|
|
Основные понятия компьютерной графики
Виды компьютерной графики
Различают всего три вида компьютерной графики: растровая, векторная и фрактальная. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.
Растровая графика
Растровое изображение представляет собой мозаику из очень маленьких элементов – пикселей, которые формируют рисунок. Пиксель – отдельный элемент растрового изображения.
Принцип растровой графики чрезвычайно прост. Он использовался людьми за много веков до появления компьютеров. Во-первых, это мозаика, витражи, вышивка, где изображение строится из отдельных (дискретных) элементов. Во-вторых, это рисование «по клеточкам» - эффективный способ переноса изображения с подготовительного картона на стену, предназначенную для фрески.
Создание изображения в растровом графическом редакторе (Paint, Fractal Design Painter, Corel Photo Paint, Adobe Photoshop) похоже на работу художника, только вместо кисти курсор мышки, а вместо холста монитор.
Растровая графика эффективно представляет изображения фотографического качества.
Недостатки растровой графики:
- большой объём памяти, так как в файле растрового изображения запоминается информация о цвете каждого видеопикселя. Простые растровые картинки занимают несколько десятков или сотен килобайт. А высокореалистичные изображения, полученные с помощью сканеров с высокой разрешающей способностью, могут занимать десятки мегабайт. При этом в файл рисунка «на равных» записывается информация и о «закрашенных» пикселях, и о пикселях фонового цвета, т. е. при одинаковой площади рисунка файлы неупакованного формата ВМР будут иметь один и тот же объём независимо от изображения в них, даже если это изображение занимает незначительную часть поля рисунка.
- искажение изображения при масштабировании или вращении. Границы становятся ступенчатыми, а точки превращаются в прямоугольники (добавление точек). При уменьшении изображения - резко снижается качество деталей (за счет потери точек).
Таким образом, растровые изображения допускают очень ограниченные возможности при масштабировании, вращении и других преобразованиях.
Векторная графика
В векторной графике изображения строятся из простых объектов – прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников, областей однотонного или изменяющегося цвета (заполнителей) и т. п., называемых примитивами. (Рисование с помощью примитивов допускается и в растровых редакторах, но там сразу после выполнения действия вычерченный элемент превращается в набор пикселей и «впечатывается» в единую их «мозаику».)
В трёхмерной же компьютерной графике могут использоваться «пространственные» примитивы – куб, сфера и т. п. Векторные примитивы задаются с помощью команд, каждая из которых определяет некоторую функцию и соответствующие ей параметры. Аналогом векторных команд являются и графические операторы любого языка программирования.
Информация о цвете объекта сохраняется как часть его описания, т. е. в составе векторной команды, в то время как для растровых изображений хранится информация о цвете каждого видеопикселя.
Для получения векторных изображений используются пакеты иллюстративной графики (Adobe Illustrator, Macromedia Freehand, CorelDRAW), которые широко
применяются в области дизайна, технического рисования, а также для оформительских работ.
Векторные изображения занимают относительно небольшой объём памяти – занимают на диске и в оперативной памяти не более нескольких сотен килобайт. Аналогичный же растровый рисунок требует в 10-1000 раз больше места.
Векторные объекты задаются с помощью описаний. Поэтому, чтобы изменить размер векторного рисунка, нужно лишь исправить его описание (изменить координаты используемых примитивов). Чтобы увидеть полученный эффект, достаточно дать программе команду «перерисовать» картинку. Следовательно, векторные изображения можно легко масштабировать без потери качества и редактировать любой их элемент, не затрагивая другие.
Недостатки векторной графики:
- не позволяет получать изображения фотографического качества.
- программная зависимость: каждая программа сохраняет данные в своем собственном формате, поэтому изображение, созданное в одном векторном редакторе, как правило, не конвертируется в формат другой программы без погрешностей.
Фрактальная графика
Слово фрактал образовано от латинского fractus и в переводе означает состоящий из фрагментов. Оно было предложено Бенуа Мадельбротом в 1975 г. для обозначения нерегулярных, но самоподобных структур, которыми он занимался. Фрактальными свойствами обладают многие объекты живой и неживой природы. Обычная снежинка, многократно увеличенная, оказывается фрактальным объектом. Фрактальные алгоритмы лежат в основе роста кристаллов и растений. Например, взглянув на ветку папоротникового растения, вы увидите, что каждая дочерняя ветка во многом повторяет свойства ветки более высокого уровня.
В отдельных ветках деревьев чисто математическими методами можно проследить свойства всего дерева.
Красивое и, что важнее, достоверно имитирующее природный объект изображение может быть задано всего несколькими коэффициентами.
Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчётов. Создание фрактальной художественной композиций состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании.
Разрешение изображения и его размер
Разрешение - это количество пикселей или точек, из которых состоит изображение. Различают три вида разрешения: экрана, печатающего устройства и изображения.
Разрешение экрана - это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и ОС.
Разрешение экрана измеряется в пикселах и определяет размер изображения, которое может поместиться на экране целиком.
Разрешение принтера - свойство принтера, выражает количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины. Измеряется в dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере.
Разрешение изображения - свойство самого изображения, измеряется в ppi(пиксели на дюйм) и задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Значение разрешения изображения неразрывно связано с его физическим размером. Физический размер можно измерять как в пикселях, так и единицах длины (мм,см, дюймах и т. п.).
Цветовые модели
При работе с графическими изображениями могут использоваться разные цветовые модели.
Цветовая модель RGB удобна для светящихся экранов (мониторы, телевизоры). В ее основе лежат три цвета: Red - красный, Green – зеленый и Blue – синий.
