Искусство
Языки
Языкознание
Вычислительная техника
Информатика
Финансы
Экономика
Биология
Сельское хозяйство
Психология
Ветеринария
Медицина
Юриспруденция
Право
Физика
История
Экология
Промышленность
Энергетика
Этика
Связь
Автоматика
Математика
Электротехника
Философия
Религия
Логика
Химия
Социология
Политология
Геология
Курс РАСТРОВАЯ ГРАФИКА Кущенко О.О.. Учебный курс Растровая графика
 Скачать 12.86 Mb.
|
|
Учебный курс «Растровая графика» Преподаватель: Кущенко Олеся Олеговна Вводная лекция Понятия, классификация и область применения компьютерной графики Компьютерная графика - Специальная область информатики, занимающаяся методами и средствами создания, преобразования, обработки, хранения и вывода на печать изображений с помощью цифровых вычислительных комплексов. Компьютерная графика охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком: • на экране монитора компьютера; • на бумажном носителе; • на кинопленке; • на ткани и т.д. В компьютерной графике объекты существуют лишь в памяти компьютера, они не имеют физической формы и представляют собой совокупность цифр, поэтому такие изображения называют цифровыми. Создано разнообразное аппаратное и программное обеспечение для получения изображений самого различного вида и назначения – от простых чертежей до реалистических образов естественных объектов. Компьютерную графику можно классифицировать по нескольким основным признакам (Рис. 1). Первым классификационным признаком является количество измерений, используемых при создании и обработке изображения. По этому признаку вся компьютерная графика делится на два класса: плоская (или двухмерная) графика, при работе с которой любое изображение имеет лишь два измерения – ширину и высоту, и объемная (или трехмерная, 3D-) графика, которая характеризуется тремя пространственными измерениями – шириной, высотой и глубиной. Наличие у трехмерных изображений координаты глубины дает возможность взглянуть на них с другого ракурса, не перерисовывая при этом самих изображений.  Рисунок 1. Классификация компьютерной графики Вторым классификационным признаком является способ формирования изображений, по которому компьютерная графика может быть разделена на растровую, векторную и фрактальную. Основным элементом растровой графики является точка, совокупность точек образует изображение. Векторная графика работает с линиями, которые описываются математически как единый объект. Фрактальная графика, как и векторная, основана на математических вычислениях, однако базовым элементом является сама математическая формула. растровая графика векторная графика фрактальная графика    Рисунок 2. Двумерная графика Третьим признаком является способность динамического изменения изображения. По данному признаку можно выделить два класса: статическая графика и интерактивная (анимационная) графика. Под интерактивной компьютерной графикой понимают раздел компьютерной графики, изучающий вопросы динамического управления со стороны пользователя содержанием изображения, его формой, размерами и цветом на экране с помощью интерактивных устройств взаимодействия. Четвертым признаком может служить специализация компьютерной графики в отдельных областях. Так, можно выделить инженерную графику, дизайн-графику, Web-графику и другие области. Тема 1. Растровые изображения. 1) Растровая графика, основные понятия Все растровые изображения состоят из множества точек. Это наиболее простой способ представления изображения, потому что именно таким образом видит его наш глаз. Процесс формирования растрового изображения можно сравнить с мозаичным панно, где с помощью одинаковых по форме, но различных по цвету элементов создаются различные образы. Если отойти от мозаичного панно достаточно далеко, отдельные элементы становятся неразличимо малы, и изображение кажется однородным. Точно так же кодируются и растровые изображения в компьютерной графике. Все изображение подобно таблице разбивается по горизонтали и вертикали на мелкие ячейки – точки, каждая из которых принимает усредненный по площади ячейки цвет. При работе с изображением в памяти компьютера запоминается вся таблица (именно поэтому растровые изображения всегда прямоугольные) и цвет каждой ее точки. Таким образом, в растровых изображениях не существует объектов как таковых. Пиксель – неделимая точка в графическом изображении. Пиксель характеризуется прямоугольной формой и размерами, определяющими пространственное разрешение изображения. Под растровым (bitmap, raster) понимают способ представления изображения в виде совокупности отдельных точек (пикселей) различных цветов или оттенков.  