Компьютерная графика

Разрешение оригинала. Разрешение оригинала измеряется в точках на дюйм (dots per inch – dpi) и зависит от требований к качеству изображения и размеру файла, способу оцифровки и создания исходной иллюстрации, избранному формату файла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем выше требование к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.

Разрешение экранного изображения. Для экранных копий изображения элементарную точку растра принято называть пикселом. Размер пиксела варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения (из диапазона стандартных значений), разрешение оригинала и масштаб отображения.

Мониторы для обработки изображений  с диагональю 20–21 дюйм (профессионального  класса), как правило, обеспечивают стандартные экранные разрешения 640х480, 800х600, 1024х768, 1280х1024, 1600х1200, 1600х1280, 1920х1200, 1920х1600 точек. Расстояние между соседними точками люминофора у качественного монитора составляет 0,22–0,25 мм.

Для экранной копии достаточно разрешения 72 dpi, для распечатки на цветном или  лазерном принтере 150–200 dpi, для вывода на фотоэкспонирующем устройстве 200–300 dpi. Установлено эмпирическое правило, что при распечатке величина разрешения оригинала должна быть в 1,5 раза больше, чем линиатура растра устройства вывода. В случае если твердая копия будет увеличена по сравнению с оригиналом, эти величины следует умножить на коэффициент масштабирования.

Разрешение печатного изображения  и понятие линиатуры. Размер точки растрового изображения как на твердой копии (бумага, пленка и т. д.), так и на экране зависит от примененного метода и параметров растрирования оригинала. При растрировании на оригинал как бы накладывается сетка линий, ячейки которой образуют элемент растра. Частота сетки растра измеряется числом линий на дюйм (lines per inch – Ipi) и называется линиатурой.

Размер точки растра рассчитывается для каждого элемента и зависит  от интенсивности тона в данной ячейке. Чем больше интенсивность, тем плотнее  заполняется элемент растра. То есть, если в ячейку попал абсолютно  черный цвет, размер точки растра совпадет с размером элемента растра. В этом случае говорят о 100% заполняемости. Для абсолютно белого цвета значение заполняемости составит 0%. На практике заполняемость элемента на отпечатке  обычно составляет от 3 до 98%. При этом все точки растра имеют одинаковую оптическую плотность, в идеале приближающуюся к абсолютно черному цвету. Иллюзия более темного тона создается за счет увеличения размеров точек и, как следствие, сокращения пробельного поля между ними при одинаковом расстоянии между центрами элементов растра. Такой метод называют растрированием с амплитудной модуляцией (AM).

 

3.1.1 Форматы файлов растровой графики.

 

Формат *.PCX стал первым стандартным форматом графических файлов для хранения файлов растровой графики в компьютерах IBM PC. В дальнейшем формат был преобразован в Windows Paintbrush и начал распространяться с Windows. Хотя область применения этого популярного формата сокращается, файлы формата PCX, которые легко узнать по расширению PCX, все еще широко распространены сегодня.

Формат *.GIF. Большинство ведущих специалистов-графиков, имеющих дело с алгоритмом LZW, сталкиваются с аналогичными юридическими проблемами при использовании популярного межплатформенного формата файлов растровой графики GIF (Graphics Interchange Format - формат обмена графическими данными, произносится "джиф"), разработанного компанией CompuServe. Обычно для имени файлов GIF используется расширение GIF, и тысячи таких файлов можно получить в CompuServe.

Основные достоинства GIF заключаются  в широком распространении этого  формата и его компактности. Но ему присущи два достаточно серьезных  недостатка. Один из них состоит  в том, что в изображениях, хранящихся в виде GIF-файла, не может быть использовано более 256 цветов. Второй, возможно, еще  более серьезный, заключается в  том, что разработчики программ, использующие в них форматы GIF, должны иметь  лицензионное соглашение с CompuServe и  вносить плату за каждый экземпляр  программы.

Формат *.PNG (Portable Network Graphic - переносимый сетевой формат) был разработан для замены GIF, чтобы обойти юридические препятствия, стоящие на пути использования GIF-файлов. PNG унаследовал многие возможности GIF и, кроме того, он позволяет хранить изображения с истинными цветами. Еще более важно, что он сжимает информацию растрового массива в соответствии с вариантом пользующегося высокой репутацией алгоритма сжатия LZ77 (предшественника LZW), которым любой может пользоваться бесплатно. Из-за недостатка места я не буду обсуждать внутреннюю структуру PNG. Если вы захотите больше узнать об этом формате, обратитесь к рекомендуемой в конце статьи литературе.

