Тема 1. Различные виды графики в компьютере: рисунки, фотографии, анимации, flash,
видеофильмы и программные средства для их обработки и отображения.
Векторная и растровая графика. Кодирование цвета. Графические форматы файлов.
Сначала компьютеры вообще не имели дисплея. Потом появились текстовые дисплеи, на которых создавались первые попытки получить графическое изображение в играх.
Под
компьютерной графикой мы будем понимать процесс создания, обработки и вывода
изображений с помощью компьютера. Художники, дизайнеры, полиграфисты, фотографы
переводят изображения в электронный вид (оцифровывают) и проводят дальнейшую
обработку с помощью специальных компьютерных программ. Большая часть их
работы - это компоновка готовых фрагментов изображений. Для получения
изображений используют сканеры, цифровой фотоаппарат, готовые библиотеки -
клипарты.
Кроме статических изображений, компьютер создает и обрабатывает различные виды анимационной и видео графики. Это могут быть простые анимационные картинки формата GIF, а также сложные мультипликационные и видеофильмы, флэш -анимация (скачать файл для просмотра).
Чтобы компьютер смог
обрабатывать рисунки, они должны быть представлены в числовой форме, или, как
принято говорить, закодированы. Для кодирования рисунок разбивают на небольшие
одноцветные части. Все цвета, использованные в изображении, нумеруют, и для
каждой части записывают номер ее цвета. Запомнив последовательность расположения
частей и номер цвета для каждой части, можно однозначно описать любой рисунок.
Однако, количество цветов в природе бесконечно, и приходится похожие цвета
нумеровать одинаковыми числами. В зависимости от количества используемых цветов,
можно закодировать более или менее реалистичное изображение. Понятно, что, чем
меньше цветов в рисунке, тем меньше номеров приходится использовать, и тем проще
закодировать изображение. В самом простом случае используется только черный и
белый цвет. Рисунки, закодированные описанным способом, называются растровыми
изображениями, растрами или точечными (bitmap - карта бит).
Части, на которые разбиваются изображения, называют пикселями (PICture ELement -
элемент рисунка). Пиксели часто называют точками. Рисунок из множества пикселей
можно сравнить с мозаикой. Из большого количества разноцветных камешков
собирается произвольная картина. Однако на практике не используют размер пикселей, а
задают две другие величины: размер рисунка и его разрешение. Размер
описывает физические габариты изображения, то есть его высоту и ширину. Можно
задать размеры в метрах, миллиметрах, дюймах или любых других величинах. Но в
компьютере чаще всего размер задается в пикселях. Разрешение - это плотность размещения пикселей, формирующих изображение, то есть
количество пикселей на заданном отрезке. Чаще всего разрешение измеряется в
количестве 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 является 300 dpi, но для получения
высококачественных отпечатков на современных цветных принтерах можно
использовать и большее разрешение. Большинство
рисунков во всемирной компьютерной сети Интернет представляют соб
ой растровые
файлы. Имеется множество программ, предназначенных для работы с растровыми
рисунками. Растровые изображения
обладают одним очень существенным недостатком: их трудно увеличивать или
уменьшать, то есть масштабировать. При уменьшении растрового изображения
несколько соседних точек преобразуются в одну, поэтому теряется разборчивость
мелких деталей изображения. При увеличении - увеличивается размер каждой точки,
поэтому появляется ступенчатый эффект. Кроме того, растровые изображения
занимают много места в памяти и на диске. Чтобы избежать указанных проблем,
изобрели, так называемый, векторный способ кодирования изображений.
