Средства работы с растровыми изображениями. Растровая графика. Основные элементы изображения. Сферы применения. Примеры программных средств, для работы с растровой графикой. Аппаратные средства машинной графики. средства для работы с растровой графикой

15.3. средства для работы с растровой графикой

Программные средства создания растровых изображений

Среди программ, предназначенных для создания компьютерной двумерной живописи, самыми популярными считаются Painter компании Fractal Design, Freehand компании Macromedia, и Fauve Matisse. Пакет Painter обладает достаточно широким спектром средств рисования и работы с цветом. В частности, он моделирует различные инструменты (кисти, карандаш, перо, уголь, аэрограф и др.), позволяет имитировать материалы (акварель, масло, тушь), а также добиться эффекта натуральной среды. В свою очередь, последние версии программы FreeHand обладают богатыми средствами редактирования изображений и текста, содержат библиотеку спецэффектов и набор инструментов для работы с цветом, в том числе средства многоцветной градиентной заливки.

Среди программ для создания изображений на платформе Macintosh стоит отметить пакет для редактирования растровой живописи и изображений PixelPaint Pro компании Pixel Resources.

Среди программ компьютерной живописи для графических станций Silicon Graphics (SGI) особое место занимает пакет StudioPaint 3D компании Alias Wavefront, который позволяет рисовать различными инструментами («кистями») в режиме реального времени прямо на трехмерных моделях. Пакет работает с неограниченным количеством слоев изображения и предоставляет 30 уровней отмены предыдущего действия (undo), включает операции цветокоррекции и «сплайновые кисти», «мазок» которых можно редактировать по точкам как сплайновую кривую. StudioPaint 3D поддерживает планшет с чувствительным пером, что дает возможность художнику сделать традиционный эскиз от руки, а затем позволяет перенести рисунок в трехмерные пакеты для моделирования или анимации и построить по эскизу трехмерную модель.

Аппаратные средства получения растровых изображений

К аппаратным средствам получения цифровых растровых оригиналов в основном относятся сканеры и цифровые фотокамеры. Другие устройства, например цифровые видеокамеры, адаптеры захвата телевизионных кадров, в компьютерной графике играют чаще вспомогательную роль. Для создания изображений «от руки» предназначены графические планшеты, на которых рисуют специальным электронным пером.

Сканеры по способу восприятия изображения делятся на две группы: устройства с электронными фотоумножителями (ФЭУ) и устройства на приборах с зарядовой связью (ПЗС, английская аббревиатура CCD). Сканеры с фотоумножителями называют барабанными - внутри аппарата помещен прозрачный барабан, на который крепится оригинал (отражающий или просветный). Затем барабан начинает вращаться с большой скоростью. Сканирующая головка имеет мощный источник света с фокусированным лучом и ФЭУ, которые движутся вдоль продольной оси барабана. Отраженный или проходящий световой поток попадает на ФЭУ (обычно имеется по одному ФЭУ на каждый канал) через прецизионную зеркальную систему развертки. Накопленный ФЭУ заряд преобразуется в цифровое значение аналого-цифровым преобразователем высокой разрядности. Так как процесс до этого момента по сути аналоговый, удается добиться очень высоких значений динамического диапазона. То есть, оригинал правильно оцифровывается и в светлых, и в темных участках. Выходное разрешение оригинала достигает 5000-6000 точек на дюйм. За совершенное качество приходится платить - барабанные сканеры чрезвычайно дорогостоящи и требовательны к условиям эксплуатации.

Прочие сканеры относятся к устройствам на ПЗС. В отличие от ФЭУ, приборы с зарядовой связью представляют собой фотоприемник, выполненный на кремниевых элементах, объединенных в линейку. Каждый светочувствительный элемент обладает способностью накапливать заряды пропорционально числу попавших на него фотонов. За время экспозиции возникает матрица зарядов, пропорциональных яркости исходного изображения. По вертикали развертка осуществляется передвижением либо всей линейки ПЗС с помощью шагового электродвигателя, либо перемещением оригинала. Разрешающая способность определяется числом оптических элементов на единицу длины. В устройствах бытового класса это 300-600 элементов на дюйм, профессионального - 1200-3000. Программная интерполяция оптического разрешения никакого реального повышения качества оцифровки не дает. Динамический диапазон устройств на ПЗС ниже, чем у ФЭУ, потому что кремниевые элементы имеют худшее соотношение сигнал/шум.

В высокоточных сканерах на ПЗС дополнительно применяются: система зеркальной развертки по обоим координатам с компенсацией искажений по краям оригинала, несколько линеек ПЗС, стабильные по цветовой температуре осветительные лампы, многоразрядные цифро-аналоговые преобразователи, элементы, выполненные на СМ05-пластинах. Такие устройства по качеству оцифровки приближаются к барабанным сканерам, а по стоимости значительно доступнее.

Конструктивно барабанные сканеры выполняют с вертикальным или горизонтальным барабаном, съемным или несъемным. Сканеры на ПЗС бывают листовые, планшетные, проекционные, ручные и так называемые слайдовые (для сканирования оригиналов «на просвет»).

Для целей компьютерной графики важно не столько разрешение сканера (оно может не превышать 300 dpi), сколько хороший динамический диапазон. Для сканирования в отраженном свете желательно иметь динамический диапазон не ниже 2, «на просвет» - не ниже 3,5.

Основой цифровых фотокамер служит матрица ПЗС, состоящая из двумерного массива элементов. Для целей электронной публикации и непрофессионального применения достаточное число элементов на матрице около 1,5 миллионов. Полупрофессиональные камеры должны иметь разрешение матрицы не ниже 2 миллионов элементов, профессиональные аппараты - 2,5-3 миллиона. Оцифрованные с их помощью изображения можно использовать для подготовки полиграфических публикаций. Оптическая система цифровых камер профессионального класса должна обеспечивать разрешение не ниже 110-120 пар линий на дюйм.

