Учебник Информатика. Базовый курс. Симонович С.В.. С. В. Симоновичаинформатикабазовый курс2е издание
 Скачать 17.96 Mb.
|
|
TIFF (Tagged Image File Format). Формат предназначен для хранения растровых изображений высокого качества (расширение имени файла .TIF). Относится к числу широко распространенных, отличается переносимостью между платформами и Apple Macintosh), обеспечен поддержкой со стороны большинства графических, верстальных и дизайнерских программ. Предусматривает широкий диапазон цвето- вого охвата — от монохромного черно-белого до 32-разрядной модели цветоделе- ния CMYK. Начиная с версии 6.0 в формате TIFF можно хранить сведения о масках (контурах обтравки) изображений. Для уменьшения размера файла применяется встроенный алгоритм сжатия PSD (PhotoShop Document). Собственный формат программы Adobe Photoshop (расширение имени файла .PSD), один из наиболее мощных по возможностям хране- ния растровой графической информации. Позволяет запоминать параметры слоев, каналов, степени прозрачности, множества масок. Поддерживаются 48-разрядное кодирование цвета, цветоделение и различные цветовые модели. Основной недоста- ток выражен в том, что отсутствие эффективного алгоритма сжатия информации приводит к большому объему файлов. PCX. Формат появился как формат хранения растровых программы PC Paintbrush фирмы и в свое время был одним из наиболее распространен- ных (расширение имени файла Отсутствие возможности хранить цветоде- ленные изображения, недостаточность цветовых моделей и другие ограничения привели к утрате популярности формата. К настоящему времени устарел. PhotoCD. Формат разработан фирмой Kodak для хранения цифровых растровых изображений высокого качества (расширение имени файла .PCD). Сам формат хранения данных в файле называется Image Рас. Файл имеет внутреннюю струк- туру, обеспечивающую хранение изображения с величинами разрешений, и потому размеры любых файлов лишь незначительно отличаются друг от друга и находятся в диапазоне 4-5 Мбайт. Каждому разрешению присвоен собственный уровень, отсчитываемый от так называемого базового (Base), состав- ляющего 512x768 точек. Всего в файле пять уровней — от (128x192 точек) до Basetl6 (2048x3072 точек). При первичном сжатии исходного изображения при- меняется метод субдискретизации, практически без потери качества. Затем вычис- ляются разности Base - и - Итоговый результат записы- Глава Введение в компьютерную графику вается в файл. Чтобы воспроизвести информацию с высоким разрешением, произ- водится обратное преобразование. Для хранения информации о цвете использована цветовая модель YCC. Windows Bitmap. Формат хранения растровых изображений в операционной сис- теме Windows (расширение имени файла Соответственно, поддерживается всеми приложениями, работающими этой среде. JPEG (Joint Photographic Experts Group). Формат предназначен для хранения растровых изображений (расширение имени файла Позволяет регулировать соотношение между степенью сжатия файла и качеством изображения. Применя- емые методы сжатия основаны на удалении «избыточной» информации, поэтому рекомендуют использовать только для электронных публикаций. GIF (Graphics Interchange Format). Стандартизирован в 1987 году как средство хранения сжатых изображений с фиксированным (256) количеством цветов (рас- ширение имени файла Получил популярность в Интернете благодаря высокой степени сжатия. Последняя версия формата GIF89a позволяет выполнять черес- строчную загрузку изображений и создавать рисунки с прозрачным фоном. Ограни- ченные возможности по количеству цветов обусловливают его применение исклю- чительно в электронных публикациях. PNG Graphics). хране- ния изображений, предназначенный для их публикации в Интернете (расширение имени файла .PNG). Создавался как замена для форматов JPEG. Поддержи- ваются три типа изображений — с глубиной 8 или 24 бита и черно-белое с градацией 256 оттенков серого. Сжатие информации происходит практически без потерь, предусмотрены 254 уровня альфа-канала, развертка. Мас- сового распространения так и не получил. (Windows Формат хранения векторных изображений операцион- ной системы Windows (расширение имени файла .WMF). По определению поддер- живается приложениями этой системы. Однако отсутствие средств для работы со стандартизированными цветовыми палитрами, принятыми в полигра- фии, и другие недостатки ограничивают его применение. EPS (Encapsulated PostScript). Формат описания как векторных, так и растровых изображений на языке PostScript фирмы Adobe, фактическом стандарте в области допечатных процессов и полиграфии (расширение