Реферат: Компьютерная графика

Агентство профессионального образования и науки
Администрации Красноярского края

Государственное образовательное учреждение
начального профессионального образования

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ УЧИЛИЩЕ № 105


Профессия: «Оператор электронно-вычислительных машин (ЭВМ)»


ПИСЬМЕННАЯ ЭКЗАМЕНАЦИОННАЯ РАБОТА


Тема: Компьютерная графика


Выполнил:

Матюнина Екатерина Сергеевна,

учащийся группы № 38


Проверил:

Хащук Елена Николаевна,

преподаватель спецдисциплин


Норильск

2007

СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ 4

Раздел 1 БАЗОВЫЕ ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ 7

1.1 Основные работы с цветом. 7

1.2 Универсальные и векторные графические форматы 7

1.3 Форматы графических данных 9

Раздел 2 ЦВЕТОВЫЕ МОДЕЛИ, СИСТЕМЫ СООТВЕТСТВИЯ ЦВЕТОВ И РЕЖИМЫ 9

2.1 Цветовые модели 12

2.2 Цветовая модель Lab Color 15

2.3 Цветовая модель CMYK Color и цветоделение 15

2.4 Цветовая модель RGB Color 16

2.5 Цветовая модель HSB 17

Раздел 3 РАСТРОВАЯ ГРАФИКА 18

3.1 Средства для работы с растровой графикой 19

3.2 Источники получения растровых изображений 20

3.3 Инструментальные средства растровых редакторов 20

3.4 Разрешающая способность растра 22

3.5 Масштабирование 23

3.6 Достоинства и недостатки растровой графики 24

Раздел 4 ВЕКТОРНАЯ ГРАФИКА 27

4.1 Средства создания векторных изображений 27

4.2 Особенности терминологии 28

4.3 Математические основы векторной графики 28

4.4 Достоинства и недостатки векторной графики 33

4.5 Плюсы и минусы векторной графики 33

Раздел 5 ФРАКТАЛЬНАЯ ГРАФИКА 36

5.1 Алгоритмы фрактального сжатия изображений 38

Раздел 6 ТРЕХМЕРНАЯ ГРАФИКА 39

Раздел 7 ГРАФИЧЕСКИЕ РЕДАКТОРЫ 43

7.1 Adobe Photoshop 43

7.2 MS Paint

7.3 Corel Xara 1.5

7.4 CorelDRAW

7.5 MetaCreations Art Dabbler

7.6 Corel Painter 8.0.– 9.0

7.7 Micrografx Designer 7.0

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

^ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов для больших ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего числа компьютерных систем, в особенности персональных. Графический интерфейс пользователя сегодня является стандартом «де-факто» для программного обеспечения разных классов, начиная с операционных систем.

Существует специальная область информатики, изучающая методы
и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, – компьютерная графика. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных
для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии
на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Например, в медицине (компьютерная томография), научных исследованиях (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), моделировании тканей и одежды, опытно-конструкторских разработках.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на растровую, векторную и фрактальную.

Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

Особенности цветового охвата характеризуют такие понятия, как черно-белая и цветная графика. На специализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, Web графика, компьютерная полиграфия и прочие.

На стыке компьютерных, телевизионных и кинотехнологий зародилась
и стремительно развивается сравнительно новая область компьютерной графики и анимации.

Заметное место в компьютерной графике отведено развлечениям. Появилось даже такое понятие, как механизм графического представления данных (Graphics Engine). Рынок игровых программ имеет оборот в десятки миллиардов долларов и часто инициализирует очередной этап совершенствования графики и анимации.

Хотя компьютерная графика служит всего лишь инструментом,
ее структура и методы основаны на передовых достижениях фундаментальных и прикладных наук: математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и множества других. Это замечание справедливо
как для программных, так и для аппаратных средств создания и обработки изображений на компьютере.