В векторном способе
кодирования геометрические фигуры, кривые и прямые линии, составляющие рисунок,
хранятся в памяти компьютера в виде математических формул и геометрических
абстракций, таких как круг, квадрат, эллипс и подобных фигур. Например, чтобы
закодировать круг, не надо разбивать его на отдельные пиксели, а следует
запомнить его радиус, координаты центра и цвет. Для прямоугольника достаточно
знать размер сторон, место, где он находится и цвет закраски. С помощью
математических формул можно описать самые разные фигуры. Чтобы нарисовать более
сложный рисунок, применяют несколько простых фигур. Например, взяв прямоугольник
с закругленными краями и закрасив его в черный цвет, добавив три белых
прямоугольника и еще один черный, также с закругленными краями, мы можем
получить рисунок трехдюймовой дискеты. 
Любое изображение в
векторном формате состоит из множества составляющих частей, которые можно
редактировать независимо друг от друга. Эти части называются объектами. С
помощью комбинации нескольких объектов, можно создавать новый объект, поэтому
объекты могут иметь достаточно сложный вид. Для каждого объекта, его размеры,
кривизна и местоположение хранятся в виде числовых коэффициентов. Благодаря
этому появляется возможность масштабировать изображения с помощью простых
математических операции, в частности, простым умножением параметров графических
элементов на коэффициент масштабирования. При этом качество изображения остается
без изменений. Используя векторную графику, можно не задумываться о том,
готовите ли вы миниатюрную эмблему или рисуете двухметровый транспарант. Вы
работаете над рисунком совершенно одинаково в обоих случаях. В любой момент вы
можете преобразовать изображение в любой размер без потерь качества. Важным
преимуществом векторного способа кодирования изображений является то, что
размеры графических файлов векторной графики имеют значительно меньший размер,
чем файлы растровой графики.
Однако есть и недостатки работы с векторной графикой. Прежде всего, некоторая условность получаемых изображений. Так как все рисунки состоят из кривых, описанных формулами, трудно получить реалистичное изображение. Для этого понадобилось бы слишком много элементов, поэтому рисунки векторной графики не могут использоваться для кодирования фотографий. Если попытаться описать фотографию, размер полученного файла окажется больше, чем соответствующего файла растровой графики.
Как уже отмечалось, каждый пиксель растрового изображения содержит информацию о цвете. Любой векторный объект также содержит информацию о цвете его контура и закрашенной области. Информация может занимать от одного до тридцати двух бит, в зависимости от глубины цвета. Если мы работаем с черно-белыми изображениями, то цвет кодируется нулем или единицей. Никаких проблем в этом случае не возникает. Для несложных рисунков, содержащих 256 цветов или столько же градаций серого цвета, нетрудно пронумеровать все используемые цвета. Но, для изображений в истинном цвете, содержащих миллионы разных оттенков, простая нумерация не подходит. Для них разработаны несколько моделей представления цвета, помогающих однозначно определить любой оттенок. Цветовая модель определяет способ создания цветов, используемых в изображении. Всего разработано три основных цветовых модели и множество их модификаций. Коротко рассмотрим основные модели представления цвета.
Из школьного курса физики мы знаем, что солнечный свет можно разложить на отдельные цветные составляющие. В то же время, собрав вместе в нужных пропорциях разноцветные лучи, мы получим луч белого цвета. Изменим немного пропорции - и у нас готов источник света заданного цвета. В телевизорах и компьютерных мониторах используется люминофор, который светится красным, зеленым и синим цветом. Смешивая эти три цвета можно получить разнообразные цвета и их оттенки. На этом и основана модель представления цвета RGB, названная так по начальным буквам входящих в нее цветов: Red - красный, Green - зеленый, Blue - синий. Любой цвет в этой модели представляется тремя числами, описывающими величину каждой цветовой составляющей. Черный цвет образуется, когда интенсивность всех трех составляющих равна нулю, а белый - когда их интенсивность максимальна. Множество компьютерного оборудования работает с использованием модели RGB, кроме того, эта модель очень проста. Этим объясняется ее широкое распространение. К сожалению, в модели RGB теоретически невозможно получить некоторые цвета, например насыщенный сине-зеленый, поэтому работать с моделью цвета RGB не всегда удобно. Кроме того, модель RGB сильно связана с реализацией ее на конкретных устройствах.
