Растровая и векторная графика

Растровая графика

Растровое изображение представляет из себя мозаику из очень мелких элементов – пикселей. Растровый рисунок похож на лист клетчатой бумаги, на котором каждая клеточка закрашена определенным цветом, и в результате такой раскраски формируется изображение.

Принцип растровой графики чрезвычайно прост. Он был изобретен и использован людьми за много веков до появления компьютеров. Во-первых, это такие направления искусства, как  мозаика, витражи, вышивка. В любой из этих техник изображение строится из дискетных элементов. Во-вторых, это рисование «по-клеточкам» - эффективный способ переноса изображения с подготовленного картона на стену, предназначенную для фрески. Суть этого метода заключается в том, что картон и стена, на которую будет переноситься рисунок, покрываются равным количеством клеток, затем фрагмент рисунка из каждой клетки картона тождественно изображается в соответствующей клетке стены.

Растровая графика работает с сотнями и тысячами пикселей, которые формируют рисунок.

Растровые графические изображения формируются в процессе преобразования графической информации из аналоговой формы в цифровую, например, в процессе сканирования существующих на бумаге или фотопленке рисунков и фотографий, при использовании цифровых фото- видеокамер, при просмотре на компьютере телевизионных передач с использованием ТВ-тюнера  так далее.

Растровое изображение хранится с помощью точек различного цвета (пикселей), которые образуют строки и столбцы. Каждый пиксель имеет определенное положение и цвет. Хранение каждого пикселя требует определенного количества битов информации, которое зависит от количества цветов в изображении.

Качество кодирования изображения зависит от двух параметров. Во-первых, качество кодирования изображения тем выше, чем меньше размер точки и соответственно большее количество точек составляет изображение.

Во-вторых, чем больше количество цветов, то есть большее количество возможных состояний точки изображения, используется, тем более качественно кодируется изображение (каждая точка несет большое количество информации).

Основной характеристикой растрового изображения являются:

Глубина цвета.

Глубина цвета задается количеством битов, используемых для кодирования цвета точки. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 8, 16, 24 и 32 бита. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле:

N=2^I , где I-глубина цвета.

Разрешающая способность экрана.

Графический режим вывода изображения на экран монитора определяется величиной разрешающей способности. Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о каждой его точке должна храниться в видеопамяти компьютера.

В Windows предусмотрена возможность выбора графического режима и настройки параметров видеосистемы компьютера, включающей монитор и видеоадаптер.

Достоинства растровой графики.

Если размеры пикселей достаточно малы, то растровое изображение выглядит не хуже фотографии. Таким образом, растровая графика эффективно представляет изображения фотографического качества.

Компьютер легко управляет устройствами вывода, которые используют точки для представления отдельных пикселей. Поэтому растровые рисунки могут быть легко распечатаны на принтерах.

Недостатки растровой графики.

В файле растрового изображения запоминается информация о цвете каждого видеопикселя в виде комбинации битов. Бит – наименьший элемент памяти компьютера, который может принимать одно из двух значений: включено или выключено.

Простые растровые картинки занимают небольшой объем памяти (несколько десятков или сотен килобайт). Изображения фотографического качества требуют несколько мегабайт.

Таким образом, для хранения растровых изображений требуется большой объем памяти.

Самым простым решением проблемы хранения растровых изображений является увеличение емкости запоминающих устройств компьютера.

Другой способ решения проблемы заключается в сжатии графических файлов, то есть использовании программ, уменьшающих размеры файлов растровой графики за счет изменения способа организации данных.

Растровое изображение после масштабирования или вращения может потерять свою привлекательность. Например, области однотонной закраски могут приобрести странный («муаровый») узор; кривые и прямые линии, которые выглядели гладкими, могут неожиданно стать пилообразными. Если уменьшить, а затем снова увеличить до прежнего размера растровый рисунок, то он станет нечетким и ступенчатым, а закрашенные области могут быть искажены. Это значит, что растровые изображения имеют очень ограниченные возможности при масштабировании, вращении и других преобразованиях.

Векторная графика

В векторной графике изображении строятся из простых объектов – прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников, областей однотонного или изменяющегося цвета (заполнителей) и тому подобное, называемых примитивами. Из простых векторных объектов создаются различные рисунки.

Комбинируя векторные объекты-примитивы и используя раскраску различными цветами, можно получить и более интересные иллюстрации.

Векторная графика описывает изображения с использованием прямых и изогнутых линий, называемых векторами, а также параметров, описывающих цвета и расположение. Например, изображение древесного листа описывается точками, через которые проходит линия, создавая тем самым контур листа. Цвет листа задается цветом контура и области внутри этого контура.