Цель моей работы – рассмотреть возможности компьютерной графики, показать, что компьютерная графика является одной из наиболее бурно развивающихся отраслей информатики и во многих случаях выступает «локомотивом», тянущим за собой всю компьютерную индустрию.



^ Пример фрактального изображения Пример растрового изображения Пример векторного изображения ^ Раздел 1 БАЗОВЫЕ ОСНОВЫ
КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ 1.1 Основные работы с цветом Для передачи и хранения цвета в компьютерной графике используется различные формы его представления. В общем случае цвет представляет собой набор чисел, координат в некоторой цветовой системе. Стандартные способы хранения и обработки цвета в компьютере обусловлена свойствами человеческого зрения. Наиболее распространены системы RGB для дисплеев и CMYK для работы в типографском деле. Иногда используется схема с большим, чем три, числом компонент. Кодируется спектр отражения или испускания источника, что позволяет более точно отписать физические свойства цвета.
^ 1.2 Универсальные и векторные графические форматы

Векторы представляют собой математическое описание объектов относительно точки начала координат. Проще говоря, чтобы компьютер нарисовал прямую линию, нужны координаты двух точек, которые связываются по кратчайшему пути. Для рисования дуги кроме координат двух точек необходимо задать еще и радиус и т. д. Таким образом, векторная иллюстрация – это набор геометрических примитивов. Большинство векторных форматов могут также содержать внедренные в файл растровые объекты или ссылку на растро­вый файл (технология OPI).

OPI (Open Prepress Interface) – технология, разработанная фирмой Aldus для со­кращения размеров файлов. В ее основе лежит импорт не оригинального файла растрового изображения, а его образа, представляющего собой копию низкого раз­решения (эскиз) и ссылку на оригинал. В процессе печати
на принтере эскизы заменяются на оригинальные файлы. Применение OPI вместо простого внедрения (embedding) позволяет экономить ресурсы компьютера (прежде всего память), заметно повышая его производительность. Технология OPI составляет основу работы с импортированными графическими файлами в таких программах, как Free-Hand и QuarkXPress.
Кроме того, она широко применяется и в других продуктах.

В отличие от растровых форматов, построенных практически по одному принци­пу, векторные форматы используют для кодирования графической информации различные алгоритмы и разный математический аппарат.
По этому процесс стан­дартизации пока еще слабо коснулся векторных форматов, в отличие от растровых. Разработчики практически всех векторных графических программ предпочитают иметь дело только со своими собствен­ными форматами, что связано, скорее все­го, со спецификой алгоритмов формирования векторного изображения. Это обу­словливает сложность передачи данных (экспорт) из одного векторного формата в другой.
Но, так как возможность переноса файлов между различными прило­жениями
в векторной графике не менее актуальна, чем в растровой, то своего рода стандартом стали файловые форматы двух наиболее популярных профес­сиональных векторных графических пакетов – Adobe Illustrator и CorelDRAW.

Для решения этой проблемы используется также конвертация родных форматов приложений в универсальные форматы, каковыми на сегодняшний день являют­ся форматы EPS и PDF.
^ 1.3 Форматы графических данных
В компьютерной графике применяют, по меньшей мере, три десятка форматов файлов для хранения изображений. Но лишь часть из них стала стандартом «де-факто» и применяется в подавляющем большинстве программ. Как правило, несовместимые форматы имеют файлы растровых, векторных, трехмерных изображений, хотя существуют форматы, позволяющие хранить данные разных классов. Многие приложения ориентированы на собственные «специфические» форматы, перенос их файлов в другие программы вынуждает использовать специальные фильтры или экспортировать изображения
в «стандартный» формат.

^ 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 (IBM PC и Apple Macintosh), обеспечен поддержкой
со стороны большинства графических, верстальных и дизайнерских программ. Предусматривает широкий диапазон цветового охвата – от монохромного черно-белого до 32-разрядной модели цветоделения CMYK. Начиная с версии 6.0 в формате TIFF можно хранить сведения о масках изображений.

