 |
Использование компьютерной графики в профессиональной деятельности
|
|
|
|
Растровая, векторная и фрактальная компьютерная графика
Известно, что любая информация, хранящаяся в файле - это последовательность байт. Каждый байт может принимать значение от 0 до 255 (28-1). Способ записи информации с помощью последовательности байт и называют форматом файла. То есть, графический формат - это способ записи графической информации.
Способ представления изображения оказывает влияние на возможности его редактирования, печати, на объем занимаемой памяти.
Существуют два основных способа кодирования графической информации: векторный и растровый.
Растровый формат характеризуется тем, что все изображение по вертикали и горизонтали разбивается на достаточно мелкие прямоугольники - так называемые элементы изображения, или пиксели (от английского pixel -- picture element).
В файле, содержащем растровую графику, хранится информация о цвете каждого пикселя данного изображения. Чем меньше прямоугольники, на которые разбивается изображение, тем больше разрешение (resolution), то есть, тем более мелкие детали можно закодировать в таком графическом файле.
Глубина цвета
Кроме размера изображения, важной является информация о количестве цветов, закодированных в файле. Цвет каждого пикселя кодируется определенным числом бит (bit), то есть элементарных единиц информации, с которыми может иметь дело компьютер. Каждый бит может принимать два значения - 1 или 0. В зависимости от того, сколько бит отведено для цвета каждого пикселя, возможно кодирование различного числа цветов. Нетрудно сообразить, что если для кодировки отвести лишь один бит, то каждый пиксель может быть либо белым (значение 1), либо черным (значение 0). Такое изображение называют монохромным (monochrome).
|
|
|
Далее, если для кодировки отвести четыре бита, то можно закодировать 24=16 различных цветов, отвечающих комбинациям бит от 0000 до 1111. Если отвести 8 бит - то такой рисунок может содержать 28=256 различных цветов (от 00000000 до 11111111), 16 бит - 216=65 536 различных цветов (так называемый High Color). И, наконец, если отвести 24 бита, то потенциально рисунок может содержать 224=16 777 216 различных цветов и оттенков - вполне достаточно даже для самого взыскательного художника! В последнем случае кодировка называется 24-bit True Color.
RGB-модель
Способ разделения цвета на составляющие компоненты называется Цветовой моделью. В компьютерной графике применяются три цветовые модели: RGB, CMYK и HSB.
Наиболее распространенным способом кодирования цвета является модель RGB. При этом способе кодирования любой цвет представляется в виде комбинации трех цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue), взятых с разной интенсивностью. Интенсивность каждого из трех цветов - это один байт (т. е. число в диапазоне от 0 до 255), который хорошо представляется двумя 16-ричными цифрами (числом от 00 до FF). Таким образом, цвет удобно записывать тремя парами 16-ричных цифр, как это принято, например, в HTML-документах.
Цветовая модель CMYB
Цветовая модель CMYK соответствует рисованию красками на бумажном листе и используется при работе с отраженным цветом, т. е. для подготовки печатных документов.
Цветовыми составляющими этой модели являются цвета: голубой (Cyan), лиловый (Magenta), желтый (Yellow) и черный (Black). Эти цвета получаются в результате вычитания основных цветов модели RGB из белого цвета. Черный цвет задается отдельно. Увеличение количества краски приводит к уменьшению яркости цвета.
Цветовая модель HSB
Системы цветов RGB и CMYK связаны с ограничениями, накладываемыми аппаратным обеспечением (монитор компьютера в случае RGB и типографские краски в случае CMYK).
Цветовая модель HSB наиболее удобна для человека, т. к. она хорошо согласуется с моделью восприятия цвета человеком. Компонентами модели HSB являются:
|
|
|
тон (Hue);
насыщенность (Saturation);
яркость цвета (Brightness).
Тон - это конкретный оттенок цвета.
Насыщенность характеризует его интенсивность или чистоту.
Яркость же зависит от примеси черной краски, добавленной к данному цвету.
Значение цвета выбирается как вектор, выходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки по границе окружности - чистым цветам. Направление вектора определяет цветовой оттенок и задается в угловых градусах. Длина вектора определяет насыщенность цвета. Яркость цвета задают на отдельной оси.
Компьютерное растровое изображение представляется в виде прямоугольной матрицы, каждая ячейка которой представлена цветной точкой. При оцифровке изображения оно делится на такие крошечные ячейки, что глаз человека их не видит, воспринимая все изображение как целое. Сама сетка получила название растровой карты, а ее единичный элемент называется пикселем.
Пиксели подобны зернам фотографии и при значительном увеличении они становятся заметными. Растровая карта представляет собой набор (массив) троек чисел: две координаты пикселя на плоскости и его цвет.
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.
Существует множество форматов файлов растровой графики, и каждый из них предусматривает собственный способ кодирования информации об изображении.
Из большого числа форматов графических файлов в Интернете сейчас широко используются только два -- GIF и JPEG. О них и поговорим подробнее.
GIF -- формат
Популярный формат GIF предназначен для хранения растровых изображений с сжатием. В одном файле этого формата может храниться несколько изображений. Обычно эта возможность используется для хранения анимированных изображений (как набор кадров). GIF-формат позволяет записывать изображение "через строчку" (Interlaced), благодаря чему, имея только часть файла, можно увидеть изображение целиком, но с меньшим разрешением. Эта возможность широко применяется в Интернет. Сначала вы видите картинку с грубым разрешением, а по мере поступления новых данных ее качество улучшается. Основное ограничение формата GIF состоит в том, что цветное изображение может содержать не более 256 цветов. Для полиграфии этого явно недостаточно.
|
|
|
JPEG -- формат (Joint Photographic Experts Group -- Объединенная экспертная группа по фотографии) 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 форматов состоит в том, что в JPEG используется алгоритм сжатия с потерями (а не алгоритм без потерь).
