камальдинова. Мультимедиа технологии
 Скачать 6.03 Mb.
|
|
4.2 Растровое представление графической информации При помощи увеличительного стекла можно увидеть, что черно-белое графическое изображение, например, из газеты, состоит из мельчайших точек, составляющих определенный узор - растр. Минимальная единица изображения: пиксель и растр. Точность передачи рисунка зависит от количества точек и их размера. После разбиения рисунка на точки, начиная с левого угла, двигаясь по строкам слева направо, можно кодировать цвет каждой точки. Далее одну такую точку будем называть пикселем (происхождение этого слова связано с английской аббревиатурой «picture element» – элемент рисунка). Объем 56 растрового изображения определяется умножением количества пикселей на информационный объем одной точки, который зависит от количества возможных цветов. Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора. Чем она выше, то есть больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображения. Рис 4.2 Результат увеличения растрового изображения Если пиксель изображения может быть раскрашен только в один из 2х цветов, допустим, либо в черный (0), либо в белый (1), то для хранения информации о цвете пикселя достаточно 1 бита памяти (log 2 (2)=1 бит). Соответственно, объем, занимаемый в памяти компьютера всем изображением, будет равен числу пикселей в этом изображении. Кодирование рисунка растровой графики напоминает мозаику из квадратов, имеющих определенный цвет. 1 пиксель черно-белого изображения кодируется 1 битом информации (черная точка – 1, белая – 0). Рис 4.3 Кодирование черно-белого изображения 57 Если под хранение информации о цвете пикселя выделить 2 бита, то число цветов, допустимых для раскраски каждого пикселя, увеличится до 4 бит (N=2 2 =4). Для кодирования 4-цветного изображения необходимо 2 бита на пиксель (4 различных состояния: 00 – белый, 11 – черный, 01 – красный, 10 – синий). Объем файла изображения в битах будет вдвое больше, чем количество составляющих его пикселей. Рис. 4.4 Кодирование цветного изображения При печати на не цветном принтере обычно допускает 256 градаций серого цвета (от черного (0) до белого (255)) для раскраски каждой точки изображения. Под хранение информации о цвете точки в этом случае отводится 1 байт, т.е. 8 бит (log 2 (256)=8 бит). В компьютерной графике чрезвычайно важен цвет. Он выступает как средство усиления зрительного впечатления и повышения информационной насыщенности изображения. Как формируется ощущение цвета человеческим мозгом? Это происходит в результате анализа светового потока, попадающего на сетчатку глаза от отражающих или излучающих объектов. Принято считать, что цветовые рецепторы человека, которые еще называют колбочками, подразделяются на три группы, причем каждая может воспринимать всего один цвет - красный, или зеленый, или синий. 58 Рис.4.5 Кодирование растровой графической информации в десятичной системе счисления (цвет каждого пикселя кодируется двоичным числом) Рис. 4.6 Кодирование растровой графической информации в двоичной и десятичной системе счисления Растровые изображения создаются с помощью специальных растровых графических редакторов. В Windows – это программа графического редактора Paint, где с помощью «инструментов», как и в ручной живописи «кисти», «карандаша», «распылителя», создаются растровые изображения. В профессиональной графике используются мощные приложения, например, CorelPhoto, Adobe Photoshop. С помощью этих приложений можно восстанавливать старые фотографии (и проводить другие реставрационные работы), ретушировать фотоснимки, устранять дефекты изображения, 59 создавать множество эффектов, корректирующих и дополняющих изображение (тени, наплывы, прозрачный фон и т. д.). Кроме того, растровые изображения, созданные в различных программах, распространяются с помощью компакт-дисков. Диски растровых изображений обычно содержат наборы различных изображений, которые полезны при оформлении документов, например, карикатуры, изображения животных, пейзажи или иллюстрации спортивных событий. Фотографии тоже хранятся как растровые изображения. Если к машине подсоединен сканер, можно легко сканировать любые фотографии и хранить их на диске в виде растровых изображений. Сканер «фотографирует» картинку и представляет ее в виде набора «оцифрованных» точек. После этого фотографию, преобразованную в растровое изображение, можно вставить в