Лекции Компьютерная графика

Основы представления графических данных

Виды компьютерной графики. Компьютерной графикой называется область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копий на внешнем носителе (бумага, кинопленка и т.д.). Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Медицина (компьютерная томография), научные исследования (строение веществ, векторных полей), опытно-конструкторских разработках.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на растровую, векторную, фрактальную и трехмерную (3D) графику. (Изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений).

Почти с момента создания ЭВМ появилась и компьютерная графика. Сначала это была лишь векторная графика – построение изображения с помощью так называемых «векторов» – функций, которые позволяют вычислить положение точки на экране или бумаге. Например, функция, графиком которой является круг, прямая линия или другие более сложные кривые. Совокупность таких «векторов» и есть векторное изображение.

С развитием компьютерной техники и технологий появилось множество способов построения графических объектов. Но для начала, определимся с термином «графический объект». Это либо само графическое изображение или его часть. В зависимости от видов компьютерной графики под этим термином понимаются, как пиксели или спрайты (в растровой графике), так и векторные объекты, такие как круг, квадрат, линия, кривая и т.д. (в векторной графике).

На стыке компьютерных, телевизионных и кино технологий зародилась и стремительно развивается область компьютерной графики и анимации. Рынок игровых программ имеет оборот в десятки миллиардов долларов и часто инициализирует очередной этап совершенствования графики и анимации. Компьютерная графика является одной из наиболее бурно развивающихся отраслей информатики и во многих случаях выступает «локомотивом», тянущим за собой всю компьютерную индустрию.

Растровая графика

Способ представления растровых изображений совершенно отличен от векторных. Растровые изображения состоят из точек, называемых растром. Такое представление изображений существует не только в цифровом виде. При пристальном взгляде на монитор или экран телевизора можно разглядеть маленькие точки – пиксели, из которых состоит экранное изображение. Рассматривая любую иллюстрацию в книгах и журналах, можно заметить, что изображение построено из точек. Однако точки растра достаточно малы для того, чтобы глаз человека воспринимал совокупность разноцветных точек как единую картину, а не каждую из них в отдельности.

Растровые изображения обеспечивают максимальную реалистичность, поскольку в цифровую форму переводится каждый мельчайший фрагмент оригинала. Изображения сохраняются в файлах гораздо большего объема, чем векторные, поскольку в них запоминается информация о каждом пикселе изображения. Таким образом, качество растровых изображений зависит от их размера. Как следствие того, что они состоят из пикселей фиксированного размера, свободное масштабирование без потери качества к ним неприменимо, это затрудняет их редактирование и обработку.

Основой растрового представления графики является пиксель с указанием ее цвета. При описании, например, красного эллипса на белом фоне приходится указывать цвет каждой точки, как эллипса, так и фона. Изображение представляется в виде большого количества точек – чем их больше, тем визуально качественнее изображение и больше размер файла. Т.е. одна и даже картинка может быть представлена с лучшим или худшим качеством в соответствии с количеством точек на единицу длины – разрешением (точек на дюйм – dpi или пикселей на дюйм – ppi).

Кроме того, качество характеризуется еще и количеством цветов и оттенков, которые может принимать каждая точка изображения. Чем большим количеством оттенков характеризуется изображение, тем большее количество разрядов требуется для их описания. Таким образом, чем качественнее изображение, тем больше размер файла. Черно-белую картинку можно закодировать, используя два бита: 11 – белый цвет, 10 – светло серый, 01 – темно серый и 00 – черный цвет.

Человеческий глаз различает десятки миллионов цветовых оттенков. В современных компьютерах для кодирования цвета одной точки используется 3 байта = 2²⁴  16,77 млн. различных цветов и оттенков. Такая система кодирования цветной графической информации называется RGB моделью. Каждый цвет представляет собой комбинацию трех основных цветов: красного, зеленого и синего. Первый байт определяет интенсивность красной составляющей, второй – зеленой, третий – синей. Белый цвет кодируется полными тремя байтами 255, 255, 255 или в двоичной системе 11111111, 11111111, 11111111. Черный цвет – отсутствием всех цветов 0,0,0. Красный цвет может быть темным – 120,0,0 или ярко красным 255,0,0.