Рисунок 3. Пример Растрового изображения Растровый способ кодирования изображений обеспечивает легкость их ввода с помощью сканеров. Светочувствительный элемент сканера измеряет оптическую плотность сканируемого оригинала (рисунка, фотографии, слайда) по всей его площади: в отдельных точках с заданным интервалом вдоль и поперек оригинала. В результате получается прямоугольная таблица, каждая ячейка которой соответствует измеренному значению цвета. Она представляется точным снимком оригинала в цифровой форме. Каждая ячейка таблицы называется точкой, а вся таблица – растровым изображением. Цифровое изображение, находящееся в памяти компьютера, не имеет своего физического воплощения, это всего лишь набор цифр. Увидеть его можно только посредством какого-либо устройства вывода. По этой причине внешний вид изображения (размер, качество, цветопередача и т.п.) сильно зависят от характеристик монитора или принтера. Достоинством растрового способа представления изображений является возможность получения фотореалистичного изображения высокого качества в различном цветовом диапазоне. + 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. Недостатком – то, что высокая точность и широкий цветовой диапазон требуют увеличения объема файла для хранения изображения и оперативной памяти для его обработки. - Большой размер файлов с простыми изображениями. - Невозможность идеального масштабирования. - Невозможность вывода на печать на плоттер. Растровая графика описывает изображения с использованием цветных точек, называемых пикселями, расположенных на сетке. При редактировании растровой графики редактируются 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. 2) Основные характеристики растровой графики Размер изображения. Растровые изображения характеризуются количеством составляющих их точек. В силу частого отождествления точек и пикселей размеры изображений измеряют в пикселях. Это представляется удобным, если изображение предназначено только для демонстрации на мониторе (Web-страницы и прочие документы для электронного распространения). Удобство обусловлено стандартизированным количеством пикселей, которое могут отображать мониторы. Для большинства мониторов эта величина составляет 800х600, 1024х768, 1152х864, 1280*960, 1280х1024, 1600х1200 и т.д. Чтобы представить себе, сколько места на экране монитора займет изображение известного размера, надо знать, сколько пикселей монитора приходится на единицу длины. Такая величина имеет собственное название – разрешение экранного изображения, и измеряется в пикселях на дюйм (pixel per inch, ppi). В каждом конкретном случае она зависит от физического размера экрана и установленного размера растровой сетки, т. е. количества пикселей по вертикали и горизонтали. Разрешение изображения определяет, насколько точно будут воспроизведены детали изображения. Чем выше разрешение, тем выше качество печати и тем больше объем данных изображения. Это, в свою очередь, означает необходимость большего объема памяти для записи изображения. Разрешение выражается в dpi (Dots Per Inch – «точках на дюйм»). Например, разрешение 400 dpi означает, что в каждом дюйме присутствует 400 точек. Размер одной точки составляет примерно 63,5 микрон (0,0635 мм). Разрешение дисплея – это степень резкости изображения, показываемого на дисплее. Разрешение дисплея измеряется в dpi (точек/дюйм). Однако термин разрешение дисплея используется и для определения разрешающей способности самого дисплея. Разрешение дисплея заметно ниже разрешения принтера или сканера. Следовательно, если нужно создать изображение для основной страницы Web, то требования к разрешению будут намного ниже, чем возможности сканера или принтера (например, вполне достаточно будет разрешения 72–100 dpi). Разрешение при печати – работа цветного струйного принтера основана на распылении чернильных частиц на бумажный или какой-либо другой носитель, используемый для печати. Разрешение при печати выражается числом чернильных частиц, которые можно распылить на один дюйм (примерно 2,54 мм) бумаги. Например, разрешение 1440 dpi означает, что на длине одного дюйма бумаги будет распылено 1440 чернильных частиц. Чем больше число чернильных частиц, тем точнее воспроизводятся детали изображения. Однако при этом соответственно возрастает и время печати. Выражать размер изображения в пикселях удобно при подготовке графики для электронного распространения. Если же цель состоит в получении печатной копии, то лучше оперировать метрическими единицами. В файлах изображений хранится информация о геометрическом размере и разрешении изображений. Эти величины используются при помещении изображения в программу верстки или подготовки иллюстраций. 3) Форматы изображения 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. 