Лекции по информатике / Две наиболее часто применяемые в компьютерной графике цветовые модели

RTF

В представлениях многих пользователей файлы формата RTF (Rich Text Format) считаются чуть ли не панацеей от навязчивых макровирусов, как, впрочем, и любых других разновидностей вредоносных кодов. Многие антивирусные компании рекомендуют вообще отказаться от стандартных файлов MS Word (DOC). Действительно, RTF-файлы не могут содержать макропрограмм (макросов) в явном виде: в случае конвертации (стандартными средствами) из других форматов макросы автоматически удаляются. Подобная идеализация RTF имеет другую сторону: пользователи теряют бдительность и игнорируют основные правила безопасности, работая c документами формата RTF.

Что такое RTF?

Rich Text Format является распространенным стандартом представления графических и текстовых данных. Его поддерживают практически все текстовые редакторы, работающие на разнообразных типах процессоров и ОС. RTF-файл, созданный на PC-совместимом компьютере под управлением Windows, можно без труда прочитать на Apple Macintosh под MacOS. Структура стандартного RTF-файла представляет собой последовательность секций данных, заключенных в специальные метки (тэги), которые указывают программе-обработчику начало или конец секции. Данные могут быть разных типов: текстовые блоки, графические объекты, таблицы и даже выполняемые файлы и др. При запуске RTF-файла обработчик просматривает его содержимое и автоматически выполняет все известные ему секции и пропускает незнакомые. Более того, структура RTF подразумевает возможность безболезненного введения новых видов секций, необходимых пользователю для выполнения специфических задач. Причем эти новые секции не будут влиять на общую работоспособность программы в других приложениях.

Графика

Рассмотрим следующие примеры неформального определения классов изображений:

1. Класс 1. Изображения с небольшим количеством цветов (4-16) и большими областями, заполненными одним цветом. Плавные переходы цветов отсутствуют. Примеры: деловая графика — гистограммы, диаграммы, графики и т.п.

2. Класс 2. Изображения, с плавными переходами цветов, построенные на компьютере. Примеры: графика презентаций, эскизные модели в САПР, изображения, построенные по методу Гуро.

3. Класс 3. Фотореалистичные изображения. Пример: отсканированные фотографии.

4. Класс 4. Фотореалистичные изображения с наложением деловой графики. Пример: реклама.

Две наиболее часто применяемые в компьютерной графике цветовые модели - это CMY(K) и RGB. Первая схема имеет под собой многовековую историю и использовалась художниками, которые выделяли во всем множестве цветов три так называемых "первичных" - пурпурный, желтый и голубой. Путем их смешивания можно добиться практически любого оттенка; однако, CMY изначально ориентировалась на использование настоящих красок, поэтому в компьютерной области она применяется в основном на этапе печати. Часто к трем базовым оттенкам добавляют черный, который обозначается буквой К. RGB, напротив, описывает не цвет пигмента, а комбинации частей спектра отраженного света, и в его основе лежат красный, зеленый и синий. Существуют и более специфические схемы, например HSV и Lab.

СИСТЕМА RGB

В RGB-системе все опенки спектра получаются из сочетания трех основных цветов: красного, синего и зеленого (Red, Green и Blue), заданных с разным уровнем яркости. Эта система является аддитивной, то есть в ней выполняются правила сложения цветов. Сумма трех основных цветов при максимальной насыщенности даст белый цвет, а при нулевой - черный. Красный и зеленый цвета образуют желтый, а зеленый н синий - голубой.

Эта система применима для всех изображении, видимых в проходящем или прямом свете. Она адекватна цветовому восприятию человеческою глаза, рецепторы которого тоже «настроены» на красный, синий и зеленый цвета. Поэтому построение изображения на экранах мониторов, в сканерах и других оптических приборах соответствует системе RGB. В компьютерной RGB-системе каждый основной цвет может иметь 256 градаций яркости. (Это связано с особенностями обработки информации в компьютере. 256 градаций соответствуют 8-битовому режиму.)

СИСТЕМА CMYK

В полиграфии приходится иметь дело с красками, наложенными на бумагу - то есть видимыми в отраженном свете. Здесь цвета взаимодействуют уже по другим закономерностям.

В системе CMYK в качестве составных или триадных цветов выбраны голубой, пурпурный и желтый. Они поочередно наносятся на бумагу, создавая (в принципе) любой нужный оттенок. Эта система является субтрактивной, или поглощающей. На практике, однако, при наложении трех составных цветов получается не черный, а темно-коричневый оттенок. Поэтому к триадным цветам был добавлен четвертый, черный (black), называемый также Key color, а вся система получила название CMYK - Cyan, Magenta, Yellow и Key color. Белым в данном случае является цвет бумаги или того материала, на который наносится краска. Насыщенность цвета в системе CMYK измеряется в процентах, так что каждый цвет имеет 100 градаций яркости. Составные краски, применяемые в разных странах, различаются оттенками. В Европе принята система Euro-standart, в США - SWOP.

