Сергей Сергеевич Лебедев
Меню сайта
Категории каталога
Мои статьи [21]
В разработке [1]
Наш опрос
Какими операционными системами Вы пользуетесь
Всего ответов: 100
Главная » Статьи » Мои статьи

Растровая компьютерная графика

С.С. Лебедев
ст. преподаватель кафедры ЕНТД КФ АГТУ
В.В. Вахрушева
студентка химико-технологического факультета

Компьютер может обрабатывать только числа, поэтому рисунки должны быть представлены в цифровом виде, или, как принято говорить, закодированы.
 
Растровая компьютерная графика
    Растровое изображение представляет собой набор точек разных цветов. Для кодирования рисунок разбивают на небольшие одноцветные части. Все цвета, использованные в изображении, нумеруют, и для каждой части записывают номер её цвета. Запомнив последовательность расположения частей и номер цвета для каждой части, можно однозначно описать любой рисунок. Однако количество цветов*; в природе бесконечно, и приходится похожие цвета нумеровать одинаковыми числами. В зависимости от количества используемых цветов, можно закодировать более или менее реалистическое изображение.
    Рисунки, закодированные описанным способом, называются растрами или битмапами. Части, на которые разбиваются изображения, называют пикселями (Picture Element – элемент рисунка). Пиксели часто называют точками. Рисунок из множества пикселей можно сравнить с мозаикой. Из большого количества разноцветных камешков собирается произвольная картина.
   Модели представления цвета
    Если для представления каждого пикселя в чёрно-белом рисунке достаточно двух цифр (бит), то для работы с цветом этого явно недостаточно. Однако подход при кодировании цветных изображений остается неизменным. Любой рисунок разбивается на пиксели, т.е. небольшие части, каждая из которых имеет свой цвет. Так как в рисунке присутствует больше двух цветов, каждая часть изображения будет представлена в памяти компьютера не одним, а несколькими битами. В зависимости от количества бит, отведенных для кодирования каждого пикселя, в изображении может присутствовать от двух до десятков миллионов цветов.
    Таким образом, каждый пиксель растрового изображения содержит информацию о цвете. Информация может занимать от одного до тридцати двух битов, в зависимости от глубины цвета. Если вы работаете с черно-белыми изображениями, то, как уже отмечалось, цвет кодируется нулем или единицей. Никаких проблем в этом случае не возникает. Для несложных рисунков, содержащих 256 цветов или столько же градаций серого цвета, нетрудно пронумеровать все используемые цвета. Но для изображений в истинном цвете, содержащих миллионы разных оттенков, простая нумерация не подходит. Для них разработано несколько моделей представления цвета, помогающих однозначно определить любой оттенок. Цветовая модель определяет способ создания цветов, используемых в изображении. Всего разработано три основных цветовых модели и множество их модификаций. Коротко рассмотрим основные модели представления цвета.
    1. Модель представления цвета RGB, названная так по начальным буквам входящих в неё цветов: Red – красный, Green – зеленый, Blue – синий. Смешивая эти три цвета, можно получить разнообразные цвета и их оттенки. Любой цвет в этой модели представляется тремя числами, описывающими величину каждой составляющей. Эта модель очень проста. Однако в ней теоретически невозможно получить некоторые цвета, например, насыщенный сине-зелёный. Поэтому в компьютерной графике используются и другие модели.
    2. На эффекте вычитания цветов построена другая модель представления цвета, называемая CMYK. Эти буквы также взяты из названий используемых цветов: Cyan – голубой, Magenta – пурпурный, Yellow – жёлтый, BlacK – чёрный. В разновидности этой модели, называемой CMY, отсутствует чёрный цвет, но она применяется значительно реже.
Принцип действия данной модели основан на том, что большинство цветов, которые мы видим в окружающем нас мире, являются следствием отражения и поглощения света. Например, солнечный свет, падая на зелёную траву, частично поглощается, и отражается только его зелёная составляющая. При печати на принтере на бумагу наносится цветная краска, которая отражает только свет определенного цвета. Все остальные цвета поглощаются или вычитаются из солнечного света.