^ PSD (PhotoShop Document). Собственный формат программы Adobe Photoshop (расширение имени файла *.PSD), один из наиболее мощных
по возможностям хранения растровой графической информации. Позволяет запоминать параметры слоев, каналов, степени прозрачности, множества масок. Поддерживаются 48-разрядное кодирование цвета, цветоделение и различные цветовые модели. Основной недостаток выражен в том, что отсутствие эффективного алгоритма сжатия информации приводит к большому объему файлов.

PCX. Формат хранения растровых данных программы PC PaintBrush фирмы Z-Soft и является одним из наиболее распространенных (расширение имени файла *.PCX). Отсутствие возможности хранить цветоделенные изображения, недостаточность цветовых моделей и другие ограничения привели к утрате популярности формата. В настоящее время считается устаревшим.

^ JPEG (Joint Photographic Experts Group). Формат предназначен
для хранения растровых изображений (расширение имени файла *.JPG). Позволяет регулировать соотношение между степенью сжатия файла
и качеством изобра­жения. Применяемые методы сжатия основаны на удалении «избыточной» информации, поэтому формат рекомендуют использовать только для электронных публикаций.

^ GIF (Graphics Interchange Format). Стандартизирован в 1987 году
как средство хранения сжатых изображений с фиксированным (256) количеством цветов (расширение имени файла *.GIF). Получил популярность
в Интернете благодаря высокой степени сжатия. Последняя версия формата GIF позволяет выполнять чересстрочную загрузку изображений и создавать рисунки с прозрачным фоном. Ограниченные возможности по количеству цветов обусловливают его применение исключительно в электронных публикациях.

PNG (Portable Network Graphics). Сравнительно новый (1995 год) формат хранения изображений для их публикации в Интернете (расширение имени файла *.PNG). Поддерживаются три типа изображений – цветные
с глубиной 8 или 24 бита и черно-белое с градацией 256 оттенков серого. Сжатие информации происходит практически без потерь.

^ WMF (Windows Metafile). Векторный формат WMF использует графический язык Windows и является родным форматом этой ОС.
Он предназначен для передачи векторных рисунков через буфер обмена (clipboard). Этот формат понимается практически всеми программами Windows, так или иначе связанными с векторной графикой. Но несмотря на кажущуюся простоту и универсальность, пользоваться форматом WMF стоит только
в крайних случаях для передачи «голых» векторов. WMF искажает цвет,
не поддерживает ряда параметров, которые могут быть присвоены объектам
в различных векторных редакторах. Кроме того, он не мо­жет содержать растровых объектов и не понимается очень многими программами
на Macintosh.

^ 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 *.EPS). Так как язык PostScript является универсальным, в файле могут одновременно храниться векторная и растровая графика, шрифты, контуры обтравки (маски), параметры калибровки 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 существенным недостатком EPS. Действительное изображение можно увидеть лишь на выходе выводного устройства, с помощью специальных программ просмотра или после преобразования файла в формат PDF в приложениях Acrobat Reader, Acrobat Exchange.

PDF (Portable Document Format). Формат описания документов, разработанный фирмой Adobe (расширение имени файла *.PDF). Хотя
этот формат в основном предназначен для хранения документа целиком,
его впечатляющие возможности позволяют обеспечить эффективное представление изображений. Формат является аппаратно-независимым, поэтому вывод изображений допустим на любых устройствах – от экрана монитора до фотоэкспонирующего устройства. Мощный алгоритм сжатия
со средствами управления итоговым разрешением изображения обеспечивает компактность файлов при высоком качестве иллюстраций.

Раздел 2 ЦВЕТОВЫЕ МОДЕЛИ, СИСТЕМЫ СООТВЕСТВИЯ ЦВЕТОВ И РЕЖИМЫ


^ 2.1 Цветовые модели

Субъективность в восприятии цвета при обработке изображений крайне нежела­тельна. Для обеспечения одинакового воспроизведения одного
и того же цвета видеомониторами, принтерами и сканерами разных фирм-изготовителей необхо­димо наличие объективных измерительных систем, позволяющих установить од­нозначное определение цветовых координат.
Для этих целей разработаны специ­альные средства, включающие:

цветовые модели;

системы соответствия цветов;

цветовые режимы.

