Основи комп’ютерної графіки

Тема: Основи комп'ютерної графіки

Теорія редагування зображень

Як і будь-який редактор зображень, Photoshop призначена для внесення змін у фотознімки й інші картинки, що зберігаються на диску. Програма дозволяє ретушувати зображення і піддавати його спецэффектам, переносити деталі одного знімка на інший, вносити текст, змінювати співвідношення кольорыв і навіть додавати колір у зображення, виконані у відтінках сірого кольору. Можна також створювати нові зображення. Засоби Photoshop сумісні з графічними планшетами, що дає можливість створювати цілком реалістичні зображення, не гірше виконаних аквареллю й олією.

Растрові зображення й об'єкти

Редактори зображень входять у більш широку категорію програм малювання. Якщо в такій програмі провести, скажемо, пряму, вона буде перетворена в послідовність малюсіньких квадратиків, іменованих пікселями. Сам малюнок називається растровим. Що стосується інших графічних програм, таких як Adobe Illustrator і Macromedia FreeHand, те вони, разом з Corel DRAW, входять в іншу категорію -- програм редагування векторної графіки. Креслення має на увазі роботу з об'єктами, що представляють собою незалежні, математично описувані форми. Саме тому програми редагування векторної графіки іноді називають об'єктними або навіть об'єктно-орієнтованими.

Плюси і мінуси малювання

Як малювання, так і креслення мають свої переваги і недоліки. Перевага програм малювання складається в досить природному способі створення зображень. Якщо взяти для прикладу Photoshop, то, при всій її складності, основні образотворчі інструменти, закладені в основу цієї програми, не складніші звичайного олівця. Користувач поперемінно малює і витирає намальоване, поки не досягне бажаного результату. Недолік програм малювання -- в обмеженому розширенні. Оскільки бітовий малюнок складається з фіксованого числа пікселів, розширення зображення (число пікселів на дюйм або сантиметр) залежить від розміру, у якому зображення роздруковується (мал. 1).

Рис. 1.

У роздруківці невеликого розміру пікселі маленькі і розширення високе; роздруківка великого розміру збільшує пікселі і знижує розширення. Зображення в повний стандартний 14-дюймовий екран (640Ч480 пікселів) дасть безперервну зміну кольору лише в роздруківці розміром з половину поштової марки. Якщо ж роздрукувати його "у повний ріст", на папері формату А4, чітко будуть видні окремі пікселі, що утворять зазублини на місці гладких ліній. Єдиний спосіб справитися з подібною ситуацією -- збільшити число пікселів у зображенні, що, однак, спричиняє різке збільшення обсягу файлу зображення.

Плюси і мінуси векторної графіки

В основу програм малювання закладені методи, характерні для традиційного образотворчого мистецтва. Засобу ж програм редагування векторної графіки не мають аналогів у реальному світі. Процес побудови векторних форм вірніше було б назвати конструюванням. При побудові векторних зображень лінії і фігури накладаються, поки не вийде остаточне зображення. Кожен об'єкт можна редагувати незалежно від інших -- одне з нечисленних переваг об'єктного підходу, проте, зображення все-таки приходиться будувати поетапно.

У програмі редагування векторних малюнків лінії, фігури і текст задаються математичними виразами, що дає можливість автоматично пристосовувати їх на максимальне розширення пристрою виводу. Програма посилає на принтер математичні вирази, що переводяться в зображення на папері або плівці. Іншими словами, принтер перетворить математичні вирази в пікселі. У порівнянні з екраном, розширення принтера набагато вище. У звичайного лазерного принтера воно дорівнює 300 точок (пікселів) на дюйм, тоді як більшість моніторів може забезпечити всього 72 пікселі на дюйм. У результаті роздруковане зображення виходить гладким і контрастним незалежно від розміру, що і продемонстровано на мал. 2.

Рис. 2.