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. 4)Цветовые режимы изображения Цветовой режим определяет способ генерации цветов. Выбор цветового режима зависит от варианта вывода изображения. Цветовой режим RGB, строящийся на основе трех цветовых излучениях (красном, зеленом и синем) предназначен в первую очередь для экранных изображений. Хотя RGB-изображение можно печатать, если использовать систему управления цветом на уровне устройства печати. Цветовой режим CMYK, строящийся на основе четырех красителей (голубом, пурпурном, желтом и черном), предназначен для типографической печати с цветоделением и печати на цифровом оборудовании, например, копире в композитном виде. Цветовой режим Grayscale определяет информацию об оттенках серого (серая шкала) изображения. Используется для подготовки черно-белых изображений с градациями, например черно-белых фотографий для печати. Режим строится на основе одной черной краски. Цветовой режим Bitmap строится на информации только о черном и белом цвете изображения. Это штриховой принцип изображения, который используется для описания растровых иллюстраций с деталями без градационных переходов, как в Grayscale. Режим также строится на основе одной черной краски. Изображения всех перечисленных цветовых режимов имеют цветовые каналы, которые хранят информацию об основных цветовых компонентах. Цветовой канал представляет собой черно-белое изображение с градациями (кроме Bitmap режима). Уровень серого (яркость) в определенном месте изображения канала задает интенсивность присутствия цветовой составлюющей канала в композитном цвете изображения. Так RGB изображение имеет три канала цветности Red, Green, Blue каждый из которых может стандартно иметь 256 градаций. Таким образом 256*256*256 = 16,8 млн цветов RGB гаммы. CMYK изображение в свою очередь имеет четыре канала цветности Cyan, Magenta, Yellow и Black, каждый из которых может иметь 100 градаций. Изображения Grayscale и Bitmap имеют по одному цветовому каналу. Первый может содержать 256 градаций серого, а второй 2 цвета - черный и белый. Существует такой параметр - глубина цвета изображения, которая определяет количество памяти, выделяемое на все каналы изображения для запоминания цветовой гаммы. Для всех цветовых режимов, кроме Bitmap, на каждый канал выделяется 8 бит (28 = 256 комбинаций), тогда глубина цвета в RGB изображении равна 24 бит, в CMYK равна 32 бит, а в Grayscale равна 8 бит. В Bitmap режиме на канал выделяется 1 бит (21=2 комбинации) и глубина цвета равна 1 биту, Глубина цвета напрямую влияет на размер файла изображения: Размер файла, (байт) = Пиксельный размер, (px*px) X Глубина цвета, (bits/px) 5) Применение растровых изображений. Растровые изображения применяются:
 Рисунок 4. Применение растрового изображения при иллюстрации книги   Рисунок 5. Применение растровых изображений в рекламе  Рисунок 6. Иллюстрация для одной браузерной игрушки. Автор LeninFlower  Рисунок 7. Создание картины в Adobe Photoshop. Автор Advil  Рисунок 8. Применение растровых изображений при создании комиксов. Автор: kramor  Рисунок 9. Применение растровых изображений при создании коллажей. Фотоарт. Автор: Yafit  Рисунок 10. Иллюстрация к Библейской истории о Египетском принце – Моисеи. Фотошоп. Автор: Yafit 6) Задачи редактирования растрового изображения. Редактирование изображений — изменение оригинала изображения классическими или цифровыми методами. Также может обозначаться термином ретуши́рование, ре́тушь (фр. retoucher — подрисовывать, подправлять). Целью редактирования является коррекция дефектов, подготовка к публикации, решение творческих задач. Виды и цели редактирования изображений:
Инструменты структурного редактирования цифровых изображений
Размер изображения может быть изменён до необходимого с помощью математических алгоритмов, которые высчитывают цвет пикселей исходя из цвета пикселей оригинала. Следует учитывать, что при увеличении изображений теряется резкость, при уменьшении — детализация. Часто композицию изображения можно также улучшить, удалив лишние области по краям. Это называется кадрированием.
Создание из частей нескольких изображений нового изображения. Имеет почти такую же историю развития, как и фотография. В настоящее время часто применяется не только профессиональными, но и простыми людьми.
Обтравкой называется процесс выделения какого-то объекта на изображении с целью его отделения от фона.
В программах редактирования изображения присутствуют различные алгоритмы для удаления или уменьшения шума. Это в первую очередь цифровой шум матрицы цифровой фотокамеры. В подобной коррекции также могут нуждаться зерно плёнки, артефакты сжатия, пыль и царапины на оригинале.