документ. Черно-белые фотографии обычно сканируются с более высоким разрешением, чем цветные. Растровые изображения имеют преимущества и недостатки. Достоинства растровой графики: возможность воспроизведения изображений любого уровня сложности. Количество деталей, воспроизводимых на изображении, во многом зависит от количества пикселов; точная передача цветовых переходов; наличие множества программ для отображения и редактирования растровой графики. Абсолютное большинство программ поддерживают одинаковые форматы файлов растровой графики. Растровое представление, пожалуй, самый «старый» способ хранения цифровых изображений. Недостатки растровой графики: большой размер файла. Фактически для каждого пиксела приходится хранить информацию о его координатах и цвете; невозможность масштабирования (в частности, увеличения) изображения без потери качества. 60 Растровые форматы По сравнению с векторным растровый файл устроен проще. Он представляет собой прямоугольную таблицу или матрицу (bitmap), в каждой ячейке которой находится пиксель. Считывание информации из файла растрового изображения осуществляется следующим образом: определяется размер изображения (произведение количества пикселей по горизонтали на количество пикселей по вертикали); размер пикселя (пространственная разрешающая способность); битовая глубина (цветовая разрешающая способность). Растровые форматы могут отличаться друг от друга по следующему ряду свойств: разрешение файлов некоторых растровых форматов (GIF, JPEG, BMP) зависит от видеосистемы компьютера. В старых Macintosh на квадратный дюйм экрана приходилось 72 пикселя, в Windows единого стандарта не сложилось, но чаще употребляется разрешение 96 ppi. Теперь эти параметры довольно условны, так как почти все видеосистемы современных компьютеров позволяют изменять количество отображаемых на экране пикселей; растровые форматы, предназначенные для вывода на экран, имеют только экранное разрешение, т.е. один пиксель в файле соответствует одному экранному пикселю. На печать они выводятся также с экранным разрешением; растровые файлы, предназначенные для допечатной подготовки изданий, имеют, подобно большинству некоторых векторных форматов, параметр Print Size – печатный размер, с которым связано понятие печатного разрешения; растровые форматы отличаются друг от друга способностью нести дополнительную информацию: различные цветовые модели, обтравочные контуры, альфа-каналы и каналы плашечных цветов, слои различных типов, интерлиньяж (чересстрочная загрузка), анимация, возможности сжатия и т. д. 61 PCX – формат, разработанный фирмой Z-Soft для программы PC Paint Brush. Один из первых растровых форматов самый известный; любое приложение, работающее с графикой, импортирует его, в том числе и программы, работающие под DOS (Norton Commander). Формат неплох для штриховых изображений и изображений с индексированными цветами. В дальнейшем пользователи предпочли TIFF, так как самые первые версии PCX не поддерживали 16-битных или 24-битных цветов. С пятой версии он поддерживает возможность работы с полноцветным (24-битовым) изображением. Недостатком является наличие многочисленных версий, так как этот стандарт открытый, используется многими независимыми разработчиками ПО. В настоящее время формат устарел и поддерживается в основном для совместимости со старым ПО. BMP – широко используемый файловый формат для DOS и Windows. Используется в Paint Brush и поддерживается всеми приложениями, работающими в среде Windows. Он использует только индексированные цвета, не поддерживает каналы. Применяется в основном для хранения значков, пиктограмм, экранных заставок. Для профессиональной работы с цветом мало пригоден. Преимущества – очень быстрый вывод изображений, основной недостаток – большие размеры файлов. PICT – файловый формат Macintosh. Широко доступен для большинства программ рисования и обработки под Macintosh, а также для Corel DRAW. В этом формате размер файла зачастую меньше, чем в других программах. TIFF – был создан в качестве универсального формата для изображений с цветовыми каналами. Важное достоинство – его переносимость на разные платформы (IBM PC и Macintosh). Он импортируется во все программы настольных издательских систем, с ним можно работать практически в любой программе точечной и векторной графики. Чертежные программы с TIFF не работают. Этот формат имеет самый широкий диапазон передачи цветов: от монохромного до 24-битовой модели RGB и 32-битовой модели CMYK. 62 Дополнительные функции: сохраняет дополнительные каналы (альфа-каналы, каналы-маски); формат может включать схемы сжатия для уменьшения размера файла (LZW-сжатие – безубыточная схема, т.