Растровая графика

Схема хранения растровой графики.

Ра́стровое изображе́ние - представляет собой сетку пикселей или цветных точек (обычно прямоугольную) на компьютерном мониторе , бумаге и других отображающих устройствах и материалах (растр).

Важными характеристиками изображения являются:

Растровую графику редактируют с помощью растровых графических редакторов . Создается растровая графика фотоаппаратами, сканерами, непосредственно в растровом редакторе, также путем экспорта из векторного редактора или в виде Снимок экрана .

Достоинства

Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому без потерь в размере файла.
Распространённость - растровая графика используется сейчас практически везде: от маленьких значков до плакатов.
Высокая скорость обработки сложных изображений, если не нужно масштабирование.
Растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы (за исключением векторных), матричные и струйные принтеры , цифровые фотоаппараты , сканеры, а также сотовые телефоны.

Недостатки

Большой размер файлов у простых изображений.
Невозможность идеального масштабирования.
Невозможность вывода на печать на плоттер .

Из‑за этих недостатков для хранения простых рисунков рекомендуют вместо даже сжатой растровой графики использовать векторную графику .

Форматы

Растровые изображения обычно хранятся в сжатом виде. В зависимости от типа сжатия может быть возможно или невозможно восстановить изображение в точности таким, каким оно было до сжатия (сжатие без потерь или сжатие с потерями соответственно). Так же в графическом файле может храниться дополнительная информация: об авторе файла, фотокамере и её настройках, количестве точек на дюйм при печати и др.

Сжатие без потерь

Использует алгоритмы сжатия, основанные на уменьшении избыточности информации .

BMP или Windows Bitmap - обычно используется без сжатия, хотя возможно использование алгоритма RLE .
GIF (Graphics Interchange Format) - устаревающий формат, поддерживающий не более 256 цветов одновременно. Всё ещё популярен из‑за поддержки анимации, которая отсутствует в чистом PNG , хотя ПО начинает поддерживать APNG .
PCX устаревший формат, позволявший хорошо сжимать простые рисованые изображения (при сжатии группы подряд идущих пикселов одинакового цвета заменяются на запись о количестве таких пикселов и их цвете).
PNG (Portable Network Graphics)

Сжатие с потерями

Основано на отбрасывании части информации (как правило наименее воспринимаемой глазом).

JPEG очень широко используемый формат изображений. Сжатие основано на усреднении цвета соседних пикселей(информация о яркости при этом не усредняется) и отбрасывании высокочастотных составляющих в пространственном спектре фрагмента изображения. При детальном рассмотрении сильно сжатого изображения заметно размытие резких границ и характерный муар вблизи них.

Разное

TIFF поддерживает большой диапазон изменения глубины цвета, разные цветовые пространства, разные настройки сжатия (как с потерями, так и без) и др.
RAW хранит информацию, непосредственно получаемую с матрицы цифрового фотоаппарата или аналогичного устройства без применения к ней каких-либо преобразований, а также хранит настройки фотокамеры. Позволяет избежать потери информации при применении к изображению различных преобразований (потеря информации происходит в результате округления и выхода цвета пиксела за пределы допустимых значений). Используется при съёмке в сложных условиях (недостаточная освещённость, невозможность выставить баланс белого и т. п.) для последующей обработки на компьютере (обычно в ручном режиме). Практически все полупрофессиональные и профессиональные цифровые фотоаппараты позволяют сохранять RAW изображения. Формат файла зависит от модели фотоаппарата, единого стандарта не существует.

История

Первые вычислительные машины не имели отдельных средств для работы с графикой, однако уже использовались для получения и обработки изображений. Программируя память первых электронных машин, построенную на основе матрицы ламп, можно было получать узоры.

В 1961 году программист С. Рассел возглавил проект по созданию первой компьютерной игры с графикой. Создание игры «Spacewar» («Космические войны») заняло около 200 человеко-часов. Игра была создана на машине PDP-1.

В 1963 году американский учёный Айвен Сазерленд создал программно-аппаратный комплекс Sketchpad, который позволял рисовать точки, линии и окружности на трубке цифровым пером. Поддерживались базовые действия с примитивами: перемещение, копирование и др. По сути, это был первый векторный редактор, реализованный на компьютере. Также программу можно назвать первым графическим интерфейсом, причём она являлась таковой ещё до появления самого термина.

