2.1 Характеристики зображення та засобів його відтворення

Комп’ютерна графіка

Комп’ютерна графіка – розділ інформатики, який вивчає засоби і способи створення й обробки графічних зображень за допомогою комп’ютерної техніки.      Комп’ютерна графіка – галузь людської діяльності, пов'язана з використанням комп'ютерів для створення зображень і обробки візуальної інформації, отриманої з реального світу

Основні сфери застосування технологій комп’ютерної графіки:  

• графічний інтерфейс користувача; 

• спецефекти, кінематографія, телебачення; 

• цифрове телебачення, Інтернет, відеоконференції; 

• обробка цифрових фотографій; 

• комп'ютерні  ігри, системи віртуальної реальності.  

Комп'ютерна графіка застосовується для візуалізації даних у різних сферах людської діяльності: 

• у медицині - комп'ютерна томографія; 

• в науці - наприклад, для наочного зображення складу речовини, побудови графіків; 

• в дизайні - для реклами, поліграфії, моделювання, та ін. 

Види комп’ютерної графіки. Її функції  та приклади 

• Векторна

• Растрова

• Тривимірна

• Фрактальна

Растрова графіка

Растрова (bitmap) графіка застосовується у випадках, коли графічний об’єкт представлено у вигляді комбінації точок (пікселів), яким притаманні свій колір та яскравість і які певним чином розташовані у координатній сітці.

Растрова графіка залежить від оптичної роздільної здатності (кількості точок/пікселів на одиницю довжини), оскільки її об’єкти описуються точками у координатній сітці певного розміру. Такий підхід є ефективним у випадку, коли графічне зображення має багато напівтонів і інформація про колір важливіша за інформацію про форму (фотографії та поліграфічні зображення)

При збільшенні растрового зображення, можна спостерігати пікселізацію, тобто при масштабуванні збільшується розмір точок і стають помітними елементи растра, тобто на краях контурів з’являються «сходинки».

У растровій графіці графічне зображення нагадує мозаїку, що складається з пікселів одного розміру, які є найменшими об'єктами растрового зображення. Чим більша кількість пікселів і чим менші їх розміри, тим краще виглядає зображення.

Використовується растрова графіка в поліграфічних і електронних виданнях, в Інтернеті в тих випадках, коли потрібно якісно передати повну гаму відтінків кольорів зображення.

Векторна графіка

У векторній графіці зображення будується як аплікації з окремих базових об'єктів: відрізків, кривих, прямокутників, овалів тощо.

Векторні графічні зображення широко використовуються тоді, коли важливим є наявність ясних і чітких контурів: у картографії, при створенні логотипів і схем, в інженерній графіці тощо.

Переваги і недоліки растрової графіки

Переваги растрової графіки:

• простота автоматизованого вводу (цифрування) зображень, фотографій, слайдів, малюнків за допомогою сканерів, відеокамер, цифрових фотоапаратів

• фотореалістичність

Недоліки растрової графіки:

• роздільну здатність і глибину кольору можна змінювати лише у визначених межах і, як правило, із втратою якості

• розмір файлу є пропорційним до площі зображення, роздільної здатності і типу зображення, і, переважно, при високій якості є великим

• складність управління окремими фрагментами зображення. Потрібно самостійно виділяти ділянку, що є складним процесом

Властивості растрового зображення:

Будь-яке растрове графічне зображення як єдиний графічний об’єкт має певні властивості. Розглянемо деякі з них: розміри, роздільна здатність, глибина кольору.

• • • Розмір зображення – визначає ширину та розмір малюнка

    • Роздільна здатність зображення – визначає піксель на одиницю довжини зображення

    • Глибина кольору – кількість бітів що використовуються для кодування кодування кольору одного пікселя

Розмір зображення

Важливою властивістю растрового графічного зображення є його розміри, які визначають фактичні розміри малюнка по ширині та висоті. Значення даної властивості задають в одиницях довжини (сантиметрах, дюймах) або в пікселях (як синоніми використовуються також терміни точки і крапки). Розміри зображення задаються при його створенні (при малюванні в графічному редакторі, при скануванні, при фотографуванні) і можуть бути змінені під час редагування. Чим більше пікселів у малюнку, тим більше розмір файлу цього зображення.

При створенні зображення для демонстрації на екрані, його розміри доцільно задати в пікселях, щоб знати, яку частину екрана воно займатиме при перегляді. Якщо зображення готують для друку, то його розміри задають у сантиметрах або дюймах, щоб визначити, яку частину аркуша воно займе при друкуванні.

