Графическая информация в компьютере

 

 

 

Существует три основных способа представления (описания) графической информации в компьютере: растровый, векторный и фрактальный.

 

 

 

Растровая графика
 

РАСТРОВЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ представляют собой растр (сетку, матрицу) элементарные ячейки которой называются пикселами.

Каждый пиксел имеет определенное положение и цвет (цветовое значение)

Каждый пиксел кодируется конечным набором двоичных чисел и может быть понят как цепочка символов (слов, токенов, грамм): 0 и 1.

Растр (совокупность пикселов) может быть понят как текст (последовательность символов)

 

Любой объект интерпретируется программой как набор пикселов. Редактируются не конкретные объекты растровых изображений, а составляющие их группы пикселов.

Растровые изображения обеспечивают высокую точность передачи градаций цветов и полутонов, являются оптимальным средством представления фотореалистичных изображений.

Объем файла с растровым изображением определяется:

  • коээфициентом прямоугольности (размером изображения)

  • графическим разрешением (количеством пикселов на единицу площади изображения)

  • битовым разрешением (глубина пиксела, количество бит информации на пиксел).

Исходное изображение

Растр при увеличении (видна пиксельная структура)

Векторный формат при увеличении.

Чем больше глубина пиксела, тем шире диапазон доступных цветов.

Изображение с битовой глубиной в 24 (224 = 16 777 216 возможных значений цвета) и разрешением 800х600 пикселей требует почти 1,3 Мбайта памяти (как 650 страниц текста без форматирования).

Для уменьшения размеров файлов применяют алгоритмы сжатия.

 

 

 

Цветовой охват

 

Цветовой охват - диапазон цветов, который может быть воспроизведен, зафиксирован или описан каким-либо образом.

Человеческий глаз не способен увидеть все цвета.

Техника не способна воспроизвести все цвета, которые глаза могут воспринимать. Компьютерный монитор не может передать чистый желтый и голубой цвета.

Цветовой охват у разных устройств различен.

 

  

 

Каждый из охватов может быть выражен моделью цвета. Составной частью модели является канал. Значения совокупности каналов описывается тот или иной цвет. Цветовой охват модели иногда называю еще ее цветовым пространством.

Наиболее известны цветовые модели: RGB, CMYK, Lab, HSB.

 

 

Цветовые модели

 

Компьютерные мониторы и телевизоры воспроизводят цвет в режиме RGB, где все разнообразие оттенков формируется сочетанием разного количества красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue) лучей.

 Сложение красного, зеленого и синего лучей (в равной пропорции и при максимальной интенсивности) образует белый, поэтому эти цвета называются аддитивными. 

Код цвета в системе RGB

Белый

Серый

Красный

Зеленый

Синий

Желтый

255:255:255

100:100:100

255:0:0

0:255:0

0:0:255

255:255:0

 

Mодель CMYK описывает процесс цветной печати

Краски, нанесенные на страницу, одни цвета отражают, а другие поглощают ("вычитая" их из падающего цвета).

Голубая краска полностью поглощает красный свет, желтая - синий цвет, пурпурная - зеленый. Эти три цвета называются субтрактивными (исключающими).

Каналы соответствуют вторичным цветам – голубому (Cyan), желтому (YellowY) и пурпурному (Magenta). Четвертый базовый канал K (blacK,  черный) введен для описания реального процесса печати.

Голубая краска полностью поглощает красный свет, а отражает зеленый и синий, которые смешиваясь образуют голубой. Другими словами из белого света вычитается красный и получается голубой.

Модели RGB и CMYK являются аппаратно-зависимыми. При воспроизведении одного и того же изображения на разных устройствах цветопередача будет отличаться (зависит от свойств бумаги, качества краски, свойств люминофора и др.).  

Lab - аппаратно-независимая модель . Концепция этой модели сводится к тому, что любой цвет описывается с помощью трех каналов: L - светлота (Lightness, яркость), a – изменение цвета в диапазоне от зеленого до красного, b – изменение цвета от синего до желтого. Яркость в модели Lab полностью отделена от цвета, что удобно для регулировки контрастности, тона и др. Lab имеет наибольший охват из перечисленных цветовых моделей.

Модель HSB (Hue - тон, Saturation - насыщенность,  Brightness - яркость).

