Лекція з курсу «Комп’ютерна графіка»
Автор: доцент кафедри інноваційних та інформаційних технологій в освіті Бойчук В.М.
Лекція: «Основні поняття растрової графіки»
Технічне й програмне забезпечення лекції:
персональний комп’ютер;
операційна система Windows XP;
мультимедійний проектор;
інтерактивна дошка;
плакати із зображенням кольорового круга, діаграми кольоровості та колірних моделей.
Література:
Артамонов И.Д. Иллюзии зрения. – М., 1964. – 104 с.
Глушаков С.В., Кнабе Г.А. Компьютерная графика: Учебный курс / Шеф-ред. С. В. Глушаков; Худож.-оформ. А.С. Юхтман. – Харьков: Фолио; М.: ООО «Издательство АСТ», 2001. – 500с.
Горобець С.М. Основи комп’ютерної графіки: Навч. пос. для студ. вищих навч. закл. / За ред. М.В. Левківського. – К.: Центр навчальної літератури, 2006. – 232 с.
Інженерна та комп’ютерна графіка: Підручник / В.Є. Михайленко, В.М. Найдиш та ін. За ред. В.Є. Михайленка. – 2 вид., перероб. – К.: Вища школа, 2001. – 350 с.
Порев В.Н. Компьютерная графика. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. – 432 с.: ил.
Комп’ютерний журнал «Компьютеры+программы»
Комп’ютерний журнал «Мой компьютер»
Термін "растрова графіка" стає достатньо зрозумілим, якщо усвідомити для себе основні поняття, що мають відношення до растрових зображень. Растрові зображення складаються з матриці точок (пікселів). Таке представлення зображень існує не лише в цифровому вигляді. При пильному погляді на монітор чи екран телевізора можна розгледіти маленькі точки люмінофора — пікселі, з яких складається екранне зображення. Розглядаючи будь-яку ілюстрацію в книгах і журналах, також можна помітити, що зображення побудоване з точок. Однак точки растра досить малі і око людини сприймає сукупність різнобарвних точок як єдину картину, а не кожну точку окремо (рис. 53).
Рис. 53. Растрові зображення складаються з точок — пікселів
У растровому цифровому зображенні кожна точка растра (піксель) описується двома параметрами — координатами і кольором.
Три основні характеристики, які файл растрового зображення повинен зберегти, щоб створити картинку, — це розміри зображення, розташування пікселів та колір кожного пікселя. Записи про пікселі розташовуються один за одним, як один великий блок даних. Далі комп'ютер просто відтворює сітку за розмірами, з заданим коефіцієнтом прямокутності (наприклад, 800x600), а потім заповнює цю сітку піксель за пікселем заданим кольором.
О днією з важливих геометричних характеристик растрового зображення є роздільна здатність. Роздільна здатність растра — це величина, яка характеризує відстань між центрами сусідніх пікселів (рис. 55). Її вимірюють кількістю пікселів на одиницю довжини. Найбільш широко використовується така одиниця виміру цієї величини, як сірі (сіоїз рег іпсЬ) — кількість пікселів в одному дюймі довжини (1 дюйм = 2,54 см).
Якість зображення часто залежить від начення
р оздільної здатності растра. Чим вища роздільна здатність, тобто більша кількість точок на одиницю довжини (площі), тим чіткіше зображення. На рис. 56 наведено приклад зображень, для яких роздільна здатність
Форма пікселів растра залежить від особливостей пристроїв графічного виводу (рис. 57). Наприклад, пікселі можуть мати форму прямокутника чи квадрата, які за розмірами дорівнюють кроку растра (дисплеї на рідких кристалах), або форми кругів, які за розміром можуть і не дорівнювати кроку растра (принтери).
Важливу роль у растровій графіці відіграє поняття "бітова глибина кольору". Біт — найменший елемент пам'яті комп'ютера, який може приймати два значення: нуль чи одиницю. Колір кожного пікселя растрового зображення — чорний, білий, сірий чи будь-який інший зі спектра колірної гами запам'ятовується в комп'ютері за допомогою комбінації бітів. Чим більше бітів для цього використовується, тим більше відтінків кольорів можна отримати. Число бітів, які використовує комп'ютер для кожного піксели, називається бітовою глибиною.