В середине 1960-х гг. появились разработки в промышленных приложениях компьютерной графики. Так, под руководством Т. Мофетта и Н. Тейлора фирма Itek разработала цифровую электронную чертёжную машину. В 1964 году General Motors представила систему автоматизированного проектирования DAC-1, разработанную совместно с IBM.

В 1968 году группой под руководством Константинова Н. Н. была создана компьютерная математическая модель движения кошки. Машина БЭСМ-4, выполняя написанную программу решения дифференциальных уравнений, рисовала мультфильм «Кошечка», который для своего времени являлся прорывом. Для визуализации использовался алфавитно-цифровой принтер. Существенный прогресс компьютерная графика испытала с появлением возможности запоминать изображения и выводить их на компьютерном дисплее.

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Свидригайло Ольгердович
Рука

Книги

Программирование для Microsoft Windows 8 , Петцольд Чарльз. Шестое издание этой легендарной книги пришлось ждать почти 15 лет! В своем новом труде Чарльз Петцольд, известный автор и один из пионеров Windows-программирования, рассказывает о разработке…

06. 07.2017

Блог Дмитрия Вассиярова.

Что такое растровая графика и где её применение?

Здравствуйте.

В этой статье мы поговорим о том, что такое растровая графика, каковы ее главные характеристики, где она встречается, и в каких форматах чаще всего представлена. Каждый человек ежедневно, так или иначе, сталкивается с этим видом компьютерной графики, поэтому стоит узнать о ней больше.

Разбираемся в понятиях

Начнем с определения такого понятия как растровая графика: это изображения, состоящие из множества мелких квадратиков, собранных в одну прямоугольную сеть.

Квадратиками являются пикселы (их еще называют точками) - наименьшая единица измерения цифровой картинки; и чем их численность выше, тем большее количество деталей содержит файл, а значит, тем лучшего он качества.

Как вы уже и сами догадались, к растровым изображениям в первую очередь можно отнести фотографии. Попробуйте их максимально увеличить, и вы увидите описанные квадратики.

Разница с пиксельной графикой

Несмотря на то, что основной элемент в растровой графике - пикселы, не стоит путать ее с пиксельной графикой. Последняя тоже формируется на их основе, но такие изображения создаются исключительно на компьютере с помощью растровых редакторов. Они имеют настолько малое разрешение, что пикселы четко просматриваются.

Если грубо обобщить, то растровую графику вы можете встретить в реалистичных изображениях, а пиксельную - в сделанных на компе, с четко выраженными квадратиками. Но в сути своей, это одно и тоже.

Отличие от векторной графики

Есть еще один вид компьютерной графики - - от которой вам стоит научиться отличать растровую. Векторные изображения состоят не из точек, а из линий и других примитивных геометрических элементов, формул и вычислений.

Они создаются в специальных программах, и находят применение в написании макетов, чертежей, схем, карт и пр.

При небольшой детализации векторные рисунки имеют гораздо меньший вес, чем растровые. Дело в том, что в файлах первых хранится не полная информация о содержимом, как у вторых, а лишь координаты картинки, по которым она заново воссоздается при открытии.

Допустим, чтобы нарисовать квадрат, вы задаете координаты углов, цвет заполнения и обводки. Закрывая редактор, в файле сохраняются только эти данные. И когда вы снова захотите его открыть, программа воспроизведет согласно им ваши труды.

Также в отличие от растровых картинок, векторные поддаются любому масштабированию без потери качества.

Характеристики растровых изображений

Основными свойствами растровых картинок являются:

Разрешение. Показывает, сколько пикселов приходится на единицу площади. Измерение чаще всего производится в точках на дюйм - dpi. Чем больше эта цифра, тем качественнее изображение. Для размещения в интернете достаточно 72-100 dpi, а для печати на бумаге - минимум 300 dpi.

Размер. Не путайте его с предыдущим параметром, как это делают многие. Эта характеристика указывает на общее количество пикселей в изображении или точное - по ширине и высоте. К примеру, картинка на 1600×1200px в общей сложности содержит 1 920 000 точек, что округленно составляет 2 мегапикселя.
Как правило, в фотобанках принимают фото максимум на 4 Мп, а для иллюстрирования - 25 Мп.

