Разрешение (глубина) цвета

Важным этапом создания компьютерной графики является определение необходимой цветовой гаммы, которая подбирается с учетом рабочей системы кодировки (разрешения) цвета. В системе кодировки 1 битом для каждого пикселя экрана возможны только два варианта цвета (значение бита 0 или 1). Кодирование 1 битом каждого пикселя экрана определяет битовую плоскость. Для получения большого количества цветов одновременно используются несколько битов для кодирования цвета. Так, два бита определяют уже 4 возможных значения цвета на 1 пиксель, 4 и 8 битов соответственно, 16 и 256 значений. Максимальное число используемых битов при отображении цветов определяет цветовое разрешение данного изображения.

Битовое разрешение, или глубина пиксела это величина, которая определяет количество бит информации на один пиксел. Битовое разрешение характеризует объем цветовой информации, используемый для описания каждого пиксела файла. Чем больше глубина пиксела, тем шире диапазон доступных цветов (и тем точнее их представление) в оцифрованном изображении. Например, пиксел с битовой глубиной, равной единице, имеет лишь два возможных состояния: включен или выключен. Пиксел с битовой глубиной в 8 единиц имеет 28, или 256 возможных цветовых значений. Пиксел же с битовой глубиной в 24 единицы имеет 224, или 16 миллионов возможных значений. Как правило, битовое разрешение задается в диапазоне от 1 до 24 бит на пиксел.

При создании векторных рисукнков мультимедиа-приложений чаще всего используется 8-битная кодировка, т.к. 256 цветов вполне достаточно, чтобы отобразить большинство информации. Однако, при использовании фотографий, требуется увеличение количества используемых цветов. Для этих целей применяется 16-ти и 24-битное цветовое разрешение, что позволяет использовать 65536 или 16.7 миллионов возможных цветов.

Цветовая палитра

Как правило, современные графические пакеты уже имеют свои встроенные палитры «по умолчанию», однако пользователь в любой момент может изменять значение цвета в регистрах ПЭВМ. Это выполняется с помощью регуляторов цветовых моделей, предусмотренных работой программы (RGB, HSB (HLS), CMY (CMYK)). Любое изменение цвета в регистрах палитры приводит к изменению соответствующих пикселей на экране монитора. Аналогичные палитры выбора цветов встроены в редактор презентаций PowerPoint и практически во все графические редакторы с развитыми возможностями.

RGB модель построена на основе трихроматической компонентной теории восприятия цвета (теории Юнга-Гельмгольца), согласно которой красный, зеленый и синий цвета являются первичными цветами. Смесь первичных цветов образует вторичные. В режиме RGB для создания экранных цветов используются различные комбинации значений яркости красного, зеленого и синего света. Разнообразие цветов видимого спектра достигается за счет изменения интенсивности отдельных составляющих.

При обработке цветных RGB-изображений Adobe Photoshop присваивает каждому пикселу значение интенсивности, которое может изменяться в пределах от 0 (черный) до 255 (белый). Например, яркий красный цвет может характеризоваться значениями R=246, G=20, В=50. В случае равенства всех трех составляющих получается один из оттенков серого. При этом комбинация R=G=В=255 соответствует чистому белому цвету, а комбинация R=G=В=0 черному.

Цветовая модель HSB построена в соответствии с особенностями восприятия цвета мозгом человека. Составной цвет достигается за счет таких параметров, как оттенок (hue), насыщенность (saturation) и яркость (brightness).

Режим CMYK используется для подготовки изображений к четырехкрасочной печати с помощью триадных цветов: голубого, пурпурного, желтого и черного. В результате преобразования RGB-документа в формат CMYK происходит создание цветоделенных фотоформ. Как правило, переход к формату CMYK выполняется на завершающей стадии обработки изображения. Редактирование документов в формате RGB более эффективно, поскольку CMYK-файлы по объему в среднем на треть больше, чем RGB-файлы.

Каждому пикселу в CMYK-изображении присваиваются значения, определяющие процентное содержание триадных цветов. Самые светлые тона характеризуются низким содержанием триадных цветов, а наиболее темные (тени) соответственно более высокими значениями. Например, ярко-красный цвет может содержать 2% голубого, 93% пурпурного, 90% желтого и 0% черного цвета. В CMYK-изображениях чистому белому цвету соответствуют нулевые значения всех четырех составляющих.

5.4. Форматы представления компьютерной графики

Форматы растровой графики.Растровое представление компьютерной графики потребовало от разработчиков графических пакетов создания соответствующего формата хранения изображений. Наиболее ранние форматы представляли собой содержимое фрагмента памяти компьютера, в котором хранилось изображение. Но такой формат оказался неудобен, т.к. занимал достаточно много места и зависел от аппаратных особенностей компьютеров, в которых это изображение было создано.

Вторым шагом стало создание аппаратно-независимых форматов, таких как ВМР, и форматов, использующих алгоритмы сжатия изображения (рис.6). К таким форматам можно отнести PCX. Этот формат реализует простейший способ сжатия изображений, позволяющий выполнять быструю перепись изображения в видеопамять и обратно, используя при этом алгоритм кодирования повторяющихся последовательностей RLE. Данный формат используют при своей работе многие графические редакторы, в частности, редактор PaintBrush в среде Windows. Вместе с форматом TIFF формат PCX является одним из наиболее распространенных форматов, которые используют сканеры.

