Методические указания по Компьютерной графике

для всех специальностей дневной, заочной и дистанционной формы обучения.

Разработал: Зав. кафедрой ВТ, преподаватель О.А. Сидяйкин преподаватель А.И. Фурсенко

Растровые изображения

Растровое изображение разбивается на мелкие

ячейки, каждая из которых получает усредненный по

занимаемой площади цвет. Для простоты и скорости

обработки разбивка производится как в таблице: по

горизонтальным строкам и вертикальным столбцам

(именно поэтому растровые изображения всегда

прямоугольные). При работе с изображением

компьютер запоминает всю эту таблицу и цвет каждой

ее ячейки.

Растровые изображения

Основным узлом планшетного сканера является

линейка из светочувствительных элементов. Она

помещается на оригинал (рисунок, фотография, слайд и

т. п.), а измеряемый каждым ее элементом цвет

заносится в соответствующий столбец таблицы.

При перемещении линейки вдоль изображения

делаются замеры цвета через равные расстояния и

записываются в строки таблицы. В результате в таблице

оказывается точный снимок оригинала в цифровой

форме. Каждая ячейка таблицы называется точкой, а

вся таблица — растровым изображением.

Растровые изображенияМонитор тоже является растровым устройством. Его

экран покрыт прямоугольной сеткой из точек люминофора. При демонстрации изображения кодированная информация визуализируется с помощью операции, обратной сканированию. Каждой точке изображения ставится в соответствие точка люминофора, называемая пикселом. Поэтому точку цифрового изображения часто отождествляют с пикселом и говорят, что растровое изображение состоит из пикселов, хотя это и не совсем верно.

Изображение можно напечатать на принтере, типографской машине, вывести на фотопленку или фотобумагу. Большинство устройств вывода, как и мониторы, тоже являются растровыми устройствами, и точкам изображения ставятся в соответствие точки этих устройств.

Разрешение монитора

Размеры изображений измеряют в пикселах (pixel,

px). Для большинства мониторов IBM-совместимых

компьютеров стандартизированным количеством

пикселов, которое они могут отображать, являются

величины 640х480, 800х600 и 1024х768 пикселов по

горизонтали и вертикали соответственно.

Профессиональные мониторы способны

отображать и большее количество пикселов.

Разрешение монитораЧтобы знать сколько места на экране монитора займет

изображение известного размера, надо знать, сколько пикселов монитора приходится на единицу длины. Эта величина имеет собственное название - разрешение - и измеряется в пикселах на дюйм (pixel per inch, ppi).

Она зависит от физического размера экрана и установленного размера растровой сетки, т. е. количества пикселов по вертикали и горизонтали. Число возможных сочетаний этих параметров весьма велико, но чаще всего разрешение мониторов устанавливают в диапазоне от 72 ppi до 96 ppi. При более высоком разрешении элементы интерфейса программ становятся слишком мелкими. Низкое же разрешение оставляет на экране слишком мало места для самого редактируемого изображения или текста.

Разрешение изображенияВыражать размер изображения в пикселах удобно

при подготовке электронной графики. Если же необходима печатная копия, то лучше оперировать метрическими единицами.

Зная разрешение монитора, легко вычислить размер изображения на экране. Например, изображение размером 100х50 пикселов займет на экране примерно 1х0,5 дюйма = 25х13 мм (100 pix/96 ppi = 1,04 inch; 50 pix/96 ppi = 0,52 inch; 1 дюйм = 25,4 мм).

Приведенный расчет выполнен исходя из разрешения монитора 96 ppi. Для разрешения 72 ppi размер того же изображения окажется иным: 1,4х0,7 дюйма =35х18 мм (100 pix/72 ppi = 1,39 inch; 50 pix/72 ppi= 0,69 inch).

Разрешение изображенияРазмер растровых изображений чаще всего

характеризуют так же, как и растровые устройства: разрешением. Вместо размера в пикселах при создании или сканировании изображения при этом указывают разрешение и геометрический размер в сантиметрах или дюймах. Этот способ эквивалентен предположению: "если бы изображение выводилось на устройстве с заданным разрешением, то оно имело бы заданный размер".

