10. Представление графической информации в памяти эвм: растровый и векторный способы. Привести примеры растровых и векторных форматов файлов.

Есть два основных способа представления изображений: растровый, векторный.

Растровая графика – графические объекты формируются в виде множества точек разных цветов и разных яркостей, распределенных по строкам и столбцам (если изображение экранное, то точка называется пиксел (от английского pixel - picture element).

При растрировании на оригинал графического объекта накладывается сетка линий, ячейки которой образуют элемент растра. Частота сетки растра измеряется числом линий на дюйм (lines per inch - lpi) и называется ланитурой.

Размер точки растра рассчитывается для каждого элемента и зависит от интенсивности тона в данной ячейке. Чем больше интенсивность, тем плотнее заполняется элемент растра. То есть, если в ячейку попал абсолютно черный цвет, размер точки растра совпадает с размером элемента растра.

Интенсивность тона (так называемую светлоту) принято подразделять на 256 уровней. Большее число градаций не воспринимается зрением человека и является избыточным. Меньшее число ухудшает восприятие изображения (минимально допустимым для качественной полутоновой иллюстрации принято значение 150 уровней). Нетрудно подсчитать, что для воспроизведения 256 уровней тона достаточно иметь размер ячейки растра 16х16=256 точек.

Для растровых изображений, особую важность имеет понятие разрешения, выражающее количество точек, приходящихся на единицу длины. При этом следует различать: разрешение оригинала; разрешение экранного изображения; разрешение печатного изображения.

Разрешение оригинала измеряется в точках на дюйм (dots per inch - dpi) и зависит от требований к качеству изображения и размеру файла, способу оцифровки или методу создания исходной иллюстрации, избранному формату файла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем выше требования к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.

Разрешение экранного изображения. Для экранных копий изображения элементарную точку растра принято называть пикселем. Размер пикселя варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения, разрешения оригинала и масштаба отображения.

Размер точки растрового изображения как твердой копии (бумага, пленка и т.д.), так и на экране зависит от применяемого метода и параметров растрирования оригинала.

Рекомендации по разрешениям:

- для экранной копии изображения достаточно разрешение 72 dpi,

- для распечатки на цветном или лазерном принтере 150-200 dpi,

- для вывода на фотоэкспонирующеем устройстве 200-300 dpi.

Установлено эмпирическое правило, что при распечатке величина разрешения оригинала должна быть в 1,5 раза больше, чем ланитура растра устройства вывода. В случае, если твердая копия будет увеличена по сравнению с оригиналом, эти величины следует умножить на коэффициент масштабирования.

Каждый пиксел растрового изображения имеет четыре основные характеристики - размер, тоновое значение, глубину (интенсивность) цвета и позицию (самостоятельно характеристики пиксела).

Графический режим вывода изображения на экран определяется разрешающей способностью экрана и глубиной цвета.

В современных ПК обычно используются 4 основных размера изображения или разрешающих способностей экрана: 640х480, 800х600, 1024х768, 1280х1024 пикселя, а глубина цвета – 4, 8, 16, 24 бит на точку. Полная информация о всех точках изображения, хранящаяся в видеопамяти, называется битовой картой изображения.

Растровые форматы. Растровый графический файл обычно содержит информацию двух видов: графическую; неграфическую.

В графических данных указываются цвета пикселов, неграфические данные содержат другую информацию, необходимую для восстановления изображения, напpимеp его высоту и ширину. (Если изображение содеpжит 1 миллион пикселов, то как графической пpогpамме узнать размеры: рисовать ли ей изображение 500 на 2000 или 1000 на 1000 пикселов?) Неграфическая часть файла может также включать другую инфоpмацию, такую как номер версии или сведения об авторских правах. Все зависит от формата и от того кто (или какой пpогpаммный пакет) создал этот файл. В каждом формате гpафические и негpафические данные структурируются.

Векторная графика – основан на представлении объекта в виде отрезков прямых (векторов). Для каждого из них задана пара точек - концов вектора (или точка, направление вектора и его длина) и атрибуты - цвет, толщина линии и т.п.

Фактически в векторном способе кодирования геометрические фигуры, кривые и прямые линии, составляющие рисунок хранятся в памяти компьютера в виде математических формул и геометрических фигур (круг, эллипс и т.д.). Чтобы запомнить в векторном формате круг следует запомнить только его радиус, координаты центра и цвет. Очевидно, что размер такого файла будет намного меньше, чем, если бы мы разбивали его на отдельные пиксели.