Прежде чем приступать к работе с графическими редакторами необходимо ознакомится с основными понятиями цвета. Человеческий глаз субъективно воспринимает цвет. Для обеспечения одинакового воспроизведения одного и того же цвета мониторами, принтерами и сканерами разных фирм-изготовителей необходимо наличие объективных измерительных систем, позволяющих установить однозначное определение цветовых координат. Для этих целей разработаны специальные средства, это:

1. Цветовые модели – представляют средства для количественного и концептуального описания цвета. Изучив основные цветовые модели, можно лучше понять соотношения между цветами при работе, например с тоновыми кривыми или при выборе нужного цвета с помощью палитр и окон диалога.

2. Цветовые режимы – это способ реализации определенной цветовой модели в рамках конкретной графической программы.

3. Системы соответствия цветов и управления цветом – это способы точности воспроизведения цвета на всех этапах его обработки.

Цветовые модели

Цветовые модели используются для математического описания определенных цветовых областей спектра. Большинство компьютерных цветовых моделей основано на использовании трех основных цветов, что соответствует восприятию цвета человеческим глазом. Каждому основному цвету присваивается определенное значение цветового кода, все остальные цвета определяются как комбинации основных цветов. Это удобно при использовании в компьютерных программах для однозначного определения, выводимого цвета. Так если послать на экран монитора цветовой сигнал R255 G000 B255, то на хорошо откалиброванном мониторе появится один и тот же цвет пурпурный.

Независимо оттого, что лежит в основе любой цветовой модели, она должна удовлетворять трем требованиям:

1. Реализовывать определение цвета некоторым стандартным способом, не зависящим от возможностей какого-либо конкретного устройства.

2. Точно задавать диапазон воспроизводимых цветов.

3. Учитывать механизм восприятия цветов – излучение или отражение.

Типы цветовых моделей

Графические пакеты оперируют широким кругом цветовых моделей, часть создана для специальных целей, а другая – для особых типов красок. По принципу действия цветовые модели можно разбить на три класса:

аддитивная RGB – основана на сложении цветов (излучение);

субтрактивные CMY, CMYK – основаны на вычитании цветов (отражение);

перцепционные HSB, HLS, Lab, YIQ, YCC – базируются на восприятии.

Способы описания цвета

В большинстве цветовых моделей для описания цвета используется трехмерная система координат. Она образует цветовое пространство, в котором цвет можно представить в виде точки с тремя координатами. Для оперирования цветом в трехмерном пространстве Грассман вывел три закона:

1. Трехмерность природы цвета. Глаз реагирует на три различные цветовые составляющие. Примеры: красный, зеленый и синий цвета, или цветовой тон (доминирующая длина волны), насыщенность (чистота) и яркость (светлость).

2. Четыре цвета всегда линейно зависимы, то есть: cC = rR + gG + bB,

где c, r, g, b  0 – весовые коэффициенты для каждой из составляющих цвета.

Для смеси двух цветов (сС)₁ и (сС)₂ имеет место равенство:

сС = (сС)₁ + (сС)₂ = (rR)₁ + (gG)₁ + (bB)₁ + (rR)₂ + (gG)₂ + (bB)₂,

которое свидетельствует о том, что цвет смеси излучений С зависит только от их цвета, но не от спектрального состава. Следствием этого – если цвет С₁ = С и цвет С₂ = С, то следует, что цвет С₁ = С₂ независимо от структуры спектров энергии цветов С, С₁ и С₂.

3. Цветовое пространство непрерывно. Если в смеси трех цветов один непрерывно изменяется, а другие остаются постоянными, то цвет смеси будет меняться непрерывно.

Аддитивные цветовые модели

Аддитивный цвет получается на основе законов Грассмана путем соединения лучей света различных цветов. Большинство цветов видимого спектра могут быть получены путем смешивания в различных пропорциях трех основных цветовых компонент. Этими компонентами (первичные цвета), являются красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) цвета. При попарном смешивании первичных цветов образуются вторичные цвета: голубой, пурпурный и желтый. Первичные и вторичные цвета относятся к базовым цветам.

Базовыми цветами называются цвета, с помощью которых можно получить практически весь спектр видимых цветов. Для получения новых цветов с помощью аддитивного синтеза используют различные комбинации из двух основных цветов, варьирование состава которых приводит к изменению результирующего цвета. Рис.1.

