Компьютерная графика

нарного узла можно предложить лампочку, которая может быть либо включена, либо выключена.

Этот режим можно использовать для работы с черно-белыми изображениями, полученными сканированием черно-белых чертежей и гравюр, а также при выводе цветных изображений на чер- но-белую печать.

Режим Grayscale (градации серого). Использование режима градаций серого позволяет увеличить информационную емкость изображения за счет повышения цветового разрешения каждой пиксела. Поскольку в этом режиме на каждый пиксел выделяется до 8 бит, то требуется иная форма организации информации по сравнению с ранее рассмотренным однобитовым монохромным режимом. Если режим черно-белой графики может быть сравним с элементарной математикой, в которой основной элемент графического изображения — пиксел — может принимать только два состояния: включен и выклю- чен, то режим «градации серого» — это высшая математика, позволяющая оперировать с комбинацией до 256 оттенков, обеспечивая более высокое тоновое разрешение изображения.

Устройства, использующие двоичную математику, сводят все многообразие явлений к комбинации вариантов, количество которых равно числу 2 в соответствующей степени. Для пиксела с 4-би- товым разрешением число возможных вариантов составит 24, что соответствует 16 комбинациям. В случае 8-битового разрешения это число возрастет до 28, или 256 комбинаций. Именно такое коли- чество оттенков может быть реализовано при сканировании изображения в режиме «оттенки серого» большинством непрофессиональных сканеров. Растровые редакторы воспринимают полученное в этом режиме цифровое изображение в виде одноцветного (монохромного) канала, содержащего 256 различных уровней яркости.

Для организации информации в режиме «градации серого» используется один цветовой канал, который в программе Corel PhotoPaint называется серым каналом, а в Adobe Photoshop — аль- фа-каналом.

Режим Duotone (дуплекс). Дуплекс — это 8-разрядный цветовой режим, использующий 256 оттенков не более четырех цветовых тонов.

Фактически дуплексную цветовую модель можно рассматривать как изображение в цветовой модели Grayscale, улучшенное

31

ñпомощью дополнительных цветов (от одного до четырех). В дуплексном цветовом режиме изображение состоит из 256 оттенков одной (Monotone, тоновое), двух (Duotone, двухтоновый дуплекс), трех (Tritone, тритон) или четырех (Quadtone, квадртон) красок.

Двухтоновый вариант данной цветовой модели широко распространен в полиграфии. Здесь в качестве дуплекса используется модифицированное изображение в градациях серого, отпечатанное

ñпомощью красок двух цветов — как правило, черного и акцентирующего цвета, хотя могут использоваться любые другие два цвета. В общем случае этот термин относится также к дуплексам с тремя и четырьмя красками.

Использование двух красок вместо четырех значительно сокращает расходы на печать, обеспечивая вместе с тем широкий диапазон выбираемых оттенков. Дуплекс идеален для добавления акцентирующего цвета к фотографии или расширения тонального диапазона красителей.

Этот режим можно использовать для того, чтобы придавать цветность черно-белым изображениям либо создавать интересные эффекты с помощью различных параметров тонирования.

Режим RGB Color. Данный режим часто называют RGB-цве- том. Он наиболее удобен для редактирования изображений на экране компьютера, так как обеспечивает цветовое разрешение 24 бит/пиксел. Это позволяет использовать для реализации цветных цифровых изображений палитру из 16,7 млн цветов.

На жаргоне программистов цветовую модель RGB называют естественным цветом (true color), так как 16 млн цветов, доступных при такой глубине цвета, достаточно для представления всех разли- чимых человеческим глазом оттенков. Очевидно, что для источников изображения, имеющих ограниченную цветовую палитру, такое количество цветовых оттенков может оказаться избыточным. Наряду с каналами RGB-модель поддерживает еще один полезный инструмент, название которого зависит от используемого графиче- ского редактора: слои (Photoshop) или объекты (PhotoPaint). Объект — это отдельное растровое изображение, находящееся в собственном слое над базовым изображением (фоном).

Режим Paletted («Палитра»). На начальном этапе развития компьютерной графики наибольшее распространение имел цве-

32

товой формат, получивший название Paletted («Палитра»). По способу организации информации в файле этот режим иногда называют «индексированные цвета» (как, например,

âPhotoshop). Индексный файл, подобно набору цветных мелков, содержит определенный набор цветов, из которых строится палитра компьютерного изображения.

