Файл: Растровая графика (Понятие растровой графики).pdf

Введение

Компьютерная графика прочно вошла в нашу жизнь. Появляется все больше клипов, сделанных с помощью компьютерной графики. Нет спору, компьютерная графика расширяет выразительные возможности. При творческом ее использовании реклама приобретает удивительную силу воздействия на зрителя. С помощью одной только компьютерной графики очень трудно донести до зрителя рекламную идею. И если в клипе лишь компьютерная графика, лишь созданный ее средствами сюрреалистический мир, то зритель остается холодным, хотя увиденное и поражает воображение. Ведь известно, что реклама наиболее эффективна тогда, когда потребителю хочется идентифицировать себя с человеком, пользующимся тем или иным товаром. Процесс узнаваемости себя в клипе - залог успеха. Компьютерная или машинная графика - это вполне самостоятельная область человеческой деятельности, со своими проблемами и спецификой. Компьютерная графика - это и новые эффективные технические средства для проектировщиков, конструкторов и исследователей, и программные системы и машинные языки, и новые научные, учебные дисциплины, родившиеся на базе синтеза таких наук как аналитическая, прикладная и начертательная геометрии, программирование для ПК, методы вычислительной математики и т.п. Машина наглядно изображает такие сложные геометрические объекты, которые раньше математики даже не пытались изобразить.

В связи со стремительным развитием рекламного и информационного бизнеса в России все больше возникает потребность в специалистах по компьютерной графике, при чем преимущественно для работы в следующих областях:

1. Полиграфия.

2. Трех-мерное моделирование, анимация.

3. Веб-дизайн.

4. Фотография.

5. Интерьеры, ландшафтный дизайн.

6. Инженерная область.

1. Понятие растровой графики

Растровое изображение -- изображение, представляющее собой сетку пикселей-- цветных точек (обычно прямоугольных) на мониторе, бумаге и других отображающих устройствах.

Размер -- общее количество пикселов в изображении, обычно измеряется в Мп (мега-пикселах), это всего лишь результат умножения количества пикселов по высоте на количество пикселов по ширине изображения. То есть, если величина фотографии 2000х1500, то её размером будет 2000*1500=3 000 000 пикселов или 3Мп. Для отправки на фотобанки размер изображения не должен быть меньше 4Мп, а в случае иллюстрации -- не более 25Мп.Важными характеристиками изображения являются:

Цветовая модель -- характеристика изображения, описывающая его представление на основе цветовых каналов. Мне известно 4 цветовые модели -- RGB (красный, зелёный и синий каналы), CMYK (голубой, пурпурный, жёлтый и чёрный), LAB («светлота», красно-зелёный и сине- жёлтый) и Grayscale (оттенки серого). Все микро-стоки принимают растровую графику в цветовой модели RGB.

Разрешение -- это количество пикселей на дюйм (ppi -- pixel per inch) для описания отображения на экране или количество точек на дюйм (dpi -- dot per inch) для печати изображений. Существует несколько устоявшихся правил: для публикации изображения в сети Интернет используют разрешение 72ppi, а для печати -- 300dpi(ppi). Требования микро-стоков к изображениям -- 300dpi, так как многие работы покупаются именно для печати.

Растровую графику редактируют с помощью растровых графических редакторов. Создаётся растровая графика фотоаппаратами, сканерами, непосредственно в растровом редакторе, а также путём экспорта из векторного редактора или в виде снимков экрана.

2. Растровая графика и пиксел

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. 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. В цифровом мире компьютерных изображений термином пиксел обозначают несколько разных понятий. Это может быть отдельная точка экрана компьютера, отдельная точка, напечатанная на лазерном принтере или отдельный элемент растрового изображения. Эти понятия не одно и тоже, поэтому чтобы избежать путаницы следует называть их следующим образом: видео пиксел при ссылке на изображение экрана компьютера; точка при ссылке на отдельную точку, создаваемую лазерным принтером. Существует коэффициент прямоугольности изображения, который введен специально для изображения количества пикселов матрицы рисунка по горизонтали и по вертикали.

Возвращаясь к аналогии с листом бумаги можно заметить, что любой растровый рисунок имеет определенное количество пикселов в горизонтальных и вертикальных рядах. Существуют следующие коэффициенты прямоугольности для экранов: 320х200, 320х240, 600х400, 640х480, 800х600 и др. Этот коэффициент часто называют размером изображения. Произведение этих двух чисел дает общее количество пикселов изображения. Существует также такое понятие как коэффициент прямоугольности пикселов. В отличие от коэффициента прямоугольности изображения он относится к реальным размерам видео пиксела и является отношением реальной ширины к реальной высоте. Данный коэффициент зависит от размера дисплея и текущего разрешения, и поэтому на разных компьютерных системах принимает различные значения. 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. 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. Пиксел сам по себе не обладает никаким размером, он всего лишь область памяти компьютера, хранящая информацию о цвете, поэтому коэффициент прямоугольности изображения не соответствует никакой реальной размерности. Зная только коэффициент прямоугольности изображения с некоторой разрешающей способностью можно определить настоящие размеры рисунка. Поскольку размеры изображения хранятся отдельно, пикселы запоминаются один за другим, как обычный блок данных. Компьютеру не приходится сохранять отдельные позиции, он всего лишь создает сетку по размерам заданным коэффициентом прямоугольности изображения, а затем заполняет ее пиксел за пикселом. Это самый простой способ хранения данного растрового изображения, но не самый эффективный с точки зрения использования компьютерного времени и памяти. Более эффективный способ состоит в том, чтобы сохранить только количество черных и белых пикселов в любой строке. Этот метод сжимает данные, которые используют растровые изображения. В этом случае они занимают меньше памяти компьютера.