Формат *.JPEG (Joint Photographic Experts Group - объединенная экспертная группа по фотографии) был разработан компанией C-Cube Microsystems как эффективный метод хранения изображений с большой глубиной цвета, например, получаемых при сканировании фотографий с многочисленными едва уловимыми (а иногда и неуловимыми) оттенками цвета. Самое большое отличие формата JPEG от других рассмотренных здесь форматов состоит в том, что в JPEG используется алгоритм сжатия с потерями (а не алгоритм без потерь) информации. Алгоритм сжатия без потерь так сохраняет информацию об изображении, что распакованное изображение в точности соответствует оригиналу. При сжатии с потерями приносится в жертву часть информации об изображении, чтобы достичь большего коэффициента сжатия. Распакованное изображение JPEG редко соответствует оригиналу абсолютно точно, но очень часто эти различия столь незначительны, что их едва можно (если вообще можно) обнаружить.

При сжатии методом JPEG потери информации происходят на втором шаге процесса. Чем  больше значения в матрице квантования, тем больше отбрасывается информации из изображения и тем более  плотно сжимается изображение. Компромисс состоит в том, что более высокие  значения квантования приводят к  худшему качеству изображения.

 

3.1.2 Прикладные программы для работы с растровой графикой

 

Компьютерные  программы для работы с растровой  графикой настолько многочисленны  и разнообразны, что перечислить  их все невозможно. Программы для  работы с растровой графикой делятся  на три группы, которые перечисляются  ниже. Каждый пользователь подбирает  для себя программы для работы с растровой графики по своему вкусу. Программы для работы с  растровой графикой выпускаются  производителями как отдельно, так  и в составе графических пакетов, в которых есть программы для  работы с растровой и векторной  графикой.

Ряд графических  редакторов, например Painter и Fauve Matisse, ориентирован непосредственно на процесс рисования. К простейшим программам относится  графический редактор Paint.

Corel Painter — программа, предназначенная для цифровой живописи и рисунка. С помощью графического планшета художник может работать с виртуальными инструментами в этой программе так же легко, как и с обычными карандашом или кистью (рисунок 3).

Fauve Matisse. Отличительной  особенностью Fauve Matisse является возможность  работы с объектами, в качестве которых может использоваться любая стандартная фигура, выделенная область изображения или текст.

Каждый объект размещается в своем слое и может независимо обрабатываться с помощью фильтров, инструментов искажения формы, вращаться, наклоняться и т.п. Кроме того, объекты могут группироваться для совместной обработки, накладываться друг на друга в различных режимах и с регулируемой прозрачностью, перемещаться в слоях и между слоями, выравниваться относительно друг друга или относительно окна изображения, совмещаться с фоновым изображением, а также передаваться другим приложениям Windows (рисунок 4).

 

 

Другой класс  растровых графических редакторов предназначен не для создания растровой  графики «с нуля», а для обработки  готовых рисунков с целью улучшения  их качества и реализации творческих идей. К таким программам, в частности, относятся Adobe Photoshop, Photostyler, Picture Publisher и  другие компьютерные программы.

Так же существуют программы для обработки растровой  графики, в которых предоставлен ряд инструментов и эффектов для обработки растровых изображений. Исходный материал для обработки в программе может быть получен разными путями: сканированием цветной иллюстрации, загрузкой изображения, созданного в другом редакторе, или вводом изображения с цифровой фото- или видеокамеры.

Adobe Photoshop — графический редактор, разработанный и распространяемый фирмой Adobe Systems. Этот продукт является лидером рынка в области коммерческих средств редактирования растровых изображений, и наиболее известным продуктом фирмы Adobe (рисунок 5). Несмотря на то, что изначально программа была разработана для редактирования изображений для печати на бумаге, в данное время она широко используется в веб-дизайне.

Одним из видов  программ для работы с растровой  графикой являются программы каталогизации  растровой графики. Эти программы позволяют просматривать графические растровые файлы множества различных форматов, создавать на жестком диске удобные альбомы, перемещать и переименовывать файлы, документировать и комментировать иллюстрации. Очень удобной программой этого класса считается программа ACDSee. В системе Windows 95 для этих целей служит стандартная программа "Просмотр рисунков". В систему Windows 98 в качестве стандартной введена ее более мощная версия — Imaging. В современных операционных системах эта программа является интегрированной и совершенствуется вместе с ней.