Одно и то же изображение (с одинаковым количеством пикселов) можно представить бесчисленным множеством соотношений размер/разрешение. Например, изображение размером 100х50 пикселов характеризуется как "25х13 см, 96 dpi" или "35х18 см, 72 dpi". Чем больше разрешение изображения, тем меньше будет его размер (чем выше разрешение предполагаемого устройства вывода, тем мельче его растровые точки и меньше геометрический размер изображения).

Разрешение изображенияПри создании или сканировании изображений вам всегда

будут известны (хотя бы приблизительно) требуемый геометрический размер изображения и его разрешение.

Геометрический размер определяется дизайном "бумажной" публикации или Web-страницы. Разрешение определяется предполагаемым устройством вывода. Данные о геометрических размерах изображений используются при печати из Photoshop и при размещении изображений в издательских системах и программах иллюстрирования.

В файлах изображений хранится информация о геометрическом размере и разрешении изображений. Эти величины используются при помещении изображения в программу верстки или подготовки иллюстраций

Разрешение печати

Большинство устройств печати от принтеров до

типографских машин являются растровыми. Тем не

менее, технологии растрирования, которые в них

используются, могут отличаться весьма

существенно.

Для печати на принтере разрешение

изображения должно, как правило, находиться в

пределах от 120 до 150 ppi, а для качественной

типографской печати — 250—300 ppi.

Модель RGBМодель RGB описывает

излучаемые цвета и основана на трех базовых цветах — Red (Красный), Green (Зеленый), Blue (Синий). Остальные цвета образуются при смешивании этих трех основных. При сложении (смешении) двух лучей основных цветов результат светлее составляющих. Цвета этого типа называются аддитивными.

В цветовой модели RGB работают монитор и сканер.Каждый пиксел изображении в модели RGB,

представляется яркостями трех базовых цветов в диапазоне от 0 до 255. Яркости пикселов хранятся в каналах.

Модель RGBЦветовой канал — это полутоновое изображение,

отражающее распределение яркостей соответствующего базового цвета. Если документ имеет модель Grayscale, то содержимое единственного канала и образует изображение. Редактирование канала и редактирование изображения в этих случаях одно и то же.

В RGB изображения в красном, зеленом и синем канале, накладываясь друг на друга, образуют цветную картинку. Цвета смешиваются аддитивно, как лучи света. Это значит, что при наложении результат осветляется. Чем светлее канал, тем больше базового цвета содержится в изображении.

Один канал, или любая пара RGB-каналов всегда оказывается темнее, чем результат совмещения всех трех.

Модель RGBRed

Blue

Green

YellowMagenta

Cyan

White

Black

grayscale

Модель CMYKМодель CMYK описывает цвета,

полученные в результате отражения света объектами.В зависимости от того, в какой области спектра происходит поглощение, объекты отражают разные цвета, определяющие окраску этих объектов. Цвета, которые используют белый свет, вычитая из него определенные участки спектра, называются субтрактивными ("вычитательными").

В модели CMY (Cyan, Magenta, Yellow) основные цвета образуются путем вычитания из белого цвета основных аддитивных цветов модели RGB. Существует 3 основных субтрактивных цвета: голубой (белый минус красный), пурпурный (белый минус зеленый), желтый (белый минус синий). Эти цвета образуют т.н. полиграфическую триаду и называются триадными.

Модель CMYКПри смешениях двух субтрактивных цветов

результирующий цвет оказывается более темным, чем исходные (поглощено больше света, положено больше краски). При полном отсутствии краски (нулевые значения составляющих) образуется белый цвет (белая бумага). Смешение равных значений трех компонентов даст оттенки серого. При смешении максимальных значений всех трех компонентов должен получиться черный цвет.

Из-за примесей в реальных красках нельзя получить весь цветовой диапазон при помощи трех базовых красок. Особенно "плох" пигмент Cyan. При смешивании трех основных красок вместо черного цвета образуется грязно-коричневый.

Для устранения данного недостатка в число основных полиграфических красок (и в модель) внесена черная (Black).

Модель CMYKМодель получила название CMYK. Черный компонент

сокращается до буквы К, чтобы отличить от цвета Blue. Кроме того, эта краска является главной, ключевой (Key). Количество каждого компонента выражено числом процентов от 0 до 100%.

