в виде прямоугольной матрицы, каждая ячейка которой представлена цветной точкой.
Основой растрового представления графики является пиксель (точка) с указанием ее цвета. При описании, например, красного эллипса на белом фоне необходимо указать цвет каждой точки эллипса и фона. Изображение представляется в виде большого количества точек - чем их больше, тем визуально качественнее изображение и больше размер файла. Т.е. одна и даже 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).
Растровые изображения напоминают лист клетчатой бумаги, на котором любая клетка закрашена либо черным, либо белым цветом, образуя в совокупности рисунок. Пиксел - основной элемент растровых изображений. Именно из таких элементов состоит растровое изображение, т.е. растровая графика описывает изображения с использованием цветных точек (пиксели) , расположенных на сетке.
При редактировании растровой графики Вы редактируете 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.
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.
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.
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.
Распространены форматы .tif, .gif, .jpg, .png, .bmp, .pcx и др.
Растровые представления изображений
Пиксел - основной элемент растровых изображений. Именно из таких элементов состоит растровое изображение.
Цифровое изображение - это совокупность пикселей. Каждый пиксел растрового изображения характеризуется координатами x и y и яркостью V(x,y) (для черно-белых изображений). Поскольку пикселы имеют дискретный характер, то их координаты - это дискретные величины, обычно целые или рациональные числа. В случае цветного изображения, каждый пиксел характеризуется координатами x и y, и тремя яркостями: яркостью красного, яркостью синего и яркостью зеленого цветов (V R , V B , V G). Комбинируя данные три цвета можно получить большое количество различных оттенков.
Заметим, что в случае, если хотя бы одна из характеристик изображения не является числом, то изображение относится к виду аналоговых . Примерами аналоговых изображений могут служить галограмы и фотографии. Для работы с такими изображениями существуют специальные методы, в частности, оптические преобразования. В ряде случаев аналоговые изображения переводят в цифровой вид. Эту задачу осуществляет Image Processing.
Цвет любого пиксела растрового изображения запоминается с помощью комбинации битов. Чем больше битов для этого используется, тем больше оттенков цветов можно получить. Под градацию яркости обычно отводится 1 байт (256 градаций), причем 0 - черный цвет, а 255 - белый (максимальная интенсивность). В случае цветного изображения отводится по байту на градации яркостей всех трех цветов. Возможно кодирование градаций яркости другим количеством битов (4 или 12), но человеческий глаз способен различать только 8 бит градаций на каждый цвет, хотя специальная аппаратура может потребовать и более точную передачу цветов. Цвета, описываемые 24 битами, обеспечивают более 16 миллионов доступных цветов и их часто называют естественными цветами.
В цветовых палитрах каждый пиксел описан кодом. Поддерживается связь этого кода с таблицей цветов, состоящей из 256 ячеек. Разрядность каждой ячейки- 24 разряда. На выходе каждой ячейки по 8 разрядов для красного, зеленого и синего цветов.
Цветовое пространство, образуемое интенсивностями красного, зеленого и синего, представляют в виде цветового куба
Вершины куба A, B, C являются максимальными интенсивностями зеленого, синего и красного соответственно, а треугольник, которые они образуют, называется треугольником Паскаля. Периметр этого треугольника соответствует максимально насыщенным цветам. Цвет максимальной насыщенности содержит всегда только две компоненты. На отрезке OD находятся оттенки серого, причем тока O соответствует черному, а точка D белому цвету.
Виды растров
Растр - это порядок расположения точек (растровых элементов). На рис. 2. изображен растр, элементами которого являются квадраты, такой растр называется прямоугольным , именно такие растры наиболее часто используются.
Хотя возможно использование в качестве растрового элемента фигуры другой формы: треугольника, шестиугольника; соответствующего следующим требованиям:
− все фигуры должны быть одинаковые;
− должны полностью покрывать плоскость без наезжания и дырок.
Так в качестве растрового элемента возможно использование равностороннего треугольника, правильного шестиугольника (гексаэдра) Можно строить растры, используя неправильные многоугольники, но практический смысл в подобных растрах отсутствует.