Схема получения новых цветов на базе двух первичных зеленого и красного. Интенсивностью каждого первичного цвета можно управлять с помощью фильтра. Как видно, равные пропорции первичных цветов дают желтый цвет. Снижение интенсивности зеленого цвета при той же интенсивности красного позволяет получить оранжевый цвет. Подобные колометрические схемы позволяют создать желтый и оранжевый цвета в виде геометрического места цветовых точек – локуса. Однако таким способом нельзя получить некоторые цвета, например белый, для создания которого требуется наличие третьего первичного цвета. Цветовую и колометрическую схемы получения цветового пространства RGB-модели с помощью трех первичных цветов можно представить в виде сторон треугольника, образующих множество спектрально-чистых цветов. Рис.2.

Аддитивные цвета нашли широкое применение в системах освещения, видеосистемах, устройствах записи на фотопленку, мониторах, сканерах и цифровых камерах. Математически цветовую модель RGB представляют в виде куба, в котором каждая

пространственная точка однозначно определяется значениями координат X, Y и Z.

Если по оси X откладывать красную составляющую, по оси Y – зеленую, а по оси Z – синюю, то каждому цвету можно поставить в соответствие точку внутри куба. Любой цвет может быть представлен в цветовом пространстве с помощью вектора, описываемого уравнением cC = rR + gG + bB. При этом направление вектора характеризует цветность, а его модуль выражает яркость. На диагонали, соединяющей точки с координатами (R,G,B)= (0, 0, 0) и (R,G,B) = (255, 255, 255),

расположены градации серого, значения R,G,B составляющих одинаковы.

В графических пакетах цветовая модель RGB используется для создания цветов изображения на экране монитора. Мельчайший элемент изображения пиксель, состоит из триады основных цветов. Каждый из трех цветовых компонентов RGB-триады может принимать одно из 256 значений – от максимальной интенсивности 255 – белый, до 0 – черный цвет.

Для назначения цвета и яркости точек, формирующих изображение монитора, нужно задать значения интенсивности для каждой из составляющих RGB-элемента. Число градаций интенсивности определяет цветовое разрешение (глубину цвета), которые характеризуют максимальное количество воспроизводимых цветов. Все графические редакторы наряду со стандартной 8-битовой глубиной цвета поддерживают 16-битовую глубину цвета, которая позволяет воспроизводить 65 536 цветов и 24-битовую глубину цвета 256³ ≈ 16,77 млн. цветов.

Цветовая модель RGB при практическом применении имеет два недостатка:

1. Аппаратная зависимость – цвет RGB-элементов, зависит от типа используемого монитора. Для устранения зависимости RGB-модели от аппаратных средств используются устройства и программы градуировки.

2. Ограниченность цветового охвата – с помощью аддитивного синтеза невозможно получить все цвета видимого спектра. В частности, чисто голубой или чисто желтый цвет, не могут быть точно воссозданы на экране.

Субтрактивные цветовые модели

В отличие от экрана монитора, воспроизведение цветов которого основано на излучении света, печатная страница может только отражать цвет. Поэтому RGB-модель в этом случае неприемлема. Для описания печатных цветов используется CMY-модель, базирующаяся на субтрактивных цветах, они получаются вычитанием вторичных цветов из общего луча света. В этой системе белый цвет получается как результат отсутствия всех цветов, тогда как их присутствие дает черный цвет.

Происхождение этой модели связано с явлением отражения света от покрытой красителем поверхности, чем больше красителя нанесено на поверхность, тем больше света поглощается. Нанесение на бумагу трех базовых цветов: голубого, пурпурного и желтого позволяет создавать множество субтрактивных цветов.

Необходимо знать соотношения, связывающие аддитивные (красный, зеленый, синий) и субтрактивные (голубой, желтый, пурпурный) цвета:

Зеленый + Синий = Голубой; Зеленый + Красный = Желтый; Красный + Синий = Пурпурный; Зеленый + Синий + Красный = Белый; Голубой + Желтый + Пурпурный = Черный.

Если краситель голубой (сине-зеленый), то он поглощает из спектра красный цвет. Пурпурный (красно-синий) поглощает зеленый цвет, а желтый краситель (зелено-красный) – синий цвет. Если при печати наложить друг на друга пурпурный и желтый цвета, то получится красный цвет, так как пурпурный краситель устранит зеленую составляющую, а желтый – синюю составляющую падающего цвета.