Большинство цветов, которые мы видим в окружающем нас мире, являются следствием отражения и поглощения света. Например, солнечный свет, падая на зеленую траву, частично поглощается, и отражается только его зеленая составляющая.
При печати на принтере, на бумагу наносится цветная краска, которая отражает только свет определенного цвета. Все остальные цвета поглощаются, или вычитаются из солнечного света. На эффекте вычитания цветов построена другая модель представления цвета, называемая CMYK. Эти буквы также взяты из названий цветов: Cyan - голубой, Magenta - пурпурный, Yellow - желтый, black - черный. Строго говоря, Magenta не является пурпурным цветом. Точное название этого цвета -фуксин, но в компьютерной литературе и в программах принято называть этот цвет пурпурным. В разновидности этой модели, называемой CMY, отсутствует черный цвет, но она применяется значительно реже. Выбор цветов для модели неслучаен, они тесно связаны с цветами модели RGB. Голубой цвет образуется при поглощении красного, пурпурный при поглощении зеленого, а желтый отраженный цвет получается в результате поглощения синего. При нанесении большего количества красок разных цветов поглощается больше цвета и меньше отражается. Таким образом, при смешении максимальных значений этих трех цветов мы должны получить черный цвет, а при полном отсутствии краски должен получиться белый цвет. Однако в действительности при смешении трех красок получается грязно-бурый цвет, так как используемые реальные красители отражают и поглощают цвет не так, как описано в теории. Черный цвет получается только при добавлении черной краски, поэтому в модель CMYK и добавлена черная составляющая. Система CMYK широко применяется в полиграфии. Типографское оборудование работает исключительно с этой моделью, да и современные принтеры тоже используют красители четырех цветов. При печати на бумагу наносятся несколько слоев прозрачной краски, и в результате мы получаем цветное изображение, содержащее миллионы различных оттенков. Системы RGB и CMYK удобны при работе с конкретным оборудованием, но не очень удобны для человеческого восприятия. Представив себе желаемый цвет, вы не сможете сказать, сколько в нем составляющих цветов той или иной модели.
Следующая модель цвета основана на восприятии цвета человеком. Все цвета в ней описываются тремя числами. Одно задает собственно цвет, другое - насыщенность цвета, а третье - яркость. Цвет в этой модели независим от используемых технических средств. Есть несколько вариантов модели, называемых разными терминами, но означающих одно и то же. Чаще других встречается модель HSB, в которой каждый цвет описывается цветовым тоном - Hue, насыщенностью - Saturation и яркостью - Brightness. Модель HSB не зависит от оборудования и удобна для восприятия человеком, поэтому с ней часто работают различные программы, в дальнейшем преобразуя цвета в модель RGB для показа на экране монитора или в модель CMYK - для печати на принтере. Кроме того, модель HSB удобно использовать при редактировании рисунков. Например, вы хотите заменить зеленый лист на желтый в редактируемой фотографии. Достаточно поменять только цветовую составляющую используемых цветов, не меняя яркость и насыщенность. Рисунок при этом не изменится, но примет иной оттенок. Есть и иные модели представления цвета, но в подавляющем большинстве случаев используется перечисленные выше. Часто для описания оттенка используются фиксированные палитры, то есть список заданных цветов. В результате исследований определяют наиболее часто используемые цвета и помещают их в палитру. Имеется множество палитр, применяемых в производстве разноцветных предметов. Широко распространены палитры PANTONE. Указав, какая палитра используется и номер цвета в этой палитре, можно однозначно определить нужный цвет. Использование фиксированных палитр облегчает выбор необходимых красителей.
В настоящее время существует огромнейшее количество различных графических форматов. Причина этому кроется в начале 90-х годов, когда еще на рынке компьютерных графических программ не сложилось положение однозначного лидерства нескольких пакетов.В те уже весьма отдаленные годы практически каждая фирма-разработчик создавала свой собственный формат.Сейчас ситуация сильно изменилась. Вряд ли можно назвать и десяток форматов, использующихся действительно повсеместно. Но представители этой небольшой группы являются лучшими в своем роде, являются стандартами. Так чем отличаются различные форматы растровых графических файлов?