Таким образом, черный цвет в модели CMYK образуется с помощью только одной составляющей - черной (0, 0, 0, 100). Иногда применяют т.н. «суперчерный» (0, 100, 0, 100 или 100, 0, 0, 100). Пользоваться «сверхчерным» цветом (100,100,100, 100) не стоит, т.к. при таком количестве краски происходит переувлажнение бумаги, и краска проступает на другую сторону листа.

Область применения этой модели - полноцветная печать, с ней работает большинство устройств печати.

Модель CMYK

Red

Blue

Green

Yellow

Magenta

Cyan

White

Black grayscale

Модель HSBМодель HSB - Hue (Тон), Saturation (Насыщенность -

процент добавленной к цвету белой краски), Brightness (Яркость - процент добавленной черной краски) - основана на цветах модели RGB, но имеет другую систему координат.

Параметр Hue характеризуются положением на цветовом круге, которое определяется величиной угла (от 0 до 360 градусов).

Параметр Saturation определяет насыщенность. Она изменяется по радиусу круга от 0 (в центре) до 100% (на краях). При значении насыщенности 0% любой цвет становится белым.

Параметр Brightness определяет степень освещенности или затемненности цвета. Все цвета цветового круга имеют максимальную яркость (100%) вне зависимости от тона. Уменьшение яркости цвета означает его затемнение.

В модели HSB любой цвет получается из спектрального добавлением определенного процента белой и черной красок, т. е. фактически серой краски.

Модель HSBМодель HSB больше, чем другие соответствует

традиционному восприятию человеком.Недостатком модели является необходимость

преобразовывать изображение в модель RGB для представления на экране или в модель CMYK для печати.

В Photoshop нельзя работать непосредственно с изображениями в этой модели. Но с ее помощью удобно визуально подбирать цвета.

Описание яркости в модели не соответствует восприятию человеческим глазом. Глаз видит спектральные цвета как имеющие различную яркость. Так, спектральный зеленый представляется наиболее ярким, красный — менее ярким, и синий — наиболее темным. В модели HSB все спектральные цвета считаются обладающими 100%-ной яркостью, что не соответствует действительности.

Модель HSBКаждая точка RGB-изображения воспринимается глазом

как испускающая больше или меньше света, то есть более или менее яркая. В образовании этой точки принимают участие все три цветовых канала изображения. Если бы все три цвета воспринимались как одинаково яркие, то каждый бы вносил в суммарную яркость третью часть:

Y = R/3 + G/3 +B/3

Так вычисляется яркость в цветовой модели HSB. Поскольку разные базовые цвета имеют разную воспринимаемую яркость, этот расчет не отражает реального положения вещей, поэтому модель HSB нельзя считать корректной. Для расчета яркости каналов RGB в Photoshop используется следующая эмпирическая формула, учитывающая вклад каждого цветового канала:

Y= 0.2125R + 0.7154G + 0,0721В

Модель HSB

hue

saturation

brightness

100%

0%

100% 0%

Модель LabЦветовая модель Lab была разработана Международной

комиссией по освещению (CIE). В 1931 г. были стандартизированы условия наблюдения цветов и исследовано восприятие цвета у большой группы людей. В результате чего были определены компоненты новой цветовой модели XYZ. Эта модель аппаратно независима, поскольку описывает цвета так, как они воспринимаются человеком, точнее "стандартным наблюдателем CIE".

Цвет определяется тремя параметрами. Это светлота (яркость) L (изменяется от 0 до 100%; 100% - макс.яркость) и два хроматических параметра: а - изменяется от зеленого до красного (-128 - зеленый, +127 - красный) - и b - от синего до желтого (-128 - синий, +127 - желтый).

Т.к. яркость в модели полностью отделена от цвета, то удобно в ней регулировать контраст, резкость и другие тоновые характеристики изображения. Модель служит ядром систем управления цветом и применяется (скрыто от пользователя) при каждом преобразовании цветовых моделей как промежуточная.

