лекции. Лекции по компьютерной графике(ИСиТ-1 курс). Связь традиционной и компьютерной графики, с одной стороны, определяет
 Скачать 0.87 Mb.
|
|
6.3. Цветовая модель HSB Если модель RGB наиболее удобна для компьютера, а модель CMYK – для типографий, то модель HSB наиболее удобна для человека. На цветовом круге (рис. 6.3) основные цвета моделей RGB и CMY находятся в такой зависимости: каждый цвет расположен напротив дополняющего его ( комплементарного) цвета, при этом он находится между цветами, с помощью которых он получен. Например, сложение зеленого и красного цветов дает желтый. Рис. 6.3. Цветовой круг Чтобы усилить какой-либо цвет, нужно ослабить дополняющий его цвет ( расположенный напротив него на цветовом круге). Например, чтобы изменить общее цветовое решение в сторону голубых тонов, следует снизить в нем содержание красного цвета. По краю этого цветового круга располагаются так называемые спектральные цвета или цветовые тона (Hue), которые определяются длиной Красный Голубой Синий Фиолетовый Зеленый Желтый 34 световой волны, отраженной от непрозрачного объекта или прошедшей через прозрачный объект. Цветовой тон характеризуется положением на цветовом круге и определяется величиной угла в диапазоне от 0 до 360 градусов. Эти цвета обладают максимальной насыщенностью, т. е. синий цвет еще синее быть уже не может. Следующим параметром является насыщенность цвета (Saturation) — это параметр цвета, определяющий его чистоту. Уменьшение насыщенности цвета означает его разбеливание. Цвет с уменьшением насыщенности становится пастельным, блеклым, размытым. На модели все одинаково насыщенные цвета располагаются на концентрических окружностях, т.е. можно говорить об одинаковой насыщенности, например, зеленого и пурпурного цветов, и чем ближе к центру круга, тем все более разбеленные цвета получаются. В самом центре любой цвет максимально разбеливается и становится белым цветом. Поэтому работу с параметром насыщенности можно характеризовать как добавление в спектральный цвет определенного процента белой краски. Еще одним параметром является яркость цвета (Brightness) – это параметр цвета, определяющий освещенность или затемненность цвета. Уменьшение яркости цвета означает его зачернение. Поэтому работу с параметром яркости можно характеризовать как добавление в спектральный цвет определенного процента черной краски. В общем случае, любой цвет получается из спектрального цвета добавлением определенного процента белой и черной красок, т. е. фактически серой краски. Эта модель уже гораздо ближе к традиционному пониманию работы с цветом. Можно определять сначала цветовой тон (Hue), а затем 35 насыщенность (Saturation) и яркость (Brightness). Такая модель получила название по первым буквам приведенных выше английских слов — HSB ( рис. 6.4). Рис. 6.4. Цветовая модель HSB Модель HSB неплохо согласуется с восприятием человека: цветовой тон является эквивалентом длины волны света, насыщенность — интенсивности волны, а яркость – количества света. Недостатком этой модели является необходимость преобразовывать ее в модель RGB для отображения на экране монитора или в модель CMYK для получения полиграфического оттиска. Hue ( цве товой тон ) Saturation ( насыщенность) Brightness ( ярк ос ть ) 36 7. Растровая (пиксельная) графика Растровую графику применяют при разработке электронных и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще используют отсканированные иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры. Соответственно, большинство растровых графических редакторов ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку. Растр – прямоугольная сетка точек, формирующих изображение на экране компьютера. Каждая точка растра характеризуется двумя параметрами: своим положением на экране и своим цветом, если монитор цветной, или степенью яркости, если монитор черно-белый. Растровая графика представляет изображения в виде массива цифр. Поэтому при большом увеличении все изображения выглядят как мозаика (сетка), состоящая из мельчайших ячеек (рис. 7.1). Рис. 7.1. Простые пиксельные изображения 37 Сама сетка получила