Графические планшеты представляют собой координатную двумерную электронную сетку, каждый элемент которой способен воспринимать и передавать ряд сигналов от электронного пера. К таковым сигналам относятся: координаты точки контакта пера с планшетом, сила нажима, угол наклона, скорость прохода (то есть время экспозиции) и ряд других. Затем за счет программного преобразования полученные данные отображаются на экране в виде линий, мазков и других художественных средств создания изображений. Обладая достаточным навыком работы с графическим планшетом, удается очень точно имитировать различную живописную технику-письмо маслом, рисунок углем, аэрографом, карандашом и т. д.

Программа обработки растровой графики Adobe Photoshop

В обширном классе программ для обработки растровой графики особое место занимает пакет Photoshop компании Adobe. По сути дела, сегодня он является стандартом в компьютерной графике, и все другие программы неизменно сравнивают именно с ним (рис. 15.17).

Главные элементы управления программы Adobe Photoshop сосредоточены в строке меню и панели инструментов. Особую группу составляют диалоговые окна - инструментальные палитры. Далее мы рассмотрим функции перечисленных средств.

Первичное получение оригинала происходит либо через меню Файл командой Открыть, либо командой Импорт. Импортом называют получение изображения от внешнего источника - сканера, цифровой фотокамеры. Связь графического редактора с внешними устройствами обеспечивается через программный интерфейс TWAIN, устанавливающий стандарт на параметры обмена данными с источниками изображений.

Прежде чем начать операции с оригиналом изображения, следует уяснить его параметры. Для этого командой Изображение > Размер изображения открывают диалоговое окно Размер изображения. В группах Размерность и Размер печатного оттиска приведены ширина и высота оригинала в пикселах и сантиметрах соответственно, а также разрешение (в пикселах на дюйм - ррг). От установленных значений зависят размер и качество изображения. Для целей электронной публикации лучше установить разрешение 72 ppi, для последующей распечатки выбирают разрешение, исходя из формулы ppi = 1,5×lpi, где lpi - линиатура растра, установленная на устройстве вывода. Для устройств, поддерживающих стохастическое ЧМ-растриро-вание, вместо Ipi надо знать их разрешающую способность в dpi. Размер изображения лучше устанавливать в масштабе 1:1 по отношению к тому, что будет использовано в публикации, или несколько больше.

Рис. 15.17. Рабочее окно графического редактора Adobe Photoshop

Панель инструментов (рис. 15.18) является одним из основных средств для работы с изображениями. Большинство инструментов, представленных на панели, имеют альтернативные варианты. Их значки помечены маленьким треугольником (разворачивающая кнопка). Если при нажатой кнопке мыши задержать указатель на таком значке, откроется линейка значков с вариантами инструмента.

Для работы с объектами предназначена группа значков, объединяющая инструменты Область, Лассо, Перемещение, Волшебная палочка. Инструментами Область и Лассо выделяют участок изображения, ограниченный геометрической фигурой. Инструмент Волшебная палочка осуществляет выборку области по принципу цветового (или ахроматического) совпадения в рамках границ охвата, установленных пользователем. Эти инструменты применяют для выполнения операций обтравки - обводки контуров объектов на изображении. Инструментом Перемещение передвигают выделенные области и копируют их.

Полноэкранный режим

Рис. 15.18. Панель инструментов Adobe Photoshop 5.0

Следующая группа инструментов предназначена для рисования и ретуши. Она включает Аэрограф, Кисть, Карандаш, Ластик, Штамп, Палец и обособленные инструменты для ретуши - Осветлитель, Затемнитель, Губка, Размытие, Резкость. Первые четыре инструмента имитируют работу своих реальных собратьев. Инструмент Штамп позволяет выполнять набивку - копирование выбранных участков изображения по каждому щелчку мыши. Инструмент Палец имитирует сдвиг сырой краски (размывку) - прием, используемой художниками при письме маслом, гуашью, тушью. Инструменты с альтернативным выбором Резкость/Размывка позволяют изменять эти параметры на отдельных участках изображения, а инструменты Осветлитель/Затемнитель/Губка служат для местной коррекции яркости и цветовой насыщенности.

Третья группа инструментов (Перо, Текст, Линия, Заливка, Градиент, Пипетка) предназначена для создания новых объектов. Перо (и альтернативные инструменты) позволяет рисовать плавные криволинейные контуры. Инструментом Текст выполняют надписи. Инструмент Линия служит для рисования отрезков прямых. С помощью инструментов Заливка и Градиент выполняют заполнение выделенных участков изображения одним цветом, либо с плавным переходом между цветами. Инструмент Пипетка служит для точного определения цвета в любой точке изображения и принятия его как образца для инструментов панели.

В последнюю группу входят инструменты управления просмотром изображения. Инструментом Рука перемещают видимую область по изображению, а инструмент Масштаб предназначен для увеличения/уменьшения изображения в видимой области.

В нижней части инструментальной панели помещены элементы для работы с цветом, масками, формой отображения элементов управления программы. Контрольная панель управления цветом показывает основные цвета фона и переднего плана. В левом нижнем углу расположен значок, щелчок на котором устанавливает цвета, принятые по умолчанию. Элемент управления Маска позволяет работать в режимах Стандартный или Быстрая маска. Наконец, элемент управления режимом отображения позволяет переключаться между Стандартным режимом, Расширенным (скрывается строка заголовка окна программы) и Полным (панель меню сворачивается и помещается в виде кнопки в верхней части панели инструментов).

