2 Полутоновые и цветные иллюстрации
Помимо текста в состав электронных документов могут быть включены и другие элементы, прежде всего полутоновые и цветные иллюстрации. Эти графические изображения представляются в виде растровой или векторной графики.
Растровые изображения, например фотографии, строятся по дискретным точкам - пикселам (picture's element). Количество пикселов зависит от разрешающей способности монитора и видеоадаптера ПК. Каждый пиксел представлен некоторым количеством разрядов, которое получило название «глубина цвета». Например, если на пиксел отведено 8 разрядов (кодируется 8 разрядами), то он способен изобразить один из 256 цветов (28 =256), 16 разрядов - 65 536 цветов (High Color), 24 разряда - 16 777 216 (16 млн.) цветов (True Color). Чем больше глубина цвета, тем качественнее изображение. Но в этом случае объем файла, в котором хранится графическая информация, увеличивается.Так, при разрешающей способности монитора 640×480 пикселов (точек) на экран выводится 307 200 пикселов кадра. Если каждый пиксел описан 8-разрядным кодом (256 цветов), то объем графического изображения экрана составляет 300 Кбайт. При использовании 24-разрядной цветовой палитры (16 млн. цветов) и разрешении 1280×1024 пиксела этот файл уже занимает около 3,8 Мбайт, т. е. требуется 4 Мбайт видеопамяти. Поэтому известные графические форматы, как правило, используют методы сжатия информации, обеспечивающие сжатие графических файлов. Коэффициент сжатия используемых методов и алгоритмов обычно определяется относительно этого же изображения в формате ВМР.
Разрешение экрана монитора:
QVGA — 320×240 (4:3) — 76,8 кпикс,
SIF (MPEG1 SIF) — 352×240 (22:15) — 84,48 кпикс,
CIF (MPEG1 VideoCD) — 352×288 (11:9) — 101,37 кпикс,
WQVGA — 400×240 (5:3) — 96 кпикс,
[MPEG2 SV-CD] — 480×576 (5:6; 12:10) — 276,48 кпикс,
HVGA — 640×240 (8:3) или 320×480 (2:3; 15:10) — 153,6 кпикс,
nHD — 640×360 (16:9) — 230,4 кпикс,
VGA — 640×480 (4:3; 12:9) — 307,2 кпикс,
WVGA — 800×480 (5:3) — 384 кпикс,
SVGA — 800×600 (4:3) — 480 кпикс,
FWVGA — 854×480 (427:240) — 409,92 кпикс,
WSVGA — 1024×600 (128:75; ≈ 15:9) — 614,4 кпикс,
XGA — 1024×768 (4:3) — 786,432 кпикс,
XGA+ — 1152×864 (4:3) — 995,3 кпикс,
WXVGA — 1200×600 (2:1) — 720 кпикс,
WXGA — 1280×768 (5:3) — 983,04 кпикс,
SXGA — 1280×1024 (5:4) — 1,31 Мпикс,
WXGA+ — 1440×900 (8:5; 16:10) — 1,296 Мпикс,
SXGA+ — 1400×1050 (48:35) — 1,47 Мпикс,
XJXGA — 1536×960 (8:5; 16:10) — 1,475 Мпикс,
WSXGA (?) — 1536×1024 (3:2) — 1,57 Мпикс,
WXGA++ — 1600×900 (16:9) — 1,44 Мпикс,
WSXGA — 1600×1024 (25:16) — 1,64 Мпикс,
UXGA — 1600×1200 (4:3) — 1,92 Мпикс,
WSXGA+ — 1680×1050 (8:5) — 1,76 Мпикс,
Full HD — 1920×1080 (16:9) — 2,07 Мпикс,
WUXGA — 1920×1200 (8:5; 16:10) — 2,3 Мпикс,
QWXGA — 2048×1152 (16:9) — 2,36 Мпикс,
QXGA — 2048×1536 (4:3) — 3,15 Мпикс,
WQXGA — 2560×1440 (16:9) — 3,68 Мпикс,
WQXGA — 2560×1600 (8:5; 16:10) — 4,09 Мпикс,
QSXGA — 2560×2048 (5:4) — 5,24 Мпикс,
WQSXGA — 3200×2048 (25:16) — 6,55 Мпикс,
QUXGA — 3200×2400 (4:3) — 7,68 Мпикс,
WQUXGA — 3840×2400 (8:5; 16:10) — 9,2 Мпикс,
4K — 4096×2160 (256:135)[1] — 8,8 Мпикс,
HSXGA — 5120×4096 (5:4) — 20,97 Мпикс,
WHSXGA — 6400×4096 (25:16) — 26,2 Мпикс,
HUXGA — 6400×4800 (4:3) — 30,72 Мпикс,
Super Hi-Vision — 7680×4320 (16:9) — 33,17 Мпикс,
WHUXGA — 7680×4800 (8:5, 16:10) — 36,86 Мпикс.