При редактировании элементов векторной графики Вы изменяете параметры прямых и изогнутых линий, описывающих форму этих элементов. Вы можете переносить элементы, менять их размер, форму и цвет, но это не отразится на качестве их визуального представления. Векторная графика не зависит от разрешения, т.е. может быть показана в разнообразных выходных устройствах с различным разрешением без потери качества.

Векторное представление заключается в описании элементов изображения математическими кривыми с указанием их цветов и заполняемости (вспомните, круг и окружность - разные фигуры). Красный эллипс на белом фоне будет описан всего двумя математическими формулами - прямоугольника и эллипса соответствующих цветов, размеров и местоположения. Очевидно, такое описание займет значительно меньше места, чем в первом случае. Еще одно преимущество - качественное масштабирование в любую сторону. Увеличение или уменьшение объектов производится увеличением или уменьшением соответствующих коэффициентов в математических формулах. К сожалению, векторный формат становится невыгодным при передаче изображений с большим количеством оттенков или мелких деталей (например, фотографий). Ведь каждый мельчайший блик в этом случае будет представляться не совокупностью одноцветных точек, а сложнейшей математической формулой или совокупностью графических примитивов, каждый из которых, является формулой. Это приводит к утяжелению файла. Кроме того, перевод изображения из растрового в векторный формат (например, программой Adobe Strime Line или Corel OCR-TRACE) приводит к наследованию последним невозможности корректного масштабирования в большую сторону. От увеличения линейных размеров количество деталей или оттенков на единицу площади больше не становится. Это ограничение накладывается разрешением вводных устройств (сканеров, цифровых фотокамер и др.).

Векторные графические изображения являются оптимальным средством хранения высокоточных графических объектов (чертежи, схемы и прочие), для которых имеет значение сохранение четких и ясных контуров.

Векторные графические изображения хранятся в памяти компьютера в виде графических примитивов и описывающих их математических формул.

Например, графический примитив точка задается своими координатами (Х, Y), линия – координатами начала (X1, Y1) и конца (X2, Y2), окружность – координатами центра (X, Y) и радиусом (R), прямоугольник – координатами левого верхнего угла (X1, Y1) и правого нижнего угла (X2, Y2) и так далее. Для каждого примитива задается также цвет.

Достоинства векторной графики.

Векторные рисунки, состоящие из тысяч примитивов, занимают память, объем которой не превышает нескольких сотен килобайт. Для сравнения, аналогичный растровый рисунок требует памяти в 10-1000 раз больше. Таким образом, векторные изображения занимают относительно небольшой объем памяти.

Векторные объекты задаются с помощью описаний. Поэтому, чтобы изменить размер векторного рисунка, нужно исправить его описание. Например, для увеличения или уменьшения эллипса достаточно изменить координаты левого верхнего и правого нижнего угла прямоугольника, огранивающего этот эллипс. И снова для рисования объекта будет использоваться максимально возможное число элементов (видеопикселей или точек). Следовательно, векторные изображения могут быть легко масштабированы без потери качества.

Недостатки векторной графики.

Прямые линии, окружности, эллипсы и дуги являются основными компонентами векторных рисунков. Поэтому до недавнего времени векторная графика использовалась для построения чертежей, диаграмм, графиков, а также для создания технических иллюстраций. С развитием компьютерных технологий ситуация несколько изменилась: сегодняшние векторные изображения по качеству приближаются к реалистическим. Однако векторная графика не позволяет получать изображения фотографического качества. Дело в том, что фотография – мозаика с очень сложным распределением цветов и яркости пикселей и представление такой мозаики в виде совокупности векторных примитивов – достаточно сложная задача.

Векторные изображения описываются десятками, а иногда и тысячами команд. В процессе печати эти команды передаются устройству вывода (например, лазерному принтеру). При этом может случится так, что на бумаге изображение будет выглядеть совсем иначе, чем хотелось пользователю, или вообще не распечатается. Дело в том, что принтеры содержат свои собственные процессоры, которые интерпретируют переданные им команды. Поэтому сначала нужно проверить, понимает ли принтер векторные команды данного стандарта, напечатав какой-нибудь простой векторный рисунок. После успешного завершения его печати можно уже напечатать сложное изображение. Если же принтер не может распознавать какой-либо примитив, то следует заменить его другим – похожим, но понятным принтеру. Таким образом, векторные изображения иногда не печатаются или выглядят на бумаге не так, как хотелось бы.

Таблица 1.Сравнение растровой и векторной графики