Теоретическая Информатика

Рассмотрим наложение пар красителей основных цветов. Восемь основных цветов схемы CMY изображают на рис. 4.10.

Красный цвет пикселя моделируется наложением фиолето- вого и желтого красителей; зеленый цвет пикселя — голубого и желтого красителей; синий цвет пикселя — голубого и фиоле- тового (см. рис. 4.9).

Наложение красителей: Наложение красителей: Наложение красителей: голубой + фиолетовый голубой + желтый фиолетовый + желтый

Рис. 4.9. Схема восприятия наложения пар трех основных цветов печати

B

M C

K

R G

Y

W

Рис. 4.10. Цветовая схема CMY (принтера)

Эта идеальная математическая модель не учитывает каче- ства реальных голубого, фиолетового и желтого красителей. При наложении реальных красок они мешают друг другу по- глощать цвета, поэтому при смешивании сразу голубого, фио- летового и желтого красителей получается грязно-коричне- вый, а не черный цвет. Уважающие себя принтеры используют цветовую модель CMYK.

Цветовая модель CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blacK, чита-

ется «цмик») — цветовая модель CMY, дополненная черным цветом.

3°. У п р а ж н е н и я 1. Два соседних пикселя на мониторе, которые расположе-

ны так, как показано на рис. 4.11, имеют следующие цвета: ле- вый пиксель имеет зеленый цвет, правый — красный. Какой цвет имеют эти два пикселя вместе?

R G

B R G

B

Рис. 4.11. Схематическое изображение двух соседних пикселей на мониторе и их подпикселей

2.Два соседних пикселя на мониторе, которые расположе- ны так, как показано на рис. 4.11, имеют следующие цвета: ле- вый пиксель имеет голубой цвет, правый — красный. Какой цвет имеют эти два пикселя вместе?

3.Два соседних пикселя при печати, которые расположены так, как показано на рис. 4.12, имеют следующие цвета: левый пиксель имеет фиолетовый цвет, правый — голубой. Какой цвет имеют эти два пикселя вместе?

C M

Y C M

Y

Рис. 4.12. Схематическое изображение двух соседних пикселей при печати и их подпикселей

4. Два соседних пикселя при печати, которые расположены так, как показано на рис. 4.12, имеют следующие цвета: левый пиксель имеет красный цвет, правый — голубой. Какой цвет имеют эти два пикселя вместе?

§2. Графика

1.Растровая графика

1°. Р а с т р . Э л е к т р о н н ы й и э к р а н н ы й р а с т р Растр — представление изображения в виде точек. Фотографический отпечаток состоит из отдельных зерен,

имеющих разный цвет, но растром не является, поскольку эти зерна человек не может различить невооруженным глазом.

Также не относится к растру любая печать текста на лазер- ном принтере, несмотря на то что принтер растровый и печа- тает точками. На растровом принтере можно печатать в рас- тре, а можно и без растра: полутоновые изображения печата- ются в растре, а все остальное — без растра.

Такая ситуация связана с тем, что существует четыре вида растра: электронный, экранный, принтерный и полиграфический.

Электронный растр — представление электронной копии изображения в виде прямоугольника точек.

Электронный растр также называется растровой графикой. Другими словами, электронный растр — способ хранения изображения в памяти компьютера. Электронный растр — это

матрица пикселей.

Пиксель — минимальный элемент растровой графики, об- ладающий собственными цветовыми параметрами.

Матрица растровой графики — прямоугольная таблица из пикселей, образующих изображение.

Размер растровой графики — количество столбцов и строк в матрице растровой графики.

Рис. 4.13. Условное изображение матрицы растровой графики

Каждый пиксель матрицы растровой графики имеет свой цвет, который определяется цветовой моделью, используемой при создании этой графической матрицы.

Итак, электронный растр получается при хранении элек- тронной копии изображения в компьютере в виде матрицы пикселей в формате какой-нибудь цветовой модели, напри-

мер, RGB.

Вывод электронной копии на экран обычного пиксельного монитора или растрового принтера осуществляется отдель- ными точками, т. е. растром.

При хранении в памяти электронная копия изобра- жения может находиться в любом формате, не обяза- тельно растровом. Все равно на растровый монитор она будет выведена точками, хотя, может быть, и не в виде прямоугольника пикселей.

Экранный растр — способ вывода копии изображения на экран монитора в виде отдельных точек.

Пиксель — минимальный цветовой элемент экрана монито- ра, состоящий из трех точек трех цветов.

Матрица экранного вывода растровой графики — прямоуголь-

ная таблица из пикселей, образующих изображение на экране.

