Цифровое представление компьютерной графики

Цвет в компьютерной графике

В черно-белых изображениях пиксель может находиться в одном из двух состояний:

• светится (белый)
• не светится (черный).

Информация о цвете пикселя, называемая кодом пикселя, может быть закодирована одним битом памяти: 0 соответствует черному, а 1 — белому. Если речь идет о изображениях с 256 градациями серого цвета (которые в настоящее время наиболее распространены), для кодирования яркости любого пикселя потребуется восьмиразрядное двоичное число.

Цвет в компьютерной графике имеет огромное значение, так как он усиливает визуальное восприятие и повышает информационную насыщенность изображения. Как наш мозг воспринимает цвет? Это происходит путем анализа светового потока, который попадает на сетчатку глаза от отражающих или излучающих объектов.

Изображение разбивается на отдельные пиксели, каждому из которых соответствует код его цвета. Качество кодирования зависит от таких параметров, как размер пикселя и количество используемых цветов. Чем меньше размер пикселя (а значит, больше их количество), тем выше качество кодирования. Кроме того, большее количество цветов (то есть возможность для пикселя принимать больше состояний) позволяет каждой точке передавать больше информации и повышает качество изображения. Графические объекты можно создавать и хранить в нескольких форматах:

• векторных,
• фрактальных или растровых.

Каждый из этих форматов использует свой метод кодирования графической информации.

Векторная графика

Представляет собой графический объект, который объединяет в свою структуру геометрические примитивы, такие как точки, линии, сплайны и многоугольники.

Преимущества

• Размер описательной части не зависит от физических размеров объекта, что позволяет с минимальным объемом информации описывать даже очень крупные объекты.
• Поскольку информация хранится в описательной форме, векторные примитивы, такие как дуги окружностей, могут бесконечно увеличиваться, оставляя гладкость. В то время как кривая, представленная ломаной линией, при увеличении окажется не гладкой.
• Параметры объектов хранятся и легко изменяются, что гарантирует сохранение качества при перемещении, масштабировании и вращении. Обычно используются аппаратно-независимые единицы измерения для оптимальной растеризации на растровых устройствах.
• При изменении размеров объектов толщину линий можно задать фиксированной величиной, независимо от контура.

Недостатки

• Не все объекты можно легко представить в векторной форме; в таких случаях может понадобиться большое количество объектов, что негативно скажется на памяти и времени отображения (отрисовки).
• Перевод векторного изображения в растровое бывает простым, но обратный процесс — трассировка растра — обязывает использование значительных вычислительных ресурсов и не гарантирует высокое качество векторного изображения.

Форматы и ПО векторной графики

Форматов векторной графики: .cdr, .ai, .cmx, .eps, .fla, .svg, .swf, .wmf.

Программные средства для создания и обработки векторной графики включают CorelDraw, Adobe Illustrator и ряд специализированных пакетов для модифицирования растровых изображений в векторные.

Растровая графика

Растровая графика — это изображение, представляющее собой матрицу пикселей или точек цвета (обычно прямоугольной формы), отображающуюся на мониторе, бумаге или других устройствах и носителях. Важнейшими характеристиками растрового изображения являются:

• количество пикселей — разрешение, которое может указываться как шириной и высотой (например, 1024*768, 640*480), или реже — общее количество пикселей (в основном измеряемое в мегапикселах);
• количество цветов или глубина цвета (согласно формуле N = 2^I, где N — общее количество цветов, а I — глубина цвета);
• цветовое пространство (цветовая модель) — RGB, CMYK, XYZ, YCbCr и др.

Растровая графика создается с помощью фотоаппаратов, сканеров, непосредственно в растровых редакторах, а также через экспорт из векторных редакторов или путём создания скриншотов.

Достоинства

• Возможность создания практически любого рисунка независимо от сложности, в отличие от векторной графики, которая не всегда точно передает эффект цветового перехода без потерь в размере файла.
• Широкое применение — растровая графика сейчас используется повсеместно: от небольших значков до крупных баннеров.
• Высокая скорость обработки сложных изображений при отсутствии необходимости в масштабировании.
• Растровая визуализация изображения для большинства устройств, таких как мониторы (кроме векторных), струйные и матричные принтеры, цифровые фотоаппараты и сканеры.

Недостатки

• Большой размер файлов для простых изображений.
• Невозможно идеально масштабировать изображение.
• Невозможен вывод печати на плоттер.

Из-за этих минусов для хранения простых изображений рекомендуется использование векторной графики.

Форматы и ПО векторной графики

Форматы растровой графики чаще всего хранятся в сжатом виде. С учетом типа сжатия, изображение может быть восстановлено в первоначальном виде (сжатие без потерь), в иных случаях - не может (сжатие с потерями). В том числе графический файл может хранить в себе дополнительную информацию, такая как данные об авторе, настройках камеры, разрешении и другое.

• BMP (Windows Bitmap) — чаще не сжатый формат, хотя допустимо использование алгоритма RLE.
• GIF (Graphics Interchange Format) — устаревший формат, ограниченный 256 цветами одновременно. Все еще популярен благодаря поддержке анимации, которая отсутствует в чистом PNG.
• PCX — устаревший формат, который хорошо сжимал простые рисунки (сжимает группы одинаковых пикселей).
• PNG (Portable Network Graphics).
• JPEG — популярно используемый формат сжатия, основанный на усреднении цвета соседних пикселей и отбрасывании высокочастотных данных. Сильно сжатые изображения могут терять резкость на границах и проявлять муар.
• TIFF — поддерживает большой диапазон глубины цвета, различные цветовые пространства и методы сжатия (с потерями или без).
• RAW — сохраняет информацию непосредственно с матрицы цифрового фотоаппарата без преобразований, что позволяет избегать потерь информации.

К программным средствам, работающим с растровой графикой, относятся графические редакторы, такие как GIMP, Adobe Photoshop и Corel Photo-Paint.