Прежде всего, назначением, а уже потом из этого вытекают другие свойства. Условно все типы можно поделить на две большие группы по назначению:
1. Для отображения на экране монитора (чаще всего использования в Интернет).
2. Для последующей печати.
Кроме непосредственно графической информации, то есть информации о пикселях, некоторые графические файлы могут хранить еще много другого. Это дополнительные каналы, комментарии, векторные элементы и так далее. Разумеется, хранение информации, кроме графической, делает размеры файлов несколько больше. PhotoShop 6.0 и Photo-Paint 10 поддерживают подавляющее большинство современных растровых графических форматов. И это неудивительно — пользователям часто приходится в качестве ресурсов использовать самые разные источники. Поэтому знание форматов, поддерживаемых изучаемой программой, есть неотъемлемая часть эффективной работы в ней. Также стоит помнить, что каждый тип файлов обладает присущими только ему достоинствами, иначе он не выдержал бы конкуренции и отбора. Следовательно, знание этих свойств может сильно облегчить работу, так как в определенных обстоятельствах могут быть затребованы узко определенные свойства, которые может дать только один формат. В этом пункте мы уделим несколько больше внимания одним форматам и несколько меньше другим. Причина этому проста и банальна — частота использования и полезность.
Собственный формат PhotoShop. Основное достоинство — позволяет сохранять абсолютно все, что можно создать в данной программе: слои, дополнительные каналы, комментарии, пути и так далее. Разумеется, это очень полезное свойство — зачастую работа над одним изображением ведется в течение нескольких дней, и если бы не было таких возможностей в формате PSD, возник бы целый ряд проблем. ВНИМАНИЕ С каждой новой версией PhotoShop изменяется и формат PSD. Поэтому если вы хотите сделать свое изображение в этом формате доступным более ранним версиям, то выполните следующее: Edit (Preferences->Saving files->Maximize backwards compatibility in Photoshop format (Правка->Предпочтения->Максимальная совместимость PhotoShop формата). В настоящее время данный формат файлов поддерживают практически все более или менее приличные программы редактирования растровой графики, поэтому сохранение изображений в этом формате делает их доступными и другим программам. В PSD используется стандарт сжатия RLE, что делает его размеры несколько меньше без потери качества.
ПРИМЕЧАНИЕ RLE (Run Length Encoding) — один из методов компрессии графических файлов. Основан на поиске совпадений в строках изображений. То есть, если у вас подряд идет 40 черных пикселей, то записаны они будут не как черный, черный, черный..., а 40 черных. Этот метод эффективен далеко не всегда, а только в случае достаточной повторяемости, то есть одноцветности областей изображения. Однако, при использовании RLE не ухудшается, в отличие от JPEG, качество самого изображения. Таким образом, PSD идеальный формат для промежуточного и последующего качественного хранения изображений.
Собственный формат операционной системы Windows. Разрабатывался в свое время специально для нее программистами компании Microsoft. Поддерживает индексированный (256 цветов) и RGB цвет. Данный формат понимают абсолютно все графические и не только редакторы, работающие под Windows. На этом немногочисленные достоинства BMP заканчиваются, и начинаются многочисленные недостатки: 1. BMP абсолютно не подходит для Интернет. 2. BMP это крайне неудачный выбор для последующей распечатки. 3. BMP аппаратно зависимый формат. 4. Он некорректно использует RLE сжатие. 5. Этот формат занимает неоправданно много места. Таким образом, можно сделать вполне определенный вывод — использование BMP будет ошибкой практически в любом случае за исключением дальнейшего использования в программах, которые никаких других форматов не понимают.
