Понятие растровой и векторной графики.

 

Растровый формат графических данных

 

Изображение, построенное с помощью отдельных точек - пикселов, называется растровым.

Изображение на экране монитора формируется из маленьких квадратиков (иногда их называют точками) - пикселов. В зависимости от типа монитора и видеокарты количество таких пикселов на экране может быть различным. Современные видеокарты обеспечивают разрешение 1024 на 768 пикселов и более. Каждому пикселу соответствуют один или несколько байтов видеопамяти, задающих атрибуты пиксела: цвет, яркость. Следовательно, изображение на экране - это массив в видеопамяти, каждый элемент которого содержит значения атрибутов для одного пиксела. 

Чтобы программа могла создавать различные изображения, она должна либо хранить массивы атрибутов, либо уметь формировать атрибуты для каждого пиксела экрана. 

Изображение, построенное с помощью отдельных точек - пикселов, называется растровым. Реально изображение делится на квадратики (пикселы) и данные о каждом из них кодируется. Такая схема уже века назад была придумана для вышивания узоров крестиком. Заметим, что растровые рисунки в компьютерах имеют прямоугольную форму: к любому изображению добавляется фон, превращающий рисунок в прямоугольник. Не зная размера пикселя, нельзя построить изображение на основе закодированных данных. На практике используют не размер пикселя, а задают ширину и высоту (в пикселях, в сантиметрах или в других единицах) рисунка и его разрешение. 

Разрешением экрана является плотность размещения пикселей. Она зависит от качества кинескопа монитора. Принятой единицей измерения разрешения является количество точек на дюйм -dpi (Dot Per Inch). При отображении рисунков на мониторе , используют разрешение от 72 dpi до 120 dpi. При печати самым распространенным разрешением для вывода текста является 300 dpi, но для высококачественных отпечатков можно использовать и большее разрешение (1440 dpi). 

Устройства, которые формируют изображения из отдельных точек, называются растровыми. Видеомонитор, матричный и лазерный принтеры являются растровыми устройствами. 

Недостатки растровых изображений:

• Плохое масштабирование. При уменьшении изображения нескольких соседних точек преобразуются в одну, поэтому теряются мелкие подробности. При увеличении масштаба происходит увеличение размера каждой точки, из за чего появляется ступенчатый эффект.

• Большой размер файла, так как включены данные о каждом пикселе изображения

При выборе конкретного формата для растрового изображений важны следующие аспекты:

• Распространенность формата. 
  Многие приложения имеют собственные форматы файлов, и другие программы могут оказаться неспособными работать с ними.

• Поддерживаемые типы растровых изображений. 
  Форматы, поддерживающие исключительно индексированные цвета, неприменимы при изготовлении макетов для тиражирования.

• Поддерживаемые цветовые модели полноцветных изображений. 
  Многие графические форматы не позволяют хранить, например, изображения в цветовой модели CMYK, что делает их непригодными для полиграфии.

• Возможность хранения дополнительных каналов масок. 
  Многие программы подготовки иллюстраций способны использовать их для создания контуров обтравки или маски прозрачности.

• Возможность сжатия информации. 
  Объем памяти (оперативной или дисковой), необходимый для хранения растровых изображений, весьма велик. Применение сжатых форматов предпочтительнее для экономии дискового пространства. В оперативной памяти изображения всегда находятся в несжатом виде.

• Способ сжатия. 
  Имеется большое количество алгоритмов сжатия графических файлов.

• Возможность хранения объектной (векторной) графики. 
  Чаще всего присутствие векторной графики в изображениях сводится к обтравочным контурам. Они распознаются издательскими системами и программами иллюстрирования. Контуры обтравки трактуются ими как контур изображения, что позволяет получать изображения непрямоугольной формы.

• Возможность хранения цветовых профилей и параметров растрирования. 
  Это имеет смысл, если изображение предназначено для типографской печати. Цветовой профиль характеризует цветовое пространство, в котором редактировалось изображение. Он позволяет добиться одинакового воспроизведения цветов на различных компьютерах и устройствах печати.