Âэтом формате вместо трех цветовых каналов фактически используется один, в котором информация о компонентах цвета (красном, зеленом и синем) каждого пиксела записывается в специальную цветовую таблицу в виде фиксированных значений. Поэтому, в отличие от остальных цветовых моделей, значение, присваиваемое каждому пикселу изображения, не указывает его цвет непосредственно. Вместо этого указывается номер цвета (индекс)

âцветовой таблице (палитре), которая записывается в начало или конец файла. Таким образом, в каждую ячейку записанной в файл растровой сетки изображения заносится ссылка на один из цветов палитры.

Режим CMYK Color. Этот цветовой режим базируется на цветовой модели CMYK и является ориентированным на печатающее устройство, поскольку выполняет процедуру цветоделения. Перед

конвертированием подготовленного вами RGB-изображения в CMYK необходимо выполнить настройку цветовой конфигурации системы с помощью встроенной в графический редактор системы управления цветом. Это позволит согласовать цветовые диапазоны разных устройств, поскольку, к сожалению, каждый тип выходного устройства (и даже однотипные устройства разных производителей) имеет уникальную цветовую гамму и воспроизводит цвет по-своему. Даже при использовании системы управления цветом надо быть готовым к тому, что часть цветов не будет адекватно передана с помощью CMYK-модели. Например, яркий алый закат превратится в грязновато-коричневый, а воспроизведенное принтером яркое синее небо примет фиолетовый оттенок.

Режим Lab Color. Этот режим, основанный на аппаратно-неза- висимой Lab-модели, используется графическими редакторами в качестве внутренней модели для взаимного преобразования аппа- ратно-ориентированных RGB- и CMYK-моделей. В практической работе его также применяют для решения следующих задач:

– при печати изображения на принтерах Postscript Level 2;

33

–при работе с изображениями PhotoCD;

–при конвертировании цветного изображения в модель Grayscale («градации серого»);

–при необходимости изменить яркость изображения без искажения оттенков (цветовых тонов) изображения.

Режим Multichannel (многоканальный). Режим Multichannel (многоканальный) — это цветовой режим, использующий для отображения несколько цветовых каналов, каждый из которых состоит из 256 оттенков серого.

При трансформировании исходного изображения в цветовой режим Multichannel каждый из цветовых каналов исходного изображения будет преобразован в эквивалентный ему канал оттенков серого. Например, в случае конвертирования RGB-изображения в режим Multichannel пикселы каждого из трех цветовых каналов — красного (R), зеленого (G) и синего (В) — будут преобразованы в эквивалентные им значения в режиме «оттенки серого». В основе такого преобразования лежит использование значений яркостного компонента для каждого цветового канала.

Этот режим обычно используется для преобразования изображения при печати на черно-белых принтерах. Следует помнить, что многоканальный режим можно использовать только для изображений, имеющих более одного канала.

2.РАСТРОВАЯ ГРАФИКА

2.1.Структура и основные характеристики растрового изображения

Растровая графика представляет изображения в виде массива цифр, то есть всякое изображение рассматривается как совокупность точек разного цвета. Поэтому при большом увеличении все точечные изображения выглядят как мозаика (сетка), состоящая из мельчайших ячеек. Сама сетка получила название растровой карты (bitmap), а ее единичный элемент называется пикселом. Пиксел является базовым элементом растровых изображений.

Физические пиксели — реальные точки, отображенные на устройстве вывода, т.е. это наименьшие физические элементы поверхности отображения, которые можно обрабатывать аппаратным и программным способом. Ввиду того, что физические пиксели занимают определенную площадь поверхности отображения, на расстояние между двумя соседними пикселями вводятся ограничения.

Логические пиксели — это математические координаты, которые имеют местоположение, но не занимают физическое пространство. Поэтому при отображении значения логических пикселей в физические пиксели экрана должны учитываться реальный размер и расположение физических пикселей

Существует огромное количество способов создания электронных изображений, начиная от сканирования фотографий или рисунков и заканчивая изготовлением изображений c 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;

35

–анимационные программы;

–программы для создания трехмерных изображений;

–программы для копирования фрагментов экрана.