Цветовой охватL*a*bRGB

CMYK

Самые яркие цвета RGB невозможно передать с помощью модели CMYK, а для самых темных цветов модели CMYK не аналогов в модели RGB

Диапазон цветов, который может быть воспроизведен, зафиксирован или описан каким-либо способом, называется цветовым охватом. Цветовой охват монитора уже, чем у человеческого глаза ( у монитора проблемы с отображением чистого голубого и чистого желтого цветов). Еще более узкий цветовой охват у устройств печати (проблемы с очень яркими цветами и цветами низкой плотности).

Плашечные цветаЦвета же, получаемые при печати с помощью наложения

красок базовых цветов модели CMYK, называются триадными.

Плашечным называется цвет, для печати которого используется заранее приготовленная краска. Еще плашечные цвета называют цветами по каталогу, т.к. выбор цвета осуществляется при помощи специального каталога, предоставляемого фирмой-изготовителем красок, или смесовыми, т.к. краски для нихсмешиваются заранее, до того, как попадут в печатную машину.

В некоторых случаях плашечные и триадные цвета используются совместно, чаще всего при печати специальными (металлизированными, флуоресцент-ными и т. п.) красками.

Преимущество плашечных красок перед триадными - более высокая точность передачи цвета. Недостаток - необходимость вывода для каждого цвета отдельной пленки и невозможность воспроизвести фотографии.

Глубина цветаСпособ кодирования информации о цвете и ее

количество напрямую определяют место, требуемое для хранения изображений, и скорость их обработки.

Изображение характеризуется, кроме геометрических размеров и разрешения, глубиной цвета, т. е. максимальным количеством цветов, которое может быть использовано в изображении данного типа. Существуют виды изображений с различной глубиной цвета — черно-белые штриховые, в оттенках серого, с индексированным цветом, полноцветные. Некоторые из них имеют одинаковую глубину цвета, но различаются по цветовой модели.

Тип изображения определяется при создании документа и отображается в списке Mode(Режим) меню Image (Изображение).

Черно-белые штриховые изображения

Монохромное или черно-белое изображение (bitmap) - самый экономный тип изображений. Он подходит для штриховых иллюстраций, чертежей, гравюр, простых логотипов и т. д. Такие изображения можно получить, непосредственно сканируя их в режиме Black and White или Line Art (в программном обеспечении различных сканеров этот режим назван по-разному).

Глубина цвета такого изображения - 1 бит. Легко рассчитать объем памяти для хранения такого изображения. Например, если размер изображения составляет 800х600 пикселов, то оно займет в памяти 800 х 600 х 1 = 480000 бит = 58,6 Кбайт.

Черно-белые штриховые изображения

Изображение любого типа легко может быть

переведено в черно-белое с помощью пункта меню

Image (Изображение), затем .Mode (Режим) и Bitmap

(Монохромный). В диалоге Bitmap (Монохромный)

опция 50% Threshold (Порог 50%) преобразовывает все

пикселы яркости более 50% в белые, а имеющие

меньшую яркость - в черные.

Цветное изображение сначала надо преобразовать в

полутоновое (пункт меню Image (Изображение), затем

Mode (Режим), затем Grayscale (Полутоновой)).

Полутоновые изображенияПолутоновые изображения используются для хранения

черно-белых фотографий и в тех случаях, когда без цвета можно обойтись.

Каждая точка изображения может иметь один из 256 оттенков (градаций) серого с яркостью от черного (0) до белого (255). Этот диапазон значений называют серой шкалой (grayscale). 1 пиксел кодируется 8 битами.

Т.о., глубина цвета полутонового изображения — 8 бит, что означает 256 возможных значений для каждого его пиксела. Т.е. изображение займет в восемь раз больше места в памяти, чем монохромное. Изображение 800х600 пикселов займет 468,4 Кбайт.

Практически любой сканер имеет специальный режим для ввода черно-белых полутоновых изображений — Grayscale или Black and White Photo(название может отличаться в программах разных сканеров).

Любое изображение можно превратить в полутоновое. Полутоновое изображение содержит только один канал.

Полноцветные изображенияПолноцветные растровые изображения, как правило,

могут быть созданы и сохранены в одной из трех цветовых моделей: RGB, Lab и CMYK.