Рассмотрим способы построения линий в прямоугольном и гексагональном растре.
В прямоугольном растре построение линии осуществляется двумя способами:
1) Результат - восьмисвязная линия. Соседние пиксели линии могут находится в одном из восьми возможных положениях. Недостаток - слишком тонкая линия при угле 45°.
2) Результат - четырехсвязная линия. Соседние пиксели линии могут находится в одном из четырех возможных положениях. Недостаток - избыточно толстая линия при угле 45°.
В гексагональном растре линии шестисвязные (см. рис. 6) такие линии более стабильны по ширине, т.е. дисперсия ширины линии меньше, чем в квадратном растре.
Одним из способов оценки растра является передача по каналу связи кодированного, с учетом используемого растра, изображения с последующим восстановлением и визуальным анализом достигнутого качества. Экспериментально и математически доказано, что гексагональный растр лучше, т.к. обеспечивает наименьшее отклонение от оригинала. Но разница не велика.
Моделирование гексагонального растра. Возможно построение гексагонального растра на основе квадратного. Для этого гексаугольник представляют в виде прямоугольника.
Факторы, влияющие на количество памяти, занимаемой растровым изображением
Файлы растровой графики занимают большое количество памяти компьютера. Некоторые картинки занимают большой объем памяти из-за большого количества пикселов, любой из которых занимает некоторую часть памяти. Наибольшее влияние на количество памяти занимаемой растровым изображением оказывают три факта:
− размер изображения;
− битовая глубина цвета;
− формат файла, используемого для хранения изображения.
Существует прямая зависимость размера файла растрового изображения. Чем больше в изображении пикселов, тем больше размер файла. Разрешающая способность изображения на величину файла никак не влияет. Разрешающая способность оказывает эффект на размер файла только при сканировании или редактировании изображений.
Связь между битовой глубиной и размером файла непосредственная. Чем больше битов используется в пикселе, тем больше будет файл. Размер файла растровой графики сильно зависит от формата выбранного для хранения изображения. При прочих равных условиях, таких как размеры изображения и битовая глубина существенное значение имеет схема сжатия изображения. Например, BMP файл имеет, как правило, большие размеры, по сравнению с файлами PCX и GIF, которые в свою очередь больше JPEG файла.
Многие файлы изображений обладают собственными схемами сжатия, также могут содержать дополнительные данные краткого описания изображения для предварительного просмотра.
Достоинства и недостатки растровой графики
Достоинства:
Растровая графика эффективно представляет реальные образы. Реальный мир состоит из миллиардов мельчайших объектов и человеческий глаз как раз приспособлен для восприятия огромного набора дискретных элементов, образующих предметы. На своем высшем уровне качества - изображение выглядят вполне реально подобно тому, как выглядят фотографии в сравнении с рисунками. Это верно только для очень детализированных изображений, обычно получаемых сканированием фотографий. Помимо естественного вида растровые изображения имеют другие преимущества. Устройства вывода, такие как лазерные принтеры, для создания изображений используют наборы точек. Растровые изображения могут быть очень легко распечатаны на таких принтерах, потому что компьютерам легко управлять устройством вывода для представления отдельных пикселов с помощью точек.
Изображения в растровой графике представлены в виде массива цифр. Основным элементом изображения является точка. При экранном изображении эта точка называется пикселем (от английского выражения picture element – pixel). В цифровом изображении каждая точка растра (пиксель) представлена единственным параметром - цветом. Именно это имеется в виду, когда рассматривается понятие "значение пикселя".
Необходимо различать технический и математический растр. Технический растр – целочисленная решетка на плоскости. Например, так реализуется изображение на экране телевизора, монитора. Для представления геометрического изображения используется множество элементов растра на целочисленной плоскости. В дальнейшем будем использовать только этот параметр, и именно его будем называть растром (растровой картой – bitmap). При ближайшем рассмотрении изображение напоминает мозаичное панно - можно разглядеть маленькие точки люминофора - пиксели, из которых состоит экранное изображение. Рассматривая любую иллюстрацию в книгах и журналах, также можно заметить, что изображение построено из точек. Однако точки растра достаточно малы для того, чтобы глаз человека воспринимал совокупность разноцветных точек как единую картину, а не каждую из них в отдельности.