имени файла язык PostScript является универсальным, в файле могут одновременно храниться вектор- и растровая графика, шрифты, контуры обтравки (маски), параметры калиб- ровки оборудования, цветовые профили. Для отображения на экране векторного содержимого используется формат WMF, а растрового — TIFF. Но экранная копия лишь в общих чертах отображает реальное изображение, что является существен- ным недостатком EPS. Действительное изображение можно увидеть лишь на выходе выводного устройства, с помощью специальных программ или после преобразования файла в формат PDF в приложениях Acrobat Reader, Acrobat Exchange. данных 4 1 5 PDF (Portable Document Format). Формат описания документов, разработанный фирмой Adobe (расширение имени файла Хотя этот формат в основном пред- назначен для хранения документа целиком, его впечатляющие возможности позво- ляют обеспечить эффективное представление изображений. Формат является аппа- ратно-независимым, поэтому вывод изображений допустим на любых устройствах — от экрана монитора до фотоэкспонирующего устройства. Мощный алгоритм сжатия со средствами управления итоговым разрешением изображения обеспечивает ком- пактность файлов при высоком качестве иллюстраций. Понятие цвета Цвет чрезвычайно важен в компьютерной графике как средство усиления зритель- ного впечатления и повышения информационной насыщенности изображения. Ощущение цвета формируется человеческим мозгом в результате анализа свето- вого потока, попадающего на сетчатку глаза от излучающих или отражающих объек- тов. Считается, что цветовые рецепторы (колбочки) подразделяются на три группы, каждая из которых воспринимает только единственный цвет — красный, зеленый или синий. Нарушения в работе любой из групп приводит к явлению дальтонизма — искаженного восприятия цвета. Световой поток формируется излучениями, представляющими собой комбинацию трех «чистых» спектральных цветов (красный, зеленый, синий — КЗС) и их про- изводных (в англоязычной литературе используют аббревиатуру RGB — Red, Green, Blue). Для излучающих объектов характерно аддитивное цветовоспроизведение (световые излучения суммируются), для отражающих объектов — цветовоспроизведение (световые излучения вычитаются). Примером объекта пер- вого является электронно-лучевая трубка монитора, второго типа полигра- фический отпечаток. Физические характеристики светового потока определяются параметрами мощ- ности, яркости и освещенности. Визуальные параметры ощущения ризуются светлотой, то есть различимостью участков, сильнее или слабее отража- ющих свет. Минимальную разницу между яркостью различимых по светлоте объектов называют порогом. Величина порога пропорциональна логарифму отно- шения яркостей. Последовательность оптических характеристик объекта (распо- ложенная по возрастанию или убыванию), выраженная в оптических плотностях или логарифмах яркостей, составляет градацию и является важнейшим инстру- ментом для анализа и обработки изображения. Для точного цветовоспроизведения изображения на экране монитора важным явля- ется понятие цветовой температуры. В классической физике считается, что любое тело с температурой, отличной от 0 градусов по шкале Кельвина, испускает излуче- ние. С повышением температуры спектр излучения смещается от инфракрасного до ультрафиолетового диапазона, проходя через оптический. Для идеального черного тела легко находится зависимость между длиной волны излучения и температурой тела. На основе этого закона, например, была дистан- ционно вычислена температура Солнца — около 6500 К. Для целей правильного цветовоспроизведения характерна обратная задача. То есть монитор с выставлен- Глава Введение в компьютерную графику ной цветовой температурой 6500 К должен максимально точно воспроизвести спектр излучения идеального черного тела, нагретого до такой же степени. Таким образом, стандартные значения цветовых температур используют в качестве все- общего эталона, обеспечивающего одинаковое цветовоспроизведение на разных излучающих устройствах. На практике зрение человека непрерывно подстраивается под спектр, характер- ный для цветовой температуры источника излучения. Например, на улице в яркий солнечный день цветовая температура составляет около 7000 К. Если с улицы зайти в помещение, освещенное только лампами накаливания (цветовая температура около 2800 К), то в первый момент свет ламп покажется желтым, белый лист бумаги тоже приобретет желтый оттенок. Затем происходит адаптация зрения к новому соотношению КЗС, характерному для цветовой температуры К, и свет лампы и лист бумаги начинают восприниматься как