Системы компьютерной графики

Системы компьютерной графики – это отдельные программы и аппаратно-программные комплексы, создающие и обрабатывающие различные изображения на экране монитора. Как уже было сказано, все изображения, создаваемые с помощью компьютеров, можно разделить на два класса – растровые и векторные.

В растровой графике изображение какого-либо графического объекта описывается конкретным расположением и цветом точек (пикселей), привязанных к сетке (растру, см. главу 1), т.е. оно создается как в мозаике. Чем больше точек и чем они мельче, тем визуально качественнее изображение (и больше размер файла). Одна и та же картинка может быть представлена с лучшим или худшим качеством в соответствии с разрешением, т.е. количеством точек на единицу длины. Разрешение обычно измеряется в точках на дюйм – dpi или в пикселях на дюйм – ppi.

При редактировании растровых графических объектов изменяется цвет пикселей, а не форма линий. Вывод растровой графики на устройства с более низким разрешением, чем разрешение самого изображения, понизит его качество.

Кроме того, качество характеризуется еще и количеством цветов и оттенков, которые может принимать каждая точка изображения. Чем большим количеством оттенков характеризуется изображение, тем большее количество двоичных разрядов потребуется для описания каждого пикселя.

Растровое представление обычно используют для изображений фотографического типа с большим количеством деталей или оттенков. К сожалению, масштабирование таких картинок в любую сторону обычно ухудшает качество. При уменьшении количества точек теряются мелкие детали и деформируются надписи (правда, это может быть не так заметно при уменьшении визуальных размеров самой картинки – т.е. сохранении разрешения). Добавление пикселей приводит к ухудшению резкости и яркости изображения, т.к. новым точкам приходится давать оттенки, средние между двумя и более граничащими цветами.

В настоящее время распространены следующие форматы растровой графики .bmp, .pcx, .gif, .tif, .jpg, .png,и др.

В векторной графике изображения описываются с помощью кривых линий, называемых векторами (каждая кривая аппроксимируется многочленом третьего порядка, т.е. массивом коэффициентов – многомерным вектором), а также параметров, описывающих их цвета и расположение. Например, изображение какой-либо фигуры на экране описывается точками, через которые проходит линия контура фигуры. Цвет фигуры задается цветом контура и цветом области внутри этого контура.

При редактировании элементов векторной графики можно изменять параметры линий, описывающих форму графических объектов, можно переносить их, менять размер, форму (это делается математическими преобразованиями), цвет, но это не отразится на качестве их визуального представления. Векторная графика не зависит от разрешения, т.е. может быть показана в разнообразных выходных устройствах с различным разрешением без потери качества.

Очевидно, описание простых векторных графических объектов занимает значительно меньше места, чем растровых. Еще одно преимущество - качественное масштабирование в любую сторону. Увеличение или уменьшение объектов производится увеличением или уменьшением соответствующих коэффициентов в математических формулах. Но векторный формат становится невыгодным при передаче изображений с большим количеством оттенков или мелких деталей (например, фотографий). Ведь каждый мельчайший блик в этом случае будет представляться не совокупностью одноцветных точек, а уравнением линии (математической формулой) или совокупностью графических примитивов, каждый из которых, является формулой. Это приводит к увеличению файлов.

Таким образом, выбор растрового или векторного формата зависит от целей и задач работы с изображением. Если нужна фотографическая точность цветопередачи, то предпочтительнее растр. Логотипы, схемы, элементы оформления удобнее представлять в векторном формате. Понятно, что и в растровом и в векторном представлении графика (как и текст) выводятся на экран монитора или печатное устройство в виде совокупности точек. В Интернете графика представляется в одном из растровых форматов, понимаемых браузерами без установки дополнительных модулей – GIF, JPG, PNG.

Из-за описанных выше особенностей представления изображения, для каждого типа приходится использовать отдельный графический редактор – растровый или векторный. Разумеется, у них есть общие черты – возможность открывать и сохранять файлы в различных форматах, использование инструментов с одинаковыми названиями (карандаш, перо и т.д.) или функциями (выделение, перемещение, масштабирование и т.д.), выбирать нужный цвет или оттенок... Однако принципы реализации процессов рисования и редактирования различны и обусловлены природой соответствующего формата. Так, если в растровых редакторах говорят о выделении объекта, то имеют в виду совокупность точек в виде области сложной формы. Процесс выделения очень часто является трудоемкой и кропотливой работой. При перемещении такого выделения появляется “дырка”. В векторном же редакторе объект представляет совокупность графических примитивов, и для его выделения достаточно выбрать мышкой каждый из них. А если эти примитивы были сгруппированы соответствующей командой, то достаточно “щелкнуть” один раз в любой из точек сгруппированного объекта. Перемещение выделенного объекта обнажает нижележащие элементы.

С некоторыми особенностями работы с простым векторным редактором Microsoft Draw мы познакомились в разделе 4.1.3., «Создание рисунка». Этот редактор встроен в офисный интегрированный пакет программ MS Office.

Существует тенденция к сближению редакторов векторной и растровой графики. Большинство современных векторных редакторов способны использовать растровые картинки в качестве фона, а то и переводить в векторный формат части изображения встроенными средствами (трассировка). Причем обычно имеются средства редактирования загруженного фонового изображения. Кроме того, может осуществляться непосредственный перевод сформированного векторного изображения в растровый формат и дальнейшее использование как нередактируемого растрового элемента. Причем, все это помимо обычно имеющихся конвертеров из векторного формата в растровый с получением соответствующего файла.

Некоторые растровые редакторы способны грузить один из векторных форматов (обычно .wmf) в качестве фона или сразу переводить их в растр с возможностью непосредственного редактирования.