название растровой карты (bitmap), а элементы, ее формирующие, называются пикселями. Пиксель (pixel) – мельчайший элемент изображения, воспроизводимый компьютером. Слово пиксель произошло от сокращения picture element (элемент изображения) и замены буквы c на x. Отличительными особенностями пикселя являются его однородность (все пиксели по размеру одинаковы) и неделимость (внутри пикселя не может быть никаких более мелких элементов). Если пиксели достаточно малы, глаз воспринимает «пиксельную мозаику» как одно целое изображение (рис. 7.2, а). При масштабировании растровых изображений возникают искажения – ступеньки (aliasing) (рис. 7.2, б). а) б) в) Рис. 7.2: Растровое изображение: a – в натуральном масштабе; б – в увеличенном масштабе; в – в увеличенном масштабе с применением anti-aliasing 38 Растровые редакторы позволяют частично убрать эти искажения за счет применения специальных алгоритмов обработки. Эта операция называется anti-aliasing ( рис. 7.2, в). 7.1. Разрешение растровой графики Качество цифрового изображения определяется многими параметрами. Одним из ключевых является понятие разрешения. Разрешение (resolution) – количество дискретных элементов на единицу длинны. За единицу длинны был принят дюйм (inch), равный 25,4 мм. Как было рассмотрено выше, дискретный элемент это пиксель. Таким образом, разрешение можно определить как количество пикселей в дюйме, обычно оно обозначается как ppi, что является сокращением от словосочетания pixels per inch ( пикселей в каждом дюйме). Однако в реальной жизни связанная с разрешением терминология не так однозначна. В зависимости от устройства, на котором выводится изображение, возможно использование следующих единиц измерения разрешения: o spi (sample per inch) – элементов на дюйм; o dpi (dot per inch) – точек на дюйм; o ppi (pixel per inch) – пикселей на дюйм; o lpi (line per inch) – линий на дюйм. 39 7.2. Виды разрешения В компьютерной графике с понятием разрешения обычно происходит больше всего путаницы, поскольку приходится иметь дело сразу с несколькими свойствами разных объектов. Следует четко различать: разрешение экрана, разрешение печатающего устройства и разрешение изображения. Все эти понятия относятся к разным объектам. Друг с другом эти виды разрешения никак не связаны, пока не потребуется узнать, какой физический размер будет иметь картинка на экране монитора, отпечаток на бумаге или файл на жестком диске. Разрешение экрана – это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек). Разрешение экрана измеряется в пикселях и определяет размер изображения, которое может поместиться на экране целиком. Разрешение принтера – это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины. Оно измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере. Разрешение изображения – это свойство самого изображения. Оно измеряется в пикселях на дюйм и задается при создании изображения в графическом редакторе или при сканировании. Значение разрешения хранится в файле изображения и неразрывно связано с другим его свойством – физическим размером. Физический размер изображения может измеряться как в пикселях, так и в единицах длины (миллиметрах, сантиметрах, дюймах). 40 7.3. Кодирование изображения Рассмотрим процесс кодирования (оцифровки) изображения. Изображение (оригинал) разбивается на дискретные элементы (пиксели), и так как это происходит в декартовой системе координат, то элементы имеют форму прямоугольника. Оригинал помещается в декартовы координаты, по нижнему краю располагается ось X, по левому ось Y (рис. 7.3). По обеим осям устанавливаются одинаковые интервалы отсчета. Сетка дискретизации является матрицей, ячейки которой пронумерованы и в них можно записывать значения. Матрица, которая создается средствами графической программы, называется map ( карта), а так как в нее записываются биты информации, она получила название битовая карта (bitmap). Перейдем к заполнению битовой карты. Рассмотрим случай с изображением, состоящим из двух цветов (рис. 7.4, a), т.