Роздільна здатність

Другою властивістю растрового зображення є його роздільна здатність, яка визначає кількість пікселів на одиницю довжини зображення і вимірюється в dpi або пікселів/см. Можна вважати, що роздільна здатність показує щільність розміщення пікселів у растрі, а відповідно і розміри самого пікселя в даному зображенні.  Чим більше значення цієї властивості, тим чіткішим і якіснішим виглядає зображення, але й більшим є розмір його файлу. Чим менша роздільна здатність зображення, тим якість малюнка гірша, крупнішим є піксель, але розміри файлу при цьому зменшуються.

Значення роздільної здатності задається при створенні зображення (у графічному редакторі, у програмі сканування, у налаштуваннях фотоапарату). Для графічного зображення, яке готується для розміщення в Інтернеті, достатньо роздільної здатності 72 dpi, для екранного сприйняття – 96 dpi, а для друку на принтері – не менше 300 dpi. Змінення значень цієї властивості для даного зображення можливе лише в графічному редакторі, при цьому автоматично змінюється кількість пікселів у зображенні.

Глибина кольору

Вам уже відомо, що однією з властивостей пікселя є його колір. Кількість кольорів, якими може бути зафарбований піксель на малюнку, залежить від такої властивості растрового зображення як глибина кольору. Глибина кольору – це кількість бітів, що використовуються для кодування кольору одного пікселя. Вимірюється глибина кольору в bpp (англ. bits per pixel – бітів на піксель) і задається при створенні зображення. Змінити значення цієї властивості можна при редагуванні малюнка.

Від глибини кольору в прямій залежності знаходяться якість відтворення кольорів у зображенні та розмір його файлу.

Одним бітом можна закодувати тільки два кольори – чорний і білий, і отримати чорно-біле зображення. У повнокольорових зображеннях (фотографії, ілюстрації) на кодування кольору пікселя відводиться 24 біти, що дає змогу максимально відтворити приблизно 16,7 млн кольорів. Чим більше довжина двійкового коду кольору пікселя, тим більше кольорів можна використати у малюнку

Колірні моделі

Кольори у природі рідко є простими. Більшість колірних відтінків утворюють змішуванням основних кольорів. Спосіб розділення колірного відтінку на складові компоненти називають колірною моделлю. Існує багато різних типів колірних моделей, але в комп'ютерній графіці, як правило, застосовується такі: RGB, CMYK, НSB.

Найчастіше в комп’ютерній графіці використовуються колірні моделі RGB і CMYK. Це пов’язано з тим, що вони повністю моделюють спосіб отримання кольору на екрані монітора і при друці на принтері.

Колірна модель – це спосіб подання різних кольорів спектра у вигляді набору числових характеристик певних базових ком понентів.

Колірна модель обирається користувачем при створенні зображення та є однією з основних властивостей і растрового, і векторного зображення. Вибір тієї чи іншої колірної моделі залежить від того, як в подальшому використовуватиметься це зображення, за допомогою яких пристроїв виведення буде демонструватися.

Формати файлів растрових зображень

Будь-яке (електронне) графічне зображення зберігають у файлі. Спосіб розташування даних при їх збереженні у файлі визначає формат файлу — правила запису (кодування) цих даних. Розрізняють формати файлів растрових зображень і векторних зображень.

Растрові зображення зберігають у файлі у вигляді прямокутної таблиці, у кожній клітинці якої записаний двійковий код кольору відповідного пікселя. Такий файл зберігає дані і про інші властивості графічного зображення, а також алгоритм його стискування.

І растрових, і векторних форматів графічних файлів є багато. Серед цього різноманіття немає того ідеального, який би задовольняв усім можливим вимогам. Вибір того або іншого формату для збереження зображення залежить від цілей і завдань роботи із зображенням:

• якщо потрібна фотографічна точність відтворення кольорів, то перевагу віддають одному з растрових форматів;

• логотипи, схеми, елементи оформлення доцільно зберігати у векторних форматах.

Формат файлу впливає на об'єм пам'яті, який займає цей файл. Графічні редактори дозволяють користувачеві самостійно обирати формат збереження зображення. Якщо ви збираєтеся працювати з графічним зображенням лише в одному редакторові, доцільно вибрати той формат, який редактор пропонує як усталено. Якщо ж дані оброблятимуть в інших середовищах, варто використати один з універсальних форматів. Нижче подано приклад запису одного й того самого зображення у різних форматах.

Існують універсальні формати графічних файлів, які одночасно підтримують і векторні, і растрові зображення.

