Компьютерная графика

крытым и поэтому постоянно обновляется многими независимыми разработчиками программного обеспечения.

Формат BMP (от слова bitmap) — это «родной» формат Windows. Он поддерживается всеми графическими редакторами, работающими под управлением этой операционной системы. Применяется для хранения растровых изображений, предназначенных для использования в Windows, например, в качестве фона вашего рабочего стола. С помощью этого формата вы можете задать глубину цвета от 1 до 24 бит. Предоставляет возможность применения сжатия информации по алгоритму RLE (однако делать это не рекомендуется, так как очень многие программы не читают файлы с расширением RLE). Информация в этом формате хранится как бы в виде «снимка с экрана». Преимущества формата BMP— очень быстрый вывод изображений, основной недостаток — огромные размеры файлов:

Размер BMP-файла = Размер по горизонтали · Размер по вертикали · Глубина пиксела.

Использование формата BMP не для нужд Windows является распространенной ошибкой новичков. Ни для чего другого он не предназначен — ни для Web, ни для печати, ни для простого переноса и хранения информации.

Формат TIFF (Tagged Image File Format) является одним из самых распространенных среди известных в настоящее время форматов. Ему доступен весь диапазон цветовых моделей — от монохромной до RGB и CMYK. Он был разработан совместно фирмами Aldus Corporation и Microsoft как универсальный открытый формат, допускающий модификации. Файл TIFF-формата, созданный на IBM PC или совместимом компьютере, поддерживается операционной системой Macintosh и большинством Unix-подобных платформ. Он также поддерживается практически всеми основными пакетами растровой и векторной графики, программами редактирования

èверстки текста.

Âотличие от рассмотренных форматов BMP и PCX, формат TIFF поддерживает ряд дополнительных функций:

– использование дополнительных каналов (альфа-каналов, или, как их еще называют, каналов масок). Сохранение изображения с альфа-каналами удобно, если необходимо продолжить выпол-

41

нение редактирования отдельных частей изображения в период между первоначальным размещением его на странице и окончательным выводом;

–использование сжатия. Это свойство позволяет уменьшать размеры файла до 50 % от исходного с помощью LZW-алгоритма сжатия, выполняемого без потери информации;

–возможности выполнения предварительного цветоделения. Данная функция реализуется путем записи результатов цветоделения в отдельный файл в цветовой модели CMYK, что упрощает последующую процедуру размещения файла изображения на странице

èвывод документа на печать. Причем поддерживается не только традиционная модель CMYK, но и ее вариант Hexahrome компании Pantone, позволяющий использовать шесть базовых цветов.

На сегодняшний день формат TIFF является лучшим выбором при импорте растровой графики в векторные программы и издательские системы.

Формат JPEG, названный так по имени группы его разработчи- ков – Joint Photographic Experts Group, – наиболее эффективный формат сжатия, доступный в настоящее время, который, вероятно, останется стандартом сжатия в течение последующих лет. Это метод сжатия с потерей данных, который жертвует качеством изображения для сохранения пространства на диске. В то же время можно управлять тем, сколько данных потеряется во время операции сохранения.

PICT является файловым форматом, созданным компанией Apple Computer в качестве графического стандарта для программного обеспечения клона Macintosh. Однако в настоящее время этот формат является доступным для многих программ обработки и рисования (например, CorelDraw) и на PC-платформе. Размер файлов в формате PICT зачастую меньше, чем во многих других форматах.

Первоначально сеть CompuServe поддерживала формат GIF (сокращение от Graphics Interchange Format — формат графического обмена) в качестве средства сжатия файлов. Подобно формату TIFF, формат GIF использует механизм сжатия LZW, но, в отличие от TIFF, работает не более чем с 256 цветами.

Однако с развитием сети Интернет формат GIF развился. Сей- час существует две версии этого формата, различаемые по своим

42

кодам: 87а и 89а. Формат GIF87a поддерживает только непрозрач- ные пиксели, в то время как в GIF89a некоторые пиксели могут быть прозрачными.

PSD (Adobe Photoshop Document) — это «родной» формат программы Adobe Photoshop. В последнее время этот формат получает поддержку все большего числа программ, что фактически делает его универсальным. По сравнению с уже рассмотренными форматами PSD позволяет сохранять изображение с массой дополнительных атрибутов, включая слои, их маски, дополнительные альфа-ка- налы, каналы шишечных цветов (начиная с пятой версии), контуры и другие параметры программы Photoshop.

2.6. Сжатие графической информации

Алгоритмы сжатия с самых общих позиций можно разбить на два больших класса: сжатие с потерями и сжатие без потерь.