Цифровое полноцветное изображение состоит из каналов, соответствующих базовым цветам модели изображения. Каждый канал представляет собой полутоновое изображение, яркость пикселов которого определяется количеством соответствующего базового цвета в совмещенном изображении. Канал кодируется 8 битами, значит, число градаций цвета в нем равно 256. Например, если пиксел имеет оранжевый цвет R:255, G:128, В:0, то соответствующий пиксел в красном канале будет белым (255), в зеленом канале — 50%-ным серым (128), а в синем — черным (0).

Полноцветные изображенияОбъем памяти, занимаемый полноцветным

изображением, зависит от количества каналов, которое оно содержит. Изображения RGB и Lab включают по три канала, для описания каждого из которых нужно 8 бит. Таким образом, глубина цвета этих изображений составляет 24 бита. Требуется в три раза больше памяти, чем для полутоновых рисунков того же размера (например, для изображения RGB размером 800х600 пикселов — 1,37 Мбайт).

Изображения CMYK имеют четыре канала, и занимаемая ими память будет уже в четыре раза больше, чем для соответствующих полутоновых (объем CMYK-изображения размером 800х600 пикселов — 1,83 Мбайт). Глубина цвета для изображений CMYK составляет 8х4=32 бита.

Индексированные цветаМонохромные, полутоновые и полноцветные

изображения широко используются при изготовлении оригинал-макетов, предназначенных для тиражирования любыми способами. Кроме перечисленных, существует еще один тип цветных изображений, который до недавнего времени имел сугубо историческое значение.

До широкого распространения видеоадаптеров и мониторов SVGA, большинство компьютеров могли отображать на экране не более 256 цветов. Более старые мониторы ограничивали это количество до 64-х или 16-ти.

Наиболее рациональным способом кодировки являлось их индексирование. При индексировании каждому из цветов присваивался порядковый номер, использующийся для описания всех пикселов такого же цвета. Т.к. для разных изображений набор цветов отличался, он хранился в памяти вместе с изображением.

Изображение в режиме Indexed Colors имеет один канал.

Индексированные цветаНабор цветов, использованных в изображении, получил

название палитры (цветовой таблицы), а способ кодирования цвета — индексированный цвет (indexed color). С развитием компьютерных видеосистем индексированные цвета перестали использоваться столь широко. Даже современные офисные компьютеры способны отображать на экране 65 536 (режим High Color) или 16,8 млн цветов (режим TrueColor).

Глубина цвета индексированных изображений зависит от количества элементов в его цветовой таблице и может находиться в диапазоне от 2 до 8 бит. Для описания 64 цветов нужно 6 бит, для 16 цветов - 4 бита. Для изображения, состоящего из 256 цветов, требуется 1 байт. Соответственно меняется и объем памяти, занимаемый индексированным изображением. Для изображения с палитрой из 256 цветов требуется столько же памяти, сколько и для полутонового. При меньшей цветовой таблице объем занимаемой памяти будет еще ниже.

Индексированные цветаТ.к. изображение является цветным при весьма малых

размерах файла, с развитием Web-дизайна этот способ получил вторую жизнь. Сейчас индексированные форматы широко используются при подготовке изображений для электронного распространения.

Индексированные изображения обычно получают из полноцветных сокращением количества цветов. В Photoshop для этого служит команда Indexed Color (Индексированный цвет) списка Mode (Режим) меню Image (Изображение). Она открывает диалоговое окно, в котором задаются параметры перевода изображения в индексированный цвет.

В первую очередь это палитра (цветовая таблица), число цветов, дополнительные цвета и прозрачность. Ниже, в группе Options (Параметры), задается способ обработки полупрозрачных областей и параметры сглаживания.

Индексированные цветаВ списке палитр Palette (Палитра) на выбор предлагается

несколько вариантов. Их можно разделить на фиксированные и алгоритмические. Первые представляют собой строго определенный набор цветов. Это цвета, использующиеся какой-либо программой просмотра или устройством (например, палитра Web, стандартная для браузеров, палитра Uniform — для VGA-мониторов, Windows — системная палитра Windows.

Алгоритмические палитры Photoshop генерирует индивидуально для каждого изображения. Такие палитры обеспечивают наиболее адекватную передачу.

