Урок предназначен для дизайнеров. Если вы хотите стать компьютерным графиком, то вам обязательно надо знать эти основы. На этом уроке я вам расскажу об основе компьютерной графики. Я разделил урок на три части, прочитав их вы сможете с уверенностью сказать, что у вас есть фундаментальные знания компьютерной графики. Я стараюсь делать все мои уроки предельно понятливыми, точными и ясными. (Если у вас есть вопросы, вы можете оставить в комментариях или отправить вопрос через обратную связь. Я обязательно отвечу на ваш вопрос.) Ну и поехали.

Компьютерная графика — раздел информатики, который изучает средства и способы создания и обработки графических изображений при помощи компьютерной техники.

1 Способы представления изображений

В компьютерной графике выделяют разделы, изучающие методы работы с изображением на плоскости, так называемую 2D графику, и трехмерную (3D) графику.

2D графика (от англ. Dimension-измерения) — исходя из названия, понятно, что 2D графика строится на двух мерном измерении высоты Y и ширины X.

3D графика (от англ. Dimension-измерения) — Трехмерная графика строится исходя из математического описания трехмерной сцены. Для получения трехмерного изображения требуется построить математическую модель сцены и объектов на ней.

Кроме этого, по способу представления изображения в памяти ЭВМ, компьютерную графику разделяют на векторную, растровую и фрактальную.

Перед разработчиками стояла задача превратить изображение на цифры, чтобы его можно было сохранить, редактировать на вычислительных аппаратах (компьютер).

Эту задачку решили разными способами:

Растровое представление изображений
Векторное представление изображений
Представление изображений с помощью фракталов

В некоторых случаях к этому списку добавляют 2D графику и 3D графику это не вполне правильно, так как 2D и 3D графика более глобальное понятие, чем способы представления изображений.

1.1 Растровое представление изображений

Возьмем фотографию. Теперь наложим на изображение прямоугольную сетку. Таким образом, разобьем изображение на прямоугольные элементы. Каждый прямоугольник закрасим цветом, преобладающим в нем.

Как мы видим, изображение стало состоять из конечного числа прямоугольников определённого цвета. Эти прямоугольники называют pixel (от PIX ELement) – пиксел или пиксель. Теперь мы можем оцифровать изображение, прописывая номер и свет пикселя.

Итак, под растровым (bitmap, raster) понимают способ представления изображения в виде совокупности отдельных точек (пикселей) различных цветов или оттенков. Это наиболее простой способ представления изображения, ибо таким образом видит наш глаз.

Профессиональная программа работающая на растровой графике: PhotoShop (у него есть и векторный раздел).

Достоинство:

Возможность получения фотореалистичного изображения высокого качества в различном цветовом диапазоне

Недостаток:

Высокая точность и широкий цветовой диапазон требуют увеличения объема файла для хранения изображения и оперативной памяти для его обработки.
Потеря качества изображения при его масштабировании.

1.1.1 Разрешение

Разрешение (resolution) — это степень детализации изображения, число пикселей (точек), отводимых на единицу площади.

Исходя из устройства ввода или вывода (сканер, монитор, принтер) изображения можно разделить на три:

Разрешение оригинала;
Разрешение экранного изображения;
Разрешение печатного изображения.

Разрешение оригинала

Разрешение оригинала определяется при вводе изображения в компьютер и измеряется в точках на дюйм (dots per inch — dpi). При этом количество dpi определяет не число точек в квадратном дюйме, а количество точек на одной его стороне. Например, 300 dpi означает, что в квадратный дюйм изображения покрывается растровой сеткой 300×300 и после сканирования, изображение соответствующее, квадратному дюйму будет состоять из 90 000 пикселей.

Разрешение экранного изображения

Для экранных копий изображении элементарную точку растра принято называть пикселем (pixel). Для измерения разрешения экранного изображения, кроме dpi, используют единицу измерения ppi (pixel per inch). Обычно мониторы имеют разрешения 72 -75 ppi.

Разрешение печатного изображения и понятие линиатуры.

Большинство находящихся в обращении печатающих устройств, от офсетных печатающих машин до простейших струйных принтеров, используют принципы полутонового растрирования.