Сжатие без потерь. Большинство схем сжатия без потерь основано на поиске в растровом изображении повторяющихся пиксельных узоров. Такой узор можно запомнить один раз и впоследствии повторить его с необходимой кратностью. Алгоритмы сжатия без потерь очень эффективны для рисунков, содержащих большие области однотонной закраски или повторяющиеся узоры. В таких слу- чаях чаще всего достигается коэффициент сжатия 10:1.

Рассмотрим наиболее распространенные схемы сжатия. Метод сжатия RLE (Run Length Encoding) — кодирование с

переменной длиной строки — использует механизм поиска одинаковых пикселов в одной строке и запоминание их числа. В настоящее время этот алгоритм применяется для сжатия информации в форматах PSD и BMP.

Метод сжатия LZW (Lerapel-Ziv-Welch) разработан в 1978 году Лемпелом и Зивом. Сжимает данные путем поиска одинаковых последовательностей (называемых фразами) во всем файле. Затем выявленные последовательности сохраняются в таблице, где им присваиваются более короткие маркеры (ключи), и изображение сохраняется необходимое число раз в виде этих маркеров. Метод LZW по сравнению с RLE-алгоритмом более эффективен при сжатии произвольных графических данных (данных с большим количе- ством цветов).

43

Сжатие с потерями. Использование алгоритмов сжатия без потерь оказывается неэффективным для растровых изображений фотографического качества, в которых каждый пиксел отличается от соседних. Применение механизма сжатия узоров к изображениям, на которых повторяющихся узоров нет, часто приводит к ничтожным результатам при больших затратах времени. Процесс сжатия, длящийся минуты, может уменьшить размер файла всего лишь на 1–5 %, а иногда даже увеличить размер файла. Сжатие с потерями, наоборот, лучше всего работает с теми изображениями, на которых нет повторяющихся узоров или больших областей однотонной закраски. В растровом рисунке, который содержит множество слегка отличающихся друг от друга пикселов (например, 100 немного отличающихся оттенков голубого цвета неба), большие области могут заполняться пикселами одного цвета или пиксельным узором, имитирующим вид исходной области. Ключевым моментом в применении сжатия с потерями является определение «приемлемого уровня» потерь. Уровень этот субъективен и зависит от изображе- ния-оригинала и от того, как он будет использоваться. Если ваше оригинальное изображение — фотография музейного качества, предназначенная для публикации в высокохудожественном издании, то ни о каких «приемлемых потерях» не может быть и речи. Рисунок должен быть воспроизведен как можно точнее. Другое дело электронная публикация на веб-странице, где одним из главных критериев является малый размер файла.

В настоящее время самым известным алгоритмом является JPEG, в основе которого лежит не поиск одинаковых элементов, как в случае RLE и LZW, а поиск разницы между пикселами.

Кодирование данных с помощью используемого в JPEG алгоритма сжатия осуществляется в несколько этапов:

1.Сначала графические данные конвертируются в цветовое пространство типа Lab.

2.Затем отбрасывается половина или три четверти информации о цвете (в зависимости от реализации алгоритма).

3.Далее анализируются блоки размером 8 8 пикселов. Для каждого блока формируется набор чисел. Первые несколько чисел представляют цвет блока в целом, в то время как последующие числа отражают тонкие нюансы. Поскольку спектр деталей бази-

44

руется на зрительном восприятии человека, крупные детали более заметны.

4.На следующем этапе в зависимости от выбранного вами уровня качества отбрасывается определенная часть чисел, характеризующих тонкие нюансы.

5.На последнем этапе используется кодирование методом Хаффмана для более эффективного сжатия конечных данных.

JPEG использует кумулятивную схему сжатия. Это означает, что изображение сжимается повторно каждый раз при открытии

èсохранении файла, что влечет внесение дополнительных искажений. Следовательно, пользоваться JPEG следует с осторожностью.

JPEG лучше всего использовать при сжатии изображений с непрерывным тоном (изображения, в которых цветовой контраст между ближайшими пикселями невелик). Любое изображение, которое включает постепенные цветные переходы, пригодно для JPEG-сжатия. JPEG не самый лучший выбор для сохранения снимков экрана, векторных рисунков (особенно для преобразованных высококонтрастных изображений).

Алгоритм сжатия Хаффмана (Huffman) разработан еще в 1952 году. В нем осуществляется последовательный перебор наборов символов, которые анализируются с целью определения частоты появления каждого символа. Затем наиболее часто встречающиеся символы кодируются с помощью минимально возможного количества битов. Например, в английских текстах чаще всего встречается буква «е». Используя кодировку Хаффмана, вы можете представить «е» всего лишь двумя битами (1 и 0) вместо восьми битов, необходимых для представления буквы «е» в кодировке ASCII.