Дальнейшее развитие инструментов компьютерной графики привело к появлению форматов хранения растровых изображений, способных более эффективно кодировать данные. К ним можно отнести GIF формат и TIFF формат. Формат GIF, при достаточно простой структуре файла и наличии небольшого числа атрибутов изображения, использует эффективный алгоритм сжатия изображений. Этот формат, как и формат PCX, часто используется для распространения цветных изображений. Для получения изображений в этом формате может использоваться, например, графический редактор, встроенный в систему AUTODESK ANIMATOR. Формат TIFF (Tag Image File Format) был разработан совместно корпорацией Aldus и группой, разработавшей систему Windows. Основной областью применения данного формата является настольная издательская деятельность и связанные с ней приложения. Вместе с тем, формат TIFF может быть полезен и для других приложений, работающих с изображениями. Предполагалось, что файлы данного формата будут создаваться с помощью сканеров, либо графическими редакторами, а затем будут включаться в документы или публикации настольными издательскими системами. При разработке данного формата была разработана такая структура файла, которая минимизирует изменения в структуре при последующих добавления новых возможностей.

Оба формата используют для кодирования изображений LZW-алгоритм, который позволяет сжимать практически любое изображение практически в два раза. Однако они имеют и серьезные отличия. Формат GIF поддерживает только 256 цветов. Формат TIFF поддерживает все цветовые разрешения, а также цветовую модель CMYK, что позволяет эффективно использовать этот формат для хранения изображения при создании полиграфической продукции.

Формат PIC использовался разработчиками системы 1-2-3 фирмы Lotus для хранения изображений, получаемых при работе с электронными таблицами (графиков, гистограмм). Широкое распространение системы 1-2-3 привело к тому, что данный формат стал использоваться и в других системах, работающих с электронными таблицами. Рисунки в данном формате позволяет использовать распространенный текстовый процессор Word. В отличие от предыдущих форматов, предназначенных для хранения растровых изображений, данный формат по существу содержит небольшое множество команд управления положением “пера” и задания его атрибутов.

К наиболее распространенным форматам можно отнести также форматы Targa и PICT. Формат Targa предназначался для хранения сканированных изображений, но применяется и для рисованных. Формат PICT используется в основном на компьютерах Macintosh. Один из немногих форматов, которые могут иметь дело как с векторными, так и с растровыми объектами изображений.

Форматы векторной графики.Так как векторные изображения описываются набором координат примитивов и описанием их формы, то для хранения изображений необходимо запомнить только эту информацию. Т.о. векторные форматы хранения изображения хранят только математическое описание изображения, а не описание цветов каждого пикселя, как это делается в растровых форматах. Такой способ математического описания изображения позволяет существенно сократить объем данных, но неприменим для хранения мультипликации, т.к. для воссоздания изображения необходимо произвести большое количество вычислений, чем при распаковке растрового формата.

Наиболее распространенными форматами векторной графики стали WMF, CDR, DXF и VSD.

PostScript-графика.Это понятие означает специальный язык программирования, который способен описывать как текст, так и графические изображения, расположенные на одной странице. С введением PostScript отпала необходимость хранить информацию о каждом пикселе изображения, достаточно сохранить описание страницы, а восстановит изображение специальное RIP - устройство, которое осуществляет необходимую перекодировку.

Язык РostScript принят в качестве универсального структурированного языка описания страниц, построенного на объектно-ориентированных командах рисования. Как правило применяется на компьютерах производства фирмы Silicon Graphics.

Фрактальное сжатие.Достаточно популярная технология сжатия графических изображений. Используется для растровых форматов. Идея состоит в том, чтобы выразить графическое изображение через систему итерационных функций. При этом изображение может показываться очень быстро и масштабироваться с генерацией бесконечного числа фрактальных деталей. Метод позволяет сжимать изображение до очень маленьких размеров, одновременно сохраняя высокое качество изображения, подобно исходному. Например, фрактальное сжатие создает формат типа FIF и сжимает файлы с 1,5Мб до 10Кб. В формате TGA или Bitmap данный файл будет занимать около 768Кб.

Кроме того, метод фрактального сжатия имеет так называемое свойство “Независимости от разрешения”. Фрактальные изображения хранятся в качестве математических моделей аналогично языкам описания страницы типа PostScript.

Конвертирование графических форматов.При формировании графических изображений (особенно включающих в себя шрифтовые надписи, тексты, таблицы) нередко приходится соединять в одном файле результаты работы нескольких программ (в нескольких различных форматах). При этом возникает ряд проблем, связанных, с одной стороны, с различиями между символьным и графическим способами представления информации, а с другой — с различиями форматов, используемых в рамках каждого из этих способов. Так, для графических форматов характерны, например, различие в размере палитры, для символьных — различия стандартов кодировки и таблиц символов.

Ни один графический редактор не понимает всех существующих форматов. Но имеется ряд широко распространенных форматов хранения информации, принятых в качестве фактических стандартов. И, следовательно, один из способов решения данной проблемы состоит в использовании только этих форматов для передачи информации между разными программами. В этом случае используются программы-конверторы (рис.9).

Большинство прикладных программ используют встроенные конверторы, которые позволяют преобразовывать форматы BMP, PCX и TIFF друг в друга. Имеются и специальные программы-конверторы, такие как Convert или Image Alchemy, броузер ACDSee и др.