Для растровой графики ключевое значение имеет понятие разрешения. Разрешение – количество точек, приходящихся на единицу длины. Различают:
- разрешение оригинала;
- разрешение монитора;
- разрешение печатного изображения .
Как рисование, так и черчение имеют свои преимущества и недостатки.
Преимущество программ рисования (растровая графика) состоит в совершенно естественном способе создания изображений. Если взять для примера программу Photoshop, то, при всей ее сложности, основные изобразительные инструменты, заложенные в основу этой программы, не сложнее обычного карандаша. Пользователь попеременно рисует и вытирает нарисованное, пока не добьется желаемого, как делал еще в начальной школе. Растровые изображения обеспечивают максимальную реалистичность , поскольку в цифровую форму переводится каждый мельчайший фрагмент оригинала.
При всей простоте основных инструментов Photoshop пользователь может к тому же настраивать их "под себя". А это равносильно наличию бесконечного разнообразия мелков, цветных карандашей, пульверизаторов, акварельных и масляных красок и многого другого. Причем, рисунок можно в любой момент стереть, подкорректировать и т.д.
Еще одним достоинством представляется простота и, как следствие, техническая реализуемость автоматизации ввода (оцифровки) изобразительной информации. Эта простота базируется на принудительной дискретизации на элементы и оцифровка их в соответствии с какими-либо заранее заданными таблицами квантования. Существует развитая система внешних устройств для ввода фотографий, слайдов, рисунков, акварелей и прочих изобразительных оригиналов, к ним относятся сканеры, видеокамеры, цифровые фотокамеры. Эти внешние устройства непрерывно совершенствуются, предоставляя возможность все более адекватного преобразования изображений на материальных носителях (бумаге, пленке и т. д.) в цифровую форму.
Растровая графика обладает программной независимостью . Это достоинство в определенной степени также является следствием простого принципа, лежащего в основе пиксельной графики. Характер информации (совокупность чисел, организованных в двухмерную матрицу), который требуется для хранения пиксельного изображения, позволяет создавать стандартные форматы. Эти форматы "понимают" практически все программы, работающие с изображениями: редакторы пиксельной и векторной графики, программы верстки, браузеры и даже операционные системы.
Недостаток программ рисования - в ограниченном разрешении .Поскольку битовый рисунок состоит из фиксированного числа пикселей, разрешение изображения зависит от размера, в котором изображение распечатывается. В распечатке небольшого размера пиксели маленькие и разрешение высокое; распечатка большого размера увеличивает пиксели и снижает разрешение. Изображение в 15-дюймовый экран (800x600 пикселей) даст непрерывное изменение цвета лишь в распечатке размером с половину почтовой марки. Если же распечатать его "в полный рост", на бумаге формата А4, отчетливо будут видны отдельные пиксели, образующие зазубрины на месте гладких линий. Единственный способ справиться с подобной ситуацией - увеличить число пикселей в изображении, что, однако, влечет за собой резкое увеличение объема файла изображения. Так как изображение состоит из точек, то увеличение изображения приводит только к тому, что эти точки становятся крупнее. Никаких дополнительных деталей при увеличении растрового изображения рассмотреть не удается. Само увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает ее грубой. Этот эффект называется пикселизацией .
Таким образом, качество растровых изображений зависит от их размера . Как следствие того, что они состоят из пикселей фиксированного размера, свободное масштабирование без потери качества к ним неприменимо. Эта особенность, а также сама структура растровых изображений несколько затрудняет их редактирование и обработку. Улучшить качество изображения можно, увеличив разрешение, но это приводит к значительному увеличению объема файла. Поэтому один из основных недостатков растровой графики – большие размеры файлов .