3. Форматы файлов для хранения растровых графических изображений

Как правило, файлы для хранения растровых графических изображений логически состоят из двух частей: заголовка и области данных. В заголовке указаны данные о формате файла, изображения по горизонтали, по вертикали: количество цветов, палитра и т.д. В области данных закладываются цвета пикселов.

В настоящее время наиболее распространённые следующие форматы файлов.

bmp (bit map) -- битовая карта. Формат распространён в Windows (Paint). В этом формате файл состоит из двух частей.

1- заголовок, в котором указывается разрешение изображения и количество бит, которыми кодируется цвет пикселя.

2- область данных (битовая карта) в которой хранятся в виде последовательности бит цвета пикселов изображений.

pcx. Формат pcx использует простейший способ сжатия изображений, позволяющий выполнять быструю перезапись изображения из файла в видеопамять и обратно. Данный формат использует в своей работе многие графические редакторы, в частности Paint. Вместе с форматом tif формат pcx является одним из наиболее распространённых форматов, которые используют сканеры.

В заголовке файлов этого формата указывается информация о версии формата pcx, информация о том -- используется сжатие информации или нет, информация о цветах изображения, размерах изображения, разрешения сканера, разрешение дисплея.

Для сжатия в файле изображения формата Pcx используется метод группового кодирования, в котором группа повторяющихся байт заменяется двумя байтовыми: байтом повторителем и повторяющимся байтом.

Байт повторитель имеет уникальный код и содержит в себе число повторяющихся байт.

Формат GIF, при достаточно простой структуре файла и наличии наибольшего числа атрибутов изображения используют более эффективный, чем в pcx алгоритм сжатия. Этот формат в настоящее время используется при размещении графической информации в гипертекстовых документах Internet.

TIF (Tiff - Tag Image File Format). Основной областью применения данного формата является настольная издательская деятельность и связанные с ней приложения. Этот формат имеет множество атрибутов, позволяющих точно описать сложение изображения. Часто этот формат используется, для хранения отсканированных изображений.

Форматы GIF и TIF в основном используют lzw сжатие. Название этого алгоритма произошло от фамилии его разработчиков Lampel, Ziv и Welch.

Jpg - формат, который использует специальный алгоритм сжатия изображения, позволяющее сжать изображение до требуемого размера и качества. При этом качество изображения теряется. Формат распространён для размещения графической информации в гипертекстовых документах Internet.

Для хранения векторных изображений в графических редакторах используются свои форматы.

4. Разрешение печатного изображения и понятие линиатуры

Размер точки растрового изображения как на твёрдой копии (бумага, плёнка и т. д.), так и на экране зависит от применённого 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 чёрный цвет, размер точки растра совпадёт 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 чёному цвету. Иллюзия более тёмного тона создаётся за счёт 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).

Интенсивность тона (так называемую светлоту) принято подразделять на 256 уровней. Большее число градаций не воспринимается зрением человека и является избыточным. Меньшее число ухудшает восприятие изображения (минимально допустимым для качественной полутоновой иллюстрации принято значение 150 уровней). Нетрудно подсчитать, что для воспроизведения 256 уровней тона достаточно иметь размер ячейки растра 256 = 16 х 16 точек.

При выводе копии изображения на принтере или полиграфическом оборудовании линиатуру растра выбирают, исходя из компромисса между требуемым качеством, возможностями аппаратуры и параметрами печатных материалов. Для лазерных принтеров рекомендуемая линиатура составляет 65-100 Ipi, для газетного производства - 65-85 lpi, для книжно -журнального - 85-133 lpi, для художественных и рекламных работ - 133-300 lpi.

При печати изображений с наложением растров друг на друга, например многоцветных, каждый последующий растр поворачивается на определённый угол. Традиционными для цветной печати считаются углы поворота: 105 градусов для голубой печатной формы, 75 градусов для пурпурной, 90 градусов для жёлтой и 45 градусов для чёрной. При этом ячейка растра становится косоугольной, и для воспроизведения 256 градаций тона с линиатурой 150 lpi уже недостаточно разрешения 16х150=2400 dpi. Поэтому для фото-экспонирующих устройств профессионального класса принято минимальное стандартное разрешение 2540 dpi, обеспечивающее качественное растрирование при разных углах поворота растра. Таким образом, коэффициент, учитывающий поправку на угол поворота растра, для цветных изображений составляет 1,06.