ACDSee — условно-бесплатная программа для просмотра и организации изображений для Microsoft Windows. Содержит многочисленные инструменты для обработки изображений, в том числе и пакетной. В последних версиях имеет два режима просмотра: быстрый и полный (рисунок 6).

 

 

3.2 Векторная графика 

 

Изначально  человеческий глаз воспринимает изображение  подобно растровому образу. Картинка проецируется на сетчатку, состоящую  из отдельных, реагирующих на свет клеток. Далее система глаз-мозг распознаёт в изображении отдельные объекты, геометрические фигуры, которые уже  легче обрабатывать и запоминать.

В отличие  от растровой графики в векторной  графике изображение строится с  помощью математических описаний объектов, окружностей и линий. Хотя на первый взгляд это может показаться сложнее, чем использование растровых  массивов, но для некоторых видов  изображений использование математических описаний является более простым  способом.

Ключевым  моментом векторной графики является то, что она использует комбинацию компьютерных команд и математических формул для объекта. Это позволяет  компьютерным устройствам вычислять  и помещать в нужном месте реальные точки при рисовании этих объектов. Векторную графику часто называют объектно-ориентированной графикой или чертежной графикой.

Векторная графика (другое название — геометрическое моделирование) — это использование геометрических примитивов, таких как точки, линии, сплайны и полигоны, для представления изображений в компьютерной графике. Термин используется в противоположность к растровой графике, которая представляет изображения как матрицу пикселей (точек).

Простые объекты, такие как окружности, линии, сферы, кубы и тому подобное называется примитивами, и используются при создании более  сложных объектов. В векторной графике объекты создаются путем комбинации различных объектов. Для создания объектов примитивов используются простые описания. Прямая линия, дуги, окружности, эллипсы и области однотонного или изменяющегося света - это двухмерные рисунки, используемые для создания детализированных изображений. В трехмерной компьютерной графике для создания сложных рисунков могут использоваться такие элементы как сферы, кубы. Команды, описывающие векторные объекты большинству пользователей возможно никогда не придется увидеть. Определять, как описывать объекты будет компьютерная программа, которая используется для подготовки векторных объектов. Для создания векторных рисунков необходимо использовать один из многочисленных иллюстрационных пакетов.

Программы векторной  графики способны создавать растровые  изображения в качестве одного из типов объектов. Это возможно потому, что растровый рисунок просто набор инструкций для компьютера, и так как инструкции эти очень  просты, то векторная графика способна воспринимать растровые изображения  наравне с остальными объектами, хотя можно поместить растровые  изображения в виде объекта векторном  формате, но не удается отредактировать  и изменить в нем отдельные  пикселы.

Линия – элементарный объект векторной графики. Как  и  любой  объект,  линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом,  начертанием (сплошная, пунктирная). Линия  описывается  математически  как  единый объект, и потому объем данных для отображения объекта  средствами  векторной графики существенно  меньше, чем в растровой графике.

Замкнутые линии  приобретают  свойство заполнения. Охватываемое  ими  пространство  может  быть  заполнено  другими   объектами (текстуры,  карты)  или  выбранным  цветом.  Простейшая  незамкнутая   линия ограничена двумя точками, именуемыми  узлами.  Узлы  также  имеют  свойства, параметры которых  влияют на  форму  конца  линии  и  характер  сопряжения  с другими  объектами. Все прочие  объекты  векторной  графики  составляются  из линий. Например, куб можно составить  из  шести  связанных  прямоугольников, каждый из которых, в свою очередь, образован  четырьмя  связанными  линиями. Возможно, представить куб  и  как  двенадцать  связанных  линий,  образующих ребра.

 

3.2.1 Форматы файлов векторной графики

 

Формат *.ai. Векторный формат файлов, создаваемых программой Adobe Illustrator. Формат ai каждой новой версии несовместим с более старыми версиями. Формат обеспечивает очень высокое качество рисунков, но по ряду параметров плохо совместим с другими программами (например, различные эффекты Adobe Illustrator и градиентная заливка могут не передаваться в другие форматы).