Цветовое пространство. Способ отображения цветов в координатах. То есть каждый цвет представлен точкой, имеющий свое расположение в палитре. Если вы имели дело с Фотошопом, могли заметить, что при выборе какого-то оттенка, выводятся его точные координаты. Об этом и речь.
Цветовая модель бывает таких видов: RGB, CMYK, YCbCr, XYZ и пр.

Глубина цвета. Вычисляется по формуле: N = 2ᵏ, где N - количество цветов, а k - глубина. Указывает, сколько бит приходится на цвет каждого пиксела. От этого зависит максимальное число оттенков, которое может содержать изображение. Чем оно больше, тем точнее будет картинка.

Плюсы и минусы

Растровая графика обладает такими преимуществами:

Реалистичность. С ее помощью создаются изображения любой сложности, включая множество деталей, плавных переходов от одного оттенка к другому.

Популярность. Данный вид графики используется повсеместно.
Возможность автоматизированного ввода информации. Например, когда вы с помощью сканера делаете из реальной фотографии цифровую копию.
Быстрая обработка сложных картинок. Правда, за исключением случаев, когда требуется сильное увеличение.
Адаптация под различные устройства ввода-вывода (мониторы, принтеры, фотоаппараты, телефоны и пр.), а также под множество программ для просмотра. Кстати, создать и редактировать растровые файлы вы можете в таких прогах как Adobe PhotoShop, Corel PhotoPaint, Ulead PhotoImpact GIMP и т. п.

Есть и отрицательные стороны:

Большой вес изображений.
Невозможность увеличения без снижения качества (проявляются пикселы);
Невозможность уменьшения без потери деталей.

Форматы растровых картинок

Форматом, по сути, является то, что вы видите в названии изображения после точки (.jpeg, .png, .raw и пр.). Также его еще называют расширением, которое многие путают с разрешением из-за схожести в звучании.

Расскажу об основных форматах растровой графики:

JPEG (Joint Photographic Experts Group - наименование производителя).Наиболее распространенное расширение. Именно в нем чаще всего сохраняются фотографии. Но JPEG не годится для хранения чертежей и других рисунков с резкими переходами, так как в них будет проявляться сильный контраст. Также не сохраняйте в нем недоделанные до конца работы, потому что при каждом новом редактировании будете теряться качество.

RAW. Переводится с английского как «сырой», что отображает суть этого формата. В нем чаще всего снимают профессиональные фотографы, чтобы потом можно было проводить глубокую обработку кадров. RAW является как бы отпечатком в палитре RGB (красном, зеленом и синем канале) на матрице фотоаппарата.
При выводе на компьютер через специальную программу этот «негатив» указывает, с какой интенсивностью нужно передать упомянутые цвета для тех или иных пикселов, определяет баланс белого, хранит настройки фототехники в момент съемки экспортируемого кадра и пр.

TIFF (Tagged Image File Format). Альтернатива предыдущему варианту. Некоторые фотоаппараты, которые не поддерживают RAW, могут делать кадры в этом формате. В нем сохраняются изображения очень высокого качества с любыми цветовыми моделями. Но за это приходиться платить слишком большим весом файлов (от 8 до 20 Мб).

Все больше вытесняет предыдущий формат, так как использует тот же алгоритм сжатия, но при этом не снижает качество и отображает все цвета.

Однако не поддерживает анимацию.

На этом всё. Что такое растровая графика понятно я думаю освятил?

До встречи на страницах моего блога.

Начнём знакомиться с растровой компьютерной графикой . Программный инструментарий ее наиболее развит и прост для усвоения. Способ выполнения изображения позволяет имитировать привычную работу с помощью графических инструментов, таких как карандаш, уголь, сангина, ластик, кисть и многих других, а также позволяет передать фактуру бумаги или холста, ткани или металла. С помощью средств растровой графики можно выполнять учебные и творческие задания по композиции и рисунку. Кроме того, широкие графические, цветовые и колористические возможности программного инструментария растровой графики позволяют легко изменять цветовые и тоновые отношения, что ценно для решения живописных задач.

