Представление графических данных

Графические данные хранятся, обрабатываются и передаются в двоичном коде, т. е. в виде большого числа нулей и единиц.

Существуют два принципиально разных подхода к представлению (оцифровке) графических данных: растровый и векторный.

Для оцифровки графических изображений при растровом представлении вся область данных разбивается на множество точечных элементов — пикселей, каждый из которых имеет свой цвет. Совокупность пикселей называется растром, а изображения, которые формируются на основе растра, называются растровым и. Число пикселей по горизонтали и вертикали изображения определяет разрешение изображения. Стандартными являются значения 640x480, 800x600, 1024x768, 1280x1024 и др. Каждый пиксель нумеруется, начиная с нуля, слева направо и сверху вниз.

При растровом способе представления графических данных под каждый пиксель отводится определенное число битов, называемое битовой глубиной и используемое для кодировки цвета пикселя. Каждому цвету соответствует определенный двоичный код (т. е. код из нулей и единиц). Например, если битовая глубина равна 1, то под каждый пиксель отводится 1 бит. В этом случае 0 соответствует черному цвету, 1 — белому, а изображение может быть толь­ко черно-белым. Если битовая глубина равна 2, то каждый пиксель может быть закодирован цветовой гаммой из 4 цветов (2²) и т. д. Для качественного представления графиче­ских данных в современных компьютерах используются цветовые схемы с битовой глубиной 8 (1 байт), 24 (3 байта), 32 (4 байта) и даже 40 (5 байт). Вполне естественно, что с увеличением глубины цвета увеличивается объем памяти, необходимой для хранения графических данных.

Основным недостатком растровой графики является большой объем памяти, необходимый для хранения изображения. Это объясняется тем, что запоминается цвет каждого пикселя, общее число которых задается разрешением, определяющим также качество представления графических данных.

При векторном представлении графических данных задается и впоследствии сохраняется математическое описание каждого графического примитива — геометрическо­го объекта (отрезка, окружности, прямоугольника и т. п.), из которых формируется изображение. Например, для воспроизведения окружности достаточно запомнить положение ее центра, радиус, толщину и цвет линии. Благодаря этому для хранения векторных графических данных требуется значительно меньше памяти.

Основным недостатком векторной графики является невозможность работы с высококачественными художественными изображениями, фотографиями и фильмами, поэтому основной сферой применения векторной графики является представление в электронном виде чертежей, схем и т. п.

Программы для работы с графическими данными делятся на растровые графические редакторы (Paint, Photo­shop) и векторные графические редакторы (Corel Draw, Visio).

Приведем краткие характеристики наиболее популярных графических форматов.

BMP (Bit Map image) — растровый формат, используемый в системе Windows. Поддерживается большинством графических редакторов (в частности, Paint и Photoshop).

Применяется для хранения отсканированных изображений и обмена данными между различными приложениями.

TIFF (Tagged Image File Format) — растровый формат. Поддерживается различными операционными системами. Включает алгоритм сжатия без потери качества изображе­ния. Используется в сканерах, а также для хранения и обмена данными.

GIF (Graphics Interchange Format) — растровый формат. Включает в себя алгоритм сжатия, значительно уменьшающий объем файла без потери информации. Поддерживает­ся приложениями для различных операционных систем. Применяется в изображениях, содержащих до 256 цветов, а также для создания анимации. Используется для разме­щения графики в Интернете.

JPEG (Joint Photographic Expert Group) — растровый формат, содержащий алгоритм сжатия, который уменьшает объем файла в десятки раз, но приводит к необратимой потере части информации. Поддерживается большинством операционных систем. Используется в основном в Интернете. PNG (Portable Network Graphic) — растровый формат, аналогичный GIF. Используется для размещения графи­ки в Интернете.

WMF (Windows Metafile) — векторный формат для Windows-приложений.

EPS (Encapsulated PostScript) — векторный формат, поддерживаемый большинством операционных систем.

CDR — векторный формат, используемый графической

системой Corel Draw.

В перечисленных графических редакторах для представления цвета используются цветовые модели.

Цветовая модель — это правило, по которому может быть вычислен цвет. Самая простая цветовая модель — битовая. В ней для описания цвета каждого пикселя (чер­ного или белого) используется всего один бит. Для представления полноцветных изображений используются более сложные модели, среди которых самые известные — модели RGB и CMYK.

Цветовая модель RGB (Red~Green-Blue, красный-зеленый-синий) основана на том, что любой цвет может быть представлен как сумма трех основных цветов: красного, зеленого и синего. В основе цветовой модели лежит декартова система координат. Цветовое пространство представляет собой куб. Любой оттенок цвета (сочетание трех базовых цветов с разной интенсив­ностью) выражается набором из трех чисел. На каждое чис­ло отводится один байт, поэтому интенсивность одного цвета имеет 256 значений (0-255), а общее количество оттен­ков цвета (2²⁴) — примерно 16,7 млн. Белый цвет в модели RGB представляется как (255, 255, 255), черный —(0, 0, 0), красный — (255, 0, 0), зеленый — (0, 255, 0), синий — (О, 0, 255), а оттенки серого — (К, К, К), где 0 < К < 255.

Другая цветовая модель — CMY — является производной модели RGB и также построена на базе трех цветов: С — Cyan (голубого), М — Magenta (пурпурного) и У — Yellow (желтого), которые образуются следующим образом.