Восстановление данных происходит в обратном порядке. Таким образом, чем выше уровень компрессии, тем больше данных отбрасывается и тем ниже качество. Используя JPEG, можно полу- чить файл в 10–500 раз меньше, чем файл в формате BMP. Этот формат аппаратно-независим, полностью поддерживается и PC и Macintosh, однако он относительно новый и не читается старыми программами (до 1995 года).

JPEG не поддерживает индексированные палитры цветов. Первоначально в спецификациях формата не было поддержки цветовой модели CMYK, и только в последние годы фирмой Adobe добавлена поддержка цветоделения.

45

JPEG рассматривает изображение блоками 8 8 пикселов, используя методику Adaptive Discrete Cosine Transform (ADCT). При этом усредняются 24-битовые значения каждого пиксела в блоке (или 8-битовые при работе с изображением в градациях серого). ADCT затем сохраняет усредненный цвет в верхнем левом пикселе блока и присваивает оставшимся 63 пикселам меньшие значения по отношению к среднему. Затем JPEG делит блок на собственный блок 8 8, называемый матрицей квантования, которая выравнивает значения пикселов, обнуляя как можно больше. При этом происходит основное сохранение дискового пространства и потеря данных. Когда Photoshop открывает изображение, программа не может восстановить исходные различия нулевых пикселей, и они становятся одного или близкого цвета. Наконец, JPEG применяет кодирование Хаффмана для перевода повторяющихся значений в один символ.

2.7. Инструментальные средства растровых редакторов

Работа в растровом редакторе представляет собой один из самых захватывающих видов работ на персональном компьютере. Это обусловлено особенностью растровых программ, 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.

Существует множество полезных манипуляций с фотографиями, доступных пользователю компьютера.

К фундаментальным инструментам растровой графики относятся такие инструменты обработки изображений, как:

–инструменты выделения;

–каналы и маски;

–инструменты ретуширования;

–гистограммы;

–кривые;

46

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

–фильтры (спецэффекты);

–ñëîè.

Кроме перечисленных инструментальных средств, в состав растровых редакторов входит большое количество инструментов, ассоциирующихся с применяемыми в традиционной живописи и других приложениях (их также называют иногда «элементарные инструменты»): «Аэрограф», «Кисть», «Карандаш», «Ластик», «Текст», «Перо», «Линия», «Заливка», «Пипетка», «Трансформация», «Масштаб», «Рука», «Рамка» и т. п. Аналоги этих инструментов можно найти также в большинстве векторных редакторов, поэтому описание теории их использования не включается в этот раздел, а особенности применения будут рассмотрены на практических примерах для растровой графики.

Инструменты выделения. Маски. Растровое изображение, в отличие от векторного, не содержит объектов, которые можно легко «расцепить» для выполнения их индивидуального редактирования. Поэтому для создания, например, коллажей (фотомонтажей) из отдельных фрагментов нескольких изображений каждый из них предварительно необходимо выделить. Такая работа, напоминающая вырезание частей изображения из бумаги ножницами, называется процессом выделения (или обтравки) изображений. Выделение (Selection) — это область, ограниченная замкнутой рамкой в виде движущейся пунктирной линии (контура), которая отмечает часть изображения, доступную для копирования, редактирования и выполнения различных типов преобразований. На жаргоне программистов эта пунктирная линия получила название «марширующие муравьи». Она отделяет выделенную область от защищенной от преобразования области.

Выделенная часть изображения становится редактируемой. Это значит, что над ней можно производить определенные действия, предусмотренные командами меню Edit («Правка»), Image («Изображение»), Filter («Фильтр») и др.

Маски — один из базовых инструментов профессиональных растровых редакторов. Концепции маски и выделения тесно связаны, но понятие маски шире. Всякая маска включает в себя два типа областей: непрозрачные и прозрачные. Первые используются для

47

защиты закрываемых ими частей изображений или объектов от нежелательных изменений. Они, собственно, и выполняют функцию маскирования. Прозрачные области можно рассматривать как «отверстия» в маске. Их используют для выделения фрагментов изображения или объекта, которые собираются модифицировать. Эти области называются выделенной областью или выделением (обтравкой).

Таким образом, маска не есть нечто противоположное выделению. Противоположными свойствами обладают части маски, а именно защищенные и выбранные (выделенные) области. Соотношение между этими частями не является постоянным. В процессе работы над изображением оно может изменяться за счет увеличе- ния доли одной из них и, соответственно, уменьшения доли другой. Для этой цели в растровых редакторах имеется специальный набор инструментов выделения.

