Двухмерная графика (2D - графика)
Двумерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую.Векторная графика
Векторная графика представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, многоугольники. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов.Векторная графика является противоположностью растровой графике, которая представляет изображения как матрицу пикселей (точек). Растровые изображения плохо масштабируются, тогда как векторные изображения могут быть неограниченно увеличены без потери качества.
Изображение в векторном формате даёт простор для редактирования, может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться, имитировать трехмерное пространство.
Вместе с тем, не всякое изображение можно представить как набор из примитивов. Такой способ представления хорош для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания.
Достоинства векторной графики:
- размер (объем) изображения не зависит от величины объекта. Сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные, используя которые программа всякий раз воссоздает изображение заново.
- изображение можно бесконечно увеличивать (масштабировать) без потери качества.
- параметры объектов хранятся и могут быть изменены. Перемещение, масштабирование, вращение, заполнение и т.д. не ухудшат качества рисунка.
Недостатки векторной графики:
- не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде.
- перевод векторной графики в растровую происходит без потери качества, а обратный путь не всегда возможен и не обеспечивает высокого качества векторного рисунка.
Популярные форматы векторной графики:
AI - поддерживается векторным графическим редактором Adobe illustrator. Удобен для быстрой разметки страницы с логотипом и графикой - простого одностраничного документа, не содержащего текст.
EPS - формат создан компанией Adobe и послужил базой для создания ранних версий формата Adobe Illustrator.
Векторная графика идеальна для простых или составных рисунков, которые должны быть аппаратно-независимыми или не нуждаются в фотореализме.
Растровая графика
Растровая графика - двумерный массив пикселей (матрица). Каждому пикселю определяется значение яркости, цвета, прозрачности или комбинация этих значений.Без потерь качества растровые изображения можно только уменьшать, при этом некоторые детали изображения исчезнут навсегда. Увеличение растровых изображений (масштабирование) сопровождается потерей качества и размытием границ составляющих изображения.
В растровом виде представимо любое изображение, однако этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями, потери при редактировании.
Характеристики растрового изображения:
размер - произведение ширины на высоту в пикселях, редко указывают общее количество пикселей (обычно измеряется в мегапикселях);
разрешение - количество информации на единицу длины. Измеряется в ppi (pixels per inch ≈ пиксели на дюйм (инч)) и dpi (dots per inch - точки на дюйм).
глубина цвета - количество бит на один пиксель (bpp), выделенных для описания тоновых или цветовых характеристик каждого пикселя. Наиболее популярными разрешениями являются: 8bpp (256 цветов), 16bpp (65536 цветов), 24bpp (16 777 216 цветов) – приближен к цветам реального мира.
цветовая модель: RGB, CMYK, XYZ и др.
Растровые изображения редактируют с помощью растровых графических редакторов. Создается растровая графика фотоаппаратами, сканерами, непосредственно в растровом редакторе и путем экспорта из векторного редактора.
Достоинства растровой графики:
- позволяет воспроизвести практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому. Каждый пиксель независим друг от друга.
- распространённость — используется сейчас практически везде, от маленьких значков до плакатов, используется в web-дизайне.
- высокая скорость обработки сложных изображений, если не требуется масштабирование.
- отображение растровой графики применимо для большинства устройств ввода/вывода графической информации, таких как монитор, принтер, цифровой фотоаппарат, сканер и др.
Недостатки растровой графики:
- большой размер файлов с простыми изображениями. Объём файла точечной графики однозначно определяется произведением площади изображения на разрешение и на глубину цвета.
- невозможность идеального масштабирования без потери качества.
- при любых трансформациях: поворотах, наклонах и т.д. невозможно обойтись без искажений.
Популярные форматы растровых изображений
Растровые изображения обычно хранятся в сжатом виде. В зависимости от типа сжатия может быть возможно или невозможно восстановить изображение в точности таким, каким оно было до сжатия (сжатие без потерь или с потерями). Так же в графическом файле может храниться дополнительная информация: об авторе файла, фотокамере и её настройках, количестве точек на дюйм при печати и др.
Алгоритмы сжатия без потерь, основаны на уменьшении избыточности информации.
PNG (portable network graphics) - растровый формат хранения графической информации, использующий сжатие без потерь. PNG был создан как свободный к использованию формат для совершенствования и для замены формата GIF (требующим лицензии для использования) и значительно более сложного формата TIFF .
Сжатие изображения в PNG формате производится без потерь и практически неограниченное количество цветов в изображении (GIF использует в лучшем случае 8-битный цвет – 256 цветов). Данный формат не поддерживает анимации (множественного изображения).
PNG - единственный из распространенных в Интернете форматов, позволяющий получать полноцветные изображения с прозрачным фоном, однако не все web-браузеры одинаково отображают содержимое png-файла. Проблема поддержки 32-битной прозрачности картинки формата PNG в IE была решена в седьмой версии браузера.
