Растровые и векторные графические изображения

Все компьютерные изображения разделяют на два типа: растровые и векторные.

Растровая графика. Растровые графические изображения формируются в процессе преобразования графической инфор­мации из аналоговой формы в цифровую, например, в про­цессе сканирования существующих на бумаге или фотоплен­ке рисунков и фотографий, при использовании цифровых фото- и видеокамер, при просмотре на компьютере телевизи­онных передач с использованием ТВ-тюнера и так далее.

Можно создать растровое графическое изображение и не­посредственно на компьютере с использованием графическо­го редактора, загрузить его с CD-ROM или DVD-ROM-дисков или «скачать» из Интернета.

Растровое изображение хранится с помощью точек раз­личного цвета (пикселей), которые образуют строки и столбцы. Каждый пиксель имеет определенное положение и цвет. Хранение каждого пикселя требует определенного ко­личества битов информации, которое зависит от количества цветов в изображении.

Пиксель - минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом.

Качество растрового изображения зависит от размера изоб­ражения (количества пикселей по горизонтали и вертикали) и количества цветов, которые можно задать для каждого пикселя.

В качестве примера рассмотрим черно-белое (без градаций серого) изображение стрелки размером 8x7 (рис. 7.1). Легко подсчитать, какой информационный объем файла требуется для хранения этого изображения. Общее количество пиксе­лей равно 56. Так как используется всего два цвета, то для хранения каждого пикселя необходим 1 бит. Таким образом, файл будет иметь объем 56 битов, или 7 байтов.

Рис. 7.1. Растровое изображение стрелки

Растровые графические изображения многоцветных фо­тографий и иллюстраций получают с помощью сканера. Та­кие изображения обычно имеют большой размер и большую глубину цвета (24 или 36 битов на точку). В результате фай­лы, хранящие растровые изображения, имеют большой ин­формационный объем.

Растровые изображения очень чувствительны к масшта­бированию (увеличению или уменьшению). При уменьше­нии растрового изображения несколько соседних точек пре­образуются в одну, поэтому теряется различимость мелких деталей изображения. При увеличении изображения увели­чивается размер каждой точки и появляется ступенчатый эффект, который можно увидеть невооруженным глазом (рис. 7.2).

Рис. 7.2

Растровое изображение и его увеличенный фрагмент

Векторная графика. Векторные графические изображе­ния являются оптимальным средством хранения высокоточ­ных графических объектов (чертежи, схемы и пр.), для ко­торых имеет значение сохранение четких и ясных контуров. С векторной графикой вы сталкиваетесь, когда работаете с системами компьютерного черчения и автоматизированного проектирования (САПР), программами обработки трехмер­ной графики и др.

Векторные изображения формируются из объектов (точ­ка, линия, окружность, прямоугольник и пр.), которые хра­нятся в памяти компьютера в виде графических примитивов и описывающих их математических формул.

Например, графический примитив точка задается свои­ми координатами (X,Y), линия — координатами начала (XI,Y1) и конца (X2,Y2), окружность — координатами цен­тра (X,Y) и радиусом (R), прямоугольник — координатами левого верхнего угла (XI,Y1) и правого нижнего угла (X2,Y2) и так далее. Для каждого примитива задается так­же цвет.

Рассмотренная выше стрелка в векторном формате будет задана с помощью трех линий:

Y

X

линия (1,4)-(8,4), линия (6,7)-(8,4),

линия (6,1)-(8,4).

Достоинством векторной графики является то, что фай­лы, хранящие векторные графические изображения, имеют сравнительно небольшой объем.

Важно также, что векторные графические изображения могут быть увеличены или уменьшены без потери качества (рис. 7.3). Это возможно, так как масштабирование изобра­жений производится с помощью простых математических операций (умножения параметров графических примитивов на коэффициент масштабирования). Рис. 7.3

Векторное изображение и его увеличенная копия

Вопросы дляразмышления

т

1. В чем состоит различие растровых и векторных графических изображений?

2. Какой тип графического изображения (растровый или вектор­ный) вы выберете для разработки символов нового шрифта, учи­тывая, что шрифт должен масштабироваться без потери качества изображения?

Форматы графических файлов

Форматы графических файлов определяют способ хране­ния информации в файле (растровый или векторный), а так­же форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия).

Сжатие применяется для растровых графических файлов, так как они имеют обычно достаточно большой объем. Сжа­тие графических файлов отличается от их архивации с по­мощью программ-архиваторов (rar, zip, arj и пр.) тем, что ал­горитм сжатия включается в формат графического файла.

Существуют различные алгоритмы сжатия, причем для различных типов изображения целесообразно применять подходящие типы алгоритмов сжатия.