Одним из ключевых для растровой графики является понятие разрешения. Оно тесно связано с понятием «размер изображения», который определяет физическую длину и ширину изображения. Преимущество использования пикселов в качестве единицы измерения размера изображения состоит в том, что в данном случае размер изображения получается как бы зафиксированным.

Понятие разрешения включает два компонента:

–пространственное разрешение;

–яркостное разрешение.

Пространственное разрешение (или просто разрешение) характеризует количество мельчайших элементов информации, из которых состоит изображение. Часто все эти мелкие составные части имеют одинаковый размер, как, например, отдельные пикселы в файле растрового изображения. Однако на нецифровых этапах допечатного процесса эти части могут отличаться по размеру: например, зерно на фотопленке, которое, можно сказать, является ее разрешением, или полутоновые точки, образующие разрешение печатной машины.

Пространственное разрешение измеряется в ppi или dpi (пикселов на дюйм или точек на дюйм соответственно). У изображений с высоким разрешением отдельные пикселы очень малы, поэтому их можно увидеть только при большом увеличении. Для низкого разрешения отдельные пикселы достаточно велики, чтобы их можно было наблюдать даже невооруженным глазом.

Чем выше разрешение, тем большее количество пикселов содержит изображение и тем, соответственно, меньше размер отдельного пиксела. В результате изображение с более высоким пространственным разрешением характеризуется большим количеством деталей.

Яркостное разрешение характеризует количество уровней яркости, которые может принимать отдельный пиксел. В литературе его часто называют глубиной цвета. Чем выше яркостное разрешение, тем большее число уровней яркости (или оттенков цвета) будет содержать файл изображения.

36

Âчерно-белых изображениях уровни яркости представляются

âвиде оттенков серого. В цветных изображениях уровни проявляются в виде специфических цветовых тонов. Как правило, для чер- но-белых изображений яркостное разрешение составляет 8 бит, что соответствует 256 градациям яркости; для цветных моделей яркостное разрешение составляет 8N, ãäå N — число цветовых каналов. Таким образом, яркостное разрешение — количество битов на пиксел — определяет размер данных, необходимых для описания каждого пикселя.

Дадим более точное определение разрешения растровой графики с учетом двух аспектов разрешения.

Разрешение — это совокупность размера изображения в пикселах и глубины цвета (цветового разрешения). В данном контексте слова «это изображение сделано в CMYK на 300 dpi» означают, что изображение имеет глубину цвета в 32 бита на пиксел и такое коли- чество пикселов, что при воспроизведении в натуральную величину (масштаб 100 %) на каждый его дюйм будет приходиться 300 пикселов как по горизонтали, так и по вертикали.

В итоге размер изображения будет определяться обеими составляющими разрешения, в байтах:

Размер файла = Ширина · Высота · (Пространственное разрешение)2 · Цветовое разрешение,

где ширина и высота измеряются в единицах длины (дюймы, см, мм), пространственное разрешение — в ppi или dpi (пикселов на дюйм или точек на дюйм, соответственно), цветовое разрешение — в байтах (1 байт = 8 бит).

2.2. Преимущества и недостатки растровой графики

Среди преимуществ растровой графики следует отметить:

1.Простоту и, как следствие, техническую реализуемость (автоматизацию) ввода (оцифровки) изобразительной информации.

2.Существование развитой системы внешних устройств ввода изображения (сканеры, видеокамеры, цифровые фотокамеры, графические планшеты).

3.Предназначенность для работы с фотореалистичными объектами, например сценами природы или фотографиями людей. Дело

37

в том, что наш мир создан как растровый. И его объекты трудно представить в векторном, то есть математическом, виде. Фотореалистичность подразумевает, что в растровой программе можно полу- чать живописные эффекты, например туман или дымку, добиваться тончайшей нюансировки цвета, создавать перспективную глубину

èнерезкость, размытость и т. д.

4.Форматы файлов, предназначенные для сохранения точеч- ных изображений, являются стандартными, поэтому не имеет решающего значения, в каком графическом редакторе создано то или иное изображение: способы хранения информации являются универсальными.

Указанные преимущества определяют области использования растровых файлов, наиболее распространенной из которых является создание цифровых фотографий и художественных иллюстраций с большим количеством цветовых оттенков.