 

Сжатие растровых изображений

 

Пиксел является неделимой точкой в графическом изображении растровой графики на экране монитора. Он характеризуется прямоугольной формой и размерами, определяющими пространственное разрешение изображения. Беда растровых файлов в том, что они большие, даже очень большие. Если пренебречь заголовками файла и другими неграфическими данными, его размер пропорционален количеству пикселов в изображении и количеству битов, требуемых для представления каждого пиксела. Полноцветная картинка размером 1024х768 пикселов занимает более двух мегабайт памяти. Используя метод, называемый сжатием изображений, можно резко уменьшить в размере графические файлы. Существует два способа сжатия: 1) без потерь информации 2) с потерями. Если мы сохраняем чертеж, то, естественно сжатие с потерями нас не устроит, сохраняя же какую-то картинку, обобщение оттенков ее цветов вполне допустимо, а иногда приводит и к удачным спецэффектам. 

Одним из способов сжатия с потерями является JPEG (Joint Photographic Expert Group - имя группы, которая его разработала). JPEG широко используется при сжатии статических изображений, особенно фотографий. 

Основная идея метода JPEG состоит в разделении информации по уровню важности, и затем отбросить менее важную ее часть, уменьшая тем самым общий объем хранимых данных. Строку или столбец пикселов изображения тоже можно представить амплитудами и частотами. Речь здесь идет не о спектральном составе света, а о форме воображаемых кривых, которые образуют графики, если значения пикселов служат ординатами. Отметим, что формула преобразования матрицы пикселов в матрицу амплитуд совсем не проста. JPEG-сжатие отбрасывает часть высокочастотных компонент изображения, оставляя компоненты с низкими частотами. Человеческий глаз менее чувствителен к высокочастотным вариациям цвета, поскольку общий вид изображения определяется низкими частотами. Значение пиксела, полученное при восстановлении изображения, несколько отличается от исходного значения, хотя обычно они очень близки, причем пользователь может регулировать степень сжатия. 

Растровый графический файл обычно содеpжит инфоpмацию двух видов:

• гpафическую

• негpафическую.

•  

В гpафических данных указываются цвета пикселов, негpафические данные содержат другую инфоpмацию, необходимую для восстановления изображения, напpимеp его высоту и шиpину. (Если изобpажение содеpжит 1 миллион пикселов, то как гpафической пpогpамме узнать размеры: pисовать ли ей изобpажение 500 на 2000 или 1000 на 1000 пикселов?) Негpафическая часть файла может также включать дpугую инфоpмацию, такую как номеp веpсии или сведения об авторских пpавах. Все зависит от фоpмата и от того кто (или какой пpогpаммный пакет) создал этот файл. В каждом фоpмате гpафические и негpафические данные структурируются.

 

Векторный формат графических данных

 

Векторный формат графического основан на представлении объекта в виде отрезков прямых (векторов). Для каждого из них задана пара точек - концов вектора (или точка, направление вектора и его длина) и атрибуты - цвет, толщина линии и т.п. 

Фактически в векторном способе кодирования геометрические фигуры, кривые и прямые линии, составляющие рисунок хранятся в памяти компьютера в виде математических формул и геометрических фигур (круг, эллипс и т.д.). Чтобы запомнить в векторном формате круг следует запомнить только его радиус, координаты центра и цвет. Очевидно, что размер такого файла будет намного меньше, чем, если бы мы разбивали его на отдельные пиксели. 

Сложный рисунок разбивается на простые фигуры. Каждое изображение в векторном формате состоит из множества составляющих частей, которые можно редактировать независимо друг от друга. Эти части назваются объектами. Для каждого объекта в векторном файле хранятся его размеры, кривизна, местоположение в виде числовых коэффициентов. Благодаря этому они легко масштабируются без искажений и не зависят от разрешения. 

Недостатки векторных изображений:

• Условность получаемых изображений. Для реалистических изображений понадобилось бы слишком много элементов кривых. Размер векторного файла, описывающего фотографию, окажется больше, чем растровый. Поэтому векторный формат применяется для описания линейных рисунков и, идеально подходит для чертежей.

• Изображение для плоттера должно храниться как массив описаний векторов. Элементарной единицей изображения для плоттера (графопостроителя) является вектор - направленный отрезок прямой. С точки зрения способа формирования изображения, плоттер является не растровым, а векторным устройством.

Обычно векторная графика используется для вывода на плоттер чертежей и линейных изображений. Плоттер - это векторное устройство. 

Наиболее известных редакторов векторной графики: CorrelDraw и Adobe Illustrator