белые. Насыщенность цвета показывает, насколько данный цвет отличается от монохрома- тического («чистого») излучения того же цветового тона. В компьютерной графике за единицу принимается насыщенность цветов спектральных излучений. Ахроматические цвета (белый, серый, черный) характеризуется только светлотой. Хроматические цвета имеют параметры насыщенности, светлоты и цветового тона. Способы описания цвета В компьютерной графике применяют понятие цветового разрешения (другое назва- ние — глубина цвета). Оно определяет метод кодирования цветовой информации для ее воспроизведения на экране монитора. Для отображения черно-белого изоб- ражения достаточно двух бит (белый и черный цвета). Восьмиразрядное кодиро- вание позволяет отобразить 256 градаций цветового тона. Два байта (16 бит) опре- деляют 65 536 оттенков (такой режим называют High Color). При 24-разрядном способе кодирования возможно определить более 16,5 миллионов цветов (режим называют True Color). С практической точки зрения цветовому разрешению монитора близко понятие цветового охвата. Под ним подразумевается диапазон цветов, который можно вос- произвести с того или иного устройства вывода (монитор, принтер, печат- ная машина и прочие). В соответствии с принципами формирования изображения аддитивным или суб- трактивным методами разработаны способы разделения цветового оттенка на составляющие компоненты, называемые цветовыми моделями. В компьютерной графике в основном применяют RGB и HSB (для создания и обработки аддитивных изображений) и CMYK (для печати копии изображения на полигра- фическом оборудовании). Цветовые модели расположены в трехмерной системе координат, образующей цве- товое пространство, так как из законов Грассмана следует, что цвет можно выра- зить точкой в трехмерном пространстве. Первый закон Грассмана (закон трехмерности). Любой цвет однозначно выра- жается тремя составляющими, если они линейно независимы. Линейная независи- Представление графических данных мость заключается в невозможности получить любой из этих трех цветов сложе- нием двух остальных. Второй закон Грассмана (закон непрерывности). При непрерывном изменении излучения цвет смеси также меняется непрерывно. Не существует такого цвета, к которому нельзя было бы подобрать бесконечно близкий. Третий закон Грассмана (закон аддитивности). Цвет смеси излучений зависит только от их цвета, но не спектрального состава. То есть цвет смеси выража- ется суммой цветовых уравнений излучений: = + + - + ... + G + ... + В Таким образом, прямоугольная трехмерная координатная система цветового про- странства для аддитивного способа формирования изображения имеет точку начала координат, соответствующую абсолютно черному цвету (цветовое излучение отсут- ствует), и три оси координат, соответствующих основным цветам. Любой цвет (С) может быть выражен в цветовом пространстве вектором, который описывается уравнением: которое практически идентично уравнению свободного вектора в пространстве, рассматриваемому в векторной алгебре. Направление вектора характеризует цвет- ность, а его модуль выражает яркость. Так как величина излучения основных цветов является основой цветовой модели, ее максимальное значение принято считать за единицу, Тогда в трехмерном цвето- вом пространстве можно построить плоскость единичных цветов, образованную треугольником цветности. Каждой точке плоскости единичных цветов соответст- вует след цветового вектора, пронизывающего ее в этой точке (рис. Следова- тельно, цветность любого излучения может быть представлена единственной точкой внутри треугольника цветности, в вершинах которого находятся точки основных цветов. То есть положение точки любого цвета можно задать двумя координатами, а третья легко находится по двум другим. Если на плоскости единичных цветов указать значения координат, соответствую- щих реальным спектральным излучениям оптического диапазона (от 380 до 700 и соединить их кривой, то мы получим линию, являющуюся геометриче- ским местом точек цветности монохроматических излучений, Внутри локуса находятся все реальные цвета (рис. 15.12). Чтобы избежать отрицательных значений координат, была выбрана колориметри- ческая система XYZ, полученная путем пересчета из RGB. В этой системе точке белого соответствуют координаты (0,33; 0,33). Колориметрическая система XYZ является универсальной, в ней можно выразить цветовой охват как аддитивных, так и субтрактивных источников цвета. Для аддитивных источников цветовой охват Глава Введение в компьютерную графику единичных цветов Единичные векторы цветов Ахроматическая ось Треугольник