Цветовая модель CMYK применяется для подготовки печатных изображений, которые видят не в проходящем свете, а в отраженном (типографические и принтерные краски, пленки). Ее основные цвета: Cyan – голубой, Magenta – пурпурный, Yellow – желтый, Black - черный.
Цветовая модель HSB наиболее удобна для человека, так как она хорошо согласуется со способом восприятия нами цвета. Компоненты модели HSB: Hue - тон, Saturation - насыщенность, Brightness - яркость. Тон - это конкретный оттенок цвета. Насыщенность характеризует его интенсивность. Яркость зависит от применения черной краски, добавленной к цвету.
Цветовая модель LAB - описывает как цвета печати, так и цвета, излучаемые монитором. Компоненты модели LAB: яркость и интенсивность - вместе составляют информацию об освещенности (Luminance) в изображении, содержащуюся в канале L. Канал А хранит информацию о тонах от зеленого до пурпурного, канал В содержит информацию от голубого до желтого.
Цветовые палитры
Таблица данных, в которой хранится информация о кодах цветов, называется цветовой палитрой. Эта таблица создается и хранится вместе с графическим файлом.
При способе кодирования цвета 3 байтами = 24 бита (режим True Color) получаем примерно 16,5 млн. оттенков цветов. В этом случае цветовая палитра не нужна, так как при данном кодировании достаточно информации о цвете каждого пиксела.
Индексная палитра - имеет только 256 цветов, кодируемых одним байтом. Каждый цветовой оттенок представлен одним числом, его номером (индексом). Сам же цвет разыскивается по этому номеру в сопроводительной цветовой палитре, приложенной к файлу. Такие цветовые палитры называются индексными палитрами.
Фиксированная палитра - набор цветов, выбранных так, чтобы в палитре равномерно присутствовали цвета спектра. В фиксированной палитре цвет кодируется 2 байтами = 16 бит (режим High Color), всего 65536 цветов. Эта палитра к файлу не прикладывается, так как при 16-разрядной кодировке цвета, один и тот же код всегда выражает один и тот же цвет.
Безопасная палитра используется для передачи графических файлов по сети и имеет всего лишь 216 цветов, кодируется 8 битами.
Форматы графических файлов
Стандарт GIF(Graphic Interchange Format) - формат обмена графическими данными, позволяет значительно сокращать объем итогового графического файла по сравнению с исходным изображением. Достигается это методом смешения сходных оттенков в один. Если, например, в составе рисунка имеется участок, состоящий из нескольких сходных полутонов, к примеру, голубого, светло-голубого и темно-голубого цвета, они будут кодированы одним оттенком — голубым. Данный формат оперирует фиксированной, так называемой индексированной палитрой, число цветов не превышает 256.
Стандарт GIF используется в документах НТМL только для отображения так называемой бизнес-графики: диаграмм, логотипов, кнопок, разделительных линий, других элементов оформления страницы.
GIF обладает свойством «чересстрочности». Оно позволяет загружать картинку с сервера в клиентский браузер не целиком, а частями: сначала на экране отображаются первая, пятая и десятая строки, составляющие изображение, затем — вторая, шестая и одиннадцатая и т. д. Таким образом, для пользователя картинка как бы медленно «проявляется» на странице.
Стандарт GIF поддерживает прозрачность, что дает возможность видеть фон Web-страницы.
Сжатие файлов в формате GIF является сжатием без потерь. Сжатие оказывается наиболее эффективным в тех случаях, когда изображение имеет большие области однородной окраски с резкими границами, т. е. рисованное изображение.
Стандарт JPEG (Joint Photographic Experts Group) — объединенная группа экспертов по фотографии. В отличие от обычных форматов, сохраняющих изображение поточечно, JPEG сохраняет примерные цвета. Чем выше степень компрессии такого изображения, тем ниже его качество. Именно из-за этого формат называется "форматом с потерями", и именно поэтому не рекомендуется пересжимать JPЕG-изображения, так как они обязательно станут хуже. А если это сделать 10 раз?
JPEG оптимален для передачи фотографических изображений, а также картинок с большим количеством полутонов и цветовых переходов. Максимальное число цветов, которое может содержать изображение в формате JPEG, достигает
16 миллионов.
Web-мастеру, создающему иллюстрации для сайта, необходимо помнить что, при сохранении изображений в формате JPEG рекомендуется избегать использования больших участков, заполненных одним цветом, во избежание появления на изображении постороннего цветового «шума» и «грязи». Формат JPEG нашёл широкое применение при включении графики в состав WWW-страниц в Интернет.
Стандарт PNG (Portable Network Graphics) специально предназначен для передачи графических данных в сети. PNG (произносится "Пинг") - растровый формат, предназначенный для хранения и передачи растровых изображений. Палитра PNG позволяет создавать изображения с глубиной цвета до 48 бит (truecolor). Он использует прогрессивный метод сжатия без потерь, позволяет сохранять в файле палитру, текстовую информацию и обеспечивает прозрачность.
PNG, как и GIF, поддерживает interlacing (чересстрочность), но в отличие от последнего не только по горизонтали, но и по вертикали. PNG также поддерживает разной степени прозрачность, т. е. могут сохраняться полупрозрачные от 1 до 99 % пикселы. Благодаря этому дизайнер получил возможность создавать картинки с переменной прозрачностью, например, логотипы, фон которых плавно сливается с фоновым цветом html-документа, каким бы тот ни был.
|
Интересный факт
Способность фрактальной графики моделировать образы живой природы вычислительным путём часто используют в машинной графике в основном для построения изображений неба, листьев, гор, травы, а также для автоматической генерации необычных иллюстраций, создания узоров в текстильной промышленности и т. д.
|
 |
| |