Растровые изображения называют также рисованной или битовой графикой. В битовом изображении число пикселов, как правило, фиксировано и имеется возможность редактировать каждый пиксел изображения. Растровые изображения можно создавать и редактировать в программах растровой графики типа Adobe Photoshop, Corel Photopaint, MS Paint и т.д., рассмотренных авторами в предыдущей работе.
Наиболее простым источником получения электронного файла растрового изображения является сканер. В последние годы все большую популярность приобретают цифровые фотокамеры. Известно три вида цифровых фотокамер: студийные, бытовые и профессиональные. Студийные фотокамеры предназначены для работы в стационарных условиях в составе фотостудий. Они подключаются к компьютеру и позволяют перед съемкой осуществить синтез фотографируемой сцены и персонажей. Возможность наблюдать на экране монитора будущий результат и внесение до экспозиции соответствующих коррективов повышает эффективность их использования. В качестве особенностей этого типа фотокамер следует отметить их относительно низкое быстродействие (повышенная экспозиция), что при использовании профессиональных фотомоделей не является существенным.
Профессиональные фотокамеры получают все большее распространение в среде фотокорреспондентов. Они должны обладать достаточным значением экспозиции (быстродействием) для съемки динамических объектов и высоким разрешением.
Бытовые фотокамеры занимают промежуточное положение между указанными выше и имеют весьма широкий разброс параметров в зависимости от стоимости.
Профессиональные цифровые фотокамеры оснащены ЖК-экранами для предварительного просмотра будущего изображения и отснятых кадров сразу же после съемки. Полученные снимки с помощью специального интерфейса (USB-интерфейс) помещаются в компьютер и тиражируются в электронном виде. Главная характеристика таких камер - их разрешение, измеряемое числом элементов изображения (пикселов) и определяемое размерами дискретных полупроводниковых светочувствительных элементов (ПЗС - приборов с зарядовой связью).
В настоящее время бытовые (потребительские) камеры вышли на уровень 12-24 млн. пикселов на кадр. Разрешения современных цифровых фотокамер вполне достаточно для фотореалистической печати изображений в форматах А1-А3 на сублимационных и даже струйных принтерах с разрешением. Другими немаловажными критериями качества камеры являются точность фокусировки, вычисления экспозиции и оптические характеристики объектива. Предпочтительны инфракрасный автофокус, стеклянные асферические линзы с трех- и четырехкратным трансфокатором и система определения экспозиции через линзы (TTL).
Для двух последних типов цифровых фотокамер весьма существенным параметром является емкость встроенных запоминающих устройств (карт), оцениваемая обычно максимально возможным числом отснятых и сохраненных кадров. В некоторых цифровых фотокамерах предусмотрены сменные карты памяти большого объема.
Появились цифровые видеокамеры с интегрированным цифровым фотоаппаратом.