Полутоновое растрирование (halftoning) – это способ имитации оттенков отдельными точками краски или тонера. Этот процесс основан на том, что печатающее устройство наносит на бумагу точки краски или тонера и располагает их в узлах регулярной прямоугольной сетки, которую иногда называют физическим растром.

1.1.2 Глубина цвета

Глубина цвета (color depth) — это число бит, используемых для представления каждого пикселя изображения.

В реальном мире бесконечное количество светов. А на компьютере количество светов зависит от бит. Проше говоря глубина цвета это количество цветов.

С развитием вычислительных средств глубина цвета, хранимых в компьютере, изображений все время возрастала. Одним из первых распространенных стандартов мониторов являлся VGA, который поддерживал глубину цвета 8 бит для цветных изображений. Следующим шагом стало введение в компьютерах системы Macintosh стандарта HighColor, который кодировал цвет с глубиной 16 бит, что позволяло получить 65536 цветов. Сейчас наиболее используемым является 24-битный TrueColor, позволяющий кодировать около 16,7 млн. цветов. Однако необходимо отметить, что существуют графические системы использующие глубину цвета более чем 24 бита на пиксель.

1.2 Векторное представление изображений

Для векторной графики характерно разбиение изображения на ряд графических примитивов – точки, прямые, ломаные, дуги, полигоны. Таким образом, появляется возможность хранить не все точки изображения, а координаты узлов примитивов и их свойства (цвет, связь с другими узлами и т. д.).

Проще говоря, чтобы компьютер нарисовал прямую, нужны координаты двух точек, которые связываются по кратчайшей прямой. Для дуги задается радиус и т. д. Таким образом, векторная иллюстрация – это набор геометрических примитивов.

Профессиональные программы работающие на векторном графике: Illustrator AI, CorelDraw.

преимущества:

Векторное изображение может быть легко масштабировано без потери качества;
Графические файлы, в которых хранятся векторные изображения, имеют существенно меньший объем по сравнению с растровыми.

1.3 Представление изображений с помощью фракталов

Фрактал (лат. fractus — дробленый, сломанный, разбитый) —сложная геометрическая фигура, обладающая свойством самоподобия.

Фрактальная геометрия позволяет описать и получить изображения таких природных объектов как ветки деревьев, снежинки, границы облаков и морских побережий, трещины в камнях, структуры некоторых веществ с помощью математических средств.

преимущества:

В файле фрактального изображения сохраняются только алгоритмы и формулы

2 Представление цвета в компьютере

Понятия света и цвета в компьютерной графике тесно связаны и являются основополагающими.

При описании цвета используют три его субъективных атрибута:

цветовой тон
насыщенность
светлота

Цветовой тон (hue) – это определённый тип цвета (красный, оранжевый, желтый и т. д.)

Насыщенность (saturation) – характеризует степень, уровень, силу выражения цветового тона.

Светлота (lightness, value) – это различимость участков, сильнее или слабее отражающих свет. То ест, чем больше отражается (излучение) тем арче и наоборот чем слабея отражается (излучение) тем темнее.

2.2 Цветовые модели и пространства

В связи с необходимостью описания различных физических процессов воспроизведения (монитор, печать, и др.) цвета были разработаны различные цветовые модели.

Цветовые модели позволяют с помощью математического аппарата описать определенные цветовые области спектра. Цветовые модели описывают цветовые оттенки с помощью смешивания нескольких основных цветов.

Основные цвета разбиваются на оттенки по яркости (от темного к светлому), и каждой градации яркости присваивается цифровое значение (например, самой темной – 0, самой светлой – 255). Считается, что в среднем человек способен воспринимать около 256 оттенков одного цвета. Таким образом, любой цвет можно разложить на оттенки основных цветов и обозначить его набором цифр – цветовых координат.

При выборе цветовой модели можно определять обычно трехмерное цветовое координатное пространство, внутри которого каждый цвет представляется точкой. Такое пространство называется пространством цветовой модели.

2.2.1 Цветовая модель RGB

В основе одной из наиболее распространенных цветовых моделей, называемой RGB моделью, лежит воспроизведение любого цвета путем сложения трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue).