В основе создания цветовых моделей лежит использование универсальных язы­ков, позволяющих реализовать способы точного описания цвета с помощью стандартных математических выражений. Без их помощи было бы невозможно выполнить ни один из этапов обработки цифровых изображений, включая ска­нирование, редактирование и печать.

В современных компьютерных программах манипуляции с цветом осуществля­ются с помощью цветовых моделей и режимов.

^ Цветовые модели (или цветовые пространства) предоставляют средства для концептуального и количественного описания цвета.

Ознакомившись с основами концептуального представления цвета, можно лучше понять соотношения между цветами при работе, например,
с тоновыми кривыми или при выборе нужного цвета с помощью окон диалога или палитр.

Режим – это способ реализации определенной цветовой модели
в рамках кон­кретной графической программы.

Понятие цветовые модели (color model) используются для ма­тематического описания определенных цветовых областей спектра. Большинство компьютерных цве­товых моделей основано на использовании трех основных цветов, что соот­ветствует восприятию цвета человеческим глазом. Каждому основному цвету присваивается определенное значение цифрового кода, после чего все остальные цвета определяются как комбинации основных цветов. Именно такой подход используют художники при создании картины на основе ограниченной палит­ры цветов.

Несмотря на то, что цветовые модели позволяют представить цвет математиче­ски, такое представление всегда будет казаться несовершенным
в силу отличия от нашего восприятия. Однако они удобны при использовании
в компьютерных программах для однозначного определения выводимого цвета. Так, если послать на монитор цветовой сигнал R255 G000 В255, то на любом хорошо откалиброванном мониторе теоретически должен появиться один
и тот же цвет (в данном случае пурпурный).

Независимо от того, что лежит в ее основе, любая модель должна отвечать трем требованиям:

реализовывать определения цвета некоторым стандартным способом,
не за­висящим от возможностей какого-либо конкретного устройства;

точно задавать диапазон воспроизводимых цветов, поскольку ни одно мно­жество цветов не является бесконечным;

учитывать механизм восприятия цветов – излучение или отражение.

Современные графические пакеты располагают развитым интерфейсом для выбора необходимой цветовой модели и цвета внутри нее.

Большинство графических пакетов позволяют оперировать широким кругом цветовых моделей, часть из которых создана для специальных целей,
а другая – для особых типов красок: CMY, CMYK, RGB, HSB, HLS, Lab, YIQ, YCC.

По принципу действия перечисленные цветовые модели можно условно разделить на три класса:

аддитивные (RGB), основанные на сложении цветов;

субтрактивные (CMY, CMYK), основу которых составляет операция вычита­ния цветов (субтрактивный синтез);

перцепционные (HSB, HLS, Lab, YCC), базирующиеся на восприятии.

Перед тем как перейти к непосредственному рассмотрению конкретных цвето­вых моделей, кратко рассмотрим общие физические закономерности, свойствен­ные природе цвета.

^ 2.2 Цветовая модель CIE Lab

Была разработана в 1920 году цветовая пространственная модель CIE Lab (Communication Internationale de Eclairage – международная комиссия
по совещанию. L, a, b – обозначения осей координат в этой системе). Система является аппаратно независимой и потому часто применяется для переноса данных между устройствами. В модели CIE Lab любой цвет определяется светлотой (L) и хроматическими компонентами: параметром а, изменяющимся
в диапазоне от зеленого до красного, и параметром b, 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 согласования цветных фотохимических процессов с полиграфическими. Сегодня она является принятым по умолчанию стандартом для программы Adobe Photoshop.