• PDF (англійською Portable Document Format) — портативний формат документу розроблено для роботи з пакетом програм Acrobat. У цьому форматі можна зберегти зображення і векторного, і растрового формату, текст з великою кількістю шрифтів, гіпертекстові посилання і навіть налаштування друкарського пристрою. Розміри файлів досить малі. Дозволено лише перегляд файлів, редагування зображень у цьому форматі неможливе.

• EPS (англійською Encapsulated PostScript) — інкапсульований постскриптум) - формат, підтримуваний програмами для різних операційних систем. Рекомендують для друку і створення ілюстрацій у настільних видавничих системах. Цей формат дозволяє зберегти векторний контур, який обмежуватиме растрове зображення.

Розглянемо найпоширеніші формати, які використовують для створення зображень і анімацій.

• BMP (Windows Device Independent Bitmap) — рідний для ОС Windows формат. Його підтримують усі графічні редактори, що працюють під керуванням цієї операційної системи. Застосовують для зберігання растрових зображень, призначених для використання під ОС Windows. На цьому сфера його застосування закінчується. Використання BMP не для потреб Windows — досить поширена помилка.

• GIF (CompuServe Graphics Interchange Format) — незалежний від апаратного забезпечення формат GIF було розроблено у 1987 році фірмою CompuServe для передачі растрових зображень мережамих. У 1989-му формат був модифіковано, були додані підтримка прозорості і анімації. GIF використовує LZW-компресію, що дозволяє непогано стискати файли, в яких багато однорідних заливок (логотипи, написи, схеми).

• JPEG, JPG (Joint Photographic Experts Group). Строго кажучи, JPEGoм називають не формат, а алгоритм стискування, що ґрунтується не на пошуку однакових елементів, а на різниці між пікселями. Чим вищий рівень компресії, тим більше даних відкидають, тим нижча якість. Використовуючи JPEG, можна отримати файл, що у 500 разів менший від аналога у форматі BMP! Спочатку у специфікаціях формату не було CMYK. Фірма Adobe додала підтримку поділу кольору, але CMYK JPEG у багатьох програмах створює проблеми. JPEG-ом краще стискати растрові зображення фотографічної якості, ніж логотипи або схеми.

• TIFF, TIF (Target Image File Format) — апаратно незалежний формат, один з найпоши­реніших і надійніших на сьогодні. Його підтримують практично усі програми на PC і Macintosh, пов'язані з графікою. Йому доступний увесь діапазон колірних моделей. Має можливість збереження із застосуванням декількох видів стискування: JPEG, ZIP, але зазвичай використовують лише LZW-компресію.

• Raw — зберігає інформацію, яку безпосередньо отримують з матриці цифрового фотоапарата або аналогічного пристрою без застосування до неї яких-небудь перетворень, а також зберігає налаштування фотокамери. Дозволяє уникнути втрати інформації при застосуванні до зображення різних перетворень (втрата інформації відбувається в результаті округлення і виходу кольору піксела за межі допустимих значень). Використовують при зйомці у складних умовах (недостатня освітленість, неможливість виставити баланс білого тощо) для подальшого опрацювання на комп'ютері (зазвичай в ручному режимі). Практично усі напівпрофесійні і професійні цифрові фотоапарати дозволяють зберігати RAW зображення. Формат файлу залежить від моделі фотоапарата, єдиного стандарту не існує. Даний формат вимагає спеціального програмного забезпечення, якого немає у дистрибутивах операційних систем.

• PCX (PCExchange) — стандарт подання графічної інформації, розроблений компанією ZSoft Corporation (м. Маріетта, штат Джорджія, США). Використано графічною програмою ZSoft PC Paintbrush (однією з перших популярних графічних програм) для MS DOS, текстовими процесорами і настільними видавничими системами (Microsoft Word і Ventura Publisher). Не такий популярний аналог BMP, хоча підтримується графічними редакторами Adobe Photoshop, Corel Draw, GIMP та ін. Нині витіснений форматами, які підтримують краще стискування: GIF, JPEG і PNG.

• PNG (Portable Network Graphics) — растровий формат зберігання графічної інформації, що використовує стискування по алгоритму Deflate. Створено як вільний формат для заміни GIF.

Робота за комп'ютером

• Створення презентації «Редактори растрової графіки»

Домашнє завдання

1. Опрацювати матеріал та скласти конспект

2. Здійснити пошук інформації з теми «Інтервал оптичної щільності (фотографічна ширина)», підготувати виступ (текстовий документ, презентація тощо)