Комп’ютерна графіка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Комп'ютерна графіка

Підготувала

Студентка 41 групи

Замішка Уляна

Львів 2016

1. Формати графічних файлів. Алгоритми стиснення зображень

Графічні формати поділяться на векторні і растрові.

Способи форматування задають структуру даних і відрізняються один від одного. Для того, щоб комп'ютери і програми могли читати і обробляти дані, структури файлів повинні відповідати певним правилам. Поширені формати на етапі додрукарської обробки видання: TIFF, EPS і PDF.

Растрові формати

· APNG -- (Animated Portable Network Graphics) -- формат зображень побудований на форматі PNG, передбачує можливість зберігання анімації аналогічно до тої, котра використовується в форматі GIF, а також кольорів прозорості (прозорість 8 біт на противагу одному прозорому кольору в GIF-зображенні).

· BMP (Bitmap) -- bitmap-формат або DIB (англ. device independent bitmap)-формат файлу зображень растрової графіки, в якому зображення зберігається у вигляді двовимірного масиву пікселів. Запам'ятовує одно і багатокольорові (RGB) ілюстрації у формі Pixel. BMP-формат використовується в операційній системи Windows та OS/2. Дані цього формату включаються в двійкові файли ресурсів RES і в PE-файли.

Формат файлу BMP здатний зберігати 2D цифрові зображення довільної ширини, висоти та роздільної здатності, як монохромні так і кольорові, різної глибини кольору, і, необов'язково, зі стисненням данних, альфа-каналом та керуванням кольору. Специфікація Windows Metafile (WMF) охоплює формат файлу BMP. Серед іншого, wingdi.h визначає BMP-константи та структури.

· GIF від англ. Graphics Interchange Format -- «формат обміну зображеннями») -- 8-бітний растровий графічний формат, що використовує до 256 чітких кольорів із 24-бітного діапазону RGB. Формат було розроблено компанією CompuServe у 1987 році, і з того часу набув широкої популярності у всесвітній павутині завдяки своїй відносній простоті та мобільності. Одними із головних особливостей формату є підтримка анімації та прозорості.

· ICO (Windows icon) -- формат зберігання файлів значків.

Формат ICO аналогічний формату CUR (Windows cursors), призначеному для зберігання курсорів. Відмінність полягає в чисельному значенні одного поля в головній структурі, і інтерпретації значень двох інших полів цієї ж структури.

Один ICO-файл містить один або декілька значків, розмір і кольором кожного з яких задається окремо. Розмір значка може бути будь-яким, але найбільш вживані квадратні значки із стороною 16, 32 і 48 пікселів. Також використовуються значки з розміром 24, 40, 60, 72, 92, 108, 128 пікселів.

· ILBM -- різновид файлів формату TIFF використовувана для зберігання даних растрової графіки. Форматом підтримується кольорове зображення представлене сукупністю однобітних масивів, кожен з яких зберігає 1 біт даних для одного пікселя у зображенні. Такі масиви називають біт-планами (англ. bitplanes), або бітмапами (англ. bitmaps). Також, форматом підтримується горизонтальне і вертикальне стискання даних зображення алгоритмом RLE.

· JPEG (Joint Photographic Experts Group) -- растровий формат збереження графічної інформації, що використовує стиснення з втратами.

При необхідності дуже сильного стиснення втрати можуть бути переглянуті за допомогою модуля Matrixmuster (матричний зразок, матричний малюнок). Втрати і спотворення інформації через ступінь стиснення можуть проявлятися вже в призначених для користувача програмах. Допустимий рівень стиснення залежить від характеру зображення та існує, як правило, в межах 1:10. Формат JPEG часто використовується як формат даних в цифрових камерах. У Інтернеті формат JPEG застосовується для відображення напівтонових ілюстрацій та графічної інформації з плавним переходом тонів. Формат JPEG, на відміну від GIF і PNG, не підтримує ні анімацію, ні прозорість. Область застосування формату досить вузька -- розповсюдження високоякісної напівтонової графіки в Інтернеті. Формат підтримується практично всіма сучасними графічними програмами та веб-браузерами.