Правило коррекции цветового разбаланса при цветной печати: если изображение имеет излишне синий оттенок, то следует увеличить желтую составляющую, поскольку желтый поглощает синие составляющие. Избыточность зеленого цвета можно скорректировать увеличением пурпурной составляющей, а избыточность красного цвета – увеличением голубой составляющей.

В полиграфии красящее вещество – это печатная краска, состоящая из жидкого связующего и твердых частиц пигмента. В электрофотографии (лазерные принтеры, копиры) используют только пигменты, которые плавятся и образуют на поверхности бумаги пленку – тонеры. Краски, чернила, тонеры, используемые для цветовоспроизведения, делятся на:

Триадные краски согласованные по спектральным характеристикам и регулируют излучение в своей зоне спектра (желтая Y в синей B, пурпурная M в зеленой G, голубая C в красной R).

Смесевые краски используются для получения отдельных цветов и как дополнение к краскам триадного синтеза.

Существуют две версии субтрактивной модели CMY и CMYK. CMY – используется, если изображение будет выводиться на черно-белом принтере. В основе цветной печати лежит использование трех субтрактивных цветов – голубого, пурпурного и желтого. Теоретически при смешивании этих цветов на белой бумаге в равной пропорции получается черный цвет. Однако в реальном технологическом процессе получение черного цвета путем смешивания трех вторичных цветов для бумаги неэффективно по трем причинам:

• сложность в получении идеально чистых пурпурных, синих и желтых красок, поэтому чёрный цвет получается грязно-коричневым.

• на создание черного цвета модели CMY тратится в три раза больше краски.

• любые цветные краски дороже обычных черных.

Поэтому при печати чисто черного цвета используется дополнительная черная компонента цвета. Эта технология приводит к улучшению качества теней и оттенков серого. В модели CMYK добавлена буква K (последняя буква слова Black), чтобы не путать с Blue (синий), или версия Key color (ключевой цвет).

Ограничения модели CMYK – имеет те же два ограничения, что и RGB-модель:

1. Аппаратная зависимость. В CMYK-модели тоже нельзя точно предсказать результирующий цвет только на базе численных значений ее отдельных компонентов. Это связано с тем, что:

• очень большая вариация состава цветных красителей, используемых для создания печатных цветов;

• цветовое ощущение определяется еще и типом применяемой бумаги;

• способом печати;

• внешним освещением.

2. Ограниченный цветовой диапазон. Цветные красители имеют худшие характеристики по сравнению с люминофорами, поэтому цветовая модель CMYK имеет более узкий цветовой диапазон по сравнению с RGB-моделью. В частности, она не может воспроизвести яркие насыщенные цвета, а также ряд специфических цветов, таких как металлический или золотистый.

Об экранных цветах, которые невозможно точно воссоздать при печати, говорят, что они лежат вне цветового охвата модели CMYK. В большинстве графических пакетов под такими цветами понимаются цвета, которые могут быть представлены в модели RGB или HSB, но при этом не имеют печатных аналогов в цветовом пространстве CMYK. Для предотвращения несоответствия цветовых диапазонов RGB и CMYK-моделей разработчиками графических редакторов предусмотрен комплекс специальных средств:

1. Выявление и коррекция несоответствующих цветов непосредственно в процессе редактирования. К этой группе средств относятся следующие:

• Редактирование изображения в формате CMYK-модели;

• Использование CMYK-ориентированных палитр, таких как Pantone. Содержащиеся в них цвета описываются в компонентах CMYK-модели и поэтому адекватно отображаются при печати.

• Средства индикации, имеющиеся в программах, которые сигнализируют о наличии в изображении цветов, не поддерживаемых триадой CMYK. Так, при работе в Photoshop с палитрой Color после установки указателя в точке, окрашенной в недопустимый для печати цвет, появится треугольная кнопка, рядом с которой вам будет предложен ближайший CMYK-аналог выбранного цвета. Для проверки на соответствие всех цветов созданного вами RGB-изображения цветам CMYK предусмотрена возможность использования команды Просмотр/Просмотр в режиме CMYK, в этом окне можно выбрать команду Просмотр/Определить цвета вне CMYK.

2. Расширение цветового пространства CMYK-модели. На базе CMYK-модели разработан ряд новых технологий:

• Технология HiFi Color – используется расширение при печати гаммы цветов за счет добавления новых цветов к четырем базовым цветам CMYK. Так в системе HiFi Color 3000 используется семь цветов (три аддитивных RGB-модели и четыре субтрактивных цвета CMYK-модели).

