Компьютерная графика

Компьютерная графика прочно вошла в нашу жизнь. Компьютерная индустрия породила сотни новых и необычных терминов, пытаясь объяснить, что такое компьютер и как он работает. Термин растровая графика достаточно очевиден, если усвоить понятия, относящиеся к растровым изображениям.

Растровые графические изображения формируются в процессе преобразования графической информации из аналоговой формы в цифровую (сканирование, ТВ-тюнер и т.п.).

Растровое изображение — изображение, представляющее собой сетку пикселей или цветных точек (обычно прямоугольную) на мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах.

В этой связи возникает вопрос о том, каково должно быть число этих пикселей и какое число бит отводится на один пиксель, т. е. каковы основные параметры растрового изображения:

- количество пикселей;

- размер;

- количество используемых цветов или глубина цвета;

- цветовое пространство (цветовая модель) RGB, CMYK, XYZ, YCbCr и др.;

- разрешение - справочная величина, говорящая о рекомендуемом размере изображения.

Растровые изображения состоят из прямоугольных точек, называемых растром или битмапом, от английского слова bitmap - набор бит.

 Основным элементом растрового  изображения является точка (части, на которые разбиваются изображения). Если изображение экранное, то эта точка называется пикселем (PICture ELement - элемент рисунка).

Пи́ксел (в разговорной речи пи́ксель, иногда пэл, англ. pixel, pel — сокращение от picture element или picture сell — элемент изображения) или элиз (редкоиспользуемый русский вариант термина) — наименьший логический элемент двумерного цифрового изображения в растровой графике. Пиксел представляет собой неделимый объект прямоугольной, обычно квадратной, или круглой формы, обладающий определённым цветом. Растровое компьютерное изображение состоит из пикселов, расположенных по строкам и столбцам.

В цифровом мире компьютерных изображений термином пиксел обозначают несколько разных понятий. Это может быть отдельная точка экрана компьютера, отдельная точка напечатанная на лазерном принтере или отдельный элемент растрового изображения. Эти понятия не одно и тоже, поэтому чтобы избежать путаницы следует называть их следующим образом:

- понятие видеопиксель используется при ссылке на изображение экрана компьютера;

- понятие точка используется при ссылке на отдельную точку, создаваемую лазерным принтером.

Существует коэффициент прямоугольности изображения, который введен специально для изображения количества пикселов матрицы рисунка по горизонтали и по вертикали.

Любой растровый рисунок имеет определенное количество пикселов в горизонтальных и вертикальных рядах. В зависимости от того, на какое графическое разрешение экрана настроена операционная система компьютера, на экране могут размещаться изображения, имеющие 640x480, 800x600, 1024x768 и более пикселов. Этот коэффициент часто называют размером изображения. Произведение этих двух чисел дает общее количество пикселов изображения. Существует также такое понятие как коэффициент прямоугольности пикселов. В отличие от коэффициента прямоугольности изображения он относится к реальным размерам видео пиксела и является отношением реальной ширины к реальной высоте. Данный коэффициент зависит от размера дисплея и текущего разрешения, и поэтому на разных компьютерных системах принимает различные значения. Цвет любого пиксела растрового изображения запоминается в компьютере с помощью комбинации битов. Чем больше битов для этого используется, тем больше оттенков цветов можно получить. Число битов, используемых компьютером для любого пиксела, называется битовой глубиной пиксела. Наиболее простое растровое изображение состоит из пикселов имеющих только два возможных цвета черный и белый, и поэтому изображения, состоящие из пикселов этого вида, называются однобитовыми изображениями. Число доступных цветов или градаций серого цвета равно 2 в степени равной количеству битов в пикселе.

Иногда размер пиксела также называют разрешением и поэтому происходит путаница, чтобы этого не происходило, нужно четко представлять о чем идет речь и «смотреть по контексту» — размер измеряется в Мп (мегапиксехах), а разрешение — dpi или ppi.

Итак, размер - общее количество пикселов в изображении, обычно измеряется в Мп (мегапикселах), это всего лишь результат умножения количества пикселов по высоте на количество пикселов по ширине изображения. То есть, если величина фотографии 2000х1500, то ее размером будет 2000*1500=3 000 000 пикселов или 3Мп. Для отправки на фотобанки размер изображения не должен быть меньше 4Мп, а в случае иллюстрации — не более 25Мп.