Поскольку в RGB модели происходит сложение цветов, то она называется аддитивной (additive). Именно на такой модели построено воспроизведение цвета современными мониторами.

Аддитивной (additive) цветовой модели (RGB), если смешим все цвета, мы получим белый цвет. Так как все цвета излучается (монитор экрана).

Приставьте куб, поставим на каждый угол куба определённый цвет итого 8.

Синий
Голубой
Белый
Малиновый
Черный
Зеленый
Желтый
Красный

Таким образом мы создали все цвета, построили цветовую модель в пространстве.

2.2.2 Цветовая модель CMYK

Модель CMYК является субтрактивной (основанной на вычитании) цветовой моделью. Например, на поверхность бумаги нанесли голубой (Cyan) краситель. Теперь красный, желтый свет, падающий на бумагу, полностью поглощается, только голубой свет отражается. Таким образом, мы получили голубой цвет через вычитания.

Субтрактивной (основанной на вычитании) цветовой модели (CMYK), если смешим все цвета, мы получим черный цвет. Так как вес света будет поглощён (печатный продукт).

Такая модель наиболее точно описывает цвета при выводе изображения на печать, т. е. в полиграфии. Это модель используются в офсетной печати.

Cyan – голубой
Magenta – пурпурный, или малиновый
Yellow – желтый
blacK – черный

2.2.3 Модели HSV и HSL

Рассмотренные модели ориентированы на работу с цветопередающей аппаратурой и для некоторых людей неудобны. Поэтому модели HSV, HLS опираются на понятия тона, насыщенности и яркости (светлоты).

В цветовом пространстве модели HSV (Hue, Saturation, Value), иногда называемой HSB (Hue, Saturation, Brightness), используется цилиндрическая система координат, а множество допустимых цветов представляет собой шестигранный конус, поставленный на вершину.

Визуально понятное для человека модель:

3. Графические файловые форматы

Форматов графических файлов существует великое множество и надо выбрать соответствующие форматы тех или иных задач. Для облегчения выбора воспользуемся классификациями.

По типу хранимой графической информации:

растровые (TIFF, GIF, BMP, JPEG);
векторные (AI, CDR, FH7, DXF);
смешанные/универсальные (EPS, PDF).

3.1 BMP

BMP (от англ. BitMap Picture) — формат хранения растровых изображений. BMP был создан компанией Microsoft и широко используется в операционных системах семейства Windows.

Глубина цвета в данном формате может быть 1, 2, 4, 8, 16, 24, 32, 48 бит на пиксель, максимальные размеры изображения 65535×65535 пикселей. Однако, глубина 2 бит официально не поддерживается.

Формат BMP может использовать режим индексирования цветов при следующих значениях глубины цвета: 1 бит (2 цвета), 2 бита (4 цвета), 4 бита (16 цветов), 8 бит (256 цветов).

Удобно использовать формат при сканировании черно-белого изображения (1 бит). Такое сканирование получается боле чистым и без серых тонах. Это метод подходит для контурных изображении.

h1 style=»text-align: center;»>3.2 TIFF

TIFF (англ. Tagged Image File Format) — формат хранения растровых графических изображений.

Изначально был разработан компанией Aldus в сотрудничестве с Microsoft. TIFF был выбран в качестве основного графического формата операционной системы Mac OS X. В настоящее время авторские права на спецификации формата принадлежат компании Adobe.

Формат TIFF поддерживает большую глубину цвета: 8, 16, 32 и 64 бит на канал при целочисленном кодировании, а также 32 и 64 бит на канал при представлении значения пикселя числами с плавающей запятой.

Формат позволяет сохранять изображения в режиме цветов с палитрой, а также в различных цветовых пространствах: бинарном (двуцветном), полутоновом, с индексированной палитрой, RGB, CMYK, YCbCr, CIE Lab. Помимо традиционных цветов CMY формат поддерживает цветоделение с большим числом красок, в частности систему Hexachrome компании Pantone. В систему Hexachrome, известную как CMYKOG, добавлены оранжевые и зеленые краски для лучшего представления цветов при печати. Формат TIFF широко используются в типографии.