V= L W R 2 D
Где, L – длина изображения в дюймах, W – ширина изображения в дюймах, R – разрешение в ppi, D – глубина цвета.
Серьезный недостаток всплывет при попытке слегка повернуть изображение, например, с четкими тонкими вертикальными линиями на небольшой угол. Сразу обнаруживается, что четкие линии превращаются в "ступеньки". Это означает, что при любых трансформациях (поворотах, масштабировании, наклонах и прочем) в точечной графике невозможно обойтись без искажений (это продиктовано дискретной природой изображения). Можно даже сказать, что точечную графику легче деформировать, чем трансформировать.
При редактировании точечной графики изменяется цвет определенной совокупности пикселей. Изменение цвета имеет своим результатом изменение формы изображаемых предметов.
Серьезным недостатком является аппаратная зависимость Растровой графики.
Если обобщенно рассмотреть внешние устройства, то практически все они визуализируют изображения средствами битовой карты. Любое изображение строится из совокупности каких-либо элементов (например, пикселов экрана, капель чернил, точек тонера), поэтому каждое из таких устройств характеризуется собственным разрешением. И этот параметр играет существенную роль при печати изображения, т. к. происходит наложение дискретной сетки изображения на дискретную сетку устройства. И далеко не всегда эта "встреча" благоприятна для окончательного результата. В частности, именно это "событие" является причиной муара (более подробно о муаре будет сказано в разделе Печать изображений).
С другой стороны, сетка дискретизации изображения формируется, к сожалению, в самом начале процесса, а последующие изменения сетки дискретизации (разрешения), как это мы выяснили ранее, вовсе не дают никакого улучшения.
Растровая графика – основные понятия. Программные средства растровой графики.
Основным элементом растрового изображения является точка . Если изображение экранное, то эта точка называется пикселом. В зависимости от того, на какое графическое разрешение экрана настроена операционная система компьютера, на экране могут размещаться изображения, имеющие 640x480, 800x600, 1024x768 и более пикселов.
С размером изображения непосредственно связано его разрешение. Этот параметр измеряется в точках на дюйм (dotsperinch-dpi ). При работе монитора в режиме 800x600 пикселов разрешение экранного изображения равно 72dpi.
При печати разрешение должно быть намного выше. Полиграфическая печать полноцветного изображения требует разрешения 200-300 dpi.
Недостатки:
1. Большие объемы данных - это основная проблема при использовании растровых изображений.
2. Второй недостаток растровых изображений связан с невозможностью их увеличения для рассмотрения деталей. Поскольку изображение состоит из точек, то увеличение изображения приводит только к тому, что эти точки становятся крупнее. Увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает ее грубой. Этот эффект называется пикселизацией.
Основными параметрами компьютерного изображения являются его физический размер и разрешение. От них зависят экранные размеры изображения и размеры отпечатка на бумаге, а также качество изображения.
Основными понятиями, связанными с цветом, являются цветовое разрешение (глубина цвета) и цветовая модель. Цветовое разрешение определяет максимальное количество цветов, которые могут быть воспроизведены одновременно. Оно зависит от количества байтов, использованных на кодирование цвета. Основные режимы: 8-разрядный (256 цветов), 16-разрядный (65 тыс. цветов, HighColor) и 24-разрядный (16,5 млн цветов,TrueColor).
Цветовая модель определяет способ разделения сложных цветовых оттенков на составляющие компоненты. Теоретически для определения цвета достаточно задать яркости трех компонентов.
В модели RGBв качестве компонентов применяют основные цвета: красный, зеленый и синий. В моделиCMYKв качестве элементарных компонентов применяют дополнительные цвета: голубой, пурпурный, желтый. Дополнительно к ним отдельно рассматривают черный компонент (теоретически он не нужен, но удобен для полиграфии). В цветовой моделиHSBв качестве компонентов рассматривают цветовой тон, яркость и насыщенность тона.
Операция разложения цветного изображения на три или четыре изображения, соответствующих применяемым цветовым компонентам, называется цветоделением.