Алгоритм стиснення даних, що використовується у форматі, базується на алгоритмі дискретного косинусного перетворення.

Найбільша роздільна здатність,яку підтримує формат JPEG/JFIF є 65535Ч65535.

· JPEG 2000 -- спосіб стиснення даних, який відрізняється від JPEG меншими втратами при дуже високих ступенях стиснення. Ілюстрації описуються у всій сукупності, а не діляться на окремі блоки. JPEG 2000 може працювати з різною роздільною здатністю, необхідною для того або іншого представлення зображення (наприклад, попередній перегляд або показ в Інтернеті).

· JPEG XR -- новий графічний формат, запропонований Microsoft у травні 2006 року на Windows Hardware Engineering Conference (WinHEC).

Новий стандарт підтримується операційною системою Vista, а також будь-якій ОС зі встановленим .NET Framework 3.0. Він визначає колірні формати для друку і для відображення кодування цілочисельною і з плаваючою крапкою для розширення динамічного діапазону, опції стискування з втратами і без, ефективне декодування для багатьох дозволів і мінімальні витрати комп'ютерних ресурсів для перетворення або декодування.

· MNG (англ. Multiple-image Network Graphics) -- формат графічних файлів. Підтримує всі можливості алгоритмів стискання PNG і JPEG (зокрема напівпрозорість і гаму) для створення анімованих зображень. Поки підтримується тільки в Mozilla/NN6 і Konqueror.

· PBM, PGM, PPM, PNM Portable PixMap -- прості формати зберігання зображень: кольорових (англ. Portable PixMap, PPM), напівтонових (англ. Portable GrayMap, PGM) і чорно-білих (англ. Portable BitMap, PBM); визначають правила для обміну графічними файлами. Ці формати можуть забезпечувати проміжне представлення даних при конвертації растрових графічних файлів трьох перерахованих типів між різними платформами. Деякі програми підтримують ці три формату безпосередньо, визначаючи їх, як формат PNM (portable anymap). Формат PPM був розроблений Джефом Посканзером

· PCX Тип формату -- растровий. Більшість файлів такого типу використовують стандартну палітру кольорів, але формат був розширений з розрахунку на зберігання 24-бітових зображень. PCX -- апаратно-залежний формат. Призначається для зберігання інформації у файлі в такому ж вигляді, як і у відеоплаті. Для сумісності із старими програмами необхідна підтримка EGA-режима відеоконтроллером. Алгоритм такого стискання дуже швидкий і займає невеликий обсяг пам'яті, проте не дуже ефективний, непрактичний для стискання фотографій і детальнішої комп'ютерної графіки.

Негативні сторони формату

1. не підтримує зображення з відтінками сірого або таблиці корекції шкали сірого;

2. не підтримує кольору CMYK або інші системи відмінні від RGB;

3. численні варіанти, особливо при роботі з кольорами, можуть робити роботу з файлом неможливим;

4. незручна схема стискання насправді може збільшувати розміри деяких файлів.

· PNG (Portable Network Graphics) -- растровий формат збереження графічної інформації, що використовує стиснення без втрат. PNG був створений для заміни формату GIF графічним форматом, який не потребує ліцензії для використання.

Формат PNG зберігає інформацію у стиснутому вигляді, але стиснення проводиться без втрат якості, на відміну від формату JPEG. Формат PNG спроектований на заміну застарілого і простішого формату GIF, а також подекуди, для заміни складнішого формату TIFF

Формат PNG характеризується сильнішим рівнем стиснення для файлів з більшою кількістю кольорів ніж GIF, але різниця становить близько 5-25%, чого недостатньо для абсолютної переваги формату, тому що маленькі картинки GIF стискає принаймні не гірше. Існує також одна особливість GIF, яку не повторює PNG -- це можливість збереження множинного зображення, особливо мультиплікації. Призначення PNG -- зберігати лише одне зображення. Для передачі множинних зображень використовується розширений формат MNG, опублікований у середині 1999 року, який підтримується у різних прикладних програмах.