Сложный рисунок разбивается на простые фигуры. Каждое изображение в векторном формате состоит из множества составляющих частей, которые можно редактировать независимо друг от друга. Эти части называются объектами. Для каждого объекта в векторном файле хранятся его размеры, кривизна, местоположение в виде числовых коэффициентов. Благодаря этому они легко масштабируются без искажений и не зависят от разрешения.

Векторные графические изображения являются оптимальным средством для хранения высокоточных графических объектов (чертежей, схем и т.д.), для которых имеет значение сохранение четких и ясных контуров.

Векторные форматы. Среди векторных форматов, в отличие от растровых, идея хоть какой-то разумной стандартизации проявляется значительно слабее. Разработчики практически всех векторных графических программ предпочитают иметь дело только со своими собственными форматами, что связано, скорее всего, со спецификой алгоритмов формирования векторного изображения.

Основные растровые форматы:

1) PCX; 2) BMP - сокращение от bitmap, т.е. битовый, растровый; 3) JPEG; 4) GIF (Graphics Interchange File - файл графического обмена); 5) PNG; 6) PCD; 7) PSD; 8) TIF - сокpращение от TIFF или Tagged Image File Format; 9) EPS; 10) DCS; 11) PDF; 12) Десятки других

Самые распространенные векторные форматы:

WMF (англ. Windows MetaFile - метафайл Windows) - универсальный формат для Windows-дополнений. Используется для хранения коллекции графических изображений Microsoft Clip Gallery. Основные недостатки - искажение цвета, невозможность сохранения ряда дополнительных параметров объектов.

CGM (англ. Computer Graphic Metafile - метафайл компьютерной графики) - широко использует стандартный формат векторных графических данных в сети Internet.

CDR (англ. CorelDRaw files - файлы CorelDRaw) - формат, который используется в векторном графическом редакторе Corel Draw.

AI - формат, который поддерживается векторным редактором Adobe Illustrator.

SVG (от англ. Scalable Vector Graphics — масштабируемая векторная графика) — язык разметки масштабируемой векторной графики, созданный Консорциумом Всемирной паутины (W3C) и входящий в подмножество расширяемого языка разметки XML, предназначен для описания двумерной векторной и смешанной векторно/растровой графики в формате XML. Поддерживает как неподвижную, так анимированную и интерактивную графику — или, в иных терминах, декларативную и скриптовую. Это открытый стандарт, является рекомендацией консорциума W3C, — организации, разработавшей такие стандарты, как HTML и XHTML. Разрабатывается с 1999 года, в 2001 году вышла 1.1 версия, которая остается актуальной до сегодняшнего дня, в активной разработке версия 1.2. В основу SVG легли языки разметки VML и PGML.

Для растровой графики.

Достоинства: обеспечивают высокую точность передачи градаций цветов и полутонов, поэтому являются наилучшим средством обработки фотографий и рисунков, т.п.

Недостатки:

1) Так, называемая пикселизация изображений при увеличении. В оригинале присутствует определенное количество точек, то при большем масштабе увеличивается их размер, становятся заметны элементы растра, что искажает само изображение.

2) Зависимость качества изображение от его размеров. Размер файла, хранящего растровое изображение зависит от двух факторов: от размера изображения; от глубины цвета изображения (чем больше цветов представлено на картинке, тем больше размер файла); кроме того, размер файла растровых изображений стремительно растет с увеличением разрешения.

Для векторной графики.

Достоинства: преобразования без искажений; маленький графический файл; рисовать быстро и просто; независимое редактирование частей рисунка; высокая точность прорисовки (до 1 000 000 точек на дюйм).

Недостатки:

• условность получаемых изображений. Не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде — для подобного оригинальному изображению может потребоваться очень большое количество объектов и их сложности, что негативно влияет на количество памяти, занимаемой изображением, и на время для его отображения (отрисовки). Размер векторного файла, описывающего фотографию, окажется больше, чем растровый.

• перевод векторной графики в растр достаточно прост. Но обратного пути, как правило, нет — трассировка растра, при том что требует значительных вычислительных мощностей и времени, не всегда обеспечивает высокое качества векторного рисунка.

Поэтому векторный формат применяется для описания линейных рисунков и, идеально подходит для чертежей.