Цветовая модель RGBсоответствует просмотру иллюстрации в проходящем свете и является аддитивной (яркости компонентов складываются и при максимальных значениях дают белый цвет).
Цветовая модель CMYKсоответствует просмотру иллюстрации в отраженном свете и является субтрактивной (яркости компонентов вычитаются из белого цвета и при максимальных значениях дают черный цвет).
Цветовая модель HSBнаиболее соответствует обыденному представлению об управлении цветом.
Цветовая палитра - это таблица данных, в которой хранится информация о том, каким кодом закодирован тот или иной цвет. Эта таблица создается и хранится вместе с графическим файлом.
Форматы файлов растровой графики. Файлы растровых изображений отличаются многообразием форматов (несколько десятков). У каждого формата есть свои положительные качества, определяющие целесообразность его использования при работе с теми или иными приложениями.
Для операционной системы Windows9х наиболее характерным является форматWindowsBitmap. Файлы этого формата имеют расширение.BMP. Данный формат отличается универсальностью и де-факто является стандартным для приложенийWindows. Характерным недостатком форматаWindowsBitmapявляется большой размер файлов из-за отсутствия сжатия изображения.
Для Web-документов, циркулирующих в сети Интернет, очень важен размер файлов, поскольку от него зависит скорость доступа к информации. Поэтому при подготовкеWeb-страниц используют два вида графических форматов, обеспечивающих наиболее плотное сжатие.
Для хранения многоцветных нерегулярных изображений (фотографий) используют формат JPEG, файлы которого имеют расширениеJPG. Этот формат отличается тем, что обеспечивает хранение данных с огромной степенью сжатия, но за счет потери части информации. Если файл был записан в форматеJPG, то после распаковки полученный файл может не соответствовать исходному, хотя на таких иллюстрациях, как цветные фотографии, это малозаметно. Величиной потери информации можно управлять при сохранении файла. Если речь идет о воспроизведении иллюстрации на экране (но не на бумаге), на качестве фотографий потеря до 90% информации сказывается незначительно.
Кроме формата JPEG, в Интернете используют форматGIF. Это самый «плотный» из графических форматов, не имеющих потери информации. Файлы этого формата имеют расширение.GIF. В этом формате хранятся и передаются малоцветные изображения, например рисованные иллюстрации. (Кстати, чем меньше цветов имеет изображение, тем хуже эффект от применения форматаJPEG. Самые плохие результаты форматJPEGпоказывает на двухцветных черно-белых изображениях.) У форматаGIFесть весьма интересные особенности, позволяющие создавать необычные эффекты: прозрачность фона и анимацию изображения.
Все передовые растровые графические редакторы способны загружать и сохранять изображения в основных графических форматах. Таким образом, с их помощью можно преобразовывать изображения из одного формата в другой.
Особые требования к качеству изображений предъявляются в полиграфии. В этой области применяется специальный формат TIFF. Файлы этого формата имеют расширение.TIFF. Они обеспечивают не только неплохую степень сжатия, но и возможность сохранять в одном файле дополнительную информацию в невидимых вспомогательных слоях - каналах. Так, в стандартной программеImaging, входящей в составWindows98, наиболее интересные возможности по наложению аннотаций и примечаний на рисунок реализуются только при работе с изображениями, имеющими форматTIFF. В других перечисленных форматах нельзя создать слой для хранения информации, не относящейся непосредственно к изображению.
Классы программ для работы с растровой графикой :
Средства создания изображений. Существует множество программ, предназначенных для работы с растровой графикой Ряд графических редакторов, напримерPainterиFauveMatisse, ориентирован непосредственно на процесс рисования. К простейшим программам этого класса относится также графический редакторPaint, входящий в состав операционной системыWindows95.
Средства обработки изображений. Другой класс растровых графических редакторов предназначен не для создания изображений «с нуля», а для обработки готовых рисунков с целью улучшения их качества и реализации творческих идеи. К таким программам, в частности, относятсяAdobePhotoshop,Photostyler,PicturePublisherи другие.