е. необходимо закодировать оригинал по двум состояниям. Там, где в оригинале дискретные ячейки имеют белый цвет, в соответствующие им ячейки матрицы (битовой карты) записываются нули, а где черный – единицы. После полного заполнения всех ячеек, можно считать, что процесс оцифровки (кодирования) оригинала завершился и полученная таблица (рис. 7.4, б) может быть записана на любом цифровом устройстве. 41 Рис. 7.3. Изображение в декартовых координатах a) б) Рис. 7.4. Заполнение матрицы битами: а – изображение, состоящее из двух цветов; б – кодирование оригинала 0 X Y 42 7.4. Глубина цвета Далеко не все изображения мы можем свести к черно-белому варианту, более того, таких изображений как раз значительно меньше. Существует огромное количество изображений, которые представляют собой непрерывный тон ( плавный переход между оттенками серого и цветовыми оттенками). Не говоря уже об окружающей реальности. Первоначально рассмотрим только тоновые изображения, к которым относятся, прежде всего, классическая черно-белая фотография, а также некоторые художественные техники: рисунок карандашом, акварель и масляная живопись, некоторые виды гравюр и т.д. Здесь история развития технических систем шла, в общем, путем увеличения количества градаций тона (цвета): сначала использовались 16 градаций, потом – 64, и наконец – 256 градаций. В настоящее время существуют системы, позволяющие оперировать 1024 градациями. Как все виды информации, тоновые уровни также были привязаны к необходимости оперировать совокупностью байтов. А поскольку байт – это восемь бит, или восемь разрядов, количество возможных градаций тона можно рассчитать следующим образом: 2 8 = 256. Следовательно, таблица квантования, предназначенная для передачи непрерывного тона, состоит из 256 строк, т.е. 256 двоичных кодов, в диапазоне от 00000000 до 11111111. Таким образом, начальному коду (то есть 0 в десятичной системе счисления) ставим в соответствие черный цвет, а конечному (то есть 255 в десятичной системе счисления) - белый цвет, остальные 254 кода будут соответствовать оттенкам серого: от темного, близкого к черному, до очень светлого, 43 близкого к белому. Теперь стоит вернуться к виртуальной цифровой матрице, которая выше была определена как битовая карта. Вспомним, что в каждую ячейку матрицы записывается бит информации, т.е. одно двоичное число (0 или 1). Теперь, в связи с тоновыми изображениями, ситуация изменилась: каждый пиксель тонового изображения требует для своего представления не одного двоичного числа, а восьми, т.е. целого байта информации. И требуется сообразить, где разместить дополнительные семь разрядов. Проблема решается за счет добавления новых битовых карт по числу дополнительных разрядов. Эти дополнительные карты располагаются как бы в пространстве, а именно в глубину (рис. 7.5). И, соответственно, общее количество битовых карт (а по сути разрядов или двоичных цифр) определяет глубину таблицы квантования. В английской терминологии этот параметр получил название color depth, что дословно означает цветовая глубина, а в русском языке прижилась форма глубина цвета. Глубина цвета – количество бит, приходящихся на один пиксель (bpp). Определяет количество бит, или разрядов, с помощью которых составляются коды потенциальных значений тона или цвета. 44 Рис. 7.5. Дополнительные битовые карты Глубина цвета – это важнейший параметр цифровой графики, поэтому он должен иметь количественную меру. Следовательно, необходимо определить и принять соответствующую единицу измерения. Глубина цвета измеряется в количестве разрядов, или битов, которые отводятся на каждый пиксель изображения, т.е. общее количество битовых карт и будет единицей измерения глубины цвета. Если используется тоновое изображение, то глубина цвета такого изображения традиционно равна восьми битам, поэтому такое изображение называют 8-bit image (восьмибитным изображением), кроме того, у него есть специальное название: grayscale (серая шкала). Перейдем к полноцветным изображениям. Для того чтобы оцифровать и сохранить цветовую информацию, все технические системы используют цветную фильтрацию: пропускают цветовой поток через три цветных фильтра (красный, зеленый и синий). В результате этой процедуры создаются три изображения в градациях серого (grayscale). В этих изображениях каждый пиксель описывается восемью двоичными разрядами, в сумме это составит 24 бита, т.