Разрешение - это плотность размещения пикселей, формирующих изображение, то есть количество пикселей на дюйм (ppi — pixel per inch) для описания отображения на экране или количество точек на дюйм (dpi — dot per inch) для печати изображений. Существует несколько устоявшихся правил: для публикации изображения в сети Интернет используют разрешение 72ppi, а для печати — 300dpi(ppi). Требования микростоков к изображениям — 300dpi, так как многие работы покупаются именно для печати.

В компьютерной графике с понятием разрешения обычно происходит больше всего путаницы, поскольку приходится иметь дело сразу с несколькими свойствами разных объектов. Следует четко различать: разрешение экрана, разрешение печатающего устройства и разрешение изображения. Все эти понятия относятся к разным объектам. Друг с другом эти виды разрешения никак не связаны, пока не потребуется узнать, какой физический размер будет иметь картинка на экране монитора, отпечаток на бумаге или файл на жестком диске.

Разрешение экрана — это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек Windows). Разрешение экрана измеряется в пикселях и определяет размер изображения, которое может поместиться на экране целиком.

Разрешение принтера — это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины. Оно измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере.

Разрешение изображения — это свойство самого изображения. Оно тоже измеряется в точках на дюйм и зависит от требований к качеству изображения и размеру файла, способу оцифровки или методу создания исходной иллюстрации, избранному формату файла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем выше требования к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала. Разрешение изображения задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Значение разрешения изображения хранится в файле изображения и неразрывно связано с физическим размером.

Чаще всего разрешение измеряется в количестве точек на дюйм -dpi (Dot Per Inch). Например, если мы укажем, что наш рисунок компьютера имеет разрешение 72 dpi, это означает, что на каждом дюйме может разместиться семьдесят два пикселя. Таким образом, ширина и высота рисунка будут равны немногим меньше половины дюйма, или около двенадцати миллиметров. При отображении рисунков на мониторе, используют разрешение от 72 dpi до 120 dpi. При печати самым распространенным разрешением является 300 dpi, но для получения высококачественных отпечатков на современных цветных принтерах можно использовать и большее разрешение.

Мониторы для обработки изображений с диагональю 20 – 21 дюйм (профессионального класса), как правило, обеспечивают стандартные экранные разрешения 640х480, 800х600, 1024х768,1280х1024,1600х1200,1600х1280, 1920х1200, 1920х1600 точек. Расстояние между соседними точками люминофора у качественного монитора составляет 0,22 – 0,25 мм.

Для экранной копии достаточно разрешения 72 dpi, для распечатки на цветном или лазерном принтере 150 – 200 dpi, для вывода на фотоэкспонирующем устройстве 200 – 300 dpi.

Глубина цвета (color depth) — это число бит, используемых для представления каждого пикселя изображения, определяемое цветовым или тоновым диапазоном. Это также одна из важнейших характеристик растровых изображений. Количество цветов является важной характеристикой для любого изображения, а не только растрового.

 Классифицируем изображения следующим образом:

• Двухцветные (бинарные) — 1 бит на пиксел. Среди двухцветных чаще

всего встречаются черно—белые изображения.

• Полутоновые — градации серого или иного цвета. Например, 256

градаций (1 байт на пиксел).

• Цветные изображения. От 2 бит на пиксел и выше. Глубина цвета 16

бит на пиксел (65 536 цветов) получила название High Со1ог, 24 бит на пиксел (16,7 млн цветов) — True Со1ог. В компьютерных графических системах используют и большую глубину цвета — 32, 48 и более бит на пиксел.

Каждая "ячейка" в матрице растрового изображения хранит информацию о цвете в данной точке изображения. Информация эта может быть закодирована по-разному, и то, какую именно цветовую информацию содержит файл, определяет (вместе с размером и разрешением) его внешний вид и, соответственно, возможные применения. Можно сказать, что информация о виде кодирования цвета (описание цветовой модели), размер и разрешение - необходимый и достаточный набор данных как устройству для вывода изображения (на монитор, на бумагу, ....), так и нам - для формальной его оценки. Вся остальная информация является дополнительной и в большинстве - даже и не обязательной.7

Все, за исключением RAW, форматы растровых изображений предусматривают кодирование информации о цвете по одной из стандартных цветовых цветовых моделей. Все пикселы одного изображения содержат информацию в одной цветовой модели. Поэтому, напр., если вся наша картинка - черно - белая, а один-единственный пиксел в ней - красный, нам придется записывать весь файл (и все пикселы в нем) в одной из моделей, предусматривающих возможность закодировать красный цвет.