Перечислим некоторые недостатки растровой графики:

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

2.Растровое изображение требует для сохранения значительную часть дискового пространства.

3.Любые трансформации (повороты, масштабирование, наклоны) в точечной графике не бывают без искажений.

4.Растровое изображение невозможно увеличить для рассмотрения деталей. Поскольку изображение состоит из точек, то увели- чение изображения приводит только к тому, что эти точки становятся крупнее. Увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает ее грубой (пикселизация).

5.В растровой графике труднее работать с текстом. В большинстве растровых программ вы, как правило, редактируете текст во время его создания, но когда вы щелкаете мышью в каком-либо еще месте на экране, печатный символ закрепляется там, где он был бы нанесен на холст. Если вы хотите отредактировать уже набранный ранее текст, то не можете просто поместить курсор между двумя буквами,

38

удалить одну и начать набирать снова. Кроме того, при большом разрешении файл растрового текста будет огромного размера.

2.3. Работа со слоями

Слои — один из основных инструментов растровой (и векторной) графики. Представьте себе, что у вас на столе несколько кусков оконного стекла (прозрачных полиэтиленовых пленок, бумажных калек), наложенных друг на друга. На каждом стекле вы что-то нарисовали специальным фломастером и теперь смотрите на все это сверху. Стекла — это и есть слои.

Ñëîé (layer) — дополнительный уровень (холст) для рисования, предназначенный для повышения удобства обработки изображения. Каждый слой сохраняет (повторяет) все параметры основного изображения (размеры, разрешение, цветовую модель, число каналов).

2.4. Каналы и альфа-каналы

Канал — это 8-разрядный монохромный вариант изображения, содержащий информацию об этом изображении. В программах растровой графики применяются каналы двух типов: каналы выделения (называемые также альфа-каналами) и цветовые каналы.

Цветовые каналы генерируются в растровых редакторах автоматически при создании или открытии изображения, при этом коли- чество цветовых каналов определяется количеством базовых цветов в используемой цветовой модели: у каждого компонента цветовой модели изображения имеется свой цветовой канал.

Каналы несут информацию о том, сколько красного, зеленого или синего цвета должно содержаться в каждом пикселе изображения для образования соответствующего цвета. Каждый канал имеет 8-битовое разрешение и позволяет воспроизводить 256 градаций яркости. Когда цветовые каналы сливаются, в полученном составном изображении воспроизводится весь диапазон цветов исходного изображения.

Каналы представляют собой монохромные изображения, и с ними можно работать точно так же, как с любым полутоновым изображением.

39

Наряду с цветовыми каналами, число которых жестко определено типом используемой цветовой модели, в растровых редакторах возможно использование дополнительных каналов (альфа-ка- налов), которые используются для ретуширования, компоновки и локальной коррекции изображений с помощью использования инструментов выделения.

2.5.Форматы растровых файлов

Âнастоящее время существует огромное множество форматов растровых файлов, с подробной спецификацией и структурой которых можно ознакомиться, например, по энциклопедии [6].

Растровые форматы, предназначенные исключительно для вывода на экран, имеют только экранное разрешение, то есть один пиксел в файле соответствует одному экранному пикселу. На пе- чать они выводятся также с экранным разрешением.

Растровые файлы, предназначенные для допечатной подготовки изданий, имеют, подобно большинству векторных форматов, параметр Print Size — печатный размер, с которым связано понятие печатного разрешения.

Растровые форматы также отличаются друг от друга способностью нести дополнительную информацию: различные цветовые модели, обтравочные контуры, альфа-каналы и каналы шишечных (spot) цветов, слои различных типов, интерлиньяж (чересстрочная загрузка), анимация, возможности сжатия и др.

Перейдем к рассмотрению наиболее распространенных форматов растровых изображений.

Формат PCX был создан компанией Zsoft. Впоследствии он был использован многими компаниями, специализирующимися в области программного обеспечения. В настоящее время это «родной» формат графического редактора PhotoFinish. Данный формат идеально подходит для записи цветовых моделей «Оттенки серого» и «Индексированные цвета», поскольку менее сложен, чем формат TIFF. Начиная с пятой версии он поддерживает возможность работы с полноцветными изображениями (24-битовыми). Серьезным недостатком формата PCX является наличие многочисленных версий. Последнее обусловлено тем, что PCX-стандарт является от-

40