В узком смысле ретушь — устранение ненужных деталей изображения, шумов, изменение композиции. Часто к ретуши приходится прибегать для того, чтобы убрать дефекты кожи, пыль на одежде модели.
Программы редактирования могут поворачивать изображения под любым углом или отражать зеркально.
Фильтры и спецэффекты используются для придания изображению необычного вида. С помощью фильтров картинка может быть искажена необычным образом, стилизована, может быть добавлена видимость объемного рельефа, изменены цвета.
Расширение динамического диапазона изображения путём комбинирования фотографий одного сюжета, полученных с разной экспозицией. Для этого делается несколько кадров с одним положением камеры (желательно со штатива). При обработке, изображения с разной экспозицией объединяются в одно. Это позволяет зафиксировать высококонтрастный сюжет без выбеливания ярко освещённых объектов и без недопустимого зашумления тёмных деталей.
Цветокоррекция — внесение изменений в цвет оригинала. Многие относят к цветокоррекции те процедуры, которые не связаны с изменением сюжета изображения. В более узком смысле цветокоррекция — это такое преобразование изображения, объекта или фрагмента, когда новый цвет обрабатываемого пикселя зависит от старого значения этого пикселя и не зависит от соседних пикселей. Основная причина, по которой приходится выполнять коррекцию цвета, следующая: человеческий глаз имеет способность адаптироваться к силе и спектральным характеристикам освещения таким образом, что сохраняется восприятие цвета предметов в большинстве случаев независимо от спектрального состава освещения, камера же фиксирует световое излучение без адаптации и, при просмотре в других условиях, фотографии иногда сильно отличаются от того, что мы видели, когда фотографировали. Для устранения этой проблемы в фотографии используются алгоритмы выбора и настройки белого цвета. Эти алгоритмы уже можно назвать цветокоррекцией. Как и любой другой метод, цветокоррекцию можно применить как инструмент реализации творческого замысла или пожеланий заказчика. Инструменты подготовки изображения к публикации Изменение цветовых пространств (цветоделение) Для разных целей (например, отображение на экране компьютера и печать на бумаге) используются разные способы воспроизведения изображений и разные математические модели, описывающие цвет (цветовые пространства) в зависимости от способа воспроизведения. Программы редактирования изображений способны конвертировать изображения из одного цветового пространства в другое. Основная задача подготовки к публикации — привести изображение к требованиям технического процесса, максимально сохранив при этом само изображение. Например, при подготовке к офсетной печати необходимо провести цветовое преобразование в цветовое пространство печати (чаще всего — CMYK), обеспечить отсутствие превышения суммарной плотности краски и «белых пятен», то есть участком, где минимальное содержание краски меньше минимально отображаемого данным печатным процессом, скорректировать изображение с тем, чтобы нейтральные цвета были переданы определенным для данного печатного процесса сочетанием красок, упредить снижение резкости в процессе смены растра под новый техпроцесс (например, с использование нерезкого маскирования). Теория обработки изображений Термины и определения В широком смысле, обработка изображений — это любая форма обработки информации, для которой входом являются изображения, например, фотографии или видеокадры. Поэтому термин «Редактирование изображений» является частным случаем термина «обработка изображений». Редактирование изображений — изменение деталей оригинального изображения (в настоящее время, в основном, цифровыми методами). 7) Современный рынок редакторов растровых изображений. Основные редакторы: Adobe Photoshop - многофункциональный редактор, разработанный и распространяемый фирмой Adobe Systems. В основном, работает с растровыми изображениями, но также имеет некоторые векторные инструменты. Продукт доступен на платформах Mac OS X/Mac OS и Microsoft Windows. Photoshop используется в полиграфии, в веб – дизайне, также в кругах разработчиков компьютерных игр. Основной формат Photoshop, PSD, может быть экспортирован и импортирован всеми программными продуктами Adobe. Photoshop CS3 в версии Extended поддерживает также работу с трёхмерными слоями. Из-за высокой популярности Photoshop поддержка специфического для неё формата PSD была реализована во многих графических программах, таких как Macromedia Fireworks, Corel PHOTO-PAINT, WinImages, GIMP, Corel