Ще одна перевага векторних малюнків полягає в тому, що для них не потрібно багато місця на диску. Обсяг файлу векторного малюнка залежить тільки від кількості і складності об'єктів, що складають цей малюнок, тому його розмір, на відміну від растрового малюнка, практично не впливає на цей обсяг. Векторний малюнок саду, у якому промальовані сотні листиків і пелюстків, займає в багато разів більше місця на диску, чим величезний плакат із зображенням усього лише трьох прямокутників.

У яких випадках варто застосовувати Photoshop

Спеціалізовані методи, закладені в програми редагування векторної графіки і програми малювання, визначають призначення тих і інших. Photoshop, разом з іншими програмами малювання, найкраще підходить для створення і редагування наступних видів зображень.

Скановані фотознімки.

Зображення, отримані за допомогою цифрових фотокамер будь-якого типу.

Картини, насичені колірними тонами.

Імпресіоністські й інші добутки, створені з особистих або чисто естетичних спонукань.

Логотипи й емблеми з нечіткими границями, відблисками і тінями.

Спецефекти з застосуванням фільтрів і корекцією кольору, неможливі в програмах редагування векторної графіки.

У яких випадках слід використовувати програми редагування векторної графіки

Якщо треба створити більш стилізоване зображення, подібне одному з перерахованих нижче, зручніше скористатися однієї з програм редагування векторних малюнків, наприклад Illustrator або CorelDraw.

Плакати й інша висококонтрастна графіка.

Архітектурні плани, промисловий дизайн та інші точні креслення.

Діаграми й інша інформаційна графіка, що відбиває стан справ у бізнесі.

Традиційні логотипи і тексти з гранично чіткими і гладкими краями.

Брошури, інформаційні листки та інші документи в одну сторінку, що містять, крім звичайного тексту, логотипи і малюнки.

Тим, хто усерйоз вирішив зайнятися графікою, необхідно мати як мінімум одну малювальну й одну програму редагування векторних малюнків.

Структура зображення

Представте, що растрове зображення -- це мозаїка, викладена квадратною плиткою різних кольорів. Якщо розглядати мозаїку, підійшовши до неї впритул, то вона нагадує звичайну плитку, застосовувану для облицювання ванної кімнати. Такий ефект створюється тому, що видно окремі плитки, а не ціле зображення. Але якщо відійти на кілька метрів, те окремі плитки зіллються, утворивши зображення у всій його красі.

Аналогічно мозаїці, зображення складаються з пофарбованих пікселів, що складаються в картини. Якщо збільшити пікселі, то вони виглядають як незв'язаний набір кольорових квадратів. Зменшуючись у розмірі, пікселі разом створюють зображення, що увесь світ знає як звичайну фотографію.

Розмір і розширення

Термін розмір зображення описує фізичні розміри зображення. Розширення-- це число пікселів на лінійний дюйм. Ми говоримо лінійний, тому що вимірюємо точки по прямої лінії. Якщо розширення зображення 72 пікселя на дюйм, то одержуємо 5184 пікселя на квадратний дюйм (72 пікселя Ч 72 пікселя = 5184).

Приймаючи, що число пікселів у зображенні фіксовано, збільшення розміру зображення зменшує його розширення, і навпаки. Отже, зображення, що добре дивиться на поштовій марці, буде виглядати "зубцюватим", якщо його надрукувати на плакаті 11Ч17 дюймів.

На мал. 3 показане те саме зображення, надруковане в трьох різних розмірах і розширеннях. Саме маленьке зображення має в два рази більше розширення, чим зображення середніх розмірів, а зображення середніх розмірів має в два рази більше розширення, чим найбільше зображення.

Рис. 3.

Один дюйм у самому маленькому зображенні містить удвічі більше пікселів по вертикалі і вдвічі більше пікселів по горизонталі, чим дюйм у зображенні середнього розміру, тобто в чотири рази більше на квадратний дюйм. Результат -- маленьке зображення покриває одну четверту частину зображення середнього розміру. Таке ж співвідношення існує між зображенням середніх розмірів і найбільшим з них. Дюйм у зображенні середніх розмірів включає в два рази більше пікселів, чим дюйм у найбільшому зображенні. Отже, зображення середніх розмірів займає одну четверту частину площі найбільшого.