Инструментальные палитры, представляют собой диалоговые окна особого вида. Они служат для настройки параметров основных инструментов и проведения некоторых операций с изображением. Всего в программе Adobe Photoshop 5.0 присутствует десять инструментальных палитр.

Управление отображением палитр осуществляется из меню Окно > Спрятать.../ Показать... Неиспользуемые палитры можно удалить с экрана щелчком на закрывающей кнопке. Щелчком на сворачивающей кнопке палитру сокращают до размера строки с корешками вкладок. Справа под строкой заголовка окно палитры имеет кнопку меню, щелчок на которой открывает доступ к контекстному меню настройки параметров палитры. Некоторые палитры имеют командные кнопки, раскрывающиеся списки, поля ввода и другие элементы управления. Назначение конкретного элемента управления поясняет всплывающая подсказка, появляющаяся при задержке указателя мыши на интересующем элементе.

Палитры можно перемещать по экрану методом перетаскивания. Новые палитры создают «сборкой» из имеющихся элементов. Для этого, подцепив указателем мыши корешок одной из вкладок палитры, его перетаскивают в окно другой палитры. Если вкладку разместить на свободном поле экрана, она преобразуется в независимую палитру.

Палитра Кисти управляет настройкой параметров инструментов редактирования. В режим редактирования кисти входят после двойного щелчка на ее изображении в палитре. Щелчок при нажатой клавише CTRL уничтожает кисть. Двойным щелчком на свободном поле палитры открывают диалоговое окно формирования новой кисти, которая автоматически добавляется в палитру.

Палитра Параметры служит для редактирования свойств текущего инструмента. Открыть ее можно не только из строки меню, но и двойным щелчком на значке инструмента в панели инструментов. Состав элементов управления палитры зависит от выбранного инструмента.

Палитра Инфо обеспечивает информационную поддержку средств отображения. На ней представлены: текущие координаты указателя мыши, размер текущей выделенной области, цветовые параметры элемента изображения и другие данные.

Палитра Навигатор позволяет просмотреть различные фрагменты изображения и изменить масштаб просмотра. В окне палитры помещена миниатюра изображения с выделенной областью просмотра.

Палитра Синтез отображает цветовые значения текущих цветов переднего плана и фона. Ползунки на цветовой линейке Соответствующей цветовой системы позволяют редактировать эти параметры.

Палитра Каталог содержит набор доступных цветов. Такой набор можно загрузить и отредактировать, добавляя и удаляя цвета. Цветовой тон переднего плана и фона выбирают из состава набора. В стандартном комплекте поставки программы предусмотрено несколько цветовых наборов, в основном компании Pantone.

Палитра Слои служит для управления отображением всех слоев изображения, начиная с самого верхнего. Возможно определение параметров слоев, изменение их порядка, операции со слоями с применением разных методов.

Палитру Каналы используют для выделения, создания, дублирования и удаления каналов, определения их параметров, изменения порядка, преобразования каналов в самостоятельные объекты и формирования совмещенных изображений из нескольких каналов.

Палитра Контуры содержит список всех созданных контуров. При преобразовании контура в выделенную область его используют для формирования обтравочного контура.

Палитра Операции позволяет создавать макрокоманды - заданную последовательность операций с изображением. Макрокоманды можно записывать, выполнять, редактировать, удалять, сохранять в виде файлов.

Особую группу программных средств обработки изображений представляют Фильтры. Это подключаемые к программе модули, часто третьих фирм, позволяющие обрабатывать изображение по заданному алгоритму. Иногда такие алгоритмы бывают очень сложными, а окно фильтра может иметь множество настраиваемых параметров. Из групп фильтров популярны продукты серий Kai "s Power Tools, Alien Skin, Andromeda и другие.

Рис. 15.19. Компонент KPT Texture Explorer из пакета Kai"s Power

Tools предназначен для генерации текстур

Существует множество программ, предназначенных для работы с растровой графикой.

К числу простейших растровых редакторов относятся PaintBrush , Paint , Painter , которые позволяют непосредственно рисовать простейшие растровые изображения.

Основной класс растровых графических редакторов предназначен для обработки готовых растровых изображений с целью улучшения их качества и создания собственных из уже имеющихся с применением некоторых эффектов. К таким редакторам относятся такие мощные программы, как Adobe Photoshop , Corel PhotoPaint , Photostyler и другие.

Рис. 18. Рабочее окно растрового редактора Adobe Photoshop

Основа будущего рисунка может быть создана и в векторном графическом редакторе, после чего экспортирована в растровый формат. Рассмотрим основные растровые форматы, используемые различными программами:

§ BMP (Windows Device Independent Bitmap) - самый простой растровый формат является родным форматом Windows, он поддерживается всеми графическими редакторами, работающими под ее управлением. В BMP данные о цвете хранятся только в модели RGB , поддерживаются как индексированные цвета (до 256 цветов), так и полноцветные изображения, причем в режиме индексированных цветов возможна простейшая компрессия RLE (Run Length Encoding - кодирование с переменной длиной строки). Без компрессии размер файла оказывается близок к максимально возможному. Благодаря примитивнейшему алгоритму записи изображения, при обработке файлов формата BMP очень мало расходуется системных ресурсов, поэтому этот формат очень часто используется для хранения логотипов, экранных заставок, иконок и прочих элементов графического оформления программ.