Найпростіший тип растрового зображення складається з пікселів, які мають тільки два можливих кольори — чорний і білий. Такий тип гіікселя займає лише один біт пам'яті комп'ютера. Тому зображення, що складаються з пікселів цього типу, називаються 1-бітовими зображеннями. Якщо кожен піксель для збереження інформації про колір потребує 24 біта, зображення буде називатись 24-бітовим. Кольори, що описуються 24 бітами, називаються природними, тому що 16,7 мільйонів (тобто 224) відтінків достатньо, щоб представити майже всі кольори, які здатне розрізнити людське око.
Растрові зображення забезпечують максимальну реалістичність, оскільки в цифрову форму переводиться кожен дрібний фрагмент оригіналу. Такі зображення зберігаються у файлах набагато більшого об'єму, ніж векторні, оскільки в них запам'ятовується інформація про кожен піксель зображення. Таким чином, якість растрових зображень залежить від їхнього розміру. Внаслідок того, що вони складаються з пікселів фіксованого розміру, вільне масштабування без втрати якості до них застосувати неможливо. Ця особливість, а також сама структура растрових зображень дещо ускладнюють їхнє редагування й обробку.
Пікселі не мають своїх власних розмірів, вони набувають розміру тільки при виведенні на деякі види пристроїв, такі як монітор чи принтер. Для того, щоб пам'ятати справжні розміри растрового малюнка, файли растрової графіки іноді зберігають значення роздільної здатності растру.
Переваги та недоліки растрової графіки
Перелічимо основні переваги растрового способу представлення інформації.
По-перше, це фотореалістичність зображень. Можна отримувати мальовничі ефекти, скажімо, туман або серпанок, відтворювати найтонші нюанси кольору, створювати глибину і розмитість, акварельність та ін.
По-друге, алгоритми обробки растрових зображень достатньо прості, отже, спектр ефектів, які надають редактори растрової графіки, практично неосяжний.
П о-третє, не менш важливою перевагою растрової графіки є можливість простої автоматизації введення (оцифровки) образотворчої інформації за рахунок простоти принципів кодування (рис. 58).
Попіксельне Масив
Відтворення даних
масиву даних в файлі
монітор
пам ять
Рис. 58. Простота принципу кодування растрових зображень
Існує розвинена система зовнішніх пристроїв для введення та виведення зображень, представлених у растровій формі (фотографій, слайдів, малюнків, акварелей та ін.). До цих пристроїв можна віднести різні сканери, відеокамери, цифрові фотоапарати, принтери, монітори.
Разом з тим для растрової графіки характерні й істотні недоліки. Перший недолік пов'язаний з розмірами файлів. Об'єм файлу растрової графіки — це добуток площі зображення на роздільну здатність та на глибину кольору (якщо вони приведені до єдиної розмірності). Тому, якщо спробувати створити якісне зображення розміром з альбомний лист, з роздільною здатністю 400 dpi та з використанням достатньої кількості кольорів (найпоширеніше значення — 16,7 млн), то розмір такого файлу складатиме 44,3 млн байт (це потребує більше ніж ЗО дискет). Приблизно така ж ситуація виникає при спробі відсканувати, на перший погляд, не дуже велику фотографію з максимальною роздільною здатністю і глибиною кольору.
Другий недолік проявляє себе тоді, коли потрібно злегка повернути зображення, наприклад, з чіткими тонкими вертикальними лініями. Ці прямі лінії перетворюються на ламані ("сходинки"), які, звичайно, спотворюють зображення. Це означає, що при будь-яких трансформаціях (поворотах, масшта- буванні, нахилах) у растровій графіці неможливо обійтися без викривлень. Можна навіть сказати, що растрову графіку легше деформувати, ніж трансформувати.
Найбільш поширені редактори растрової графіки
Коротко охарактеризуємо найбільш поширені редактори, які можна застосовувати для обробки растрових графічних зображень.
Microsoft Paint — найпростіший редактор, який входить в стандартну поставку операційних систем Microsoft. Він має набір найпростіших функцій (пензлик, олівець, гумка та ін.), які дозволяють створювати нехитрі картинки. На жаль, для обробки графічних зображень він не придатний. На рис. 59 показано практично все, на що здатен цей редактор.
