Основні поняття та терміни комп’ютерної графіки

Цифрове зображення – це модель реального або синтезованого зображення, що зберігається на машинному носієві у вигляді сукупності цифрових кодів. Розрізняють два види зображень: растрові і векторні.

Растр являє собою прямокутну решітку, що складається з рядків та стовпчиків. Растрове зображення створюється шляхом заповнення відповідних рядків та стовпчиків групами пікселів, кожен з яких є елементарним елементом растрового зображення та має свій колір. Різнокольорових пікселів бути не може. Всі пікселі в межах одного зображення мають одну форму, здебільшого квадратну, але в деяких відеододатках прямокутну. Колір кожного пікселя кодується певною кількістю бітів інформації, яка задається бітовою глибиною кольору.

Піксель (англ. pixel - picture element - елемент картинки) – неподільний прямокутний елемент растрової моделі, параметри якого описують відповідну йому ділянку реального або синтезованого зображення.

Бітова глибина кольору - це кількість бітів, яка використовується для кодування кольору окремого пікселю.

Растрова графіка представляє зображення як матрицю фіксованого розміру, що складається із крапок (пікселів) зі своїми параметрами. Визначальною характеристикою растрового зображення є дозвільна здатність.

Дозвільна здатність зображення – це відношення між його розмірами в пікселях та розмірами його друкованої копії. Чим більша дозвільна здатність зображення, тим більша буде якість зображення, його чіткість, оскільки для зображення кожного лінійного дюйму зображення використовується більше пікселів.

Від обраної дозвільної здатності залежить наскільки малим або великим буде зображення при виводі на друк та наскільки чітким буде відображення його дрібних деталей. Забігаючи вперед, потрібно сказати, що оскільки векторне зображення може змінювати свій розмір без зменшення якості, то дозвільна здатність для векторних зображень не має такого великого значення, як для растрових.

Термін „дозвільна здатність" має декілька можливих значень. Наприклад, якщо мова йде про комп'ютерний монітор, то мається на увазі кількість екранних пікселів, які виводяться на екран.

Дозвільною здатністю сканеру чи цифрової камери є та кількість пікселів на одиницю поверхні, яку цей пристрій може охоплювати. Для сканеру дозвільна здатність здебільшого вимірюється в пікселях на дюйм - ppi (pixels per inch).

Дозвільна здатність струменевих та лазерних принтерів характеризується кількістю точок, які наносяться на одиницю поверхні паперу та вимірюється в точках на дюйм - dpi (dots per inch).

Створюється растрова графіка фотоапаратами, сканерами, безпосередньо в растровому редакторі, також шляхом експорту з векторного редактора або у вигляді скріншотів.

Растрові зображення звичайно зберігаються в стислому виді. Залежно від типу стиску може бути можливо або неможливо відновити зображення в точності таким, яким воно було до стиску (стиск без втрат або стиск із втратами відповідно). Так само в графічному файлі може зберігатися додаткова інформація: про автора файлу, фотокамері і її настроюванням, кількості крапок на дюйм при печатці й ін.

Формати растрових файлів:

- BMP або Wіndows Bіtmap - звичайно використається без стиску, хоча можливо використання алгоритму RLE.

- GІF (Graphіcs Іnterchange Format) - застаріваючий формат, що підтримує не більше 256 кольорів одночасно.

- PCX застарілий формат, що дозволяв добре стискати прості зображення

- JPEG дуже широко використовуваний формат зображень. Стиск заснований на усередненні кольору сусідніх пикселов (інформація про яскравість при цьому не усредняется) і відкиданні високочастотних складових у просторовому спектрі фрагмента зображення.

- TІFF підтримує великий діапазон зміни глибини кольору, різні колірні простори, різні настроювання стиску (як із втратами, так і без) і ін.

Векторний об'єкт є елементарним елементом векторного зображення. Векторна графіка – це спосіб подання складних об'єктів і зображень у комп'ютерній графіці заснований на використанні геометричних примітивів, таких як крапки, лінії, сплайни й багатокутники. Термін "векторна графіка" використається в основному в контексті двомірної комп'ютерної графіки

Векторний об'єкт - це об'єкт, що задається контуром, який може бути обведений (в такому разі кажуть, що об'єкт має обводку) та (або) залитий кольором (в такому разі кажуть, що об'єкт має заливання).

Колір контуру та заливання об'єкту кодується певною кількістю бітів (бітова глибина кольору) та обирається за допомогою певної кольорової моделі.

Якщо растрове зображення представляється сукупністю пікселів, то векторне зображення - це сукупність математичних формул з описанням початкової та кінцевої точки кожного сегменту контуру, а також з описанням кольорів контуру та заливання.