Предлагается несколько альтернативных алгоритмов редуцирования цветов. К ним относятся палитры Selective (Селективная), Adaptive (Адаптивная) и Perceptual (Перцептивная). Во всех случаях Photoshop автоматически подбирает в таблицу максимум цветов изображения, но делает это по разным алгоритмам.

Индексированные цветаПалитра Adaptive (Адаптивная) — это просто выбор

наиболее частых цветов. Selective (Селективная) отдает предпочтение тем цветам, которыми залиты наибольшие области изображения плюс цвета из Web-палитры, a Perceptual (Перцептивная) ориентируется на особенности восприятия, сохраняя цвета той части спектра, где глаз наиболее чувствителен к деталям.

Пункт Previous (Предыдущий) означает, что программа использует таблицу, определенную для предыдущего индексированного в этом сеансе файла.

Список Colors (Цвета) задает количество цветов в индексированном изображении, иными словами, размер палитры. Этот параметр имеет смысл только для алгоритмических палитр, т. к. в фиксированных палитрах он задан жестко. Чем меньше цветов использовано в изображении, тем меньше его размер, но хуже цветопередача.

Индексированные цвета

В поле Forced (Принудительно) задаются наборы цветов, вводимые в таблицу "принудительно". Это могут быть черный и белый цвета, Primaries(Базовые) (синий, красный, зеленый, пурпурный, желтый, голубой, черный и белый) или другие. Выберите вариант Primaries (Базовые) и проследите, как меняется изображение.

Изображения в индексированном формате могут содержать прозрачные участки. Режим сохранения прозрачности включается флажком Transparency (Прозрачность). Способ обработки полупрозрачных областей регулируется в списке Matte (Кайма).

Ограниченное количество цветов в палитре подходит только для рисованных изображений.

Индексированные цветаЕсли в индексированный формат переводится

фотография, она станет похожа на плакат с резкими границами цветных областей. Для имитации переходных цветов используются алгоритмы сглаживания (dithering). Расположив рядом пикселы более темного и более светлого оттенков одного цвета, можно передать отсутствующий промежуточный цвет. Сглаживание индексированных изображений может проводиться разными способами, определенными в списке Dither (Сглаживание).

Алгоритм Pattern (Узор) представляет цвета, отсутствующие в палитре, в виде набора смежных пикселов близких цветов. В результате получается своеобразный узор из пикселов. Бросающийся в глаза узор плохо выглядит на фотографических изображениях.

Для фотографий лучше воспользоваться алгоритмом Diffusion (Диффузия), основанном на "рассеянии ошибки".

Индексированные цветаИдея алгоритма диффузии заключается в том, что

каждому пикселу изображения присваивается цвет, дающий наилучшее соответствие оригиналу вместе с предыдущим пикселом. В результате ошибка в передаче цветов пикселов рассеивается по всему изображению и практически не создает характерного узора. Тем не менее, в некоторых случаях (например, в длинных градиентных заливках) и этот алгоритм не гарантирует от возникновения узоров. В таких случаях лучше прибегнуть к алгоритму Noise (Шум).

В поле Amount (Сила) вводят силу сглаживания. Варьируя этот параметр, можно менять внешний вид индексированного изображения от "плакатного" до практически точного соответствующего оригиналу. Чем сильнее сглаживание, тем больший размер имеет файл изображения.7

Индексированные цветаФлажок Preserve Exact Colors (Сохранять точные цвета)

заставляет алгоритм сглаживания "обходить" пикселы, цвета которых находятся в палитре изображения.

AdobePhotoshop дает и непосредственный доступ к палитре индексированных изображений. Ее можно просмотреть и отредактировать в диалоговом окне ColorTable (Цветовая таблица), открывающемся одноименной командой списка Mode (Режим) меню Image (Изображение). Можно добавлять и удалять цвета из палитры, назначать ее элементам цвета изображения или произвольные цвета. Можно сохранять и загружать палитры из файлов особого формата (с расширением act, AdobeColorTable). Сохраненные палитры можно использовать как фиксированные при индексировании серии изображений. Их можно также загрузить в палитру Swatches (Образцы) и использовать при редактировании изображений.