е. данные не уничтожаются и качество не ухудшается); поддерживает возможность цветоделения. Photo CD (PCD) – фирма Kodak разработала этот формат для хранения 35-мм. слайдов на компакт-дисках, которые можно просматривать на экране обычного телевизора. Потребительский рынок так и не заинтересовался компакт-дисками Photo CD, но зато на рынке компьютерной графики вскоре обнаружилось, что этот формат отлично подходит для хранения сканированных цифровых фотографий. Сканирование выполняется на специальной аппаратуре (рабочих станциях Kodak, PIW), результат записывается на компакт-диск особого формата, Kodak Photo CD, который можно просматривать на экране обычного телевизора с помощью видеоплееров и игровых приставок. На практике Photo CD чаще применяют в издательских технологиях как источник изображений, так как формат имеет ряд полезных особенностей, например, содержит изображение сразу в нескольких фиксированных разрешениях (6 вариантов), которые можно выбирать сразу при загрузке. Причем размер файла при этом не увеличивается. PSD – внутренний формат для программы Photoshop. Поддерживает все типы изображений – от черно-белых штриховых до полноцветных CMYK. Позволяет сохранять изображение с дополнительными атрибутами, включая слои, маски, дополнительные альфа-каналы, контуры и т. д. Теоретически формат может содержать неограниченное количество пользовательских слоев, а каждый слой – до 24 каналов. Если в работе используются слои, для их сохранения стандартных форматов пока не существует. При сохранении файла в другом формате слои должны быть сведены. 63 Для конечного результата это нормально, а для промежуточного слои придется оформлять в отдельные файлы. В последнее время формат получает поддержку все большего числа программ (InDesign, Illustrator, Fractal Design Painter, Corel PHOTO-PAINT). JPEG – предназначен для сохранения точечных изображений со сжатием. Теоретически сжатие позволяет уменьшить размер файла в 100 раз (практически в 5–15 раз), но оно происходит с потерями (убыточная схема). При сохранении можно регулировать соотношение уровней качества изображения и сжатия. Чем выше уровень сжатия, тем хуже качество, тем с большими потерями распаковывается изображение, и наоборот. Распаковка JPG-файла происходит автоматически во время его открытия. Лучше всего этот формат подходит для фотографий или графики со сложными тенями. Также он используется в документах HTML для передачи по сети WWW. Предоставляется возможность выбора разновидности формата, оптимизации цветовых параметров, создания чересстрочного изображения – изображения, которое создается в несколько проходов (чередование строк). JPEG 2000 – усовершенствованный JPEG (принимали участие фирмы Agfa, Canon, Fujifilm, Hewlett-Packard, Kodak, Motorola, Sony и т. д.). Набор основных функций: достижение повышенной по сравнению с JPEG степени компрессии; поддержка монохромных изображений (компрессия изображений с текстом); возможность сжатия без потерь; использование в изображении приоритетных областей, качество которых может быть выше, чем остальной части изображения; декодирование в реальном времени. GIF – формат, разработанный для использования в CompuServe, одной из первых коммерческих интерактивных сетей (ныне подразделение AOL, American Online). Так как он создавался для использования в компьютерной сети с низкими скоростями передачи данных (для обеспечения средств 64 сжатия растровых файлов, загружаемых по телефонной линии), то оказался идеальным форматом для применения в Веб и стал первым графическим форматом, поддерживаемым в нем. GIF использует алгоритм сжатия Лемпела-Зива и Уэлча (Lempel-Ziv-and-Welch) – LZW-сжатие без потерь ряда одинаковых символов в один, умноженный на количество повторений. Этот формат обычно используется для хранения графических файлов перед выгрузкой их в интернет. GIF-файлы могут быть импортированы во многие графические программы и программы верстки, в том числе и для Macintosh. Данный формат не поддерживает больше 256 цветов (8-битный индексированный цвет). В настоящее время существует несколько технологий создания анимации для WWW: анимационный (animated) GIF, Flash, Java и JavaScript. Из этих технологий анимационный GIF является, пожалуй, самым простым в создании, и практически любой современный браузер может его показать. Формат GIF позволяет размещать в одном файле несколько кадров или фреймов (frames) с изображениями для их последовательного вывода на экран. В отличие от обычного фильма, где длительность анимации определяется скоростью воспроизведения, для каждого кадра GIF-анимации может быть задана длительность его показа на экране, а для всей анимации может быть указано количество повторений. Кроме того, в отличие от обычного фильма, изображения, содержащиеся в кадрах GIF-анимации, не обязательно должны быть одного размера. Для изображения каждого кадра или слоя анимации можно установить индивидуальный размер и расположить его по своему усмотрению, независимо от других слоев. Анимационные GIF-файлы могут быть легко подготовлены в программах Adobe Image Ready или Ulead GIF Animator. PNG – переносимая сетевая графика. В 1994 г. фирма Unisys, изобретатель метода сжатия GIF, объявила, что будет требовать плату со всех разработчиков ПО, которое поддерживает формат GIF. Понадобился новый графический формат, который должен был быть бесплатным и лучше форматов JPEG и GIF. В результате появился формат «переносимая сетевая 65 графика» (PNG – Portable Network Graphics). Считается, что PNG обеспечивает лучшее сжатие, чем GIF (10–30 %), но размер файлов больше, чем у JPEG. Как и GIF, это формат без потерь, PNG-файлы не ограничены 256 цветами. Большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько не столько на создание изображений, сколько на их обработку. Наиболее часто используемые графические редакторы, в которых используется растровая графика: Paint, PhotoShop. 4.3 Векторное представление графической информации Векторная графика. Представляет изображение как набор примитивов, в качестве которых обычно выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также сплайны некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты (толщина линий, цвет заполнения и т.д.). Рисунок хранится как набор координат, векторов и других численных значений, характеризующих набор примитивов. Изображение в векторном формате дает простор для редактирования, поскольку может без потерь (в отличие от растрового изображения) масштабироваться, поворачиваться, деформироваться. Вместе с тем, не всякое изображение может быть представлено в виде набора примитивов. Такой способ представления хорошо для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания. Преимущества перед растровой графикой: размер, занимаемый описательной частью, не зависит от реальной величины объекта, что позволяет, используя минимальное количество информации, описать сколько угодно большой объект файлом минимального размера; в связи с тем, что информация об объекте хранится в описательной форме, можно бесконечно увеличить графический примитив, например, дугу 66 окружности, и она останется гладкой. С другой стороны, если кривая представлена в виде ломаной линии, увеличение покажет, что она на самом деле не кривая; параметры объектов хранятся и могут быть легко изменены. Также это означает что перемещение, масштабирование, вращение, заполнение и т.д. не ухудшает качества рисунка. Недостатки векторной графики: Не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде – для подобного оригинальному изображению может потребоваться очень большое количество объектов и их сложности, что негативно влияет на количество памяти, занимаемой изображением, и на время для его отображения (отрисовки); перевод векторной графики в растр достаточно прост. Но обратного пути, как правило, нет – трассировка растра, при том, что требует значительных вычислительных мощностей и времени, не всегда обеспечивает высокое качество векторного рисунка; преимущество векторной картинки – масштабируемость – пропадает, когда начинаем иметь дело с особо малыми разрешениями графики (например, иконки 32×32 или 16×16). Векторные форматы I (Adobe Illustrator) поддерживают практически все программы, так или иначе связанные с векторной графикой. Данный формат идеально подходит для переноса векторных изображений в другие программы на разные платформы. Но, как и у любого векторного формата могут возникнуть проблемы с переносом градиентов. Так же, несмотря на заявления производителей, данный формат не поддерживает внедрения шрифтов. |