Для сжатия рисунков типа аппликации, содержащих боль­шие области однотонной закраски, наиболее эффективно при­менение алгоритма сжатия, который заменяет последователь­ность повторяющихся величин (пикселей одинакового цвета) на две величины (пиксель и количество его повторений). Та­кой алгоритм сжатия используется в графических файлах форматов BMP и PCX.

Для рисунков типа диаграммы целесообразно примене­ние другого метода сжатия, который использует поиск по­вторяющихся в рисунке «узоров». Такой алгоритм исполь­зуется в графических файлах форматов TIFF и GIF и позволяет сжать файл в несколько раз.

Для сжатия отсканированных фотографий и иллюстра­ций используется алгоритм сжатия JPEG. Этот алгоритм ис­пользует тот факт, что человеческий глаз очень чувствите­лен к изменению яркости отдельных точек изображения, но гораздо хуже замечает изменение цвета. Действительно, при глубине цвета 24 бита компьютер обеспечивает воспроизве­дение более 16 млн различных цветов, тогда как человек вряд ли способен различить и тем более назвать более сотни цветов и оттенков.

Применение метода JPEG позволяет сжимать файлы в де­сятки раз, однако может приводить к необратимой потере информации (файлы не могут быть восстановлены в перво­начальном виде).

Некоторые форматы графических файлов являются уни­версальными, так как могут быть обработаны большинст­вом графических редакторов. Некоторые программы обра­ботки изображений используют оригинальные форматы, которые распознаются только самой создающей програм­мой. Преимущество оригинальных форматов файлов состо­ит в том, что они позволяют сохранять изображения при меньшем размере файла.

Рассмотрим некоторые форматы графических файлов бо­лее подробно.

Bit МаР image (BMP) — универсальный формат растро­вых графических файлов, используется в операционной сис­теме Windows. Этот формат поддерживается многими графи­ческими редакторами, в том числе редактором Paint. Рекомендуется для хранения и обмена данными с другими приложениями.

Tagged Image File Format (TIFF) — формат растровых графических файлов, поддерживается всеми основными гра­фическими редакторами и компьютерными платформами. Включает в себя алгоритм сжатия без потерь информации. Используется для обмена документами между различными программами. Рекомендуется для использования при работе с издательскими системами.

Graphics Interchange Format (GIF) — формат растровых графических файлов, поддерживается приложениями для различных операционных систем. Включает алгоритм сжа­тия без потерь информации, позволяющий уменьшить объ­ем файла в несколько раз. Рекомендуется для хранения изображений, создаваемых программным путем (диаграмм, графиков и так далее) и рисунков (типа аппликации) с огра­ниченным количеством цветов (до 256). Используется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.

Portable Network Graphic (PNG) — формат растровых графических файлов, аналогичный формату GIF. Рекоменду­ется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.

Joint Photographic Expert Group (JPEG) — формат раст­ровых графических файлов, который реализует эффектив­ный алгоритм сжатия (метод JPEG) для отсканированных фотографий и иллюстраций. Алгоритм сжатия позволяет уменьшить объем файла в десятки раз, однако приводит к необратимой потере части информации. Поддерживается приложениями для различных операционных систем. Ис­пользуется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.

Windows MetaFile (WMF) — универсальный формат век­торных графических файлов для Windows-приложений. Ис­пользуется для хранения коллекции графических изображе­ний Microsoft Clip Gallery.

Encapsulated PostScript (EPS) — формат векторных гра­фических файлов, поддерживается программами для раз­личных операционных систем. Рекомендуется для печати и создания иллюстраций в настольных издательских систе­мах.

CorelDRaw files (CDR) — оригинальный формат вектор­ных графических файлов, используемый в системе обработ­ки векторной графики CorelDraw.

Если вы собираетесь работать с графическим файлом толь­ко в одном данном приложении, целесообразно выбрать ори­гинальный формат. Если же предстоит передавать данные в другое приложение, другую среду или иному пользователю, стоит использовать универсальный формат.

Вопросы для размышления

1. Перечислите свойства изображения, которое следует сохранять в формате GIF, и свойства изображения, которое лучше сохранять в формате JPEG.

Практические задания

7.1. Создайте копию экрана, сохраните ее как растровое изображе­ние типа BMP в виде файла и определите его объем. Вычислите объем файла, зная разрешение экрана и глубину цвета, и срав­ните с объемом файла, полученным экспериментально.

Сохраните изображение в форматах GIF и JPEG, ответьте на во­просы:

• какой из форматов обеспечивает наилучшую степень сжа­тия?

• какой из форматов обеспечивает наименьшие потери качест­ва изображения?

Графические редакторы