Один из самых известных форматов файлов, на сегодняшний день в основном используется для нужд Интернет. Этот формат, как можно понять из названия, был разработан компанией CompuServe для более скоростной передачи изображений по своим одноименным сетям в 1987 году. Первоначально это был формат, поддерживающий 256 индексированных цветов и больше ничего. Но вскоре один программист обнаружил неиспользованную возможность GIF — записывать в один файл несколько картинок и проигрывать их с определенным прерыванием. Это, а еще поддержка прозрачности, стало основой обновления формата, который произошел в 1989 году, и отсюда название использующегося сейчас GIF — Gif89a. Как вы уже смогли прочитать выше, GIF поддерживает прозрачность, причем прозрачными можно назначить несколько цветов. Реализуется это весьма несложно — за счет дополнительного альфа-канала, сохраняемого в файле. В Gif используется LZW компрессия, что в сочетании с индексированными цветами делает этот формат почти идеальным для хранения и передачи малоцветных, с отсутствием сложного перехода цветов, изображений, к примеру, логотипов. ПРИМЕЧАНИЕ LZW компрессия — еще один вид сжатия изображений, идейно близкий к RLE. Идет поиск так называемых фраз (повторяющихся комбинаций разных цветов), и они записываются в виде ключей. В дальнейшем во всем изображении используются уже созданные ключи. Как можно понять, этот метод гораздо совершеннее RLE для областей с переходами цветов, однако кодировка в него требует больше системных ресурсов. Также еще одно достоинство GIF — возможность использования Interlaced разверстки. ПРИМЕЧАНИЕ Interlaced — черезстрочные запись и чтение изображения. В результате сначала файл подгружается через строку, то есть в меньшем разрешении, а затем догружаются и остальные строки. Основное применение — Интернет, так как появляется возможность оценить содержимое изображения еще до его полной загрузки, а следовательно, и сэкономить время. Все эти условия, а именно анимация, прозрачность, черезстрочная разверстка сделали GIF одним из использующихся во всемирной сети форматов. Но, повторимся, основной его недостаток — отображение только 256 цветов.
Несмотря на то, что мы рассматриваем Jpeg как графический формат, на самом деле это прежде всего принцип сжатия, один из самых распространенный в настоящее время. Jpeg реализуется следующим образом. Если несколько упрощать, то сначала изображение разбивается на блоки 8*8 пикселей. Затем записываются два типа информации — усредненная информация о блоке и информация о его деталях. А далее, в зависимости от выбранной степени сжатия, выкидывается то или иное количество дополнительной информации. Понятно, что чем меньше будет файл по размерам, тем хуже будет его качество. ВНИМАНИЕ JPEG далеко не лучший формат для хранения ваших иллюстраций с целью дальнейшего редактирования. При каждом открытии и дальнейшем закрытии файла он переписывается заново, а следовательно, качество еще больше падает. Через некоторое время изображение может стать совершенно непригодным. Метод JPEG гораздо эффективнее, чем LZW или RLE. Можно добиться сжатия и в 100 раз, однако это происходит со значительным ухудшением качества, а LZW и RLE не меняют изображения, а сжимают на основе повторений уже имеющегося. JPEG лучше всего использовать для фотографий, картинок и прочего, где можно допустить нечеткость краев и наличие небольшого «болота». Однако для хранения, к примеру, графиков лучше отдать предпочтение другим форматам, вроде PSD или Tiff. Большим недостатком JPEG является отсутствие возможности сохранять индексированные цвета. Можно сохранять в CMYK, но во многих программах появляются проблемы при чтении таких файлов. В настоящее время JPEG — основной формат передачи изображений во Всемирной паутине. Причина этому ясна — ни один другой формат не может дать такого качества, а следовательно, и скорости загрузки файлов. В PhotoShop при сохранении в этом формате вы можете выбрать один из трех вариантов JPEG: 1. Standard. Обычный вышеописанный JPEG. 2. Baseline. Улучшенный формат. Файлы занимают меньше места при том же качестве, но есть программы, которые некорректно отображают такие Jpeg. В основном применяется для Интернет. 3. Progressive. Кроме достоинств Baseline, добавлена еще Interlaced (черезстрочная) разверстка. Незаменимое свойство для использования файлов в Internet.
