Растровая графика

Изображения, предназначенные для компьютерной обработки, отличаются от изображений, созданных традиционными методами, например, с помощью карандаша, кисти или фотоаппарата. Это своеобразие проявляется прежде всего в том, что компьтерная графика имеет две формы: растровую и векторную. Предлагаемая Вашему вниманию статья посвящена рассмотрению основных свойств этих форм.

Поскольку персональный компьютер - это вычислительная машина, обрабатывающая цифры, всякое изображение, прежде чем оно станет доступно на компьютере, должно быть описано математически, или "оцифровано". Существует два возможных способа математического описания: аналитическое, с помощью математических формул, и описание массивом (набором) цифр. Растровая, или битовая, форма компьютерной графики своим происхождением обязана второму способу оцифровки изображений. Если коротко, суть его заключается в следующем. Представьте себе, что у вас имеется какая-либо фотография. С помощью линейки и карандаша нанесите на ее поверхность горизонтальные и вертикальные линии, расположенные друг от друга на одинаковом расстоянии. Получится сетка, состоящая из квадратных ячеек, каждый квадрат содержит какой-либо элемент исходного изображения. Цвет в пределах любой из таких ячеек будет меняться. Давайте выберем для каждой ячейки некое постоянное значение цветового оттенка, например, методом простого усреднения. Если теперь пронумеровать наши ячейки от первой до последней, мы получим набор пар цифр - первая представляет собой номер квадрата, вторая описывает усредненный оттенок цвета. Именно такой метод лежит в основе описания любого растрового изображения. 

Сетка, создаваемая для реальной оцифровки, содержит огромное количество ячеек настолько малых, что глаз человека их не видит, воспринимая все изображение как целое. Сама сетка получила название растровой карты, а ее единичный элемент (квадратная ячейка) называется растром или пикселом (от английского picsel - PICture Single ELement). Растровая карта представляет собой набор (массив) троек чисел: две координаты растра на плоскости и его цвет. Прежде чем двигаться дальше, коротко остановимся на цвете, вернее, на цифровом описании цвета. В основе любой модели, используемой для описания цветовых оттенков, лежит принцип смешивания нескольких основных цветов. Основные цвета разбиваются на оттенки, от светлого к темному, каждому оттенку присваивается цифровое значение (например, самому светлому - 0, самому темному - 256). Цифра 256 не случайна, установлено, что в среднем человек способен воспринять около 256 оттенков одного цвета. Таким образом, любой цвет можно разложить на оттенки основных цветов и в соответствии с принятой нумерацией, обозначить его набором цифр. В настоящее время наибольшее распространение получили две основные модели. Первая из них - RGB (аббревиатура, составленная из первых букв английских слов Red, Green, Blue, обозначающих три основных цвета модели - красный, зеленый и синий соответственно), или аддитивная модель, - используется для воспроизведения цвета в мониторах. Соответственно, для кодирования оттенков используется тройка цифр, например, числа 24, 40, 57 означают оттенки: 24 - для красного, 40 - для зеленого и 57 - для синего. 

В большинстве графических редакторов есть цветовые диаграммы, с помощью которых можно, указав цифровые значения оттенков основных цветов, визуально оценить соответствующий им цвет. Вторая модель используется в полигафии и называется CMYK. В качестве основных цветов также принимаются три: C - cyan (голубой), M - magenta (розовый), Y - yellow (желтый), K - черный - используется для повышения контрастности напечатанных изображений. Главное отличие модели заключается в том, что она воспроизводит отраженные цвета. В самом деле, чтобы видеть изображение, напечатанное на бумаге, свет, прежде чем достигнет глаз человека, должен отразиться от поверхности бумаги. Поэтому модель CMYK имеет также название субтрактивной (subtract - вычитать). Обе модели используются для описания полноцветных изображений, при этом модель RGB использует 24 бита на оттенок (по 8 бит на основной цвет позволяют иметь 256 оттенков) и воспроизводит около 16 миллионов цветов, в CMYK используется 32 бита для воспроизведения того же количества цветов. Следует особо отметить, что между моделями нет однозначного соответствия, то есть некоторые оттенки цвета одной модели не могут быть в принципе воспроизведены в другой модели и наоборот. Именно этим вызвана необходимость калибровки оборудования (сканера, монитора и принтера) на предмет соответствия цветов. Несомненное преимущество растрового способа описания изображений заключается в его универсальности - оцифровке поддается любое изображение, будь то чертеж, рисунок или фотография. Метод создания растровой карты, или растеризация, лежит в основе работы таких электронных устройства компьютера, как сканер, монитор, принтер...

Давайте теперь рассмотрим основные характеристики растровых изображений. Первым основным свойством является разрешение. Термин "разрешение" используется для определения количества единичных элементов растровой карты, приходящихся на единицу длины изображения или для определения общего количества единичных элементов для фиксированных значений длины и ширины. Так, разрешение в dpi (точек на дюйм), указываемое в технических характеристиках принтеров, нужно понимать как в первом случае, а для мониторов - как во втором (640x480, 800x600 и т.д. Первая цифра указывает общее количество единичных элементов по ширине, вторая - по высоте.). Чем выше разрешение, тем точнее растровая карта воспроизводит изображение и тем больше общее количество единичных элементов и, соответственно, размер файла, в котором хранится картинка. 