е. полноцветные 45 изображения называются 24-bit image. Цветовые составляющие в программе организуются в виде так называемых каналов, каждый из которых представляет собой изображение в градациях серого со значениями яркости от 0 до 255 (рис. 7.6). Рис. 7.6. Палитра каналов программы Adobe Photoshop Рис. 7.7. Совмещение тоновых градаций каналов R G B RGB 46 Совмещение тоновых градаций всех каналов и определяет цвет изображения ( рис. 7.7). 7.5. Цветовые палитры Цветовая палитра – это таблица данных, в которой хранится информация о том, каким кодом закодирован тот или иной цвет. Эта таблица создается и хранится вместе с графическим файлом. Самый удобный для компьютера способ кодирования цвета— 24-разрядный, True Color. В этом режиме на кодирование каждой цветовой составляющей R ( красной), G (зеленой) и В (синей) отводится по одному байту (8 бит). Яркость каждой составляющей выражается числом от 0 до 255, и любой цвет из 16,5 миллионов компьютер может воспроизвести по трем кодам. В этом случае цветовая палитра не нужна, поскольку в трех байтах и так достаточно информации о цвете конкретного пикселя. Индексная палитра. Существенно сложнее обстоит дело, когда изображение имеет только 256 цветов, кодируемых одним байтом. В этом случае каждый цветовой оттенок представлен одним числом, причем это число выражает не цвет пикселя, а индекс цвета (его номер). Сам же цвет разыскивается по этому номеру в сопроводительной цветовой палитре, приложенной к файлу. Такие цветовые палитры еще называют индексными палитрами. Разные изображения могут иметь разные цветовые палитры. Например, в одном изображении зеленый цвет может кодироваться индексом 64, а в другом изображении этот индекс может быть отдан розовому цвету. 47 Фиксированная палитра. В тех случаях, когда цвет изображения закодирован двумя байтами (режим High Color), на экране возможно изображение 65 тысяч цветов. Разумеется, это не все возможные цвета, а лишь одна двести пятьдесят шестая доля общего непрерывного спектра красок, доступного в режиме True Color. В таком изображении каждый двухбайтный код тоже выражает какой-то цвет из общего спектра. Но в данном случае нельзя приложить к файлу индексную палитру, в которой было бы записано – какой код какому цвету соответствует, поскольку в этой таблице было бы 65 тысяч записей, и ее размер составил бы сотни тысяч байтов. Вряд ли есть смысл прикладывать к файлу таблицу, которая может быть по размеру больше самого файла. В этом случае используют понятие фиксированной палитры. Ее не надо прикладывать к файлу, поскольку в любом графическом файле, имеющем шестнадцатиразрядное кодирование цвета, один и тот же код всегда выражает один и тот же цвет. Безопасная палитра. Термин безопасная палитра используют в web-графике. Поскольку скорость передачи данных в Интернете пока оставляет желать лучшего, для оформления web-страниц не применяют графику, имеющую кодирование цвета выше 8-разрядного. При этом возникает проблема, связанная с тем, что создатель web-страницы не имеет ни малейшего понятия о том, на какой модели компьютера и под управлением каких программ будет просматриваться его произведение. В связи с этим было принято следующее решение. Все наиболее популярные программы для просмотра web-страниц (браузеры) заранее настроены на некоторую одну фиксированную палитру. Если разработчик web-страницы при создании иллюстраций будет применять только эту палитру, то он может 48 быть уверен, что пользователи всего мира увидят рисунок правильно. В этой палитре не 256 цветов, как можно было бы предположить, а лишь 216. Это связано с тем, что в Интернете работают люди с разными компьютерами, а не только с IBM РС, и не все компьютеры могут воспроизводить 256 цветов. Такая фиксированная палитра, жестко определяющая индексы для кодирования 216 цветов, называется безопасной палитрой. 