Исходный материал для обработки на компьютере может быть получен разными путями сканированием цветной иллюстрации, загрузкой изображения, созданного в другом редакторе, или вводом изображения от цифровой фото- или видеокамеры.
Наиболее мощным средством для обработки готовых растровых изображений сегодня считается программа AdobePhotoshop.
Растровый редактор Photoshopработает с графическими файлами основных форматов, принятых в полиграфии, в компьютерных сетях, а также используемых при разработке электронных документов и программного обеспечения.
Основное назначение редактора Photoshopсостоит в ретуши готовых изображений (доведении их до полиграфического качества), в монтаже композиций из отдельных фрагментов, взятых из различных изображений, и в применении специальных эффектов, называемых фильтрами.
Основными техническими операциями при работе с изображениями являются:
изменение динамического диапазона (управление яркостью и контрастностью изображения);
повышение четкости изображения;
цветовая коррекция (изменение яркости и контрастности в каналах красной, зеленой и синей составляющих цвета);
отмывка (изменение яркости отдельных фрагментов);
растушевка (сглаживание перехода между границами отдельных фрагментов);
обтравка («вырезание» отдельных фрагментов из общей композиции);
набивка (восстановление утраченных элементов изображения путем копирования фрагментов с сохранившихся участков);
монтаж (компоновка изображения из фрагментов, скопированных из других изображений или импортированных из других редакторов).
Основные инструменты редактора Photoshop, применяемые в технических операциях, сосредоточены на панели инструментов. Особенностью панели инструментов является наличие альтернативных инструментов.
Для настройки действия инструментов в редакторе Photoshopиспользуются диалоговые окна особого типа, называемые палитрами.
Некоторые палитры относятся не к инструментам редактора, а к изображению в целом. Они позволяют управлять параметрами изображения и его структурой (каналами и слоями), а также получать необходимую информацию об изображении.
Компьютерная графика незаметно, но прочно вошла в нашу обыденную жизнь. Она уже давно перестала быть уделом избранных. Каждый раз, перенося фотографии с цифрового фотоаппарата в компьютер или просто нажимая на кнопку «сохранить», чтобы добавить в коллекцию понравившуюся картинку, вы работаете с компьютерной графикой.
Стоит ли тратить время на теорию?
Знание основ того, каким образом функционирует метод работы с изображениями, сослужит вам хорошую службу. Расширения после названия файла перестанут быть для вас некой волшебной абракадаброй, а начнут исправно поставлять важную информацию. Вы сможете сознательно решить, какие изображения лучше сжать, чтобы не засорять место на жестком диске, и грамотно выберете, каким именно способом это можно сделать.
Редактирование собственных фотографий также перейдет из состояния «метода научного тыка» на совершенно новый уровень. А у некоторых невинная забава с изображениями на экране постепенно переходила и в достаточно прибыльную работу.
Разница между растровой и векторной графикой
На данный момент в компьютерной среде в основном используется векторная и растровая графика. Они кардинально отличаются друг от друга способом кодирования информации.
Ни для кого не секрет, что все данные в компьютере записаны с помощью двоичного кода. Таким образом, любая информация, будь то текст, картинка или звук, определенным образом шифруется. Для того чтобы сохранить векторное изображение, оно разбивается на элементарные геометрические фигуры, которые, в свою очередь, описываются простейшими математическими формулами. Таким образом, к примеру, буква «и» для графического редактора будет описана двумя параллельными отрезками заданной длины, которые соединены линией под углом 45 градусов.
Растровое же изображение разбивается по другому принципу. Компьютер дробит картинку на множество точек, которые называют пикселями, и запоминает цвет и расположение каждого пикселя.
Преимущества и недостатки
Если вы работаете с векторным рисунком, то теоретически можете его увеличивать до бесконечности. Причем на качестве изображения это ни в коей мере не отразится. Так как параметры заданы в виде геометрических формул, компьютер просто перерабатывает их и заполняет все пустоты нужными цветами. В результате вы имеете четкое изображение.