Векторная графика, например художественные и технические иллюстрации, описывает объекты с помощью математических выражений. Векторные изображения не зависят от разрешения, так как количество пикселов, необходимых для отображения векторной графики, определяется разрешением конкретного монитора или принтера, а не самим изображением. Это обусловлено тем, что векторная графика ориентирована на кодирование изображений с помощью так называемых примитивов вывода (векторов, дуг эллипсов и окружностей, полиномиальных кривых, сплайн-функций и даже сложных поверхностей) и осуществляет преобразование в пикселы в видеопамяти или памяти принтера непосредственно при выводе на экран или твердый носитель. Создавать и редактировать векторную графику можно в программах векторной графики Corel Draw, Adobe Illustrator, FreeHand и др.
Векторные изображения требуют меньшего объема памяти при их хранении, чем растровые, и могут масштабироваться без потери качества.
Таким образом, если в электронном документе используется много графических элементов, то правильный выбор типа графики позволит уменьшить объем файла документа и время его загрузки. С особой актуальностью этот вопрос стоит в случае создания гиперграфических документов.
В гипертекстовых HTML-документах обычно используется растровая графика. PDF-документы могут включать в себя оба типа графики. Так как векторная графика одинаково хорошо выглядит при любом увеличении, то растрируют ее в том случае, когда изображение содержит много объектов (с целью ускорения загрузки и отображения иллюстрации) либо когда необходимо сглаживание и размытие краев объектов.
Для организации хранения и последующего воспроизведения изображений используются три основные разновидности графических форматов: растровые, векторные и формоопределенные (метафайлы).
Растровые форматы хранят данные об изображениях попиксельно. Как правило, растровые файлы создаются графическими редакторами типа Adobe Photoshop или специальными программами, обеспечивающими работу сканеров. Наиболее распространенные растровые форматы - это TIFF (Tagged Image File Format), BMP (Windows bitmap), MacPaint, PCX (PC Paintbrush), GIF (Graphics Interchange Format), JPEG (Joint Photographic Experts Group).
Векторные файлы содержат наборы инструкций для построения элементарных геометрических объектов, называемых примитивами вывода: линий, эллипсов, прямоугольников, многоугольников, дуг и т.д. Обычно векторные файлы создаются вышеназванными программами векторной графики или программами САПР (типа AutoCAD). К векторным форматам относят DXF (Dynamic Exchange Format). Текст и PostScript-контуры файлов Illustrator EPS (Encapsulated PostScript) тоже являются векторными элементами, однако обычно они входят в состав метафайлов.
Формоопределенные форматы (метафайлы) могут содержать как растровые, так и векторные данные. Типичными примерами метафайлов являются файлы в форматах Macintosh PICT, Illustrator, EPS, CGM (Computer Graphics Metafile) и WMF (Windows Metafile).
Подробное описание структуры и полей указанных форматов было дано авторами в книге «Информационные технологии в издательском деле и полиграфии».
Если электронный документ подготавливается для просмотра на экране монитора, то целесообразно использовать форматы, хорошо воспроизводящие цвет при малых объемах файлов, - GIF, JPEG. Отметим, что в таких публикациях обычно применяется аддитивная цветовая модель RGB. При необходимости вывода и тиражирования документа используются форматы EPS, TIFF и субтрактивная цветовая модель CMYK. Следует отметить, что для электронных публикаций, как правило, требуется значительно меньшее разрешение графических изображений, чем при их типографском воспроизведении в полиграфии. Так, к примеру, распространенные размеры иллюстраций - 640×480 пикселов, разрешение - 72 dpi (точек на дюйм).
При размещении в публикации больших иллюстраций типа художественных произведений или в случае гиперграфических документов оказывается целесообразным использовать специальный режим предварительного просмотра графических элементов документов, предусматривающий визуализацию некоторого схематического изображения данной картины. При этом пользователь системы или читатель документа решает, стоит ему загружать и просматривать все изображение или нет. Такой подход имеет место как в публикациях Web, так и в электронных изданиях на CD-ROM.