7.6. Основные редакторы растровой графики Существует множество различных графических редакторов. Некоторые из них, такие как Adobe PhotoShop, предназначены для профессиональной работы с графикой. Это коммерческие продукты, которые стоят немалых денег. Другие, например Paint, встроенный в ОС Windows, доступны для работы даже маленькому ребенку, но и возможности у них не велики. В ОС Linux на данный момент представлен весь спектр графических редакторов. Первое место среди них, бесспорно, занимает мощнейший редактор GIMP, обладающий инструментами как для создания десятков разновидностей форматов растровой графики, так и средствами подготовки векторной графики. В его состав входит уникальный редактор фрактальной графики, позволяющий создавать настоящие произведения искусства. Следует также отметить, что как и большинство Linux-приложений, редактор GIMP распространяется бесплатно, что также является немаловажным плюсом в пользу его применения. Редактор GIMP GIMP – это мощный профессиональный графический редактор с массой вспомогательных программ. Само название GIMP является аббревиатурой 49 GNU Manipulation Image Program и переводится на русский язык как программа обработки изображений. Первая версия GIMP была выпущена в феврале 1996 г. и оказала большое влияние как первая действительно профессиональная и бесплатная программа обработки изображений, которая могла конкурировать с большими коммерческими графическими редакторами. GIMP постоянно развивается: появляются версии программы с новыми функциональными возможностями. Разработчики программы постарались включить в нее все, начиная с основных средств рисования и редактирования, без которых не обходится ни один графический редактор, и заканчивая самыми современными средствами обработки изображений. GIMP включает все те средства, которые есть в программе Photoshop, и «понимает» формат файлов, используемый в этой программе, так что пользователи Photoshop могут легко перейти на использование GIMP. Есть версия этого редактора для ОС Windows. Имеются в ОС Linux и другие графические редакторы, более специализированные для работы с тем или иным форматом графики. Среди них: o XPaint – редактор растровой графики, похожий на Paint, но содержащий массу дополнительных возможностей; o KPaint – встроенный в KDE редактор растровой графики, менее функционален чем XPaint; o KDE Icon Editor – редактор растровой графики, предназначенный для создания пиктограмм. Сайт программы: www.gimp.org; www.gimp.ru. 50 Редактор Paint Этот редактор является одним из самых простых графических редакторов в среде MS Windows. Он появился в версии Windows 95 и с тех пор не изменился. Paint (в переводе с английского означает краска) представляет собой простой однооконный редактор растровой графики, который, тем не менее, позволяет создать достаточно сложный рисунок. Программа включает средства для построения прямых и кривых линий, эллипсов и окружностей, прямоугольников, квадратов и многоугольников ( как контурных, так и закрашенных). Есть инструменты для выделения фрагмента рисунка, заливки замкнутой области цветом, а также инструменты, имитирующие рисование кистью и пульверизатором. Имеется возможность создания надписи и задания толщины линии. Доступны и некоторые операции преобразования рисунка, а именно: зеркальное отображение относительно горизонтальной и вертикальной осей, инвертирование и замена цветов, сжатие, растяжение и наклон. Однако в Paint совершенно отсутствуют разного рода эффекты и фильтры. Кроме того, этот редактор поддерживает всего несколько форматов файлов. Редактор Adobe Photoshop Среди графических редакторов является стандартом де-факто. Производится, распространяется и поддерживается компанией Adobe. Это мощный и гибкий инструмент, удовлетворяющий требованиям почти любого пользователя – от новичка, знакомящегося с компьютерной графикой, до опытного профессионала-дизайнера. Богатые возможности по обработке графических файлов всех популярных форматов, наличие удобного и интуитивно понятного интерфейса, принцип открытой архитектуры, позволяющий другим компаниям свободно разрабатывать 51 дополнительные модули делают Photoshop безусловным лидером. Для