 

 

 

Pantone

 

Цветовая модель Пантон (Pantone Matching System) — стандартизованная система подбора цвета, разработанная американской фирмой Pantone Inc в середине XX века.

Pantone использует цифровую идентификацию цветов изображения для полиграфии печати как смесевыми, так и триадными красками.

Эталонные пронумерованные цвета напечатаны в специальной книге, страницы которой веерообразно раскладываются.

Существует множество каталогов образцов цветов Pantone, каждый из которых рассчитан на определённые условия печати (на мелованной бумаге, для металлизированных красок и т. д).

Производитель настаивает на том, что «веера» необходимо ежегодно заменять, так как за это время процесс выцветания и истирания изображения делает цвета неточными.

 

  • Официальный сайт http://www.pantone.com/

  • Официальный сайт (Россия)http://www.pantone.ru/

  • Подбор смесевой краски PANTONE http://rudtp.pp.ru/assortment/

 

 

 

 

Векторная графика

 
 

ВЕКТОРНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ формируются на основе математических линий (прямых и кривых), называемых векторами.

Внешний вид изображения определяется геометрическими характеристиками векторов (их математических описаний), что облегчает редактирование объектов.

Векторные программы являются наилучшим средством для создания шрифтовых и высокоточных графических объектов (схем, чертежей, логотипов и т.д) для которых важное значение имеет сохранение четких, ясных контуров независимо от размера изображения. Их файлы более компактны.

В памяти ПК находится двоичные коды математических формул, координат позиционирования графических объектов, что строятся на их основе, цветов заливки замкнутых областей. К сожалению векторные изображения не могут достичь высокой реалистичности.

Экран компьютера представляет собой растровую сетку, поэтому как растровые, так и векторные изображения воспроизводятся на нем с помощью видеопикселов.

Качество растровых изображений напрямую зависит от разрешающей способности оборудования. Качество векторных изображения не зависят от разрешения - качество таких изображений остается постоянным при любом масштабировании (увеличении, уменьшении). От разрешения оборудования зависит качество отображения изображений на экране, печати.

 

 

 

 

Фрактальная графика
 

 

Фракталы требуют больших вычислительных ресурсов ПК.

ФРАКТАЛЬНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ формируются на основе использования рекурсивных (зацикленных на самих себя) математических формул. Уровень детализации изображения бесконечен, при незначительном размере файла.

Фрактальные изображения незаменимы, когда требуется задать сложные формы (облака, поверхность моря и др.).

Одним из основных свойств фракталов является самоподобие. В простейшем случае часть фрактала содержит информацию о всем фрактале (свойство самоафинности).

26.06.2008 Вселенная - фрактал

В рамках  программы Sloan Digital Sky Survey доказано, что материя во Вселенной распределена в виде фрактала. Используя данные о более чем 900 000 галактик и квазаров, исследователи показали, что фрактальность присутствует не только в локальных структурах (планетарные системы объединены в галактики, галактики в кластеры, кластеры в суперкластеры), но и при больших  масштабах. Ранее считалось, что распределение материи можно считать непрерывным, начиная с объектов размером в 200 миллионов световых лет.

Полученные выводы противоречат теории Большого Взрыва и могут потребовать  пересмотра существующих моделей Вселенной.

 

 

30.05.2007 Фракталы в солнечном ветре

Астрофизики из Уорикского университета (Уорикшир, Великобритания) под руководством Сандры Чапмэн обнаружили в потоках солнечного ветра фрактальные структуры, извергнутые нашей звездой в периоды максимальной активности. Новая методика поиска и изучения фрактальных последовательностей в солнечном ветре также будет использована для решения проблем термоядерной энергетики.

Фракталы часто обнаруживаются в снежных хлопьях, деревьях и других природных объектах.

10.10.2009 Клеточное ядро оказалось фракталом

Большой коллектив американских ученых по итогам работы, сочетавшей экспериментальные методики и компьютерное моделирование показал, что ДНК в клеточном ядре упакована по фрактальному принципу. Результаты опубликованы в Science. Такой способ упаковки предохраняет нити ДНК от запутывания и образования узлов. Пространственная организация ядра чрезвычайно важна для нормальной реализации записанной в геноме информации.