Формати графічних файлів

Формати файлів представляють різні способи збереження зображення у файлі на диску. Деякі формати забезпечують унікальні схеми стиску зображення, зберігаючи зображення в такому виді, для якого потрібно менше місця на диску.

Власний формат

Як і більшість програм, у Photoshop передбачений свій власний формат, тобто формат, оптимізований для можливостей і функцій Photoshop. Цей PSD-формат зберігає всі атрибути, привласнені зображенню в Photoshop (у тому числі слої, додаткові канали, інформацію про файл і т.п.).

Варто також згадати, що Photoshop відкриває і зберігає файли у власному форматі швидше, ніж у будь-якому іншому. Власний формат Photoshop надає можливість стиску зображень, подібну TIFF, що не приводить до втрати даних. Але Photoshop може упаковувати і розпаковувати свій власний формат набагато швидше, ніж TIFF, а його схема стиску краще мінімізує розмір каналів маски.

Недолік власного формату Photoshop -- його підтримують відносно мало програм. Але навіть ті, котрі підтримують цей формат, роблять це не кращим чином. Такі програми, як Corel Photo-Paint і Adobe After Effects, можуть відкривати багатошарове Photoshop-зображення й інтерпретувати кожен шар незалежно від інших. Але підтримка більшості інших обмежується лише "плоскими" Photoshop-файлами.

Власний формат Photoshop (.psd) ніколи не розглядався як стандарт для забезпечення сумісності між графічними програмами -- він розроблявся винятково для Photoshop, саме для цього його і варто використовувати. Якщо ж потрібно обробити плоске зображення за допомогою якоїсь іншої програми, скористайтеся TIFF, JPEG або будь-яким іншим універсальним форматом.

Формати спеціального призначення

Формат BMP програми Microsoft Paint

BMP (Windows Bitmap-- растровий малюнок Windows)-- власний формат для програми Microsoft Paint ( що входить у пакет Windows); він підтримується багатьма програмами DOS, Windows і OS/2. Photoshop підтримує зображення у форматі BMP з кількістю кольорів до 16 мільйонів. Крім того, можна використовувати схему послідовного стиску (Run-Length Encoding -- RLE), спеціально розроблену для формату BMP.

Термін без утрат позначає такі схеми стиску, як RLE для формату BMP або LZW (Lempel-Ziv-Welch) для формату TIFF, що дозволяють зберігати місце на диску, не спотворюючи самі зображення. Єдиним недоліком використання такого стиску є збільшення часу відкриття і збереження зображення, а також те, що деякі більш прості програми не можуть відкрити такий файл. Інші схеми стиску, такі як JPEG, зберігають ще більше місця за рахунок утрати деяких даних зображення.

Найчастіше формат BMP застосовується для створення зображень у файлах довідкової системи або для робочого столу Windows.

GIF з CompuServe

Спочатку мережа CompuServe підтримувала формат GIF (скорочення від Graphics interchange Format -- Формат графічного обміну) як засіб стиску файлів, щоб швидше передавати їх по модему на комерційні BBS. Подібно форматові TIFF, формат GIF використовує механізм стиску LZW, але, на відміну від TIFF, працює не більш ніж з 256 кольорами.

Однак з розвитком World Wide Web формат GIF став більш "витонченим". Зараз існує дві версії цього формату, що розрізняються по своїх кодах, -- 87а і 89а. Формат GIF87a підтримує тільки непрозорі пікселі, у той час як у GIF89a деякі пікселі можуть бути прозорими.

Формат електронних документів від Adobe -- PDF

PDF (Portable Document Format-- Переносний формат документів) є різновидом мови PostScript, що дозволяє переглядати на екрані електронні документи. Це означає, що можна підготувати публікацію в QuarkXPress або PageMaker, експортувати її у формат PDF і поширювати в електронному виді, не піклуючись про ділення кольорів, прив'язку й інші друковані витрати.