^ 2.3 Цветовая модель CMYK, цветоделение

Относится к субтрактивным, и ее используют при подготовке публикаций к печати. Цветовыми компонентами CMY служат цвета, полученные 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 печатных оригиналов лучей. Голубой, пурпурный и желтый цвета называются дополнительными, потому что они дополняют основные цвета
до белого. Отсюда вытекает и главная проблема цветовой модели CMY – наложение друг на друга дополнительных 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, blacK). Для печати на полиграфическом оборудовании цветное компьютерное изображение необходимо разделить
на составляющие, соответствующие компонентам цветовой модели CMYK.
Этот процесс называют цветоделением. В итоге получают четыре отдельных изображения, содержащих одноцветное содержимое каждого компонента
в оригинале. Затем в типографии с форм, созданных на основе цветоделенных пленок, печатают многоцветное изображение, получаемое наложением цветов CMYK.
^ 2.3 Цветовая модель RGB
Цветовая модель RGB (рис. 2.1) является аддитивной, то есть любой цвет представляет собой сочетание в различной пропорции трех основных цветов – красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue). Она служит основой
при создании и обработке компьютерной графики, предназначенной
для электронного воспроизведения (на мониторе, телевизоре). При наложении одного компонента основного цвета на другой яркость суммарного излучения увеличивается. Совмещение трех компонентов дает ахроматический серый цвет, который при увеличении яркости приближается к белому цвету. При 256 градационных уровнях тона черному цвету соответствуют нулевые значения RGB, а белому – максимальные, с координатами (255,255,255).




^ Рис. 2.1. Система цветопередачи RGB


2.4 Цветовая модель HSB
Цветовая модель HSB разработана с максимальным учетом особенностей восприятия цвета человеком. Она построена на основе цветового круга Манселла. Цвет описывается тремя компонентами: оттенком (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brigfitness). Значение цвета выбирается как вектор, исходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки по периметру окружности – чистым спектральным цветам. Направление вектора задается в градусах и определяет цветовой оттенок. Длина вектора определяет насыщенность цвета.
На отдельной оси, называемой ахроматической, задается яркость, при этом нулевая точка соответствует черному цвету. Цветовой охват модели HSB перекрывает все известные значения реальных цветов.

Модель HSB принято использовать при создании изображений
на компьютере с имитацией приемов работы и инструментария художников. Существуют специальные программы, имитирующие кисти, перья, карандаши. Обеспечивается имитация работы с красками и различными полотнами. После создания изображения его рекомендуется преобразовать в другую цветовую модель, в зависимости от предполагаемого способа публикации.

^ Раздел 3 РАСТРОВАЯ ГРАФИКА


Растровая графика представляет изображения в виде массива цифр, поэтому при большом увеличении все точечные изображения выглядят
как мозаика (сет­ка), состоящая из мельчайших ячеек. Сама сетка получила название растровой карты (bitmap), а ее элемент называется пикселом.




^ Рис.3.1 Пример растрового изображения



По способу отображения информации растровое изображение напоминает известные всем мозаичные панно. Если рассматривать мозаичное изображение вблизи (при сильном увеличении), то стыки между отдельными деталями хорошо видны; если же отойти подальше (что равносильно уменьшению масшта­ба), то мелкие элементы сливаются, и видно

целостную картину. Так же и с ра­стровой графикой: если пикселы достаточно малы, то границы между ними не­заметны и глаз воспринимает «пиксельную мозаику» как одно целое изображение.

При масштабировании растровых изображений возникают характерные искажения «ступеньки» (aliasing или jaggies). В большинстве растровых редакто­ров «ступеньки» удается частично убрать за счет специальных приемов (напри­мер, функции anti-aliasing), но качество картинки от этого заметно снижается.

Этот эффект особенно сильно проявляется при использовании растровых шриф­тов (расширение *.FON), которые, в отличие от векторных (с расширением *.TTF), при увеличении становятся нечеткими

В растровых редакторах, таких как MS Paint и Adobe Photoshop, редактируются не конкретные объекты и контуры, а составляющие их группы пикселов. Векторные рисунки вставляются в MS Paint только через буфер обмена. Причем после такой вставки они растрируются (превращаются
в растры).