· PSD стандартний формат пакету Adobe Photoshop і відрізняється від більшості звичайних растрових форматів можливістю зберігання шарів (layers). Формат підтримує альфаканали, шари, контури, прозорість, векторні написи тощо

Прекрасно підійде для перенесення або зберігання зображень, що містять специфічні, властиві тільки Adobe Photoshop, елементи. Головний недолік -- апаратно залежний.

Переваги формату

o Зберігає шари і папки шарів;

o Зберігає прозорість та напівпрозорість;

o Зберігає векторні графічні елементи і стилі шарів програми Photoshop;

o Зображення стискується без втрати якості(RLE-стиснення).

Недоліки формату

o Великий обсяг файлу;

o Повністю підтримується тільки Adobe Photoshop;

o Закриті специфікації, що заважає повноцінній підтримці в інших програмах.

· TGA растровий графічний формат. Початково був створений компанією Truevision Inc для графічних адаптерів власного виробництва ще в 1984, але надалі набув популярності і використовувався на різних платформах, особливо в області обробки відео та анімації.

Зазвичай файли цього формату мають розширення .tga у системах DOS-типу, або .tpic на комп'ютерах Macintosh. Формат підтримує глибина кольору 1--32 біти на піксель. Є також підтримка альфа-каналів, стискування в формат RLE.

· TIFF (англ. Tag Image File Format або Tagged Image File Format) -- графічний формат, розроблений компанією Aldus (сучасна Adobe) у 1987 році, як один з базових універсальних форматів представлення високоякісних зображень, які використовуються у поліграфічній галузі. Попри те, що формат досить старий, він не втратив своїх позицій і досі широко використовується за призначенням. Найбільш недавня версія формату, TIFF 6 представлена у 1992 році.

· WMP новий графічний формат, запропонований Microsoft у травні 2006 року на Windows Hardware Engineering Conference (WinHEC).

Новий стандарт підтримується операційною системою Vista, а також будь-якій ОС зі встановленим .NET Framework 3.0. Він визначає колірні формати для друку і для відображення кодування цілочисельною і з плаваючою крапкою для розширення динамічного діапазону, опції стискування з втратами і без, ефективне декодування для багатьох дозволів і мінімальні витрати комп'ютерних ресурсів для перетворення або декодування.

Векторні формати

· SVG та SVGZ (Scalable Vector Graphics) (з англ. масштабована векторна графіка) -- специфікація мови розмітки, що базується на XML та формат файлів для двовимірної векторної графіки, як статичної, так і анімованої та інтерактивної. SVG може бути виключно декларативним, або містити описи сценаріїв. Зображення можуть містити зовнішні посилання шляхом застосування простих XLink-ів

· EPS (Encapsulated PostScript) -- (англ. Encapsulated PostScript) -- формат файлів розроблений компанією Adobe Systems, закодований в машинні коди графічний файл який описано мовою програмування PostScript. Використовується переважно для друку. Містить як векторну інформацію так і растрову. До восьмої версії Adobe Illustrator цей формат використовувався як внутрішній. Подальшу розробку формату припинено. Логічним продовженням формату EPS є формат PDF

· Метафайли Windows: WMF, EMF WMF (англ. Windows MetaFile) -- універсальний формат векторних графічних файлів для додатків Windows. Використовується для збереження колекції векторних зображень Microsoft Clip Gallery. Формат був розроблений компанією Microsoft і є неодмінною частиною Windows, оскільки зберігає послідовність апаратно-незалежних функцій GDI (Graphical Device Interface), що виводять зображення безпосередньо на заданий графічний пристрій (екран, принтер тощо). WMF використовують для збереження образу вікна і його подальшого відновлення, а також при перенесенні інформації за допомогою буфера обміну (clipboard). Операційна система Windows дозволяє швидко і просто взаємодіяти із файлами у форматі, що може бути відкритим і за допомогою кросплатформених додатків GIMP (з попереднім растеризуванням) або Inkscape.

Як формат векторної графіки WMF в тій чи іншій мірі підтримується і іншими потужнішими пакетами -- AutoCAD, LibreOffice, і може використовуватися для обміну даними між ними.

· CDR основний формат векторного графічного редактора CorelDRAW. Формат CDR став універсальним для інших програм завдяки використанню окремої компресії для векторних і растрових зображень, можливості вбудовувати шрифти, величезному робочому полю 45х45 метрів, підтримці багатосторінковості.