• Плашечные (простые) – цвета, которые воспроизводятся на бумаге готовыми смесовыми красками, созданными с помощью специальной технологии, базирующейся на использовании для каждого цвета соответствующего ему уникального красителя. В отличие от триадных CMYK-цветов они не прозрачны, поэтому отражают свет поверхностным слоем, что позволяет добиться воспроизведения ярких тонов и специальных эффектов.

3. Использование систем управления цветом.

Перцепционные цветовые модели

Т.к. цветовые модели CMYK и RGB являются аппаратно-зависимыми, для устранения аппаратной зависимости разработан ряд перцепционных (интуитивных) цветовых моделей. В их основу заложено раздельное определение яркости и цветности. Такой подход обеспечивает ряд преимуществ:

• позволяет обращаться с цветом на интуитивно понятном уровне;

• значительно упрощает проблему согласования цветов, поскольку после установки значения яркости можно заняться настройкой цвета.

К цветовым моделям, использующим концепцию разделения яркости и цветности, относятся HSV, HSI, HSB, HSL и Lab. Общим для них является то, что цвет задается не в виде смеси трех основных цветов – красного, синего и зеленого, а определяется путем указания компонентов: цветности (цветового тона и насыщенности) и яркости. Эти модели представлены во всех современных графических пакетах.

Модель HSB наиболее точно соответствует способу восприятия цветов человеческим глазом и позволяет описывать цвета интуитивно ясным способом. Все цвета определяются с помощью комбинации трех базовых параметров:

1. Цветовой тон (диапазон H) – положение цвета на цветовом круге от 0 до 360⁰.

2. Насыщенность (S) – количество чистого цвета от 100% до 0% в данном тоне.

3. Яркость (B) – количество света в данном тоне от 100% до 0%.

Цветовой тон Н – понимается свет с доминирующей длиной волны. Каждый цветовой тон занимает определенное положение на цветовом круге и характеризуется величиной угла в диапазоне от 0 до 360⁰. Обычно для красного цвета берется угол 0⁰, для чисто зеленого – 120⁰ и для чисто синего – 240⁰. Рис. 4. На цветовом круге

первичные цвета расположены на равном расстоянии друг от друга. Вторичные цвета находятся между ними. В свою очередь, каждый цвет расположен напротив дополняющего его цвета, причем он находится между цветами, с помощью которого получен. Например, сложение желтого и голубого цветов дает зеленый. Таким образом, на цветовом круге зеленый цвет должен располагаться между желтым и голубым.

Оранжевый или фиолетовый не являются основными цветами, они представляют собой комбинацию первичного и вторичного цветов, они показаны на цветовом круге, для иллюстрации их положения относительно других цветов.

Насыщенность (S). Само по себе понятие цветового тона не содержит всей полноты информации о цвете. Например, свет, в котором преобладает компонента с длиной волны около 450 нанометров, будет восприниматься человеческим глазом как оттенок синего цвета. Но оттенков синего человеческий глаз воспринимает много. Другим атрибутом цвета, различаемым человеком, является насыщенность, которая характеризует чистоту цвета.

Насыщенность определяет соотношение между основной, доминирующей компонентой цвета и всеми остальными длинами волн (количеством серого), участвующими в формировании цвета. Количественное значение этого параметра выражается в % от 0% (серый) до 100% (полностью насыщенный).

Чем выше значение насыщенности, тем сильнее и яснее ощущается цветовой тон. Примерами цветов с максимальной насыщенностью могут служить спектральные цвета (желтый цвет). Примерами полностью нейтральных (ахроматических) цветов служат серый, белый и черные цвета. По мере перемещения к центру круга цвет приближается к серому, поскольку при этом все базовые цвета смешиваются в равной пропорции.

Перемещение по диагонали цветового круга (в отличие от движения по окружности) приводит к уменьшению доли цвета, от которого вы удаляетесь, и возрастанию доли цвета, к которому вы приближаетесь. То есть на поверхности окружности максимальная насыщенность 100% и мин. в центре круга 0%.