Файли PDF мають дві іпостасі -- містять всього одне зображення і містять багато зображень і малюнків. Photoshop дозволяє зберігати тільки файли PDF, що містять всього один малюнок, а відкривати багатосторінкові документи. При відкритті обидва типи файлів обов'язково растеризуються.

Основні формати

Формати графічних файлів, розглянуті дотепер, дуже цікаві, і кожний з них виконує свої функції. Але формати, що обговорюються тут -- JPEG і TIFF, -- дійсні "зірки цифрової обробки зображень" на PC. Вони використовуються найчастіше завдяки видатним здібностям до стиску і майже універсальній підтримці графічними програмами.

JPEG

Photoshop підтримує формат JPEG, названий так по імені групи його розроблювачів-- Joint Photographic Experts Group,-- найбільш ефективний формат стиску, доступний у даний час, що, імовірно, залишиться стандартом стиску протягом наступного років. Це метод стиску з утратою даних, що жертвує якістю зображення для збереження простору на диску. Однак можна керувати тим, скільки даних утратиться під час операції збереження.

JPEG розглядає зображення блоками по 8Ч8 пікселів, використовуючи методику Adaptive Discrete Cosine Transform (ADCT). При цьому усереднюються 24-бітові значення кожного пікселя в блоці (або 8-бітові при роботі з зображенням у градаціях сірого). ADCT потім зберігає усереднений колір у верхньому лівому пікселі блоку і привласнює 63 пікселям, що залишилися менші значення стосовно середнього. Потім JPEG поділяє блок на власний блок 8Ч8, називаний матрицею квантування, що вирівнює значення пікселів, обнулюючи якнайбільше. При цьому відбувається основне збереження дискового простору і втрата даних. Коли Photoshop відкриває зображення, вона не може відновити вихідні розходження нульових пікселів, і вони стають одного або близького кольору. Нарешті, JPEG застосовує кодування Хаффмена для перекладу повторюваних значень в один символ.

При найменшому стиску JPEG зберігає більше дискового простору, чим будь-який інший формат, зберігаючи при цьому самі істотні деталі первісного зображення.

JPEG -- кумулятивна схема стиску, а це означає, що Photoshop повторно стискає зображення щораз, коли ви зберігаєте його у форматі JPEG. Цього не відбувається при багаторазових збереженнях у процесі роботи, оскільки Photoshop щораз стискає зображення з екрана, але якщо ви закрили документ, знову його відкрили і знову зберегли у форматі JPEG, те ви внесли додаткові перекручування. Отже, користуйтеся JPEG з обережністю. У найкращому з усіх можливих випадків потрібно зберігати файл у форматі JPEG тільки після того, як закінчена вся робота над зображенням. Навіть у випадку крайньої необхідності потрібно застосовувати усі фільтри тільки перед збереженням у форматі JPEG, тому що вони мають звичку підсилювати дефекти якості зображення.

JPEG найкраще використовувати при стиску зображень з безперервним тоном (зображення, у яких колірний контраст між найближчими пікселями, невеликий). Будь-яке зображення, що включає поступові кольорові переходи, як на фотографії, придатне для JPEG-стиску. JPEG -- не найкращий вибір для збереження знімків екрана, векторних малюнків (особливо для перетвореної з Illustrator EPS-графіки) і інших висококонтрастних зображень. Ці формати краще обробляти у форматі TIFF з LZW-стиском. Формат JPEG доступний, якщо зображення збережене як напівтонове, RGB або CMYK.

TIFF

Формат TIFF (Tagged Image File Format) розроблений Aldus для ще "раннього" Mac з метою стандартизації форматів сканованих зображень. TIFF -- це найбільше широко підтримуваний формат растрової графіки, що використовується як на платформах PC, так і Macintosh. На відміну від EPS, у ньому не можна зберігати об'єктно-орієнтовані зображення. Він не підтримує JPEG-стиск, але у всім іншому TIFF не має обмежень. У цього формату є і деякі свої особливості.