Говоря о разрешении, необходимо соблюдать определенную осторожность, поскольку разрешение электронного файла и разрешение принтера, которое используется при выводе этого файла на печать, не одно и то же. Разрешение электронного файла, задаваемое в графическом редакторе, определяет размер ячейки растровой карты, используемой для описания изображения. Разрешение печати указывается в lpi (line per inch - линий на дюйм). Под линией понимается так называемый полиграфический растр. Его отличие от обычного растра заключается в том, что при печати для воспроизведения оттенков используется прямоугольная матрица из точек, печатаемых принтером. Более светлому оттенку соответствует меньшее количество точек в матрице, более темному - большее количество точек. Размер такой матрицы может изменяться, а вот расстояние между точками матрицы фиксировано и зависит от разрешения принтера. В конечном итоге оказывается, что разрешение принтера, разрешение печати (lpi) и количество оттенков, доступных для воспроизведения, жестко связаны между собой. Вот пример. Предположим, что нам необходимо распечатать файл, имеющий разрешение 300 dpi и 256 оттенков серого цвета, на принтере с разрешением 600 dpi и линеатурой печати 150 lpi (журнальный стандарт). Линеатура в 150 lpi означает, что размер матрицы полиграфического растра имеет 25,4 мм/150=0,169 или приблизительно 0,17х0,17 мм. На такой площади принтер с разрешением 600 dpi позволяет напечатать 0,17/25,4/600=4, то.есть 4х4=16 точек. Такая матрица позволяет воспроизвести 17 оттенков (включая белый цвет, или полное отсутствие точек). Если выбирать линеатуру печати меньше, например, 75 lpi (газетный стандарт), мы сможем воспроизвести на печати 65 оттенков, т. е. 70% оттенков исходного изображения при печати потеряются (хотя современные принтеры применяют технологию улучшенной печати, даже PostScript-принтеры с разрешением 600 dpi не позволяют получить больше 100 оттенков). Для достижения высокого разрешения печати с сохранением всех 256 оттенков исходного изображения необходимо использовать печатающее устройство с разрешением 2540 dpi и выше. Кроме того, существует оптимальное соотношение между разрешением изображения и линеатурой, численно равное 1,5-2. Это соотношение носит название коэффициента качества, а правило, лежащее в его основе, гласит: для получения наилучших результатов печати, разрешение печатаемого файла должно быть в 1,5 - 2 раза выше разрешения печати (линеатуры). Именно поэтому изображение с разрешением 300 dpi следует выводить с разрешением печати в пределах 150 - 200 lpi. Основная причина этого заключается в необходимости дополнительного усреднения при печати цветовых оттенков соседних растровых ячеек.

Вторым из основных свойств является набор цветов (цветовая палитра), используемых для воспроизведения изображения. Коротко говоря, наиболее употребимыми являются пять типов цветовых палитр. Черно-белая, или bitmap (битмап) - любой из единичных элементов имеет только либо черный, либо белый цвет; grayscale (оттенки серого) единичный элемент может иметь один из 256 оттенков серого цвета; 8-битный цвет - из всей доступной человеческому глазу цветовой гаммы вибираются 256 цветов, которые и формируют изображение; 16-битный цвет предоставляет набор из приблизительно 65000 цветовых оттенков, 24-битный, true color или "истинный", цвет делает доступным 16 миллионов цветовых оттенков. Основным преимуществом растровых изображений является возможность передавать огромное количество оттенков цвета и плавных переходов между ними (пример - фотографии). К основным недостаткам относятся, во-первых, трудность поэлементной обработки изображений, поскольку приходится иметь дело с огромными растровыми массивами. Это привело к тому, что основным направлением в редактировании изображений (в особенности фотоизображений) стал монтаж, т.е. выделение областей различных изображений с помощью инструментов маскирования и последующая обработка таких областей целиком (применение спецэффектов, вырезание, склеивание и т.п.). В настоящее время имеются инструменты, такие как графические планшеты, и программы, например, Fractal Design Painter, позволяющие полноценно рисовать на компьютере. Однако это направление еще находится в стадии развития и встречается достаточно редко. Вторым недостатком является невозможность корректных трансформаций растрового изображения, таких как поворот, масштабирование (увеличение или уменьшение) и различного рода искривления. Если изображение имеет высокое разрешение, то огрехи трансформаций, если они не применялись многократно, незаметны. Если разрешение изображения небольшое, даже малая трансформация может иметь отвратительный результат. Как бы там ни было, в настоящее время растровая форма изображений является основной и без нее просто не обойтись.

Сайт посвящен в большинстве своем ретро и довнгрейд тематике, я очень надеюсь что вы найдете его полезным, и интересным. Приятного просмотра ;)