Растровая графика - вам уже известно, что растровые изображения напоминают лист клетчатой бумаги или шахматную доску, на которой любая клетка закрашена определенным цветом, образуя в совокупности рисунок. Пиксель - основной элемент растровых изображений, это одна клеточка. Именно из совокупности пикселей и состоит растровое изображение.

Растровые изображения обладают множеством характеристик, которые должны быть фиксированы компьютером. Размеры изображения и расположение пикселей в нем - это две основные характеристики, которые файл растровых изображений должен сохранить, чтобы создать картинку. Еще одна – цвет . Например, изображение описывается конкретным расположением и цветом каждой точки сетки, что создает изображение примерно так как в мозаике.

Растровая графика зависит от разрешения , поскольку информация, описывающая изображение, прикреплена к сетке определенного размера. Разрешение - это количество пикселей на единицу длины, чаще всего на дюйм – dpi , причем, чем выше разрешение, тем больше пикселей помещается в дюйме и тем качественней изображение. Глубина цвета определяет то количество оттенков, в диапазоне которых точка может изменять свой цвет.

Глубина кодируется 24 bit на точку – это примерно 16 500 000 цветов. Этот режим называют «Настоящий цвет» . Кодирование в 16 bit на точку позволяет различать 65 536 оттенков цвета. Этот режим получил название «Качественный цвет» . Кодирование в 8 bit на точку позволяет различить всего 256 оттенков цвета. Этот режим известен как «Фиксированные цвета» . Эти понятия непосредственно связаны со второй группой понятий «Цветовые форматы» , о которых мы будем говорить на следующих уроках.

При редактировании растровой графики качество ее представления может измениться, ведь меняются сами пиксели. В частности, изменение размеров растровой графики может привести к «разлохмачиванию» краев изображения, поскольку пиксели будут перераспределяться на сетке. К сожалению, масштабирование таких картинок в любую сторону также 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. Вывод растровой графики на устройства с более низким разрешением, чем разрешение самого изображения, тоже понизит его качество. Несмотря на эти недостатки, только растровая графика эффектно представляет реальные образы. Реальный мир состоит из миллиардов мельчайших объектов, и человеческий глаз как раз приспособлен для восприятия огромного набора дискретных элементов, образующих предметы, поэтому растровые изображения выглядят реально, конечно, если они были получены с высоким разрешением.

Помимо естественного вида растровые изображения имеют другие преимущества. Устройства вывода, такие как принтеры, для создания изображений используют наборы точек, поэтому растровые изображения могут быть очень легко распечатаны.

Таким образом, растровое представление обычно используют при сканировании и обработке графических изображений с большим количеством деталей и оттенков, например, фотографий, при создании изображений для использования в других программах, в частности для передачи другим пользователям по сети Internet , при создании различных художественных эффектов, которые возможны благодаря специальным программным фильтрам. Самые известные программы растровой графики — Adobe Photoshop и Corel PHOTO-PAINT .

В каких случаях лучше использовать растровую графику?

Во-первых, как уже говорилось, способ выполнения изображений в этом виде графики позволяет имитировать привычную работу с помощью графических инструментов: карандаша, угля, сангины, ластика, кисти. В растровом изображении можно передать фактуру бумаги или холста, ткани или металла. Во-вторых, широкие графические, цветовые и колористические возможности растровой графики позволяют легко изменить цветовые или тоновые отношения изображения - обычно при сканировании и обработке графических изображений с большим количеством деталей и оттенков. Например, фотографий.

Заметим, что этот вид графики часто используют при создании изображений для других программ. Например, для передачи другим пользователям по сети Internet . В третьих, растровая графика незаменима при создании самых различных художественных эффектов, которые возможны только благодаря специальным программным фильтрам. Каждый объект растрового изображения находится в одном из слоев, имеющих прямоугольную форму. Слой можно представить в виде набора небольших квадратных ячеек, одинаковых по размеру, в которых можно сформировать некоторое изображение (растровый объект), состоящее из мозаичных элементов (пикселей).

Пиксель характеризуется не только цветом, но и прозрачностью при наложении элементов друг на друга. В случае, когда растровое изображение состоит из одного слоя, его можно сравнить с витражом, состоящим из небольших квадратных цветных стекол, или же с узором, вышитым крестиком. Растровые форматы файлов предназначены исключительно для сохранения растровых изображений. К числу наиболее популярных относятся следующие: BMP , PCX , TIFF , CPT , PSD , GIF и JPEG .