преимущества:

Позволяет сохранять растровые изображения с компрессией без потери качества.
Позволяет хранить в себе такие информации как: альфа-каналы, цветовую модель, пути и даже слои.

3.3 GIF

Первая версия формата GIF (Graphics Interchange Format, «Формат для обмена графической информацией») была разработана в 1987 г. специалистами компьютерной сети CompuServe.

Формат GIF использует для хранения изображений индексированную палитру, ограничивающую количество цветов 256 значениями.

Индексированная палитра — это цветовое база, информация состоявший из определённого количества цветов.

Полезной возможностью формата является использование прозрачности и поддержка анимационных изображений. Для создания анимации используется несколько статичных кадров, а также информация о том, сколько времени каждый кадр должен быть показан на экране.

Очень широко используется в интернете, так как размер файла меньше чем другие форматы. Но формат не годится для печати.

3.4 PNG

PNG (portable network graphics) — растровый формат хранения графической информации, использующий сжатие без потерь по алгоритму Deflate.

Формат PNG спроектирован для замены устаревшего и более простого формата GIF, а также, в некоторой степени, для замены значительно более сложного формата TIFF

PNG поддерживает три основных типа растровых изображений:

Полутоновое изображение (с глубиной цвета 16 бит);
Цветное индексированное изображение (палитра 8 бит для цвета глубиной 24 бит);
Полноцветное изображение (с глубиной цвета 48 бит).

Разработчики PNG разработали технологию альфа-канал. Альфа-канал позволяет добиться эффекта частичной прозрачности пикселей. Не все форматы могут похвастаться альфа-каналом.

PNG формат имеет следующие преимущества перед GIF:

Практически неограниченное количество цветов в изображении(GIF использует в лучшем случае 8-битный цвет);
Двумерная чересстрочная развёртка;
Возможность расширения формата пользовательскими блоками.

Недостатки:

PNG изначально был предназначен лишь для хранения одного изображения в одном файле. Поэтому данный формат не поддерживает анимацию. Для решения этой проблемы создана модификация формата APNG.

3.5 JPEG

JPEG (Joint Photographic Experts Group, по названию организации-разработчика) — один из популярных графических форматов, основанный на алгоритме сжатия JPEG и применяемый для хранения фотоизображений и подобных им изображений.

Для этогом формата используют цифровые фотокамеры. JPEG хранит скорость изменения цвета от пикселя к пикселю. Лишнюю с его точки зрения цветовую информацию он отбрасывает, усредняя некоторые значения. Чем выше уровень компрессии, тем больше данных отбрасывается и тем ниже качество.

Вот что получилось, когда я жал формат до придела.

3.6 EPS

EPS (Encapsulated PostScript). Формат использует упрощенную версию PostScript: не может содержать в одном файле более одной страницы. EPS поддерживает все необходимые для печати цветовые модели. Формат предназначен для передачи векторов и растра в издательские системы.

Самые надежные EPS создают программы производства Adobe Systems: Photoshop, Illustrator, InDesign.

Во многом случаи в интернете векторные изображение раздаются в EPS формате (если вам нужно векторное изображение, то ищите их в EPS формате).

3.7 PDF

Формат PDF (Portable Document Format) предложен фирмой Adobe как независимый от платформы формат, в котором могут быть сохранены и иллюстрации (векторные и растровые), и текст, причем со множеством шрифтов и гипертекстовых ссылок.

Приставьте себе коробку, на котором можно положит все другие форматы даже шрифт. Это коробком будет PDF.

Для работы с этим форматом компания Adobe выпустила пакет Acrobat. Бесплатная утилита Acrobat Reader позволяет читать документы и распечатывать их на принтере, но не дает возможности создавать или изменять их. Обычно в этом формате хранят документы, предназначенные только для чтения, но не для редактирования.

На этом все, я хотел ещё сказать о видео форматах, но перенес на следующий урок чтобы вы все не перепутали.

Взяла здесь .

воскресенье, 20 октября 2013 г.

Основы компьютерной графики

1 Способы представления изображений