§ PCX (Soft Publisher"s Paintbrush) - обладает примерно такими же возможностями, как и BMP, разработанный еще на заре компьютерной эпохи фирмой Z-Soft специально для своего графического редактора PC PaintBrush под операционную систему MS-DOS. Зато изображения в формате PCX можно посмотреть большинством программ под DOS, в том числе и внутренним просмотрщиком Norton Commander. Цветовые возможности: 1, 2, 4, 8 или 24- битовый цвет, поддерживается только схема RGB, причем полностью отсутствуют возможности сохранения монохромного изображения в оттенках серого. Всегда применяется сжатие ROB. Как и ВМР, этот формат в значительной мере устарел и поддерживается современными графическими программами исключительно для совместимости с антикварным софтом.

§ GIF (Graphics Interchange Format) - является самым популярным форматом на просторах Internet, предложен фирмой CompuServe в далеком 1987 году. Отличительной его особенностью является использование режима индексированных цветов (не более 256), что ограничивает область применения формата изображениями, имеющими резкие цветовые переходы. Формат GIF является излюбленным форматом веб-мастеров, использующих его для сохранения многочисленных элементов оформления своих страничек. Небольшие размеры файлов изображений обусловлены применением алгоритма сжатия без потерь качества LZW, благодаря чему изображения в этом формате наиболее удобны для пересылки по все еще узким каналам связи глобальной сети. В 1989 году формат был обновлен и получил наименование GIF89А. От предыдущей версии его отличает наличие дополнительного альфа-канала для реализации эффекта прозрачности (к сожалению, не больше одной градации) и возможности хранить в одном файле несколько картинок с указанием времени показа каждой, что используется для создания анимированных GIF-файлов.

§ PNG (Portable Network Graphics) - формат PNG, являющийся плодом трудов сообщества независимых программистов, появился на свет как ответная реакция на переход популярнейшего формата GIF в разряд коммерческих продуктов. Этот формат, сжимающий графическую информацию без потерь качества, используя алгоритм Deflate, в отличие от GIF или TIFF сжимает растровые изображения не только по горизонтали, но и по вертикали, что обеспечивает более высокую степень сжатия и поддерживает цветные фотографические изображения вплоть до 48-битных включительно. Как недостаток формата часто упоминается то, что он не дает возможности создавать анимационные ролики, хотя сейчас, при повальном переходе практически всей анимации на технологию Flash, это уже совсем не актуально. Зато формат PNG позволяет создавать изображения с 256 уровнями прозрачности за счет применения дополнительного альфа-канала с 256 градациями серого что, безусловно, выделяет его на фоне всех существующих в данный момент форматов. В числе других отличительных особенностей этого формата можно отметить двумерную чересстрочную развертку (т.е. изображение проявляется постепенно не только по строкам, но и по столбцам) и встроенную гамма-коррекцию, позволяющую сохранять изображения, яркость которых будет неизменна не только на любых машинах PC, но и на таких альтернативных платформах, как Mac, Sun или Silicon Graphics. Так как формат создавался для интернета, в его заголовке не предназначено место для дополнительных параметров типа разрешения, поэтому для хранения изображений, подлежащих печати, PNG плохо подходит, для этих целей лучше подойдет PSD или TIFF. Зато он хорош для публикации высококачественной растровой графики в интернете.

§ JPEG (Joint Photographic Experts Group) - самый популярный формат для хранения фотографических изображений, является общепризнанным стандартом в интернете. JPEG может хранить только 24-битовые полноцветные изображения. Одноименный с форматом, достаточно сложный алгоритм сжатия основан на особенностях человеческого зрения (используется представление блока пикселей 8х8 одним цветом с сохранением информации о яркости плюс метод Хаффмана и, в зависимости от степени компрессии, некоторые другие ухищрения). Хотя JPEG отлично сжимает фотографии, но это сжатие происходит с потерями и портит качество, тем не менее, он может быть легко настроен на минимальные, практически незаметные для человеческого глаза, потери. Кстати, усилить сжатие и минимизировать потери качества можно, предварительно размыв изображение (например, применив фильтр blur). Однако не стоит использовать формат JPEG для хранения изображений, подлежащих последующей обработке, так как при каждом сохранении документа в этом формате процесс ухудшения качества изображения носит лавинообразный характер. Наиболее целесообразно будет корректировать изображение в каком-нибудь другом подходящем формате, например TIFF, и лишь по завершению всех работ окончательная версия может быть сохранена в JPEG. Таким образом, можно сохранить вполне приемлемое качество изображения при минимальном размере итогового файла. Формат JPEG не поддерживает анимацию или прозрачный цвет, и пригоден в подавляющем большинстве случаев только для публикации полноцветных изображений, типа фотографических, в интернете.

§ TIFF (Tag Image File Format) - разработан компанией Aldus для своего графического редактора PhotoStyler, впрочем, уже не развивающемуся, однако самому формату была уготована гораздо более долгая жизнь. Как универсальный формат для хранения растровых изображений, TIFF достаточно широко используется, в первую очередь, в издательских системах, требующих изображения наилучшего качества. Кстати, возможность записи изображений в формате TIFF является одним из признаков высокого класса современных цифровых фотокамер. Формат поддерживает множество алгоритмов сжатия (в том числе популярные LZW, Deflate или JPEG), типов изображений от битового (1-, 2-, 4-, 8-, 24- и 32-битные изображения) и индексированных цветов до LAB, CMYK и RGB (кроме дуплексов и многоканальных документов). Кроме того, существуют две разновидности формата, соответственно для IBM PC и Macintosh, обусловленные различным порядком записи чисел, реализуемым на этих платформах. В этом формате поддерживаются такие чисто профессиональные возможности, как обтравочные контуры, альфа-каналы, возможность сохранять несколько копий изображения с разным разрешением и даже включать в файл слои. Благодаря своей совместимости с большинством профессионального ПО для обработки изображений, формат TIFF очень удобен при переносе изображений между компьютерами различных типов (например, с PC на Маc и обратно).