работы с анимированной графикой пользователю предоставляется отдельная программа ImageReady, включенная в дистрибутив Photoshop. Сайт программы: www.adobe.com/products/photoshop. Редактор Paint Shop Pro По лицензии Shareware распространяется хорошо известный во всем мире графический редактор Paint Shop Pro, предлагаемый компанией Jasc Software. Paint Shop Pro поддерживает все распространенные форматы графических файлов, в том числе и PSD, принадлежащий Adobe Photoshop, его главному конкуренту. В распоряжение пользователя попадает весьма объемная библиотека заранее разработанных эффектов и фильтров (их больше 70). Имеется также возможность создавать собственные эффекты и сохранять их в специальном файле для применения в будущем. Для работы с анимированной графикой пользователю предоставляется отдельная программа Animation Shop, устанавливаемая из одного дистрибутива с самим редактором. Незарегистрированная копия позволяет свободно редактировать графические файлы всех форматов. Желание компании получить с пользователя оплату выражается во время работы с программой не слишком назойливыми сообщениями. После окончания тридцатидневного срока, предоставленного на то, чтобы войти во вкус, пользователю, не успевшему убедиться во всех преимуществах Paint Shop Pro, дается своеобразный бонус: он может бесплатно поработать с программой еще два месяца. Но вот после этого программа уже окончательно перестает функционировать. Сайт программы: www.jasc.com/products/paintshoppro. 52 Редактор PhotoImpact Вполне полноценную, пробную версию программы PhotoImpact предлагает скачать из Интернета и проверить на практике компания Ulead Systems, известная своими графическими и мультимедийными продуктами. PhotoImpact позволяет весьма качественно улучшать фотографии, сделанные при плохом освещении, неплохо справляется с автоматической подгонкой цветов объектов в соответствии с фоном, имеет большое количество встроенных фильтров, тщательно разработанных с учетом баланса удобства и функциональности. При использовании незарегистрированной версии, программа успешно и полноценно обрабатывает графические файлы всех распространенных форматов. В то же время компания отмечает, что пробная версия «слегка облегчена» изъятием аниматора, образцов рисунков, некоторых текстур и т.д. По окончании месячного срока со дня установки программа полностью перестает функционировать, и пользователю остается или отказаться от нее, или заплатить за регистрацию. Сайт программы: www.ulead.com/pi/. Редактор Corel PHOTO-PAINT Еще один стандарт растровой графики, который вместе с PhotoShop охватывает большинство пользователей, работающих с графическими пакетами. Он предоставляет большие возможности не только в области создания изображений, но, благодаря большому количеству корректирующих инструментов и настроек, также позволяет работать с уже готовыми изображениями, фотографиями и иллюстрациями. Причем данный редактор позволяет работать не только над композицией, но и над цветом, что является немаловажным и наиболее часто используемым в повседневной практике. 53 Corel Photo Paint входит в состав пакета Corel Graphics Suite. Сайт программы: www.corel.com. Редактор Macromedia Fireworks Программу Macromedia Fireworks можно отнести к разряду универсальных web- редакторов, потому что с помощью Fireworks можно: o создавать графические изображения, используя векторные и растровые инструменты; o добавлять интерактивные элементы и анимацию; o сохранять в формате HTML and Images, экспортировать для работы в других программах. Программа предназначена для создания и редактирования как векторной, так и растровой графики для web. С ее помощью можно создавать интерактивные элементы интерфейса: различные кнопки и выпадающие меню, нарезать картинки на части ( слайсы/slices) для дальнейшей генерации HTML-кода. Использование программы вместе с другими продуктами Macromedia (Dreamweaver, Flash) обеспечивает комплексность процесса приготовления Web- продукции, хотя и использование Fireworks отдельно дает прекрасные результаты. Сайт программы: www.macromedia.com/software/fireworks. |