ЦВЕТОДЕЛЕНИЕ, ИЛИ КОНВЕРТАЦИЯ RGB - CMYK

Цветоделением называется разложение цветного изображения из режима RGB на четыре составные краски CMYK, которые затем соединяются при печати, образуя многоцветное изображение.

Многие оттенки, созданные цветовой системой RGB, не удается передать при печати. Поэтому нередко прекрасные краски рисунка на мониторе после печати оказываются блеклыми. Переход из RGB в CMYK осуществляется через специальные программные фильтры, где учитываются все будущие установки печати: система основных триадных красок, коэффициент растискивания точки, баланс красок, способ генерации черного цвета, а также максимальный уровень краски и другие установки. Цветоделение - очень сложный процесс, поэтому качество готового изображения во многом зависит от опыта оператора, правильной калибровки всей системы и мастерства печатника.

Использование графики в Internet обусловлено рядом правил. В первую очередь это связано с допустимыми объемами файлов. Никто не помешает разместить на Web-сайте полноценные рисунки объемом в несколько сотен килобайт и выше, но вряд ли кто из посетителей дождется, когда они загрузятся. Второе условие - это доступность формата файла. Поскольку удаленный пользователь будет просматривать изображение в окне своего браузера, то необходимо, чтобы программа располагала средствами для работы с такими файлами.

На сегодняшний день форматами, принятыми в качестве стандартных во Всемирной сети, считаются JPEG, GIF и PNG. Все эти три типа относятся к категории так называемых "сжатых": теми или иными способами хранящееся в них изображение упаковывается, зачастую - за счет потери качества. Так, например, JPEG укрупняет соседние пикселы картинки в блоки и рассчитывает усредненное значение цвета для них. Два других формата позволяют сократить число используемых в файле цветов до одного из стандартных уровней или же точно индексировать их количество.

Частичная потеря качества - неизбежная жертва, на которую приходится идти при оптимизации изображений для WWW.

Многие графические редакторы позволяют сохранять последовательность рисунков в виде анимированного GIF-файла. Принцип действия GIF-анимации предельно прост и напоминает классический способ создания рисованных мультфильмов. GIF-файл содержит несколько картинок, каждая из которых представляет собой один кадр анимации. Они выводятся на экран один за другим со скоростью, задаваемой автором (он, в свою очередь, рассчитывает ее, исходя из желаемой продолжительности "ролика"). Каждая следующая картинка заменяет собой предыдущую, поэтому общий размер файла прямо пропорционален количеству кадров. Как показывает практика, достаточно ограничиться 10-12 фрагментами - более длинные анимационные последовательности задерживают загрузку всего баннера. По этой причине вы практически не встретите в Сети "полнометражных" мультфильмов, выполненных по GIF-технологии. Для их создания используются уже совсем другие средства, в первую очередь - Flash.

MPEG: Общая информация

Стандарт сжатия MPEG разработан Экспертной группой кинематографии (Moving Picture Experts Group - MPEG). MPEG это стандарт на сжатие звуковых и видео файлов в более удобный для загрузки или пересылки, например через интернет, формат.

Существуют разные стандарты MPEG (как их еще иногда называют фазы - phase): MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7.

MPEG состоит из трех частей: Audio, Video, System (объединение и синхронизация двух других).

MPEG-1

По стандарту MPEG-1 потоки видео и звуковых данных передаются со коростью 150 килобайт в секунду -- с такой же скоростью, как и односкоростной CD-ROM проигрыватель -- и управляются путем выборки ключевых видео кадров и заполнением только областей, изменяющихся между кадрами. К несчастью, MPEG-1 обеспечивает качество видеоизображения более низкое, чем видео, передаваемое по телевизионному стандарту.

MPEG-1 был разработан и оптимизирован для работы с разрешением 352 ppl (point per line -- точек на линии) * 240 (line per frame -- линий в кадре) * 30 fps (frame per second -- кадров в секунду), что соответствует скорости передачи CD звука высокого качества. Используется цветовая схема - YCbCr (где Y - яркостная плоскость, Cb и Cr - цветовые плоскости).

Как MPEG работает:

В зависимости от некоторых причин каждый frame (кадр) в MPEG может быть следующего вида:

• I (Intra) frame - кодируется как обыкновенная картинка.

• P (Predicted) frame - при кодировании используется информация от предыдущих I или P кадров.

• B (Bidirectional) frame - при кодировании используется информация от одного или двух I или P кадров