Цветовая модель — характеристика изображения, описывающая его представление на основе цветовых каналов.

B/W - Black&White, черно-белое изображение. Это случай, когда каждый пиксель  изображения - или черный, или белый, и никаких градаций между ними. Употребляется чаще всего в полиграфии для передачи черно-белого рисунка или гравюры.

Grayscale - изображение "в серой шкале". Каждый пиксель - одно из значений  от 0 до 255 по шкале серого. Нужно  избегать путаницы с бытовым понятием "черно-белое изображение".

Paletted - он же Indexed Color- в файле изображения  содержится т.н. "палитра цветов" - таблица размером от 1 до 255 "ячеек", в каждой из которых содержится  закодированное в формате RGB (см. ниже) значение цвета, а в каждом пикселе - номера "ячеек" этой таблицы. Этот формат весьма компактен, но ограничение на размер таблицы сильно сужает его применение, поскольку в этом формате невозможна передача тонких цветовых оттенков при разнообразии цветов в изображении. Однако в некоторых специфических случаях (вроде монохромного или почти монохромного изображения) вполне употребим. Кроме того, GIF - формат файла, использующий эту цветовую модель - до сих пор не сдает позиции в веб-дизайне.

Есть также несколько стандартных палитр, которые (как считается) используются выводными устройстваи и ПО (броузерами в частности) одинаково и результат не будет непредсказуем: Windows Palette - стандартная палитра Windows, Web Palette - универсальная палитра для веб.

RGB - Red, Green, Blue - это наиболее распространенный формат кодирования цветовой информации. Информация о цвете представляется тремя независимыми числами от 0 до 255 (каждый из диапазонов которых называется цветовым каналом), каждое из которых означает содержание одного из цветов "красный", "зеленый", "синий" в представляемом цвете. При этом значение 255, 255, 255 в RGB соответствует белому, а значение 0,0,0 - черному (цветовая модель аддитивна).

Считается, что этим способом можно закодировать любой цвет. Однако не следует абсолютизировать ни цветовую модель RGB, ни компьютерную графику в частности. Способность глаза как к различению оттенков, так и к восприятию диапазона яркости во много раз превосходит возможности компьютерной графики (не говоря о полиграфии), и только компенсаторные и психо-сенситивные свойства системы "глаз + мозг" позволяют нам верить в иллюзию подобия экранной / бумажной реальности реальности настоящей.

Цветовая модель RGB - это основная модель для представления цветовой информации в компьютере. Одной из причин этого является то, что основное устройство вывода - монитор - использует именно эту модель, конкретно - три "электронные пушки" (ЭЛТ) или элементы TFT-матрицы именно этих трех цветов.

В веб-дизайне (и не только) принято записывать RGB-кодировку цвета не в десятичной, привычной нам, системе, а в шестнадцатиричной. Эта система компактна и удобна, а привычка к тому, что белый - это #ffffff, а ярко-красный, напр., - #ff0000 - приходит быстро.

CMYK - полиграфическая система представления  цвета. Здесь каждый пиксел содержит информацию о четырех составляющих: Cyan (Голубой), Magenta (пурпурный), "Yellow" (желтый) и Black (черный; легенды полиграфистов гласят, что буква "K" появилась в сокращении "СMYK" от слова "Контур", которым обозначают черную краску печатники - даром что "контур" по-английски вообще-то Outline или на худой конец Contour...) Здесь 255 255 255 255 означает черный, 0 0 0 0 - белый (модель субтрактивна) Это специфический формат полиграфических нужд, и иначе как в полиграфии он употребляется крайне редко. Не каждый просмотрщик изображений может этот формат правильно отображать, и очень часто мы видим результат неправильного отображения этого формата на мониторе.

При работе с этим форматом нужно понимать, что мы всегда видим на мониторе результат преобразования этого формата к мониторному, т.е. к RGB... а точность и однозначность этого преобразования - отдельная серьезная область, ставшая для многих профессией на всю жизнь.