Преобразование векторного изображения в растровое особых проблем
не вызы­вает. Это связано с тем, что при работе в векторном редакторе видно результат на мониторе, то есть в растровом виде (векторных мониторов
в природе не существует). Сложнее выполнить преобразование растрового изображения в векторное. Дело в том, что это процесс неоднозначный, то есть
в каждом конкретном случае предстоит определить, как лучше представить вектором данную цепочку пикселов. Поэтому результаты могут быть очень раз­ными – в зависимости от принятой идеи векторизации.

^ 3.1 Средства для работы с растровой графикой

Программы, предназначенные для работы с растровой графикой, можно условно разбить на несколько классов:

средства создания растровых изображений: MS Paint, Fractal Design Painter (или с 2000 года – Corel Painter), Fauve Mattisse.

средства обработки изображений: Adobe Photoshop, Corel PHOTO-PAINT, Paint Shop Pro, PhotoDraw и др. Средства захвата экрана, начиная
от поддерживаемой всеми операционными системами возможности фотографирования экрана путем нажатия клавиши Print Screen или комбинации клавиш Alt+Print Screen, до специальных программ типа Corel Capture.

средства каталогизации и визуализации изображений: MS Imaging, Canto Gamulas Desktop, ACDSee 5 и др. Эти средства предназначены для созда­ния графических баз данных в виде архивов изображений и фотографий.
Их каталогизация позволяет экономить время при поиске и отборе иллюст­ративного материала. В седьмую версию Photoshop включен просмоторщик файлов (File Browser), на который возложена часть функций, выполняемых перечисленными программами каталогизации и визуализации изображений.

^ 3.2 Источники получения растровых изображений

Существует огромное количество способов создания электронных изображений – начиная от сканирования фотографий или рисунков
и заканчивая изготовлени­ем «с нуля» с помощью одного из многочисленных графических редакторов.

Ниже перечислены наиболее распространенные и широко известные средства подготовки растровых изображений, как аппаратные, так и про­граммные:

сканеры;

цифровые камеры;

видеосъемка;

PhotoCD;

программы генерации текстур и узоров;

графические редакторы;

анимационные программы;

программы для создания трехмерных изображений;

программы для копирования фрагментов экрана.

Обычно создание растрового изображения включает в себя выполнение ряда по­следовательных шагов. Их количество и сложность будут зависеть
от многих факторов, включая физическую конфигурацию компьютера, набор аппа­ратных и программных средств и, наконец, от тех или иных спецэффектов, кото­рые хотите использовать для получения нужного изображения.

^ 3.3 Инструментальные средства растровых редакторов

Работа в растровом редакторе представляет собой один из самых захватываю­щих видов работ на ПК. Это обусловлено особенностью растровых программ (и одним из их отличий от векторных), предоставляющих
в распоряжение поль­зователя широкий спектр разнообразных инструментов. Большинство из них предназначено не для создания изображений с «нуля»,
а для обработки уже го­товых изображений с целью улучшения их качества
и реализации творческих возможностей дизайнера.

Истинная ценность компьютерной обработки изображений зависит
от предоставляемых конкретным редактором возможностей, то есть от того,
что можно сделать с изображением, оказавшимся в компьютере. Существует множество полезных манипуляций с фотографиями, созданными цифровым способом. Снимок сделан с передержкой? Нет проблем; выдержку можно скорректировать, уменьшив интенсивности цветовых значений пикселов.
При необходимости красный, зеленый и синий компоненты можно изменять раздельно, чтобы по­лучить наилучший цветовой баланс. А если изображение снято не в фокусе? В расплывчатых изображениях можно увеличить резкость,
и, наоборот, чет­кие, контрастные изображения можно размыть, имитируя эффект смягчающих фотофильтров.