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.
Сжатие, используемое в формате JPEG, необратимо искажает изображение. Это не заметно при его простом просмотре, но становится явным при последующих манипуляциях. Зато размер файла получается от 10 до 500 раз меньше, чем BMP! Если вы решили записать изображение в формате JPEG, то лучше выполнить все необходимые операции перед первой записью файла.
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.
Векторный формат
При векторном формате рисунок представляется в виде комбинации простых геометрических фигур - точек, отрезков прямых и кривых, окружностей, прямоугольников и т. п. При этом для полного описания рисунка необходимо знать вид и базовые координаты каждой фигуры, например, координаты двух концов отрезка, координаты центра и диаметр окружности и т. д. Этот способ кодирования идеально подходит для рисунков, которые легко представить в виде комбинации простейших фигур, например, для технических чертежей.
|
|
|
Основным логическим элементом векторной графики является геометрический объект. В качестве объекта принимаются простые геометрические фигуры (так называемые примитивы - прямоугольник, окружность, эллипс, линия), составные фигуры или фигуры, построенные из примитивов, цветовые заливки, в том числе градиенты.
Преимущество векторной графики заключается в том, что форму, цвет и пространственное положение составляющих ее объектов можно описывать с помощью математических формул.
Важным объектом векторной графики является сплайн. Сплайн - это кривая, посредством которой описывается та или иная геометрическая фигура. На сплайнах построены современные шрифты TryeType и PostScript.
У векторной графики много достоинств. Она экономна в плане дискового пространства, необходимого для хранения изображений: это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные, используя которые, программа всякий раз воссоздает изображение заново. Кроме того, описание цветовых характеристик почти не увеличивает размер файла.
Объекты векторной графики легко трансформируются и модифицируются, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображения. Масштабирование, поворот, искривление могут быть сведены к паре-тройке элементарных преобразований над векторами.
В тех областях графики, где важное значение имеет сохранение ясных и четких контуров, например, в шрифтовых композициях, в создании логотипов и прочее, векторные программы незаменимы.
Векторная графика может включать в себя и фрагменты растровой графики: фрагмент становится таким же объектом, как и все остальные (правда, со значительными ограничениями в обработке).
Важным преимуществом программ векторной графики является развитые средства интеграции изображений и текста, единый подход к ним. Поэтому программы векторной графики незаменимы в области дизайна, технического рисования, для чертежно-графических и оформительских работ.
Однако, с другой стороны, векторная графика может показаться чрезмерно жесткой, «фанерной». Она действительно ограничена в чисто живописных средствах: в программах векторной графики практически невозможно создавать фотореалистические изображения.
|
|
|
Трехмерная компьютерная графика
Реальные объекты существуют в трехмерном пространстве, поэтому кроме длины и высоты они имеют толщину. Когда изображение объекта воспроизводится на плоском (двухмерном) экране, можно либо игнорировать его толщину, либо спроектировать объект на экран так, чтобы ощущалась глубина изображения. Отображение глубины значительно улучшает восприятие рисунков и увеличивает их информативность.
Например, ящик может быть представлен в виде двухмерного изображения, либо в виде трехмерного изображения.
Аналогично построение графиков и диаграмм в трех измерениях позволяет отображать на экране дополнительную информацию.
Рисунки и графики при трехмерном преобразовании изображений могут перемещаться или постепенно двигаться в пространстве, если для всех точек предмета выбраны одни и те же значения Н,VиD
Где H - горизонтальное перемещение точки,
V - вертикальное перемещение точки,
D - перемещение в глубину.
Программы, выполняющие различные преобразования объединяются в одну универсальную программу, организованную таким образом, что указанное изображение сначала высвечивается, а затем преобразуется с помощью произвольной комбинации операций перемещения, масштабирования (увеличения или уменьшения размера) или вращения.
Выбор форматов графических файлов
Пригодность формата для определенного назначения наилучшим образом определяется, если известно его исходное предназначение.
Высококачественное представление объектов из реальной жизни обычно осуществляется при помощи bitmap форматов. Векторные форматы могут представлять реалистичные изображения, но из изображений, полученных из жизни (например отсканированных изображений или видеокадров), исходные данные обычно принимают вид bitmap изображений и преобразуются в векторы только за счет больших вычислительных ресурсов и разработки дополнительного программного обеспечения.
Большинство устройств генерируют bitmap изображения. Принципиальным исключением являются такие устройства, как планшет дигитайзера (устройство ввода графической информации) и мышь, которые генерируют векторные данные. Среди популярных устройств ввода bitmap выделяют сканеры (цветные или черно-белые). Однако формат данных файла определяет прикладная программа, а не устройство ввода. Сканер передает bitmap информацию, но сложная графическая программа могла бы преобразовать ее в векторную форму. За исключением приложений рисования, где чаще всего тип формата файлов (bitmap или векторное) соответствует устройству ввода.
Большинство устройств вывода также используют bitmap с исключениями в виде графопостроителей. Игольчатые принтеры, как и лазерные принтеры - наиболее распространенные устройства вывода. Они являются исключительно bitmap устройствами.
|
|
|