PDF это формат, разработанный для быстрой передачи по сетям информации разного типа, в основном верстанных документов. На сегодняшний день в PDF могут входить графика, текст, гиперссылки, звук, видео и другое. Все данные в PDF могут подвергаться компрессии, причем, что самое интересное, данные разного типа сжимаются разными методами, наиболее эффективными по отношению к ним. PhotoShop 6.0 умеет сохранять как одностраничные, так и многостраничные PDF документы. Учитывая то, что этот формат на сегодняшний день все шире и шире применяется в Интернет, ему стоит уделить повышенное внимание.
Один из тех форматов, которые неплохи сами по себе, но вытесняются другими. PCX это формат, существующий только на PC (Personal Computer) совместимых компьютерах. Он может поддерживать цветовые модели Bitmap, Grayscale, Indexed color, RGB. Как видно из этого списка, PCX не поддерживает CMYK, что на сегодняшний день не очень хорошо. Также этот формат не умеет в себе хранить дополнительные каналы. PCX может использовать RLE компрессию, что делает его несколько более привлекательным для пользователей. Вывод таков — лучше этот формат не использовать. Его прекрасно заменит куда более распространенный и надежный Tiff.
Третий кит (первые два — это JPEG и GIF), на котором держится графика в Интернет. Самый перспективный формат для развития всемирной сети. PNG это молодой формат, специально разработанный в качестве замены для уже не отвечающего потребностям времени Gif. PNG, в отличие от Gif, использует любое количество цветов, даже 48-битный цвет. Сжатие происходит по принципу, сходному с LZW, но несколько более совершенному, что дает неплохие результаты. PNG имеет возможность загружаться с черезстрочной разверсткой, причем двойной — по горизонтали и вертикали одновременно. PNG также поддерживает прозрачность. И даже не просто прозрачность, а в разной степени, то есть могут сохраняться полупрозрачные (1-99%) пиксели. Это, конечно, расширяет возможности web-дизайна и делает этот формат весьма привлекательным. Встроенная гамма-коррекция позволяет правильно отображать цвета на всех компьютерах, независимо от платформы. Таким образом, PNG формат заслуживает внимания прежде всего людей, чьи работы направлены на дальнейшее использование во Всемирной сети. Кстати, мне кажется, что web-мастера незаслуженно мало используют PNG. Не так уж часто его встретишь, несмотря на широкие возможности. Может быть, причина такой ситуации — традиционализм старых мастеров и обучение на их опыте и книгах новых. Даже в лучших изданиях по дизайну в сети PNG почему-то незаслуженно мало описывают. RAW Самый гибкий формат для обмена изображениями между компьютерами разных платформ. Можно сохранять изображения в любой цветовой модели, включая Lab и мультиканальный, альфа-каналы. Работа с этим форматом достаточно сложна, и поэтому если нет острой необходимости, его лучше не использовать вообще.
Самый распространенный на сегодняшний день в издательском деле графический растровый формат. Основные его достоинства: 1. Tiff аппаратно независим. Многие поэтому специально используют его для переноса изображений с PC на Macintosh и наоборот. 2. Tiff очень надежный формат. Практически все программы понимают его без проблем. 3. Этот формат поддерживает все цветовые модели, включая CMYK и PANTONE. 4. Tiff может нести в себе дополнительную информацию, к примеру, о контурах или альфа-каналах. 5. Tiff может использовать LZW компрессию, что делает его приемлемым для хранения файлов. Как вы знаете, LZW сжатие не изменяет качества изображения. Таким образом, Tiff лучший выбор для тех, чьи работы предназначаются в будущем для распечатки
Copyright © 2005. Петрова Людмила Борисовна