Недостатки растровой графики кроются именно в том, что при сжатии (которое в подавляющем большинстве случаев имеет место при сохранении файла) может существенно пострадать качество. Появляется так называемая зернистость. Однако именно растровая графика используется в сложных изображениях. В векторных рисунках можно создать только очень простые картинки. Поэтому сейчас мы сосредоточимся на том, где применяется растровая графика.
Области применения
Растровые изображения идеально передают содержание отсканированных объектов. С их помощью можно работать с полутонами и плавным переходом цвета. Фотографии, снятые цифровым фотоаппаратом, также используют исключительно растровые изображения. Также этот формат служит незаменимым инструментом в области веб-дизайна.
Форматы растровой графики
Вспомним, что информация об изображении в нашем случае кодируется с помощью точек. Единицей измерения в этой кодировке служит пиксел. Это - наименьшая точка, которую невозможно поделить ни в отношении размера, ни в отношении цвета.
Количество этих точек на заданную единицу площади называется разрешением. На изображении с большим разрешением (большим количеством отдельных точек) мы увидим четкий рисунок и плавные переходы цвета. Однако в случае, когда разрешение небольшое, качество картинки может сильно страдать (ведь компьютер просто выводит на экран имеющееся в его памяти количество точек и растягивает их до запрашиваемого размера).
Можно условно сравнить с языком. Для того чтобы передать одну и ту же информацию на разных языках, потребуется разное количество букв, звуков и слов. Также в большинстве случаев будет различаться и грамматическая конструкция. А «переводчиками» с этих «языков» в наших компьютерах служат специализированные программы, которые либо «читают» его, либо конвертируют в нужный формат.
Основным отличием между форматами остается способ сохранения информации. Рассмотрим наиболее распространенные.
BMP
Это один из первопроходцев. Когда он разрабатывался, растровая графика находилась, можно сказать, у самых истоков своего существования. Создатели особо не заморачивались и запрограммировали BMP на последовательное запоминание каждого пиксела. Фактически, это просто копирование, но с некоторой потерей цвета, так как в распоряжении формата BMP всего 256 цветов.
TIFF
Достаточно громоздкий в масштабах цифровых хранилищ, однако просто незаменимый при выводе информации на печать. В отличие от BMP он поддерживает возможность информации. Причем для этого можно использовать не один, а несколько разных алгоритмов. Однако если вы не работаете в отрасли полиграфической печати или хотя бы какого-то издательства, серьезная мощность этого формата вам особо не понадобится.
GIF
Это уже более приближенный к реальному использованию (для неспециалистов) формат. Особенно знаменит он возможностью использования анимационной последовательности. Компьютерная графика, выполненная в этом формате, позволяет также создавать полупрозрачные изображения. Однако плавные переходы цветов вам передать не удастся. Чаще всего применение растровой графики в формате GIF можно увидеть в веб-дизайне. Оно совместимо со всеми платформами и к тому же достаточно компактно сжимает информацию, что является немаловажным фактором в скорости открытия интернет-страниц.
JPEG
Наиболее популярный формат. И это вполне заслуженно. Любые графические редакторы растровой графики без сомнения поддерживают этот формат. Он был разработан с конкретной целью - избавиться от ограничений, налагаемых сжатием GIF-файлов. в этом формате достигает коэффициента в 100 единиц. Это большой показатель. Однако у такого сжатия все-таки есть свои недостатки - происходит некоторая потеря данных, и не исключено, что сохраненное изображение станет несколько размытым. Так как этот формат попросту откидывает информацию, которую считает незначительной, всегда существует риск искажения некоторых деталей.
JPEG 2000
Улучшенный вариант ранней версии. Информация об изображении сжимается еще более компактно, а потерь в качестве стало значительно меньше. Чаще всего этот формат используется для хранения фотографий на жестком диске компьютера и на просторах интернета. Однако следует помнить, что если вы будете неоднократно сохранять одно и то же изображение в форматах JPEG или JPEG 2000, оно каждый раз будет терять частички информации, и в конечном итоге вы получите значительно искаженную, по сравнению с оригиналом, картинку.