Ниже рассмотрены основные инструментальные средства для работы
с изображениями в растровых программах. К фундаментальным инструментам рас­тровой графики относятся следующие инструменты обработки изображений:

инструменты выделения;

каналы и маски;

инструменты ретуширования;

гистограммы;

кривые;

инструменты для цветовой (цветовой баланс) и тоновой коррекции (уровни);

фильтры (спецэффекты);

слои.

Кроме перечисленных инструментальных средств в состав растровых редак­торов входит множество инструментов, ассоциирующихся с при­меняемыми в тра­диционной живописи и других приложениях (например, текстовых редакто­рах, программах верстки): Аэрограф, Кисть, Карандаш, Ластик, Текст, Перо, Линия, Запивка, Пипетка, Трансформация, Масштаб, Рука, Кадрирование и т.п. Аналоги этих инструментов можно найти также
в большинстве векторных редакторов.

^ 3.4 Разрешающая способность растра

Поскольку пикселы не имеют своих собственных размеров,
они приобретают их только при выводе на некоторые виды устройств, такие как монитор или принтер. Для того чтобы помнить действительные размеры растрового рисунка, файлы растровой графики иногда хранят разрешающую способность растра. Разрешающая способность это просто число элементов заданной области. Когда мы говорим о растровой графике, то минимальным элементом обычно является пиксел, а заданной областью дюйм. Поэтому разрешающую способность файлов растровой графики принято задавать
в пикселах на дюйм. Файлы растровой графики занимают большое количество памяти компьютера. Некоторые картинки занимают большой объем памяти из-за большого количества пикселов, любой из которых занимает некоторую часть памяти. Наибольшее влияние на количество памяти занимаемой растровым изображением оказывают три факта: размер изображения, битовая глубина цвета, формат файла, используемого для хранения изображения. Существует прямая зависимость размера файла растрового изображения. Чем больше
в изображении пикселов, тем больше размер файла. Разрешающая способность изображения на величину файла никак не влияет. Разрешающая способность оказывает эффект на размер файла только при сканировании
или редактировании изображений. Связь между битовой глубиной и размером файла непосредственная. Чем больше битов используется в пикселе,
тем больше будет файл. Размер файла растровой графики сильно зависит
от формата выбранного для хранения изображения. При прочих равных условиях, таких как размеры изображения и битовая глубина существенное значение имеет схема сжатия изображения. Например, BMP-файл имеет,
как правило, большие размеры, по сравнению с файлами PCX и GIF, которые
в свою очередь больше JPEG-файла.

Многие файлы изображений обладают собственными схемами сжатия, также могут содержать дополнительные данные краткого описания изображения для предварительного просмотра. В табл. 1 приведены размеры файлов в различных графических форматах. Полужирным шрифтом выделены исходные файлы. Для сохранения в другом формате использовалась программа Adobe Photoshop 4.0. При сохранении в формате JPEG использовались различные степени сжатия JPG 2 (JPG 4, JPG 8), чем больше число, тем выше качество и соответственно размер файлов.

^ 3.5 Масштабирование растровых изображений

Одним из недостатков растровой графики является так называемая пикселизация изображений при их увеличении (если не приняты специальные меры). Раз в оригинале присутствует определенное количество точек,
то при большем масштабе увеличивается и их размер, становятся заметны элементы растра, что искажает саму иллюстрацию (рис. 3.2). Для проти­водействия пикселизации принято заранее оцифровывать оригинал
с разрешением, достаточным для качественной визуализации
при масштабировании. Другой прием состоит в применении стохастического растра, позволяющего уменьшить эффект пикселизации в определенных пределах. Наконец, при масштабировании используют метод интерполяции, когда увеличение размера иллюстрации происходит не за счет масштабирования точек, а путем добавления необходимого числа промежуточных точек.