Форматы СРТ и PSD используют для сохранения многослойных изображений, а форматы GIF и JPEG применяют главным образом при работе в Internet , (они обеспечивают приемлемое качество изображений при небольших размерах файлов). В зависимости от того, какую обработку изображения планируется выполнить, может возникнуть потребность представления его в том или ином виде (растровом или векторном). Для преобразования растровых изображений в векторные и наоборот используются соответствующие функции программ векторной графики, а также специализированные программы трассировки Adobe Streamline 4.0 , CorelTRACE 9 . Операция трассировки заключается в формировании в автоматическом или ручном режиме векторного изображения, являющегося копией исходного растрового. Создаваемое изображение состоит из отдельных векторных объектов, раскрашенных определенными цветами и расположенных определенным образом друг относительно друга. Операция преобразования векторного изображения в растровое называется растрированием.

Компьютерное растровое изображение представляется в виде прямоугольной матрицы, каждая ячейка которой - цветная точка. Т.е. основным элементом растрового изображения является точка . Если изображение экранное, то эта точка называется пикселем .

При создании растровых изображений необходимо задавать разрешение и размеры изображения.

В зависимости от того, какое графическое разрешение экрана используется операционной системой, на экране могут размещаться изображения, имеющие 640х480, 800х600, 1024х768 и более пикселей.

Разрешение изображения измеряется в точках на дюйм (dots per inch - dpi) (1 дюйм = 25,4 мм). Полиграфическая печать полноцветного изображения требует разрешения не менее 200-300 dpi.

С помощью растровой графики можно отразить и передать всю гамму оттенков и тонких эффектов, присущих реальному изображению. Растровое изображение ближе к фотографии, оно позволяет более точно воспроизводить основные характеристики фотографии: освещенность, прозрачность и глубину резкости.

Чаще всего растровые изображения получают с помощью сканирования фотографий и других изображений, с помощью цифровой фотокамеры или путем "захвата" кадра видеосъемки.

Основным недостатком растровых изображений является невозможность их увеличения для рассмотрения деталей. При увеличении изображения точки становятся крупнее, но дополнительная информация не появляется. Этот эффект называется пикселизацией (см. рисунок 19) .

Средства 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 изображений из уже имеющихся. К таким редакторам относятся такие мощные программы, как Adobe Photoshop , Corel PhotoPaint , Gimp и другие.

Основные растровые форматы

BMP (Windows Device Independent Bitmap) - самый простой растровый формат является 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. Благодаря примитивнейшему алгоритму записи изображения, при обработке файлов формата BMP очень мало расходуется системных ресурсов, поэтому этот формат часто используется для хранения логотипов, экранных заставок, иконок и прочих элементов графического оформления программ.

GIF (Graphics Interchange Format ) - является одним из самых популярных форматов изображений, размещаемых на веб-страницах. Отличительной его особенностью является использование режима индексированных цветов (не более 256), что ограничивает область применения формата изображениями, имеющими резкие цветовые переходы. Небольшие размеры файлов изображений обусловлены применением алгоритма сжатия без потерь качества, благодаря чему изображения в этом формате наиболее удобны для пересылки по каналам связи глобальной сети. В GIF реализован эффект прозрачности и возможности хранить в одном файле несколько картинок с указанием времени показа каждой, что используется для создания анимированных изображений .

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,в отличие от GIF сжимает растровые изображения не только по горизонтали, но и по вертикали, что обеспечивает более высокую степень сжатия. Как недостаток формата часто упоминается то, что он не дает возможности создавать анимационные ролики. Зато формат PNG позволяет создавать изображения с 256 уровнями прозрачности что, безусловно, выделяет его на фоне всех существующих в данный момент форматов. 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.

JPEG (Joint Photographic Experts Group) - самый популярный формат для хранения фотографических изображений, является общепризнанным стандартом. JPEG может хранить только 24-битовые полноцветные изображения. 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. 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. 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). 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. 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.