§ PSD (Adobe Photoshop) - является стандартным форматом пакета Adobe Photoshop и отличается от большинства обычных растровых форматов возможностью хранения слоев (layers). Он содержит много дополнительных переменных (не уступает TIFF по их количеству) и сжимает изображения, используя алгоритм сжатия без потерь RLE Packbits, иногда даже сильнее, чем PNG (только в тех случаях, когда размеры файла измеряются не в килобайтах, а в десятках или даже сотнях мегабайт). Формат поддерживает глубины цвета, вплоть до 16 бит на канал (48-битные цветные и 16-битные черно-белые), а также альфа-каналы, слои, контуры, прозрачность, векторные надписи и т. п. Прекрасно подойдет для переноса или хранения изображений, содержащих специфические, свойственные только Adobe Photoshop, элементы. Файлы PSD свободно читаются большинством популярных просмотрщиков, но не стоит забывать, что, открыв эти файлы в некоторых графических редакторах третьих фирм, даже декларирующих поддержку формата PSD, можно потерять значительную часть их специфических возможностей.

1. Векторная графика

Основным элементом в векторной графике является линия . Линия - это элементарный объект векторной графики. Все объекты в изображении состоят из линий. Например, объект четырехугольник можно рассматривать как четыре связанные линии, а объект куб - как двенадцать связанных линий или как шесть связанных четырехуголников. Из-за такого подхода векторную графику часто называют объектно-ориетированной графикой.

Как и все объекты, линии имеют свойства: форма , толщина , цвет , тип . Замкнутые линии имеют свойство заполнения цветом, текстурой, картой. Простейшая линия, если она не замкнута, имеет две вершины, которые называются узлами . Узлы также имеют свойства, от которых зависит, как выглядит вершина линии и как две линии сопрягаются между собой.

Так как все изображения выводятся на экран в виде точек, то перед выводом векторных изображений программа производит вычисление координат экранных точек в изображении объекта, поэтому векторную графику иногда называют вычисляемой .

Лекция №10

Среди программ, предназначенных для создания компьютерной двумерной живописи, самыми популярными считаются Painter компании Fractal Design, FreeHand компании Macromedia, и Fauve Matisse. Пакет Painter обладает достаточно широким спектром средств рисования и работы с цветом. В частности, он моделирует различные инструменты (кисти, карандаш, перо, уголь, аэрограф и др.), позволяет имитировать материалы (акварель, масло, тушь), а также добиться эффекта натуральной среды. В свою очередь, последние версии программы FreeHand обладают богатыми средствами редактирования изображений и текста, содержат библиотеку спецэффектов и набор инструментов для работы с цветом, в том числе средства многоцветной градиентной заливки.

Среди программ компьютерной живописи для графических станций Silicon Graphics(SGI) особое место занимает пакет StudioPaint 3D компании Alias Wavefront, который позволяет рисовать различными инструментами (“кистями”) в режиме реального времени прямо на трехмерных моделях. Пакет работает с неограниченным количеством слоев изображения и предоставляет 30 уровней отмены предыдущего действия (undo), включает операции цветокоррекции и “сплайновые кисти”, “мазок” которых можно редактировать по точкам как сплайновую кривую. StudioPaint 3D поддерживает планшет с чувствительным пером, что дает возможность художнику сделать традиционный эскиз от руки, а затем позволяет перенести рисунок в трехмерные пакеты для моделирования или анимации и построить по эскизу трехмерную модель.

Графический редактор Paint. Программа Paint – простейший графический редактор. По своим возможностям она не соответствует современным требованиям, но в силу простоты и доступности остается необходимым компонентом операционной системы. Не разобравшись с принципами управления этой программой, трудно осваивать другие, более мощные средства работы с графикой.

Программа Paint является редактором растровой графики. В состав его элементов управления, кроме строки меню, входят панель инструментов, палитра настройки инструмента и цветовая палитра. Кнопки панели инструментов служат для вызова чертежно-графических инструментов. На палитре настройки можно выбрать параметры инструмента (толщину линии, форму оттиска, метод заполнения фигуры и т. п.). Элементы цветовой палитры служат для выбора основного цвета изображения (щелчком левой кнопки) и фонового цвета (щелчком правой кнопки).

Главные элементы управления программы Adobe Photoshop сосредоточены в строке меню и панели инструментов. Особую группу составляют диалоговые окна – инструментальные палитры. Далее мы рассмотрим функции перечисленных средств.

Первичное получение оригинала происходит либо через меню Файл командой Открыть, либо командой Импорт. Импортом называют получение изображения от внешнего источника – сканера, цифровой фотокамеры. Связь графического редактора с внешними устройствами обеспечивается через программный интерфейс TWAIN, устанавливающий стандарт на параметры обмена данными с источниками изображений.

Прежде чем начать операции с оригиналом изображения, следует уяснить его параметры. Для этого командой Изображение ® Размер изображения открывают диалоговое окно Размер изображения. В группах Размерность и Размер печатного оттиска приведены ширина и высота оригинала в пикселах и сантиметрах соответственно, а также разрешение. От установленных значений зависят размер и качество изображения. Размер изображения лучше устанавливать в масштабе 1:1 по отношению к тому, что будет использовано в публикации, или несколько больше.

Панель инструментов является одним из основных средств для работы с изображениями. Большинство инструментов, представленных на панели, имеют альтернативные варианты. Их значки помечены маленьким треугольником (разворачивающая кнопка). Если при нажатой кнопке мыши задержать указатель на таком значке, откроется линейка значков с вариантами инструмента.