Яркость (B) (светлота цвета) характеризует интенсивность, с которой энергия света воздействует на рецепторы глаза, она интерпретируется как относительная освещенность или затемненность цвета. Яркость не влияет на цветность, от нее зависит только, насколько сильно цвет будет восприниматься глазом. При нулевой яркости мы не видим ничего, поэтому любой цвет воспринимается как черный. Когда говорят о яркости как атрибуте цвета, под белым цветом понимают абсолютную яркость 100%, а под черным 0% – полное отсутствие яркости. Серый цвет характеризует промежуточное значение яркости. Величина яркости измеряется в процентах и является нелинейной компонентой.

Яркость и цветовой тон не являются полностью независимыми параметрами. Изменение яркости изображения влияет на изменение цветового тона, что создает цветовой сдвиг в изображении. Так, при значительном уменьшении яркости зеленые цвета синеют, синие приближаются к фиолетовым, желтые к оранжевым, а оранжевые – к красным. Сильное увеличение яркости излучения вызывает обратный эффект.

Яркость (светлота) – качество, присущее всем цветам, как хроматическим, так и ахроматическим. Поэтому по яркости можно сравнить между собой любые цвета и оттенки. Это свойство находит применение при конвертировании цветных изображений в черно-белые или полутоновые.

Различие между HSB и HSL-моделями состоит в замене нелинейного компонента яркости (В) на линейный компонент светлоту (L).

Цветовая модель Lab. Эта модель является аппаратно-независимой моделью и основана на человеческом восприятии цвета. При одинаковой интенсивности глаз человека воспринимает зеленый цвет лучей наиболее ярким, несколько менее яркий – красный цвет, и еще более темным – синий. Необходимо иметь в виду, что яркость является характеристикой восприятия, а не самого цвета.

Любой цвет в модели Lab определяется яркостью и двумя хроматическими компонентами – параметром «а» изменяющимся в пределах от зеленого до красного, и параметром «b», изменяющимся от синего до желтого. Яркость в Lab полностью отделена от цвета, что делает модель удобной для регулировки контраста, резкости и других тоновых характеристик изображения. Эта модель является трехканальной. Ее цветовой охват соответствует цветовому охвату обычного человеческого глаза, а также включает охваты всех других цветовых моделей. Этот факт позволяет переводить изображение в формат Lab, например, RGB и обратно без изменения цвета и потери качества изображения, что является преимуществом данной модели.

Достоинства и недостатки. Интуитивные модели в отличие от моделей RGB и CMYK носят абстрактный характер. Это связано с тем, что цветовой тон и насыщенность цвета нельзя измерить непосредственно. Любая форма ввода цветовой информации всегда начинается с определения красной, зеленой и синей составляющих, на базе которых затем с помощью математического пересчета получают компоненты HSB-модели. В результате эти цветовые модели имеют то же цветовое пространство, что и RGB-модель.

Вместе с тем они обладают двумя преимуществами:

• Аппаратной независимостью. Задание составляющих этих моделей в виде значений цветового тона, насыщенности и яркости позволяют однозначно определить цвет без необходимости учета параметров устройства вывода.

• Более простым и понятным механизмом управления цветом, так как параметры Lab независимы друг от друга. Например, чистый красный цвет расположен на цветовом круге под углом 0⁰. Если нужно сместить красный тон к оранжевому тону, следует лишь несколько увеличить угол. Для получения более блеклого тона достаточно снизить насыщенность, а для придания ему большей яркости соответственно увеличить значение яркости. Получение таких эффектов с помощью RGB-модели невозможно, т.к. значения ее цветовых компонентов зависят друг от друга.

Системы соответствия цветов

С целью повышения точности воспроизведения цвета на этапе печати в графические редакторы включены системы сопоставления цветов и палитры, которые предоставляют способ назначения цветов, альтернативных цветовым моделям. Система соответствия цветов включает в себя следующие компоненты:

• Эталонные таблицы (каталоги) цветов, содержащихся в одноименных палитрах. Представляют собой набор образцов, которые могут быть адекватным образом отображены при печати на соответствующей бумаге. Каждому цвету присваивается свое уникальное имя и указывается тип состава смеси пигментов, необходимых для его реализации. Благодаря этим образцам система обеспечивает точный визуальный контроль соответствия того, что мы видим на экране, с тем, что получим при печати. Самая известная фирма изготовитель атласов цветов Pantone.