PNG
Значительно улучшенный по качеству собрат формата GIF. Сохранив буквально все преимущества своего предшественника, он лишен его недостатков. Используется как для так и в дизайне веб-страниц. Кроме того, PNG, в отличие от GIF, официально находится в свободном доступе.
PSD
Растровая графика в формате PSD обрабатывается исключительно в программе Adobe Photoshop. Это внутренний пакет этой программы. Он поддерживает работу со слоями редактируемого изображения.
CDR
Это также внутренний пакет для программы растровой графики Как правило, эта программа используется графическими дизайнерами для создания изображений с нуля. Но бесспорно поддерживается и функция редактирования.
Редакторы растровой графики
А теперь немного о программах, которые работают с редактированием изображений.
Наиболее популярной среди пользователей на данный момент является программа Adobe Photoshop, в простонародье именуемая просто "Фотошопом". Эта разработка, по сути, монополизировала работу с растровыми изображениями в среде специалистов по дизайну. Однако программа эта платная и стоит она не так мало. Поэтому начали появляться разработки других компаний. Некоторые из них уже получили достаточно широкое применение.
Что до самого "Фотошопа", то это никак не отразилось на его популярности. программы достаточно простой, а в разнообразных видеокурсах и самоучителях недостатка не наблюдается.
В "Фотошопе" вы можете не только сделать коллаж из фотографий или добавить на изображение встроенные эффекты. Простейшие функции этой программы можно освоить очень быстро, и это откроет дверь для безудержного полета фантазии. Вы сможете исправлять недостатки внешности, корректировать цветовую гамму, изменять фон и еще много-много всего.
Графический редактор GIMP
Что до бесплатных программ, то тут можно смело рекомендовать GIMP. Этот графический редактор может легко потеснить раскрученный "Фотошоп". Он превосходно справляется со всеми задачами, необходимыми для редактирования растровых изображений, и имеет некоторые начальные функции для работы с векторной графикой.
Программа GIMP позволяет делать фотографии более насыщенными и живыми, она легко убирает лишние элементы с изображения и может использоваться для подготовки профессиональных дизайнерских проектов. Компьютерная графика, создаваемая с помощью этой программы, выглядит естественной и органично вписывается в общую картину.
Графический редактор Corel DRAW
Было бы неправильно обойти стороной продукцию компании Corel. В Corel DRAW вы сможете с легкостью работать как с растровыми, так и с векторными изображениями. Возможности этого инструмента столь многочисленны, что изучение программы Corel DRAW входит в обязательный курс подготовки графических дизайнеров в колледжах.
Эта программа также платная, и арсенал ее продукции пополняется с завидной регулярностью. Но, несмотря на широчайшие возможности, которые этот графический редактор предоставляет пользователю, его интуитивно понятный интерфейс превращает рабочий процесс в удовольствие.
Бесплатные графические редакторы
И еще буквально пару слов об альтернативных программах для редактирования изображений. В большинстве случаев они прекрасно справляются с запросами среднестатистического пользователя, а места и ресурсов на вашем компьютере забирают в разы меньше. Да и работать с ними по большому счету легче, так как вы не будете перегружены необходимостью выбора среди всевозможных функций, предназначение которых остается до конца не ясным.
Если вы любите необычные и по большей мере шуточные фотографии, попробуйте воспользоваться программой Funny Photo Maker. Там вы найдете множество оригинальных рамок и забавных визуальных эффектов.
Для более серьезных работ подойдет Picasa. Этот редактор заточен под использование в компьютерных сетях. Его новые возможности позволят вам еще проще оформлять свои страницы в социальных сетях. А встроенные эффекты для редактирования не разочаруют даже искушенного специалиста.
Еще одна интересная программа - это Paint.NET. Она очень похожа по своим функциям и возможностям на Adobe Photoshop. А используемые в Paint.NET инструменты могут составить серьезную конкуренцию упомянутому коммерческому аналогу.