Для работы с объектами предназначена группа значков, объединяющая инструменты Область, Лассо, Перемещение, Волшебная палочка. Инструментами Область и Лассо выделяют участок изображения, ограниченный геометрической фигурой. Инструмент Волшебная палочка осуществляет выборку области по принципу цветового (или ахроматического) совпадения в рамках границ охвата, установленных пользователем. Эти инструменты применяют для выполнения операций обтравки – обводки контуров объектов на изображении. Инструментом Перемещение передвигают выделенные области и копируют их.

Растровая графика

Средства для работы с растровой графикой

Для растровых изображений, состоящих из точек, особую важность имеет понятие разрешения, выражающее количество точек, приходящихся на единицу длины. При этом следует различать:

разрешение оригинала;

разрешение экранного изображения;

разрешение печатного изображения.

Разрешение оригинала. Разрешение оригинала измеряется в точках на дюйм и зависит от требований к качеству изображения и размеру файла, способу оцифровки или методу создания исходной иллюстрации, избранному формату файла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем выше требования к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.

Разрешение экранного изображения. Для экранных копий изображения элементарную точку растра принято называть пикселом. Размер пиксела варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения (из диапазона стандартных значений), разрешения оригинала и масштаба отображения.

Мониторы для обработки изображений с диагональю 20-21 дюйм (профессионального класса), как правило, обеспечивают стандартные экранные разрешения 640x480, 800x600, 1024x768, 1280x1024, 1600x1200, 1600x1280, 1920x1200, 1920x1600 точек. Расстояние между соседними точками люминофора у качественного монитора составляет 0,22-0,25 мм.

Для экранной копии достаточно разрешения 72 dpi, для распечатки на цветном или лазерном принтере 150-200 dpi, для вывода на фотоэкспонирующем устройстве 200-300 dpi. Установлено эмпирическое правило, что при распечатке величина разрешения оригинала должна быть в 1,5 раза больше, чем линиатура растра устройства вывода. В случае, если твердая копия будет увеличена по сравнению с оригиналом, эти величины следует умножить на коэффициент масштабирования.

Разрешение печатного изображения и понятие линиатуры. Размер точки растрового изображения как на твердой копии (бумага, пленка и т. д.), так и на экране зависит от примененного метода и параметров растрирования оригинала. При растрировании на оригинал как бы накладывается сетка линий, ячейки которой образуют элемент растра. Частота сетки растра измеряется числом линий на дюйм и называется линиатурой.

Размер точки растра рассчитывается для каждого элемента и зависит от интенсивности тона в данной ячейке. Чем больше интенсивность, тем плотнее заполняется элемент растра. То есть, если в ячейку попал абсолютно черный цвет, размер точки растра совпадет с размером элемента растра. В этом случае говорят о 100% заполняемое™. Для абсолютно белого цвета значение заполняемости составит 0%. На практике заполняемость элемента на отпечатке обычно составляет от 3 до 98%. При этом все точки растра имеют одинаковую оптическую плотность, в идеале приближающуюся к абсолютно черному цвету. Иллюзия более темного тона создается за счет увеличения размеров точек и, как следствие, сокращения пробельного поля между ними при одинаковом расстоянии между центрами элементов растра.

Такой метод называют растрированием с амплитудной модуляцией (AM).

Существует и метод растрирования с частотной модуляцией (ЧМ), когда интенсивность тона регулируется изменением расстояния между соседними точками одинакового размера. Таким образом, при частотно-модулированном растрировании в ячейках растра с разной интенсивностью тона находится разное число точек.

Изображения, растрированные ЧМ-методом, выглядят более качественно, так как размер точек минимален и во всяком случае существенно меньше, чем средний размер точки при AM-растрировании. Еще более повышает качество изображения разновидность ЧМ-метода, называемая стохастическим растрированием. В этом случае рассчитывается число точек, необходимое для отображения требуемой интенсивности тона в ячейке растра. Затем эти точки располагаются внутри ячейки на расстояниях, вычисленных квазислучайным методом (на самом деле используется специальный математический алгоритм). То есть регулярная структура растра внутри ячейки, как и на изображении в целом, вообще отсутствует. Поэтому при стохастическом ЧМ-растрировании теряет смысл понятие линиатуры растра, имеет значение лишь разрешающая способность устройства вывода. Такой способ требует больших затрат вычислительных ресурсов и высокой точности полиграфического оборудования; он применяется в основном для художественных работ, при печати с числом красок, превышающим четыре.

Интенсивность тона (так называемую светлоту) принято подразделять на 256 уровней. Большее число градаций не воспринимается зрением человека и является избыточным. Меньшее число ухудшает восприятие изображения (минимально допустимым для качественной полутоновой иллюстрации принято значение 150 уровней). Нетрудно подсчитать, что для воспроизведения 256 уровней тона достаточно иметь размер ячейки растра 256 = 16 х 16 точек.

Между разрешением оригинала, частотой растра и градацией уровней существует зависимость.

При выводе копии изображения на принтере или полиграфическом оборудовании линиатуру растра выбирают, исходя из компромисса между требуемым качеством, возможностями аппаратуры и параметрами печатных материалов. Для лазерных принтеров рекомендуемая линиатура составляет 65-100 Ipi, для газетного производства -- 65-85 Ipi, для книжно-журнального -- 85-133 Ipi, для художественных и рекламных работ -- 133-300 Ipi.