Adobe Photoshop — на сьогоднішній день це найбільш потужний пакет для професійної обробки растрової графіки. Це цілий комплекс, який має багаточисельні можливості для модифікації растрового зображення, величезний набір різноманітних фільтрів та ефектів, причому є можливість підклю-
Рис. 59. Робоче вікно програми Microsoft Paint
чення інструментів інших незалежних виробників. Пакет пропонує, наприклад, засоби для відновлення пошкоджених зображень, ретушування фотографій або створення фантастичних колажів, які тільки може дозволити собі наша уява. Взагалі потенціал цього пакета дійсно величезний (рис. 60). Пакет Adobe Photoshop поєднує в собі ї технічну досконалість, і можливості для повної свободи творчості дизайнера.
Adobe ImageReady — включений в пакет Adobe Photoshop, починаючи з версії 5.5. Ця програма надає величезні можливості для обробки графіки під WEB: оптимізація зображень, створення анімації, можливість "різати" картинки на більш дрібні та багато іншого (рис.61).
PhotoPaint — ще один не менш відомий графічний редактор (із пакета Corel Draw) для обробки растрової графіки, який конкурує з Adobe Photoshop. В цій програмі також є всі інструменти, необхідні для обробки графіки, різноманітні фільтри, текстури. Різниця лише у зручності роботи, інтерфейсі і швидкості накладання фільтрів — воно відбувається дещо повільніше, ніж в Adobe Photoshop.
Painter — редактор надає чудові можливості для імітації роботи реальними інструментами малювання: графітом, крейдою, маслом і т.і., дозволяє також відтворити фактуру поверхні різноманітних матеріалів та створювати анімацію. Цей редактор дуже зручно використовувати для розробки фонових малюнків або Web-сторінок в стилі живопису. Той, хто користується цією програмою, відчуває себе справжнім художником.
GIMP — практично повний аналог професійного редактору Adobe Photoshop (рис. 62). З точки зору українських дизайнерів, GIMP має дві значні переваги. По-перше, ця програма безкоштовна та її інтерфейс перекладено на українську мову. По-друге, цей графічний редактор має вбудовану підтримку скриптів на мові програмування Script-Fu, що значно розширює його можливості. На жаль, GIMP поки що не має режиму повноціної роботи з файлами, які готуються до друку на поліграфічному обладнанні.
Існують інші графічні редактори (Microsoft Photo Editor, Microsoft Photo DRAW), які також дозволяють реалізовувати найпростіші задачі, але вони не вважаються професійними.
Основні інструменти роботи з растровою графікою
Розглянемо деякі інструменти, необхідні при роботі з растровими зображеннями. Для прикладу обрані графічні редактори Adobe Photoshop та GIMP. Чому саме вони? Тому, що Adobe Photoshop — всіма визнаний лідер в сфері комп'ютерного редагування двомірної графіки, a GIMP — безкоштовна альтернатива, яка практично мало чим поступається визнаному лідеру.
Всі основні робочі інструменти цих редакторів зібрані на окремій панелі — панелі інструментів (рис. 63). З рисунка видно подібність розташування та умовних позначень інструментів в обох редакторах.
Г рафічний редактор растрової графіки при роботі з зображенням не може розрізнити границі окремих об'єктів (рис. 64), оскільки має інформацію тільки про колір пікселів. Тому при побудові колажів та графічних композицій доводиться використовувати інструменти виділення границь.
Набір інструментів виділення для обох редакторів подібний (рис. 65) і дозволяє роботи виділення за двома принципами: за принципом геометричної форми (прямокутник, еліпс, ласо, полігональне ласо, магнітне ласо, розумні ножниці) та колірним (різні види магічної палички).
При побудові колажей та композицій виникає необхідність зміщувати частини різних зображень, змінювати їх пропорції, обертати та ін. Для виконання таких операцій існує група інструментів переміщення та трансформації (рис. 66).
Рис. 66. Набір інструментів трансформації та переміщення в графічних редакторах Adobe Photoshop та GIMP
На рис. 67 наведено приклад роботи інструмента обертання виділених фрагментів та шарів зображення.
 Якщо потрібно створити штучні фрагменти зображення, використовуються інструменти малювання. Обидва редактори мають широкий спектр таких засобів (таблиця 3).
 
Запитання для самоконтролю
Що таке піксель, растр та роздільна здатність растра?
Від чого залежить якість зображення?
Перелічити переваги та недоліки растрової графіки.
Дайте коротку характеристику найпоширеніших програм для роботи з растровою графікою.
Назвіть основні інструменти для роботи з растровими зображеннями.
|