Найбільшою перевагою растрової графіки є можливість створення фотореалістичних ілюстрацій. Звісно це можна робити і з векторними зображеннями, проте це надзвичайно складно.

З іншого боку, за допомогою векторної графіки можна легко створювати чіткі зображення, розміри яких можна легко й правильно змінювати. Можливість змінювати масштаб без втрати якості зображення є найголовнішою перевагою векторної графіки. Досягається ця можливість математичним представленням інформації в векторній графіці.

В векторній графіці є геометричні об'єкти - точка, пряма, коло та ін.; в растровій - сукупність пікселів. Тому при зміні розміру векторного зображення змінюються тільки математичні параметри опису об’єктів.

При зміні розміру растрового зображення проводиться його інтерполяція - збільшення чи зменшення кількості пікселів. Наприклад, якщо в нас намальована чорна лінія на білому фоні, то після збільшення на границі чорного та білого з'являться пікселі сірого кольору, що є результатом інтерполяції між чорним та білим. Завдяки цьому якість зображення погіршується.

Ступінь погіршення якості растрового зображення при збільшенні залежить від дозвільної здатності: чим дозвільна здатність вище, тим менші втрати якості при збільшенні. Наприклад, фотографію розміром 3 × 4 при достатній дозвільній здатності можна збільшити до формату А4. Але потрібно зазначити, що файл зображення з великою дозвільною здатністю займає багато місця на диску, для обробки такого зображення потрібно більше апаратних ресурсів.

Перевід векторної графіки в растр досить простий. Але дороги назад, як правило, немає - трасування растра, при тому що вимагає значних обчислювальних потужностей і часу, не завжди забезпечує високої якості векторного малюнка.

Важливою характеристикою зображення є його кольоровий режим. Кольорова модель - це спосіб запису інформації про колір пікселю та про колір, призначений векторному об'єкту.

Кольоровий режим визначає, які основні кольори будуть використовуватися для отримання специфічних відтінків зображення в цілому. Наприклад, колір кожного окремого пікселя в зображенні може бути отриманий за допомогою кольорових моделей RGB, CMY, Lab та інших, проте все зображення буде в режимі RGB. Це означає, що всі кольори пікселів зображення будуть перетворенні на кольори моделі RGB, а якщо аналога відтінку, обраному, наприклад, в моделі Lab, в RGB немає, то вибирається подібний відтінок з моделі RGB.

Серед кольорових моделей виділяються дві, які відповідають двом схемам формування відтінків - аддитивному та субтрактивному.

Аддитивний колір залежить від джерел освітлення та виробляється телевізійними та комп'ютерними моніторами. Світло потрапляє від джерела до ока прямо, а світловий потік складається з червоних, зелених та синіх променів світла. При змішуванні цих потоків отримуються всі відтінки, які можуть бути відображені даним пристроєм.

Оскільки основними кольорами є червоний (red), зелений (green) та синій (blue), то в комп'ютерній графіці аддитивний колір позначається як колір RGB та відповідає моделі кольору RGB.

Згідно моделі RGB кожен колір може бути представлений комбінацією трьох кольорів - червоного, зеленого та синього. Значення кожної з трьох складових може змінюватись від 0 до 255. При рівності всіх трьох складових моделі 0 буде отриманий чорний колір, а при рівності всіх складових 255 буде отриманий білий колір.

Субтрактивні кольори - кольори, які отримуються внаслідок поглинання кольору при віддзеркаленні від поверхні, яка не випромінює. Біле або кольорове світло, яке випромінюється джерелами світла, відбивається від кольорової поверхні та потрапляє в очі. В комп' ютерній графіці субтрактивне світло виробляється шляхом використання чорнил блакитного (cyan), рожевого (magenta), жовтого (yellow) та чорного (black) відтінків. Така модель кольору називається CMY (CMYK).

Згідно моделі CMYK кожен колір може бути отриманий додаванням чотирьох складових - бірюзової, рожевої, жовтої та чорної. Значення кожної з чотирьох складових може змінюватись від 0 до 100%. При рівності всіх чотирьох складових моделі нулю буде отриманий білий колір, а при рівності всіх складових 100% буде отриманий чорний колір.

Система автоматизації проектних робіт, або система автоматизованого проектування, САПР (англ. CAD, Computer-Aіded Desіgn) - програмний пакет, призначений для автоматизованого проектування (CAD), розробки (CAE) і виробництва (CAM) кінцевого продукту, а також оформлення конструкторської й технологічної документації.

Робота із САПР звичайно має на увазі створення геометричної моделі виробу (двовимірної або тривимірної), генерацію на основі цієї моделі конструкторської документації (креслень виробу, специфікацій) і наступний його супровід.