Размер вывода растровой графики — количество столбцов и строк в матрице экранного вывода.

Заметим, что пиксель монитора обладает собственными, независимыми от графики, хранящейся в памяти компьютера, цветовыми параметрами.

Матрица хранящейся графики и матрица ее вывода могут по-разному соотноситься между собой. Возможны случаи:

1)если обе матрицы совпадают, то рисунок выводится на экран без искажений (см. рис. 4.14а);

2)если матрица вывода меньше, то часть информации те- ряется при выводе, картинка искажается (см. рис. 4.14б);

3)наоборот, если матрица вывода больше хранимой мат- рицы растровой графики, то при выводе на экран каждый пиксель превращается в маленькую матрицу из нескольких пикселей, возникают «ступеньки» (см. рис. 4.14в).

Рис. 4.14. Вывод на экран стрелки — указателя мыши:

а— матрица растровой графики и матрица вывода совпадают;

б— вывод меньше в 4 раза; в — вывод больше в 4 раза

На мониторе полутона передаются разной степенью свети- мости люминофора экрана: чем сильнее светимость, тем ярче цвет. Так формируется глубина цвета, передающая оттенки от черного до яркого насыщенного. На рис. 4.15 показан увели- ченный фрагмент полутонового серого изображения «кактус» на экране монитора.

100% 75%

50%

25%

100%

Рис. 4.15. Полутоновое изображение на экране монитора. Окружающие пиксели могут иметь любую высокую яркость, такую, чтобы «кактус» выделялся на этом фоне (например, 100%)

2°. П р и н т е р н ы й и п о л и г р а ф и ч е с к и й р а с т р . Р а с т р о в а я я ч е й к а

Печать на принтерах и полиграфических машинах являет-

ся растровой — это принтерный растр.

Другое дело, что точки принтерного растра могут не раз- личаться глазом. Когда различаются — получаем полиграфиче-

ский растр.

Заметим, что вывод электронной копии на фотобу- магу не является растровым, пусть даже электронная копия при этом находится в растре.

Принтерный растр — способ вывода копии изображения на твердый носитель в виде отдельных точек. Твердый носитель — бумага, пленка, фотобумага, ткань, керамика и т. д.

Полиграфический растр — способ передачи оттенков изобра-

жения при печати на твердом носителе различимыми точками. Принтер называется растровым, поскольку он печатает

точками. Это позволяет организовать полиграфический растр, когда это необходимо. Следует иметь в виду, что полиграфи- ческий растр нужен не для каждого из следующих трех видов полиграфической печати.

Штриховая печать — одноцветная полиграфическая печать без полутонов. Это символы текста или штриховые рисунки.

Штриховой рисунок — рисунок, состоящий из линий. При этом точки печати не видны.

Полутоновая печать — одноцветная полиграфическая пе- чать с передачей различных оттенков цвета.

Цветная печать — полутоновая печать разными цветами на одном твердом носителе.

Штриховой печатью издаются большинство книг и журна- лов, в основном научных. Они содержат штриховые рисунки. Как правило, такая печать осуществляется черной краской на белой бумаге. Здесь полиграфического растра нет (рис. 4.16а).

Растр используется в полутоновой печати при передаче фо- тографий, репродукций картин и других полутоновых изобра-

жений с помощью полиграфического растра (рис. 4.16б—г).

Рис. 4.16. Вывод рисунка на печать: а — штриховой рисунок без растра; полиграфический растр: б, в — регулярный; г — стохастический

Цветная печать является полутоновой для каждой из ис- пользуемых красок. В этом случае достаточно рассмотреть только одноцветную полутоновую печать, что мы и сделаем.

На печати отсутствует степень яркости красок. Поэтому передача полутонов здесь осуществляется не яркостью точек, как на экране монитора (см. рис. 4.17), а разным количеством краски. Тем более что размер точек при печати на порядок меньше, чем на мониторе.

Используются два способа передачи полутонов на печати. Рассмотрим их на примере печати на черно-белом лазерном принтере, который печатает точками. Из мелких точек, кото- рыми печатает принтер, и составляются более крупные конст- рукции, которые и называются полиграфическим растром.

Оба способа растрирования изображения используют по- нятие растровой ячейки. Тем большим количеством точек за- полнена растровая ячейка, тем менее светлым и более темным получается цвет. Таким образом можно передавать весь диапа- зон оттенков от белого (на белой бумаге) при полном отсутст- вии точек в растровой ячейке до яркого насыщенного цвета при ее полном закрашивании.