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 иногда даже сильнее, чем PNG (в тех случаях, когда размеры файла измеряются не в килобайтах, а в десятках или даже сотнях мегабайт). Файлы PSD свободно читаются большинством популярных просмотрщиков.

Растровая графика, общие сведения

Компьютерное растровое изображение представляется в виде прямоугольной матрицы, каждая ячейка которой представлена цветной точкой.

Основой растрового представления графики является пиксель (точка) с указанием ее цвета. При описании, например, красного эллипса на белом фоне необходимо указать цвет каждой точки эллипса и фона. Изображение представляется в виде большого количества точек - чем их больше, тем визуально качественнее изображение и больше размер файла. Т.е. одна и даже картинка может быть представлена с лучшим или худшим качеством в соответствии с количеством точек на единицу длины - разрешением (обычно, точек на дюйм - dpi или пикселей на дюйм - ppi).

Растровые изображения напоминают лист клетчатой бумаги, на котором любая клетка закрашена либо черным, либо белым цветом, образуя в совокупности рисунок. Пиксел - основной элемент растровых изображений. Именно из таких элементов состоит растровое изображение, т.е. растровая графика описывает изображения с использованием цветных точек (пиксели) , расположенных на сетке.

При редактировании растровой графики Вы редактируете пиксели , а не линии . Растровая графика зависит от разрешения, поскольку информация, описывающая изображение, прикреплена к сетке определенного размера. При редактировании растровой графики, качество ее представления может измениться. В частности, изменение размеров растровой графики может привести к «разлохмачиванию» краев изображения, поскольку пиксели будут перераспределяться на сетке. 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 изображения, тем большее количество разрядов требуется для их описания. Красный может быть цветом номер 001, а может и - 00000001. Таким образом, чем качественнее изображение, тем больше размер файла.

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.

Чаще всего растровые изображения получают с помощью сканирования фотографий и других изображений, с помощью цифровой фотокамеры или путем "захвата" кадра видеосъемки. Растровые изображения можно получить и непосредственно в программах растровой или векторной графики путем преобразовании векторных изображений.

Распространены форматы .tif, .gif, .jpg, .png, .bmp, .pcx и др.

Растровые представления изображений

Пиксел - основной элемент растровых изображений. Именно из таких элементов состоит растровое изображение.

Цифровое изображение - это совокупность пикселей. Каждый пиксел растрового изображения характеризуется координатами x и y и яркостью V(x,y) (для черно-белых изображений). Поскольку пикселы имеют дискретный характер, то их координаты - это дискретные величины, обычно целые или рациональные числа. В случае цветного изображения, каждый пиксел характеризуется координатами x и y, и тремя яркостями: яркостью красного, яркостью синего и яркостью зеленого цветов (V R , V B , V G). Комбинируя данные три цвета можно получить большое количество различных оттенков.

Заметим, что в случае, если хотя бы одна из характеристик изображения не является числом, то изображение относится к виду аналоговых . Примерами аналоговых изображений могут служить галограмы и фотографии. Для работы с такими изображениями существуют специальные методы, в частности, оптические преобразования. В ряде случаев аналоговые изображения переводят в цифровой вид. Эту задачу осуществляет Image Processing.

Цвет любого пиксела растрового изображения запоминается с помощью комбинации битов. Чем больше битов для этого используется, тем больше оттенков цветов можно получить. Под градацию яркости обычно отводится 1 байт (256 градаций), причем 0 - черный цвет, а 255 - белый (максимальная интенсивность). В случае цветного изображения отводится по байту на градации яркостей всех трех цветов. Возможно кодирование градаций яркости другим количеством битов (4 или 12), но человеческий глаз способен различать только 8 бит градаций на каждый цвет, хотя специальная аппаратура может потребовать и более точную передачу цветов. Цвета, описываемые 24 битами, обеспечивают более 16 миллионов доступных цветов и их часто называют естественными цветами.

В цветовых палитрах каждый пиксел описан кодом. Поддерживается связь этого кода с таблицей цветов, состоящей из 256 ячеек. Разрядность каждой ячейки- 24 разряда. На выходе каждой ячейки по 8 разрядов для красного, зеленого и синего цветов.