При печати изображений с наложением растров друг на друга, например многоцветных, каждый последующий растр поворачивается на определенный угол. Традиционными для цветной печати считаются углы поворота: 105 градусов для голубой печатной формы, 75 градусов для пурпурной, 90 градусов для желтой и 45 градусов для черной. При этом ячейка растра становится косоугольной, и для воспроизведения 256 градаций тона с линиатурой 150 Ipi уже недостаточно разрешения 16x150=2400 dpi. Поэтому для фотоэкспонирующих устройств профессионального класса принято минимальное стандартное разрешение 2540 dpi, обеспечивающее качественное растрирование при разных углах поворота растра. Таким образом, коэффициент, учитывающий поправку на угол поворота растра, для цветных изображений составляет 1,06.

Динамический диапазон. Качество воспроизведения тоновых изображений принято оценивать динамическим диапазоном (D). Это оптическая плотность, численно равная десятичному логарифму величины, обратной коэффициенту пропускания т (для оригиналов, рассматриваемых «на просвет», например слайдов) или коэффициенту отражения р (для прочих оригиналов, например полиграфических отпечатков)

Для оптических сред, пропускающих свет, динамический диапазон лежит в пределах от 0 до 4. Для поверхностей, отражающих свет, значение динамического диапазона составляет от 0 до 2. Чем выше динамический диапазон, тем большее число полутонов присутствует в изображении и тем лучше качество его восприятия.

Связь между параметрами изображения и размером файла. Средствами растровой графики принято иллюстрировать работы, требующие высокой точности в передаче цветов и полутонов. Однако размеры файлов растровых иллюстраций стремительно растут с увеличением разрешения. Фотоснимок, предназначенный для домашнего промотра (стандартный размер 10x15 см, оцифрованный с разрешением 200-300 dpi, цветовое разрешение 24 бита), занимает в формате TIFF с включенным режимом сжатия около 4 Мбайт. Оцифрованный с высоким разрешением слайд занимает 45-50 Мбайт. Цветоделенное цветное изображение формата А4 занимает 120-150 Мбайт.

Масштабирование растровых изображений. Одним из недостатков растровой графики является так называемая пикселизация изображений при их увеличении (если не приняты специальные меры). Раз в оригинале присутствует определенное количество точек, то при большем масштабе увеличивается и их размер, становятся заметны элементы растра, что искажает саму иллюстрацию (рис. 15.3). Для противодействия пикселизации принято заранее оцифровывать оригинал с разрешением, достаточным для качественной визуализации при масштабировании. Другой прием состоит в применении стохастического растра, позволяющего уменьшить эффект пикселизации в определенных пределах. Наконец, при масштабировании используют метод интерполяции, когда увеличение размера иллюстрации происходит не за счет масштабирования точек, а путем добавления необходимого числа промежуточных точек.

Программные средства создания растровых изображений

Аппаратные средства получения растровых изображений

Сканеры по способу восприятия изображения делятся на две группы: устройства с электронными фотоумножителями (ФЭУ) и устройства на приборах с зарядовой связью (ПЗС, английская аббревиатура CCD). Сканеры с фотоумножителями называют барабанными -- внутри аппарата помещен прозрачный барабан, на который крепится оригинал (отражающий или просветный). Затем барабан начинает вращаться с большой скоростью. Сканирующая головка имеет мощный источник света с фокусированным лучом и ФЭУ, которые движутся вдоль продольной оси барабана. Отраженный или проходящий световой поток попадает на ФЭУ (обычно имеется по одному ФЭУ на каждый канал) через прецизионную зеркальную систему развертки. Накопленный ФЭУ заряд преобразуется в цифровое значение аналого-цифровым преобразователем высокой разрядности. Так как процесс до этого момента по сути аналоговый, удается добиться очень высоких значений динамического диапазона. То есть, оригинал правильно оцифровывается и в светлых, и в темных участках. Выходное разрешение оригинала достигает 5000-6000 точек на дюйм. За совершенное качество приходится платить -- барабанные сканеры чрезвычайно дорогостоящи и требовательны к условиям эксплуатации.

Прочие сканеры относятся к устройствам на ПЗС. В отличие от ФЭУ, приборы с зарядовой связью представляют собой фотоприемник, выполненный на кремниевых элементах, объединенных в линейку. Каждый светочувствительный элемент обладает способностью накапливать заряды пропорционально числу попавших на него фотонов. За время экспозиции возникает матрица зарядов, пропорциональных яркости исходного изображения. По вертикали развертка осуществляется передвижением либо всей линейки ПЗС с помощью шагового электродвигателя, либо перемещением оригинала. Разрешающая способность определяется числом оптических элементов на единицу длины. В устройствах бытового класса это 300-600 элементов на дюйм, профессионального -- 1200-3000. Программная интерполяция оптического разрешения никакого реального повышения качества оцифровки не дает. Динамический диапазон устройств на ПЗС ниже, чем у ФЭУ, потому что кремниевые элементы имеют худшее соотношение сигнал/шум.

Основой цифровых фотокамер служит матрица ПЗС, состоящая из двумерного массива элементов. Для целей электронной публикации и непрофессионального применения достаточное число элементов на матрице около 1,5 миллионов. Полупрофессиональные камеры должны иметь разрешение матрицы не ниже 2 миллионов элементов, профессиональные аппараты -- 2,5-3 миллиона. Оцифрованные с их помощью изображения можно использовать для подготовки полиграфических публикаций. Оптическая система цифровых камер профессионального класса должна обеспечивать разрешение не ниже 110-120 пар линий на дюйм.

Графические планшеты представляют собой координатную двумерную электронную сетку, каждый элемент которой способен воспринимать и передавать ряд сигналов от электронного пера. К таковым сигналам относятся: координаты точки контакта пера с планшетом, сила нажима, угол наклона, скорость прохода (то есть время экспозиции) и ряд других. Затем за счет программного преобразования полученные данные отображаются на экране в виде линий, мазков и других художественных средств создания изображений. Обладая достаточным навыком работы с графическим планшетом, удается очень точно имитировать различную живописную технику--письмо маслом, рисунок углем, аэрографом, карандашом и т. д.