    Выбор цветов для модели неслучаен, они тесно связаны с цветами модели RGB. Голубой цвет образуется при поглощении красного, пурпурный при поглощении зелёного, а жёлтый отраженный цвет получается в результате поглощения синего. При нанесении большего количества красок разных цветов поглощается больше цвета и меньше отражается. Таким образом, при смешении максимальных значений этих трёх цветов мы должны получить чёрный цвет, а при полном отсутствии краски должен получиться белый цвет. Однако в действительности при смешении трёх красок получается грязно-бурый цвет, так как используемые реальные красители отражают и поглощают цвет не так, как описано в теории. Чёрный цвет получается при добавлении чёрной краски, поэтому в модель CMYK и добавлена чёрная составляющая.
    Система CMYK широко применяется в полиграфии. Типографское оборудование работает исключительно с этой моделью, да и современные принтеры тоже используют красители четырех цветов. При печати на бумагу наносится несколько слоев прозрачной краски, и в результате получается цветное изображение, содержащее миллионы различных оттенков.
    3. Модель HSV (Hue – цветовой тон, Saturation – насыщенность, Value – яркость) основана на восприятии цвета человеком. Все цвета в ней описываются тремя числами. Одно задает собственно цвет, другое – насыщенность цвета, третье – яркость.
    В модели HSV цветовой тон часто указывается как точка в цветовом колесе, то есть в круге, в котором есть все цвета видимого спектра. Насыщенность – это параметр цвета, определяющий тусклость цвета. По краю цветового круга располагаются максимально насыщенные цвета, а в центре – минимально насыщенные. Цвет с уменьшением насыщенности осветляется, и при нулевой насыщенности любой цвет становится белым. Соответственно, при нулевой яркости все цвета становятся чёрными. Иногда вместо круга рисуют квадрат.
    Модель HSV не зависит от оборудования и удобна для восприятия человеком. Именно поэтому с ней часто работают различные программы, в дальнейшем преобразуя цвета в модель RGB для показа на экране монитора или в модель CMYK – для печати на принтере. Кроме того, модель HSV удобно использовать при редактировании рисунков. Например, если вы хотите в редактируемой фотографии заменить зелёный цвет на жёлтый, то вам достаточно поменять только цветовую составляющую используемых цветов, не меняя яркость и насыщенность. Рисунок при этом не изменится, но примет иной оттенок.
     Есть и иные модели представления цвета, но в подавляющем большинстве случаев используются перечисленные выше.
    Объем информации, описывающий цвет пикселя, определяет глубину цвета. Чем больше информации определяет цвет каждой точки в рисунке, тем больше вариантов цвета существует. Понятно, что для рисунков в естественном цвете требуется больший объем памяти. Чтобы представить более шестнадцати миллионов цветов, информация о каждой точке рисунка должна занимать четыре байта, что в тридцать два раза больше монохромного рисунка.
    На практике для характеристики рисунка используют такую величину, как разрешение. Разрешение – это плотность размещения пикселей, формирующих изображение, т.е. количество пикселей на заданном отрезке. Чаще всего разрешение измеряется в количестве точек на дюйм – dpi (Dot Per Inch). Например, если мы укажем, что рисунок имеет разрешение 72 dpi, это означает, что на каждом дюйме может разместиться семьдесят два пикселя. Таким образом, ширина и высота рисунка будут равны немногим больше половины дюйма, или около четырнадцати миллиметров. При отображении рисунков на мониторе, используют разрешение от 72 dpi до 120 dpi. При печати самым распространенным разрешением является 300 dpi, но для получения высококачественных отпечатков на современных цветных принтерах можно использовать и большее разрешение.
    Растровые графические форматы
    Растровые изображения достаточно широко используются в вычислительной технике. Фотографии и рисунки, введённые в компьютер, хранятся именно в виде растровых изображений. Растровыми является подавляющее большинство графических форматов, в частности, распространенные в Интернете GIF (Graphic Interchange Format – формат обмена графикой) и JPEG (Joint Picture Encoding Group – группа кодировки неподвижных изображений). Растровыми также являются форматы BMP (BitMaP – битовая матрица), TIFF (Tag Image File Format – теговый файловый формат изображений) и PSD («родной» формат Photoshop).