GIF (Graphics Interchange Format) устаревший формат, созданный специально для передачи растровых изображений в глобальных сетях, ориентирован в первую очередь на хранение изображений в режиме индексированных цветов (не более 256). GIF использует LZW-компрессию без потерь, что позволяет качественно сжимать файлы (до 256 цветов), в которых много однородных заливок (логотипы, надписи, схемы).
Формат GIF используется только по своему первоначальному предназначению - в интернете, поскольку поддерживает только индексированные изображения. GIF позволяет сохранять в одном файле несколько индексированных изображений. Браузеры способны демонстрировать все эти изображения по очереди, получая в результате несложную анимацию. GIF анимация в силу своей простоты наиболее распространена в интернете. Кроме того, один из цветов в палитре индексированного изображения можно объявлять прозрачным.
Уменьшение размера файла достигается удалением из описания палитры неиспользуемых цветов и построчного сжатия данных. С 1995 года разработчик GIF компания Compuserve сделала платным любое его использование в программных продуктах. Это приводит к постепенному вытеснению этого популярного формата из Интернет.
BMP (Windows Bitmap) - растровый формат, созданный Microsoft, ориентирован на применение в операционной системе windows. Поддерживаются только изображения в модели RGB с глубиной цвета до 24 бит. Не поддерживаются дополнительные цветовые и альфа-каналы, контуры обтравки, управление цветом. В принципе формат предполагает использование простейшего алгоритма сжатия (Run Length Encoding, RLE) без потерь информации, но этот вариант используется редко из-за потенциальных проблем несовместимости.
С форматом BMP работает огромное количество программ, так как его поддержка интегрирована в операционные системы Windows. Файлы формата BMP могут иметь расширения .bmp, .dib и .rle. Из-за большого объёма BMP редко используется в Интернете.
PSD (Photoshop Document) - растровый формат хранения графической информации, использующий сжатие без потери качества (RLE-сжатие), созданный специально для программы Adobe Photoshop и поддерживающий все его возможности .
Форматом поддерживаются все цветовые модели и любая глубина цвета от бело-черного до true color, сжатие без потерь. К недостаткам формата PSD можно отнести недостаточную совместимость с другими распространенными приложениями.
Алгоритм сжатия с потерями основан на удалении части информации (как правило наименее воспринимаемой глазом).
JPEG (Joint Photographic Experts Group) – широкоиспользуемый метод сжатия фотоизображений, основан на удалении из изображения той части информации (которая слабо воспринимается человеческим зрением) и усреднении цвета соседних пикселей (информация о яркости при этом не усредняется). Степень сжатия, а следовательно и количество удаляемой информации, плавно регулируется. При детальном рассмотрении сильно сжатого изображения заметно размытие резких границ.
Для файлов формата JPEG наиболее распространённые расширения: .jpeg, .jfif, .jpg, .JPG, или .JPE. Однако из них .jpg самое популярное расширение на всех платформах. Широко используется в Интернете.
Другие алгоритмы сжатия
TIFF (Tagged Image File Format) - формат создан специально для хранения сканированных изображений и стал популярным форматом для хранения изображений с большой глубиной цвета, отправке факсов, распознавании текста, в полиграфии, широко поддерживается графическими приложениями. Исключительная гибкость формата сделала его действительно универсальным. ТIFF на сегодняшний день является самым гибким, универсальным и активно развивающимся. Версии формата существуют на всех компьютерных платформах, что делает его исключительно удобным для переноса между ними растровых изображений. TIFF поддерживает монохромные, индексированные, полутоновые и полноцветные изображения в моделях RGB и CMYK с 8- и 16-битными каналами.
Большим достоинством формата остается поддержка практически любого алгоритма сжатия (с потерями и без). Наиболее распространенным является сжатие без потерь информации по алгоритму LZW (Lempel Ziv Welch). Файлы формата TIFF, как правило, имеют расширение .tiff или .tif.
RAW (англ. raw — cырой) хранит информацию, непосредственно получаемую с матрицы цифрового фотоаппарата без применения к ней каких-либо преобразований, а так же хранит настройки фотокамеры. Формат файла зависит от модели фотоаппарата, единого стандарта не существует. Данные RAW содержит гораздо больше информации по сравнению с JPEG. Как правило такие файлы имеют разрядность 12 или 14 бит на пиксель, по сравнению с 8 битами у JPEG. Поэтому файлы формата RAW имеют больший объём чем JPEG, но меньший чем например TIFF.
Трехмерная графика (3D - графика)
Трёхмерная графика - раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов, призванных обеспечить пространственно-временную непрерывность получаемых изображений. Больше всего применяется для создания изображений в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке.Трёхмерное изображение отличается от плоского построением геометрической проекции трёхмерной модели сцены на экране компьютера с помощью специализированных программ.
Представление цветов в компьютере
В общем случае цвет представляет собой набор чисел, координат в некоторой цветовой системе.Стандартные способы хранения и обработки цвета в компьютере обусловлены свойствами человеческого зрения. Наиболее распространены системы RGB для дисплеев и CMYK для работы в типографском деле.