цветности Рис. Плоскость единичных цветов Рис. Цветовой локус выражается треугольником с координатами вер- шин, соответствующими излучению основных цветов G, В. Для субтрактивных источников (полученных в процессе печати красками, чернилами, ми) используется модель CMYK, поэтому цвето- вой охват описывается шестиугольником, когда помимо точек синтеза основной триады (желтая, пурпурная, голубая) добавляются точки попар- ных наложений, соответствующие основным цве- там: желтая + голубая = зеленая, желтая + пур- пурная = красная, голубая + пурпурная = синяя (рис. 15.13). Рис. Колориметрическая система XYZ 5.2. Представление графических данных Цветовая модель Lab В 1920 году была разработана цветовая пространственная модель CIE Lab (Communication Internationale de — международная комиссия освеще- нию; L,a,b — обозначения осей координат в этой системе). Система является аппа- ратно независимой и потому часто применяется для переноса данных между устрой- ствами. В модели любой цвет определяется светлотой (L) и хроматическими компонентами: параметром а, изменяющимся в диапазоне от зеленого до красного, и параметром изменяющимся в диапазоне от синего до желтого. Цветовой охват модели CIE Lab значительно превосходит возможности мониторов и печатных устройств, поэтому перед выводом изображения, представленного в этой модели, его приходится преобразовывать. Данная модель была разработана для согласова- ния цветных фотохимических процессов с полиграфическими. Сегодня она явля- ется принятым по умолчанию для программы Adobe Photoshop. Цветовая модель RGB Цветовая модель RGB является аддитивной, то есть любой цвет представляет собой сочетание в различной пропорции трех основных цветов — красного (Red), зеле- ного (Green), синего (Blue). Она служит основой при создании и обработке компью- терной графики, предназначенной для электронного воспроизведения (на мони- торе, телевизоре). При наложении одного компонента основного цвета на другой яркость суммарного излучения увеличивается. Совмещение трех компонентов одинаковой яркости дает ахроматический серый цвет, который при увеличении яркости приближается к белому цвету. При 256 градационных уровнях тона чер- ному цвету соответствуют нулевые значения RGB, а белому — максимальные, с координатами (255, 255, 255). голубой Рис. 15.14. Аддитивная цветовая модель RGB Цветовая модель HSB Цветовая модель HSB разработана с максимальным учетом особенностей воспри- ятия цвета человеком. Она построена на основе цветового круга Манселла. Цвет описывается тремя компонентами: оттенком (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brightness). Значение цвета выбирается как вектор, исходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки по периметру 420 Глава Введение в компьютерную графику темнее Рис. 15.15. Цветовая модель HSB окружности — чистым спектральным цветам. Направление вектора задает- ся в градусах и определяет цветовой оттенок. Длина вектора определяет на- сыщенность цвета. На отдельной оси, называемой ахроматической, задается яркость, при этом нулевая точка соот- ветствует черному цвету. Цветовой охват модели HSB перекрывает все из- вестные значения реальных цветов. Модель HSB принято использовать при создании изображений на компьютере с имитацией приемов работы и инстру- ментария художников. Существуют специальные программы, имитирующие кис- ти, перья, карандаши. Обеспечивается имитация работы с красками и различными полотнами. После создания изображения его рекомендуется преобразовать в дру- гую цветовую модель, в зависимости от предполагаемого способа публикации. Цветовая модель CMYK, цветоделение Цветовая модель CMYK относится к субтрактивным, и ее используют при подго- товке публикаций к печати. Цветовыми компонентами CMY служат цвета, полу- ченные вычитанием основных из белого: голубой (cyan) = белый - красный = зеленый + синий; пурпурный (magenta) = белый - зеленый = красный + синий; желтый (yellow) = белый - синий = красный + зеленый. Такой метод соответствует физической сущности восприятия отраженных от печат- ных оригиналов лучей. Голубой, пурпурный и желтый цвета называются дополни- тельными, потому что они дополняют основные цвета до белого. Отсюда вытекает и главная проблема цветовой модели CMY— наложение на друга дополнитель- ных цветов на практике не дает чистого черного цвета. Поэтому в цветовую модель был включен компонент чистого черного цвета. Так появилась четвертая буква в аббревиатуре цветовой модели CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, M пурпурный желтый белый Рис. 15.16. Цветовая модель CMYK |