Цветовое пространство, образуемое интенсивностями красного, зеленого и синего, представляют в виде цветового куба

Вершины куба A, B, C являются максимальными интенсивностями зеленого, синего и красного соответственно, а треугольник, которые они образуют, называется треугольником Паскаля. Периметр этого треугольника соответствует максимально насыщенным цветам. Цвет максимальной насыщенности содержит всегда только две компоненты. На отрезке OD находятся оттенки серого, причем тока O соответствует черному, а точка D белому цвету.

Виды растров

Растр - это порядок расположения точек (растровых элементов). На рис. 2. изображен растр, элементами которого являются квадраты, такой растр называется прямоугольным , именно такие растры наиболее часто используются.

Хотя возможно использование в качестве растрового элемента фигуры другой формы: треугольника, шестиугольника; соответствующего следующим требованиям:

− все фигуры должны быть одинаковые;

− должны полностью покрывать плоскость без наезжания и дырок.

Так в качестве растрового элемента возможно использование равностороннего треугольника, правильного шестиугольника (гексаэдра) Можно строить растры, используя неправильные многоугольники, но практический смысл в подобных растрах отсутствует.

Рассмотрим способы построения линий в прямоугольном и гексагональном растре.

В прямоугольном растре построение линии осуществляется двумя способами:

1) Результат - восьмисвязная линия. Соседние пиксели линии могут находится в одном из восьми возможных положениях. Недостаток - слишком тонкая линия при угле 45°.

2) Результат - четырехсвязная линия. Соседние пиксели линии могут находится в одном из четырех возможных положениях. Недостаток - избыточно толстая линия при угле 45°.

В гексагональном растре линии шестисвязные (см. рис. 6) такие линии более стабильны по ширине, т.е. дисперсия ширины линии меньше, чем в квадратном растре.

Одним из способов оценки растра является передача по каналу связи кодированного, с учетом используемого растра, изображения с последующим восстановлением и визуальным анализом достигнутого качества. Экспериментально и математически доказано, что гексагональный растр лучше, т.к. обеспечивает наименьшее отклонение от оригинала. Но разница не велика.

Моделирование гексагонального растра. Возможно построение гексагонального растра на основе квадратного. Для этого гексаугольник представляют в виде прямоугольника.

Факторы, влияющие на количество памяти, занимаемой растровым изображением

Файлы растровой графики занимают большое количество памяти компьютера. Некоторые картинки занимают большой объем памяти из-за большого количества пикселов, любой из которых занимает некоторую часть памяти. Наибольшее влияние на количество памяти занимаемой растровым изображением оказывают три факта:

− размер изображения;

− битовая глубина цвета;

− формат файла, используемого для хранения изображения.

Существует прямая зависимость размера файла растрового изображения. Чем больше в изображении пикселов, тем больше размер файла. Разрешающая способность изображения на величину файла никак не влияет. Разрешающая способность оказывает эффект на размер файла только при сканировании или редактировании изображений.

Связь между битовой глубиной и размером файла непосредственная. Чем больше битов используется в пикселе, тем больше будет файл. Размер файла растровой графики сильно зависит от формата выбранного для хранения изображения. При прочих равных условиях, таких как размеры изображения и битовая глубина существенное значение имеет схема сжатия изображения. Например, BMP файл имеет, как правило, большие размеры, по сравнению с файлами PCX и GIF, которые в свою очередь больше JPEG файла.

Многие файлы изображений обладают собственными схемами сжатия, также могут содержать дополнительные данные краткого описания изображения для предварительного просмотра.

Достоинства и недостатки растровой графики

Достоинства:

Растровая графика эффективно представляет реальные образы. Реальный мир состоит из миллиардов мельчайших объектов и человеческий глаз как раз приспособлен для восприятия огромного набора дискретных элементов, образующих предметы. На своем высшем уровне качества - изображение выглядят вполне реально подобно тому, как выглядят фотографии в сравнении с рисунками. Это верно только для очень детализированных изображений, обычно получаемых сканированием фотографий. Помимо естественного вида растровые изображения имеют другие преимущества. Устройства вывода, такие как лазерные принтеры, для создания изображений используют наборы точек. Растровые изображения могут быть очень легко распечатаны на таких принтерах, потому что компьютерам легко управлять устройством вывода для представления отдельных пикселов с помощью точек.