• Электронные палитры. Поставляются в составе графических редакторов и являются электронными аналогами таблиц цветовых образцов. Под цветовой палитрой понимается библиотека заранее определенных цветов. Набор палитр для конкретных программ свой, например, для CorelDraw это 19 стандартных палитр. Выбор конкретной палитры зависит от способа представления ваших рисунков. По умолчанию в качестве экранной палитры устанавливается палитра Uniform (базовая), ограниченная цветовой моделью RGB. Графические редакторы позволяют использовать специализированные палитры и создавать собственные. Например, на базе цветовой палитры любого изображения, можно создать собственную палитру, которая может включать в себя как плашечные цвета, так и цвета, созданные с помощью цветовых моделей.

• Специальные программные и аппаратные средства для калибровки устройства вывода.

Цветовые режимы

Цветовые режимы представляют собой практическую реализацию цветовых моделей. В большинстве графических редакторов только три цветовые модели RGB, CMYK и Lab – имеют одноименные цветовые режимы. Вместе с тем в них представлены режимы с ограниченной цветовой палитрой. Наиболее широким охватом цветовых режимов характеризуются программы Adobe Photoshop и Corel Photo-Paint. Используя команду, Изображение/Режим, вы получаете доступ к одному из следующих режимов:

1. Черно-белый (1 разряд) – используется только два типа ячеек: черные и белые, т.е. 1 бит памяти компьютера. Используется для чертежей и гравюр.

2. Градации серого (8 разрядов) – на каждый пиксель выделяется 8 бит или 256 комбинаций. Растровые редакторы воспринимают в этом режиме цифровое изображение в виде одноцветного (монохромного) канала, содержащего 256 различных уровней яркости серого цвета. Для организации информации в этом режиме используется один цветовой канал, который в Photo-Paint называется серым каналом, а в Photoshop – альфа-каналом. Последние версии редакторов поддерживают 16-битовую глубину цвета, которая позволяет воспроизводить 65 536 оттенков серого.

Назначение каналов. Канал – это 8-разрядный монохромный вариант изображения, содержащий информацию об этом изображении. В растровой графике применяются каналы двух типов: каналы выделения (альфа-каналы) и цветовые.

Цветовые каналы генерируются в растровых редакторах автоматически при создании или открытии изображения. У каждого компонента цветовой модели имеется свой цветовой канал. У RGB-изображения три раздельных цветовых канала – красный, зеленый и синий – по одному для каждого цветового компонента. При открытии нового (пустого) изображения с белым цветом фона каждый из каналов заполнен соответствующим однородным цветом с максимальной интенсивностью 255, объединение которых в составной канал и дает белый цвет.

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. В результате комбинации трех основных цветов, каждый из которых воспроизводит 256 градаций интенсивности, удается получить палитру из 16,7 млн. цветов.

Так как каналы представляют собой монохромные изображения, с ними работают точно так же, как и с полутоновым изображением. Например, увеличение яркости красного канала увеличивает уровень красного цвета в изображении. В Photo-Paint для работы с каналами используется докер – Каналы, в Photoshop – палитра Каналы.

3. Дуплекс (8 разрядов) – это 8-разрядный цветовой режим, использующий 256 оттенков не более четырех цветовых тонов. Используется для того, чтобы придать цветность черно-белым изображениям.

4. RGB Color (RGB 24 разряда) – обеспечивает цветовое разрешение 24 бита на пиксель, что позволяет использовать для реализации цветных цифровых изображений палитру из 16,7 млн. цветов. Этот режим удобен для редактирования изображения на экране компьютера. RGB-режим является основным цветовым режимом графических редакторов и используется по умолчанию, т.к. монитор для отображения информации использует цветовую модель RGB.

5. Палитра индексированные цвета (8 разрядов) – в этом формате вместо трех цветовых каналов используется один, в котором информация о компонентах цвета (красном, зеленом и синем) каждого пикселя записывается в специальную цветовую таблицу в виде фиксированных значений. Поэтому в отличие от остальных цветовых режимов значение, присваиваемое каждому пикселю изображения, не указывает его цвет непосредственно. Вместо этого указывается номер цвета в цветовой таблице (палитре), которая записывается в конец файла. Таким образом, в каждую ячейку записанной в файл растровой сетки изображения заносится ссылка на один из цветов палитры. Индексированное изображение, это усеченный вариант цветного изображения в формате RGB, позволяющее получать более компактные файлы.