Существует множество программ, предназначенных для работы с растровой графикой.

К числу простейших растровых редакторов относятся PaintBrush, Paint, Painter , которые позволяют непосредственно рисовать простейшие растровые изображения.

Рис. 18. Рабочее окно растрового редактора Adobe Photoshop

Основа будущего рисунка может быть создана и в векторном графическом редакторе, после чего экспортирована в растровый формат. Рассмотрим основные растровые форматы , используемые различными программами:

BMP (Windows Device Independent Bitmap) - самый простой растровый формат является родным форматом Windows, он поддерживается всеми графическими редакторами, работающими под ее управлением. В BMP данные о цвете хранятся только в модели RGB, поддерживаются как индексированные цвета (до 256 цветов), так и полноцветные изображения. При обработке файлов формата BMP очень мало расходуется системных ресурсов, поэтому этот формат очень часто используется для хранения логотипов, экранных заставок, иконок и прочих элементов графического оформления программ.

PCX (Soft Publisher"s Paintbrush) - обладает примерно такими же возможностями, как и BMP , разработанный фирмой Z-Soft специально для своего графического редактора PC PaintBrush под операционную систему MS-DOS. Зато изображения в формате PCX можно посмотреть большинством программ под DOS, в том числе и внутренним просмотрщиком Norton Commander. Цветовые возможности: 1, 2, 4, 8 или 24- битовый цвет, поддерживается только схема RGB, причем полностью отсутствуют возможности сохранения монохромного изображения в оттенках серого. Как и ВМР, этот формат в значительной мере устарел и поддерживается современными графическими программами исключительно для совместимости с антикварным софтом.

GIF (Graphics Interchange Format) - является самым популярным форматом на просторах Internet, предложен фирмой CompuServe в 1987 году. Отличительной его особенностью является использование режима индексированных цветов (не более 256), что ограничивает область применения формата изображениями, имеющими резкие цветовые переходы. Формат GIF является излюбленным форматом веб-мастеров, использующих его для сохранения многочисленных элементов оформления своих страничек. Небольшие размеры файлов изображений обусловлены применением алгоритма сжатия без потерь качества, благодаря чему изображения в этом формате наиболее удобны для пересылки по все еще узким каналам связи глобальной сети. В 1989 году формат был обновлен и получил наименование GIF89А. От предыдущей версии его отличает наличие дополнительного альфа-канала для реализации эффекта прозрачности и возможности хранить в одном файле несколько картинок с указанием времени показа каждой, что используется для создания анимированных GIF-файлов.

PNG (Portable Network Graphics) - формат PNG, являющийся плодом трудов сообщества независимых программистов, появился на свет как ответная реакция на переход популярнейшего формата GIF в разряд коммерческих продуктов. Этот формат, сжимающий графическую информацию без потерь качества, в отличие от GIF или TIFF сжимает растровые изображения не только по горизонтали, но и по вертикали, что обеспечивает более высокую степень сжатия и поддерживает цветные фотографические изображения вплоть до 48-битных включительно. Как недостаток формата часто упоминается то, что он не дает возможности создавать анимационные ролики. Зато формат PNG позволяет создавать изображения с 256 уровнями прозрачности за счет применения дополнительного альфа-канала с 256 градациями серого что, безусловно, выделяет его на фоне всех существующих в данный момент форматов. Для хранения изображений, подлежащих печати, PNG плохо подходит, для этих целей лучше подойдет PSD или TIFF. Зато он хорош для публикации высококачественной растровой графики в интернете.

JPEG (Joint Photographic Experts Group) - самый популярный формат для хранения фотографических изображений, является общепризнанным стандартом в интернете. JPEG может хранить только 24-битовые полноцветные изображения. Одноименный с форматом, достаточно сложный алгоритм сжатия основан на особенностях человеческого зрения. Хотя JPEG отлично сжимает фотографии, но это сжатие происходит с потерями и портит качество, тем не менее, он может быть легко настроен на минимальные, практически незаметные для человеческого глаза, потери. Кстати, усилить сжатие и минимизировать потери качества можно, предварительно размыв изображение (например, применив фильтр blur). Однако не стоит использовать формат JPEG для хранения изображений, подлежащих последующей обработке, так как при каждом сохранении документа в этом формате ухудшение качества изображения будет увеличиваться. Наиболее целесообразно будет корректировать изображение в каком-нибудь другом подходящем формате, например TIFF, и лишь по завершению всех работ окончательная версия может быть сохранена в JPEG. Таким образом, можно сохранить вполне приемлемое качество изображения при минимальном размере итогового файла. Формат JPEG не поддерживает анимацию или прозрачный цвет, и пригоден в подавляющем большинстве случаев только для публикации полноцветных изображений, типа фотографических, в интернете.

TIFF (Tag Image File Format) - разработан компанией Aldus для своего графического редактора PhotoStyler. Как универсальный формат для хранения растровых изображений, TIFF достаточно широко используется, в первую очередь, в издательских системах, требующих изображения наилучшего качества. Кстати, возможность записи изображений в формате TIFF является одним из признаков высокого класса современных цифровых фотокамер. Формат поддерживает множество алгоритмов сжатия, типов изображений от битового (1-, 2-, 4-, 8-, 24- и 32-битные изображения) и индексированных цветов до LAB, CMYK и RGB. Благодаря своей совместимости с большинством профессионального ПО для обработки изображений, формат TIFF очень удобен при переносе изображений между компьютерами различных.