    Главным достоинством формата BMP является его простота и, как следствие, поддержка всеми без исключения программами, работающими с графикой в операционной системе Windows. Основным недостатком формата является слишком большой размер файлов, особенно при использовании глубины цвета в 24 бит. Кроме того, в этом формате недоступны некоторые дополнительные возможности, предоставляемые другими форматами.
    Формат TIFF позволяет сохранять изображения любой глубины цвета с использованием как модели RGB, так и CMYK. Допускается применение сжатия, которое существенно уменьшает размеры файла без потери качества. Кроме того, в файлах данного формата допускается сохранение дополнительной информации, которую графические редакторы могут интерпретировать по-своему. Это преимущество формата является и его главным недостатком. Каждая программа может записать в файл служебную информацию, понятную только этой программе. При попытке открытия такого файла другая программа выдаст сообщения об ошибке и откажется работать с изображением. Помимо этого, не все программы правильно работают с файлами, в которых использовалась цветовая модель CMYK.
    К достоинствам формата GIF можно отнести возможность создания рисунков с прозрачным фоном. В файлах этого формата хранится несколько рисунков, которые, последовательно меняя друг друга при просмотре, создают эффект анимации. Основным недостатком этого формата является слишком малая глубина цвета. Допускается использование не более 256 цветов. Фотографии в этом формате сохранять не рекомендуется, но для простых рисунков, в которых не слишком много цветов, этот формат достаточно удобен.
    Если надо значительно уменьшить размер рисунка, в котором имеется множество цветов, то сжатием без потерь обойтись не удастся. В этом случае вам следует воспользоваться сжатием с потерей качества. Самым распространенным форматом для работы с такими изображениями является JPEG. При сжатии с потерями можно указать, какова будет степень таких потерь. Можно минимизировать потери, но при этом размер файла получится достаточно большим, хотя и меньшим, чем был до сжатия. При сильном сжатии в рисунке появляются характерные ступеньки, и некоторые тона пропадают из изображения, хотя общие очертания не изменяются, и рисунок не слишком сильно отличается от оригинала.
    Современный формат PNG позволяет сильно сжимать полноцветные рисунки без потери качества, однако часто файлы в этом формате получаются больше, чем аналогичные файлы в форматах GIF и JPEG.
    Каждый из описанных форматов имеет свои достоинства и недостатки, поэтому выбор формата, с которым вы собираетесь работать, зависит от стоящих перед вами задач. При размещении рисунков в Интернете следует использовать формат GIF, если в рисунке мало цветов и имеются четкие границы между цветами. Кроме того, этот формат незаменим при необходимости создания прозрачного фона или анимации рисунков. Формат JPEG используется для размещения в Интернете фотографий и других реалистичных изображений, в которых имеется много рисунков и мелких деталей. Кроме того, JPEG со сжатием почти без потери качества используется при передаче рисунков на дискетах и компакт-дисках.
    Для повседневной работы лучше использовать формат TIFF. Если вы хотите получить максимальную совместимость, то лучше использовать формат BMP, но при этом надо быть готовым к быстрому заполнению вашего жесткого диска рисунками. Для экспорта изображений в другие программы и передачи их другим людям используйте TIFF, предварительно убедившись в совместимости используемых программ. Наиболее современный и прогрессивный формат PNG можно использовать при решении любых задач.
-----
 * Основных цветов в природе всего семь (красный, оранжевый, жёлтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый). Здесь и далее необходимо понимать, что речь идет об оттенках.
Категория: Мои статьи | Добавил: Сергей_Лебедев (10.01.2009)
Просмотров: 1972 | Рейтинг: 5.0/1 |
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Форма входа

Поиск
Друзья сайта
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Copyright С.С. Лебедев © 2020Конструктор сайтов - uCoz