Paint Shop Pro и других. Photoshop поддерживает следующие цветовые модели или способы описания цветов изображения (в нотации самой программы – режим изображения): RGB, LAB, CMYK, Grayscale, Bitmap, Duotone, Indexed, Multichannel. Поддерживается обработка изображений, как с традиционной глубиной цвета 8 бит (256 градаций на один канал), так и с повышенной 16 и 32 бит (65’536 и 4’294’967’296 градаций на канал соответственно). Возможно сохранение в файле дополнительных элементов, как то: направляющих (Guide), каналов (например, канала прозрачности – Alpha channel), путей отправки (Clipping path), слоёв, содержащих векторные и текстовые объекты. Файл может включать цветовые профили (ICC), функции преобразования цвета (transfer functions), пропорции пикселя (Pixel Aspect Ratio). Расширенная версия программы Adobe Photoshop Extended предназначена для более профессионального использования – при создании фильмов, видео, мультимедийных проектов, трехмерного графического дизайна и веб-дизайна, для работы в областях производства, медицины, архитектуры, при проведении научных исследований. Adobe Fireworks (FW) – растровый и векторный графический редактор для веб-дизайнеров и разработчиков, позволяющий быстро создавать, редактировать и оптимизировать изображения для веб-сайтов, эскизы веб-сайтов и веб-приложений. Fireworks CS4 содержит библиотеку готовых настроек и хорошо интегрирован с Adobe Photoshop, Adobe Illustrator, Adobe Dreamweaver и Adobe Flash. Интерфейс программы очень похож на интерфейс обычного графического редактора. Corel PHOTO-PAINT – растровый графический редактор, разработанный канадской корпорацией Corel. PHOTO-PAINT может создавать изумительные по красоте картины с помощью коллажа, монтажа, рисования кистью и готовыми объектами, web – графику. Является аналогом Adobe Photoshop. Тема 2. Интерфейс Adobe Photoshop 1. Понятие палитры, рабочая область программы. Графический редактор Adobe Photoshop CS4 () входящий в программный пакет Adobe Creative Suite используется для создания и обработки растровой графики. Этот программный продукт предназначен для установки на современные персональные компьютеры с операционными средами Microsoft и Macintosh. Системные требования:
 Рисунок 11. Рабочая среда графического редактора Adobe Photoshop CS4 Интерфейс программы подчинен необходимости освободить большую часть окна для работы с редактируемым изображением. Любой набор и расположение элементов интерфейса в рабочем окне программы будем называть рабочим пространством. Это пространство пользователь может впоследствии трансформировать и настроить под конкретные виды выполняемых работ (например, редактирование графического файла, или просмотр результатов). В процессе работы пользователь переключается между сохраненными стилями рабочего пространства. Основными элементами рабочего пространства Adobe Photoshop CS4 являются (рис. 11): 1 - Строка меню (расположена в верхней части экрана). В этой строке команды сгруппированы в выпадающие меню. 2 - Панель «Инструменты» (Tools). Палитра инструментов содержит инструменты для создания и изменения изображений, графических объектов, элементов страниц и т.д. При этом связанные инструменты сгруппированы вместе. 3 - Панель «Управление» (иначе Панель параметров;) отображает параметры (текущие настройки) инструмента (рисования или выделения), выбранного в данный момент. Окно документа содержит отображение графического файла, над которым идет работа в данный момент, на рис. 11. не показано. В верхней строке (4) размещаются главное командное меню программы, новый инструмент для быстрого доступа к приложениям Adobe Application bar. С его помощью пользователь получает мгновенный доступ к программе Adobe Bridge, линейкам и инструментам масштабирования и перемещения Hand (Рука) и Zoom (Увеличение), функциям упорядочивания документов (Arrange Documents). На этой панели выделен также новый инструмент Canvas Rotation (Поворот холста). В Adobe Photoshop CS4 Палитры (Pallets) стали называться Панелями (Panels), они позволяют контролировать сделанную работу и выполнять редактирование. В Adobe Photoshop CS4 добавились такие панели, как 3D, Adjustments (Коррекция), Masks (Маски), Notes (Примечания). Панели (3) можно закрывать, минимизировать, группировать, помещать в стек или закреплять. Для скрытия или отображения всех палитр/панелей нажмите клавишу Tab. При перемещении панелей отображаются подсвеченные зоны, в которые можно встроить панель (рис. 12). Строка меню включает в себя:
 Рисунок 12. Выпадающее меню File |