Каналы и альфа-каналы. Как уже отмечалось, канал — это 8-разрядный монохромный вариант изображения (подразд. 2.4).

В результате комбинации трех основных (аддитивных) цветов, каждый из которых воспроизводит 256 градаций интенсивности, удается получить палитру из 16,7 млн цветов (2563). Такое громадное количество цветовых тонов обеспечивает большой простор для экспериментов с редактируемым изображением. 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 и с любым полутоновым изображением. Например, при увеличении яркости красного канала в RGB-изображении с помощью фильтра Brightness – Contrast – Intensity (Яркость – Контрастность – Интенсивность) увеличивается уровень красного цвета в составном изображении.

Наряду с цветовыми каналами, число которых жестко определено типом используемой цветовой модели, в растровых редакторах возможно использование дополнительных каналов (альфа-ка- налов), количество которых ограничено только возможностями вашего компьютера. Эта разновидность каналов широко используется для ретуширования, компоновки и локальной коррекции изображений.

48

Фактически каждый такой канал представляет собой маску. Поэтому создание маски приводит к одновременному созданию альфа-канала, в который помещается «серое» изображение маски.

Инструменты выделения и маскирования. Современные графические редакторы располагают разнообразными инструментами выделения. По принципу формирования выделенных областей их можно разделить на четыре группы:

1)Обычные (геометрические), использующие для построения выделений разнообразные геометрические формы: прямоугольную, квадратную, круглую и эллиптическую.

2)Инструменты выделения «от руки». Они используются для выделения объектов сложной формы путем их обводки.

3)Инструменты выделения контуров (Path Tools) похожи на инструменты предыдущей группы. Однако в данном случае выделенные области представляют собой векторные объекты. Такие выделения имеют ряд преимуществ перед обычными (растровыми) выделениями, поскольку:

–требуют для своего хранения меньший объем памяти;

–предоставляют возможность импорта в векторные программы;

–дают возможность масштабирования без потери качества;

–более просты для точного редактирования, поскольку состоят из управляющих точек (узлов), которые можно перемещать для настройки нужной формы контура выделения.

4) Цветочувствительные, в которых выделенная область изображения определяется цветом изображения. В основе работы этих инструментов лежит назначение двух параметров:

–базового цвета, выбираемого щелчком мыши на соответствующей точке изображения;

–диапазона цветов, близких к базовому.

Большое количество инструментов выделения обусловлено разнообразием задач, решаемых при редактировании изображения. В одном случае вам могут понадобиться точные геометрические формы выделения, в другом — точные нерегулярные формы объектов и, наконец, в третьем — области изображения, включающие в себя определенный диапазон цветов, например цвета неба.

49

С помощью инструментов выделения вы можете создавать два типа выделений:

1.Простые, реализация которых требует выполнения одной операции.

2.Сложные, строятся на базе двух или более простых выделе-

íèé.

Инструменты и методы ретуширования. Традиционно инструменты ретуширования изображений предназначены для восстановления поврежденных изображений, например фотографий. Ретушь (Retouch) — коррекция изображения с целью устранения мелких дефектов, исправления тонального и цветового балансов. Также к ретушированию относится украшение изображения, придание ему большей убедительности. Для реализации этого может потребоваться выполнение двух групп операций:

–устранение деталей, мешающих созданию нужного эффекта. Обычно это морщины на лице, блики и мелкие посторонние предметы;

–добавление некоторых деталей, подчеркивающих нужный эффект.

Изображения могут иметь царапины, пятна и другие дефекты локального характера. В этом случае процесс ретуширования можно выполнить без применения выделений или масок, используя лишь входящие в состав используемого вами пакета инструментальные средства локального улучшения изображения.

Инструменты клонирования (Cloning Tools) предназначены для копирования деталей из одного места изображения (неповрежденного) в другое (поврежденное). Типичным примером такого инструмента является «Штамп». Клонирование рекомендуется применять для удаления дефектов сканирования, следов пыли, царапин, пятен путем замены на сходные тона и детали того же или другого изображения.

Инструменты размытия (Blur) и повышения резкости (Sharpen)

позволяют соответственно локально снижать или усиливать контраст между пикселами изображения. Так, локальное ослабление нежелательных подробностей (морщин, нездорового цвета кожи и т. д.) позволит акцентировать внимание на главных деталях изображения, маскируя второстепенные. В то же время локальное увеличе-

50