• Lab Color (Lab 24 разряда) – этот режим, основанный на аппаратно-независимой Lab-модели, используется графическими редакторами в качестве внутренней модели для взаимного преобразования аппаратно-зависимых RGB и CMYK-моделей. В практической работе его применяют при необходимости изменить яркость изображения без искажения цветовых тонов изображения.

CMYK Color (CMYK 32 разряда) –режим базируется на цветовой модели CMYK, которая является аппаратно-ориентированной на печатающее устройство. В практической работе эта модель необходима при выводе изображения на принтер, это связано с разными принципами воспроизведения цвета монитором и принтером. Перед конвертированием 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.

Многоканальный – цветовой режим, использующий для отображения нескольких цветовых каналов, каждый из которых состоит из 256 оттенков серого. При конвертировании исходного изображения в этот режим, каждый из цветовых каналов будет преобразован в эквивалентный ему канал оттенков серого. В основе такого преобразования лежит использование значений яркостного компонента для каждого цветового канала. Этот режим используется при печати на черно-белых принтерах.

Видео – режим предназначен для использования созданного вами изображения для телевизионного вещания. Для этой цели предусмотрено применение видеоформата NTSC.

RGB Color (48 разрядов) – последние версии растровых редакторов обеспечивают 48-разрядную глубину цвета, что дает возможность воспроизвести триллионы цветов. Это позволяет повысить качество изображения, но резко увеличивает объем файла изображения. Не все видеоадаптеры поддерживают этот режим, конвертируя 48-разрядное изображение в 24-разрядное.

Тема 1. Векторная графика. Средства создания векторных изображений

Векторные изображения могут быть созданы несколькими видами программ:

1. Программы САПР, типичными представителями которых являются программы AutoCAD, ArxiCAD, Компас. Они являются наилучшим средством для построения шрифтовых и высокоточных графических объектов и конструкторских чертежей.

2. Специализированные программы конвертирования растровых изображений в векторные. Это программа – Corel Trace (Трейс), входящая в состав интегрированного продукта CorelDraw, и программа – Adobe Streamline.

3. К векторным объектам относятся также текст и PostScript-контуры вроде тех, которые можно найти в файлах, созданных с помощью текстовых процессоров типа MS Word или программ верстки типа PageMaker.

4. Программы векторной графики. На платформе Windows наибольшее распространение из программ векторной графики получили CorelDraw, Adobe Illustrator, Corel Xara.

Достоинства и недостатки векторной графики

Для эффективного применения компьютерной графики в работе необходимо представлять себе ее достоинства и недостатки. Строго говоря, ни один современный графический пакет не является чисто векторным или чисто растровым, а совмещает в себе элементы, как того, так и другого вида графики. Например, CorelDraw имеет как собственные, так и подключаемые инструменты редактирования растровых изображений, а в Photoshop расширены инструментальные возможности для работы с векторными объектами.

Достоинства векторной графики

1. Возможность неограниченного масштабирования изображения без потери качества и практически без увеличения размеров исходного файла. Это связано с тем, что векторная графика содержит только описания объектов, формирующих изображения, а компьютер или устройство печати интерпретирует их необходимым образом.

2. Векторную графику легче редактировать, поскольку изображение не является плоской картинкой из пикселей, а составлено из объектов, которые могут накладываться друг на друга, перекрываясь, оставаясь, в то же время независимыми друг от друга.

3. Векторным программам свойственна высокая точность рисования – до сотой доли микрона.

4. Векторная графика экономна в плане объемов дискового пространства, необходимого для хранения изображений. Это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только основные данные (математические формулы объектов), используя которые программа всякий раз воссоздает изображение заново. Описание цветовых характеристик почти не увеличивает размер векторного файла.

5. Для векторных редакторов характерно прекрасное качество печати рисунков и отсутствие проблем с экспортом векторного изображения в растровое.

Недостатки векторной графики

1. Сложности с осуществлением экспорта изображения из растрового формата в векторный.

2. Векторная графика ограничена в чисто живописных средствах и не позволяет получать фотореалистичные изображения с тем же качеством, что и растровая. Причина в том, что здесь, в отличие от растровой графики, минимальной областью, закрашиваемой однородным цветом, является не один пиксель, а один объект. А размеры объекта по определению больше пикселя.

3. Векторный принцип описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации, как это делает сканер для растровой графики. Не существует векторных мониторов или векторных сканеров.

4. В векторной графике невозможно применение обширной библиотеки эффектов (фильтров), используемых при работе с растровыми изображениями.