^ Рис 3.2 Эффект пикселизации при масштабировании растрового изображения

3.6 Преимущества и недостатки растровой графики

Одним из достоинств растровой графики является простота
и, как следствие, техническая реализуемость (автоматизация) ввода (оцифровки) изобразитель­ной информации. Существует развитая система внешних устройств ввода изо­бражений (к ним относятся сканеры, видеокамеры, цифровые фотокамеры, гра­фические планшеты).

Растровое изображение имеет преимущества при работе с фото­реалистичными объектами, например сценами природы или фотографиями людей. Наш мир создан как растровый. И его объекты трудно представить
в вектор­ном, то есть математическом, представлении. Фотореалистичность подразумева­ет, что в растровой программе можно получать живописные эффекты, например туман или дымку, добиваться тончайшей нюансировки цвета, создавать перспек­тивную глубину и не резкость, размытость и т. д.

Форматы файлов, предназначенные для сохранения точечных изображений, являются стандартными, поэтому не имеет решающего значения, в каком графическом редакторе создано то или иное изображение.

В растровой графике есть и недостатки. При первой же попытке что-нибудь нарисовать в программе точечной графики – например в Photoshop – она потребует принципиального ре­шения о разрешении (количестве точек на единицу длины) и о глубине цвета (количестве цветовых битов на пиксел). Ничего этого знать в векторной программе не нужно.

Объем файла точечной графики однозначно определяется произведением пло­щади изображения на разрешение и на глубину цвета (если они приведены
к единой размерности). При этом совершенно не важно, что отображено
на фото­графии: деревянный одноцветный столб или коллекция бабочек
с обилием цвета и форм. Если три параметра одинаковы, размер файла будет практически одинаковым.

Как только попытка отсканировать не очень большую фотографию
с максимальными разрешением и глубиной цвета, эта картинка потребует
для сохра­нения очень много дискового пространства.

При попытке слегка повернуть на небольшой угол изображение, например, с чет­кими тонкими вертикальными линиями, четкие линии превращаются в четкие «ступеньки». Любые трансформации (повороты, масштабирование, наклоны) в точечной графике не обходятся без искажений.

Невозможно увеличить рисунок для рассмотрения деталей. Поскольку изобра­жение состоит из точек, то его увеличение приводит только к тому,
что эти точки становятся крупнее. Никаких дополнительных деталей
при увеличении растрового изображения рассмотреть не удается. Более
того, увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает
ее грубой (пикселизация).

До недавнего времени создание и редактирование текста в растровой графике было серьезной проблемой. Ранее в большинстве растровых программ редакти­ровать текст можно было только во время его создания. После окончания ввода текста и переходу к работе с другими инструментами печатные символы закреп­лялись там, где они были бы нанесены на холст. После этого отредакти­ровать уже набранный ранее текст (например, поместить курсор между двумя буквами, удалить одну из них и ввести новую) было нельзя. С этой проблемой можно столкнуться, например, в растровом графическом редакторе MS Paint. Кроме того, при большом разрешении файл растрового текста будет огромного размера.

Последние версии профессиональных растровых редакторов типа Adobe Photo­shop, Corel PHOTO-PAINT и Paint Shop Pro поддерживают возможность поме­щения введенного текста в специальные слои, которые сохраняют векторные свойства текста и, как следствие, возможность его редактирования даже после сохранения в виде файла (при условии использования родных форматов указанных редакторов).

Раздел 4 ВЕКТОРНАЯ ГРАФИКА


^ 4.1 Средства создания векторных изображений

Векторные изображения можно создать в нескольких видах программ:

в программах векторной графики;

в программах САПР, типичным примером которых является AutoCAD. Её векторный формат – DXF (Dynamic Exchange Format) понимается многими современными программами;

в специализированных программах конвертирования растровых изображений векторные. Одна их таких программ – CorelTrace 11, входящая
в состав графического пакета Corel Graphics Suite 11. Другая известная программа этого класса – Adobe Streamline;

к векторным объектам относятся также текст и PostScript- контуры вроде тех, которые можно найти также в файлах, созданных с помощью текстовых процессов типа MS Word или программ верстки, наприме