Обычно для обеспечения быстрой загрузки с сервера или CD-ROM используется формат GIF. Этот формат предоставляет возможность чересстрочной (Interlaced) загрузки, а это значит, что как только страница гипертекстового документа начинает за-гружаться в память компьютера, так начинает визуализироваться (прорисовываться) требуемое изображение. Максимальное число цветов в иллюстрации формата GIF - 256. При этом формат предполагает сжатие иллюстрации без потерь с алгоритмом кодирования повторов: последовательность байтов, соответствующих одному цвету, заменяется словом из двух байтов, один из которых соответствует цвету, а второй - количеству повторов. Снижение числа используемых цветов не слишком критично для иллюстраций предварительного просмотра, но дает возможность снизить объем файла изображения и увеличить скорость его загрузки.
Эффективный алгоритм сжатия с потерями реализован в формате JPEG. Особенно эффективен так называемый progressive JPEG. JPEG сохраняет все цвета оригинала (глубина цвета - 24 разряда), позволяет задавать степень сжатия изображения, однако при высокой степени сжатия информации в иллюстрации могут появиться нежелательные эффекты типа цветных пятен. При этом разрушаются сплошные области и сглаживаются или размываются резкие переходы цветов.
Если представляемая в документе иллюстрация содержит в основном векторные элементы, к примеру, чертеж или схему, то имеет смысл сохранять ее в GIF-формате, а если это цветная фотография, то логично сохранить ее в формате JPEG. Особо следует отметить размещение в электронных публикациях снимков экрана (Print Screen) - растровых изображений, скопированных с экрана монитора. Снимок копии экрана, как правило, имеет низкое разрешение (определяемое разрешением экрана монитора), поэтому он нуждается в специальных установках сжатия и разрешения. Обычно такие изображения (чаще всего это рабочее окно какой-либо программы) представляются в формате GIF.
Для преобразования изображения из одного формата в другой существует достаточно много трансляторов и специализированных программ. Например, это осуществляет программа DeBabelizer фирмы Equilibrium Technologies, работающая на платформах Windows и Macintosh. Эту же операцию можно выполнить в большинстве программ растровой и векторной графики, например в программах фирм Adobe Systems, Corel, Adobe и др. В частности, Adobe Photoshop может открывать и сохранять растровые файлы в самых различных форматах, включая TIFF, EPS, GIF и JPEG.
Просмотр графических изображений электронных изданий осуществляется на экране монитора. Сегодня для этих целей созданы специализированные мультимедийные мониторы, содержащие встроенные динамики и другое периферийное оборудование
Один из принципиальных недостатков ЖК-технологии - искажения при работе с разрешением, не совпадающим с собственным разрешением матрицы. Из-за интерполяции текст может искажаться, поскольку часть пикселов передается одиночными точками, часть - двойными (например, у буквы «П» одна вертикальная черта вдвое шире другой), хотя фотографии, как правило, качества не теряют. Фирма Samsung Electronics применила улучшенный алгоритм интерполяции, в котором у точек, попадающих на границы пикселов, изменяется яркость (в букве «П» обе вертикальные черты получаются одинаковой толщины, но кажутся немного нечеткими).
При воспроизведении цветных изображений выбирается одно из трех стандартных значений цветовой температуры или настраивается цветопередача по желанию пользователя. Цвета на таких мониторах отличаются высокой яркостью и насыщенностью.
Таким образом, аналоговые мониторы постепенно сменяются цифровыми ЖК-дисплеями. Цифровой интерфейс обеспечивает более четкое по сравнению с аналоговым сигналом изображение и не подвержен сторонним помехам и наводкам. Кроме того, он более удобен для реализации различных сервисных функций и Plug Play.
Работа монитора обеспечивается графическими видеоадаптерами или видеоплатами. Видеоплаты могут выполнять множество различных функций:связывают монитор с системной платой компьютера, перехватывают изображение или видео с экрана и т.п. Встроенные TV-тюнеры позволяют просматривать телевизионные программы прямо на экране монитора, а 3D-ускорители реализуют воспроизведение на экране монитора в реальном или условном масштабе времени.