Растровая ячейка — это небольшая квадратная матрица воз-

можных точек печати, в которой количество действительно напечатанных точек пропорционально яркости передаваемо- го цвета.

Растрирование с амплитудной модуляцией — метод растриро-

вания, когда печатаемые точки в растровой ячейке собираются в регулярный крупный объект.

Растрирование с частотной модуляцией — метод растрирова-

ния, когда печатаемые точки в растровой равномерно распо- ложены случайным образом.

Растрирование с амплитудной модуляцией называется также регулярным растрированием, растрирование с частотной модуляцией — стохастическим растрированием.

Естественно, что при регулярном растрировании получает- ся регулярный полиграфический растр, а при стохастическом растрировании — стохастический полиграфический растр.

На рис. 4.17 представлено изображение с рис. 4.15 в поли- графическом растре разными способами заполнения растро- вых ячеек. Ячейки заполнены на с 0%, 25%, 50% и 75%.

Рис. 4.17. Изображение с рис. 4.15 в полиграфическом растре: а, б, в — регулярное растрирование; г — стохастическое растрирование

3°. У п р а ж н е н и я

1.Нарисуйте в растре контуры квадрата, треугольника и окружности.

2.Небольшие надписи на экране компьютера выводятся специальными растровыми шрифтами, которые имеют строго определенную высоту в пикселях. Например, на рис. 21.3 по- казаны прописные буквы шрифта высотой 9, которым набра- но меню Word.

Рис. 4.18. Прописные буквы шрифта высотой 9 из меню Word

а. Нарисуйте, какими могут быть первые пять прописных букв А—Д в растровом шрифте высотой 6.

б. Нарисуйте, какими могут быть первые пять прописных букв А—Д в растровом шрифте высотой 4.

2. Векторная графика

1°. М а т е м а т и ч е с к и е о с н о в ы в е кт орн ой гра фик и Если растровая графика представляет собой матрицу пик-

селей, то векторная графика является набором формул. Векторная графика — представление рисунка в виде геомет-

рических фигур, описываемых формулами. Рассмотрим основные свойства векторной графики.

1.Векторная графика занимает меньший объем компью- терной памяти, чем растровая. Это следствие того, что вектор- ный рисунок описывается набором формул, которые занима- ют меньше места, чем матрица пикселей.

При выводе векторной графики на растровое устройство, экран монитора или принтер, ее пересчитывают в растр.

2.У векторной графики, составленной из формул, нет по- нятия разрешения. Поэтому качество вывода векторной гра- фики не зависит от размера вывода. Математические форму- лы легко пересчитываются на любой размер.

Компьютерный шрифт, размер символов которого задается при наборе текста, является примером векторной графики.

3.Векторная графика является сложным объектом, механи- чески составленным из элементарных элементов. Элементар- ный объект векторной графики — линия (растровой — точка).

Линия — элементарный объект векторной графики, отре- зок прямой или кривой, например, параболы.

1.Форма линии — прямая или кривая — описываемая фор- мулой, Формула определяет форму и размер линии.

2.Толщина линии задается одним числом, если она не меня- ется вдоль линии, или формулой, если меняется.

3.Цвет линии также задается одним числом, а формулой, когда цвет меняется вдоль линии.

4.Начертание, или шаблон, линии — тип линии в смысле сплошной, пунктирной, двойной и т. д.

5.Узлы линии — концы незамкнутой линии могут иметь собственные характеристики, например, форму и цвет.

6.Заливка линии — внутренность замкнутой линии может иметь собственный цвет, задаваемый числом или формулой.

На рис. 4.19 показаны примеры линий в разном формате в простейшем векторном графическом редакторе Word.

Рис. 4.19. Примеры линий в Word со следующими параметрами:

а — формой; б — толщиной; в — цветом;

г— начертанием; д — узлами; е — заливкой

Рассмотрим способы представления различных графиче- ских объектов в векторной графике.

1. Точка.

Точка задается двумя числами x0 и y0 — координатами на координатной плоскости (рис. 4.20а).

2. Прямая линия.

Прямая на координатной плоскости задается уравнением x + a1y + a2 = 0.

Указав два параметра a1 и a2, всегда можно вычислить коор- динату x по заданному y. Получаем конкретную бесконечную прямую линию на координатной плоскости (рис. 4.20б).

Для задания отрезка прямой нужно указать еще два пара- метра, например, координаты концов отрезка x1 и x2 (рис. 4.20в).

Рис. 4.20. Задание на координатной плоскости: а) точки; б) прямой: в) отрезка