· AI (Adobe Illustrator) -- формат файлу, розроблений Adobe Systems для зберігання векторних зображень. Adobe Illustrator для зберігання файлів AI використовує розширення .ai. AI підтримують практично всі програми, пов'язані з векторною графікою. Цей формат є найкращим посередником при передачі зображень з однієї програми в іншу. У цілому, поступаючись CorelDRAW у ілюстративних можливостях, (може містити в одному файлі тільки одну сторінку, має маленьке робоче поле -- цей параметр дуже важливий для зовнішньої реклами -- всього 3х3 метри) тим не менш, він відрізняється найбільшою стабільністю і сумісністю з мовою PostScript, на яку орієнтуються практично всі видавницько-поліграфичні додатки.

Комплексні формати

· DjVu (вимовляється «дежавюм», від фр. dйjа vu -- дежавю -- колись вже бачене) -- технологія стискання зображення з втратами, розроблене компанією AT&T спеціально для зберігання відсканованих документів -- книг, журналів, рукописів та ін., де наявна велика кількість формул, схем, рисунків та рукописних символів, котрі роблять повноцінне розпізнавання такого документа надзвичайно складним та трудоємним. Також це дуже ефективне рішення, коли необхідно передати всі особливості оформлення документа. Наприклад в історичних документах важливим є не тільки зміст, а й колір, фактура паперу, його дефекти: тріщини, сліди від згинів, клякси, залишені сліди предметів тощо.

В основі формату DjVu лежить декілька технологій, розроблених в компанії AT&T. Зокрема:

o алгоритм відокремлення тексту від фону на відсканованих зображеннях;

o хвильовий (вейвлетний) алгоритм стискання фону IW44;

o алгоритм стискання чорно-білого зображення JB2;

o універсальний алгоритм стискання ZP;

o алгоритм розпакування «на запит»;

o алгоритм «маскування» зображень.

В процесі перекодування в DjVu-формат використовується технологія розділення вихідного зображення на три шари: передній план, фон та чорно-білу маску. До кожного з цих шарів застосовуються власні алгоритми стискання.

· EPS (англ. Encapsulated PostScript) -- формат файлів розроблений компанією Adobe Systems, закодований в машинні коди графічний файл який описано мовою програмування PostScript. Використовується переважно для друку. Містить як векторну інформацію так і растрову. До восьмої версії Adobe Illustrator цей формат використовувався як внутрішній. Подальшу розробку формату припинено. Логічним продовженням формату EPS є формат PDF

· PDF відкритий формат файлу[2] , створений і підтримуваний компанією Adobe Systems, для представлення двовимірних документів у незалежному від пристрою виведення та роздільної здатності вигляді. Кожен PDF-файл може містити повну інформацію про 2D-документ, таку як: тексти, зображення, векторні зображення, відео, інтерактивні форми та ін.

· PICT -- формат даних комп'ютерів Macintosh для запам'ятовування одно- і багатокольорових ілюстрацій. Застосовується користувачами CD-дисків.

· SWF (Shockwave Flash або Small Web Format)[2] це пропрієтарний відео формат для мультимедіа, векторної графіки та ActionScript.[3] Був розроблений FutureWave Software, потім переданий до Macromedia, і в решті решт попав під контроль Adobe. SWF файли можуть містити анімацію або аплети з різними ступенями інтерактивності та функціональності. Картинка, збережена в цьому форматі, масштабується без видимих спотворень, відеоролик має невеликий розмір, відбувається швидше завантаження відео файлу та його відтворення.

Наразі, SWF це основний формат для показу анімованої векторної графіки в вебі.[4] Використовується також для програм, найчастіше для браузерних ігор на основі ActionScript.

SWF файли можуть бути створені декількома різними продуктами Adobe включаючи Flash, Flash Builder (IDE), After Effects та використовуючи MXMLC -- програму-компілятор в командному рядку. Хоча Adobe Illustrator генерує файли SWF функцією «export», він не може відкривати або редагувати їх. Крім продуктів Adobe, формат може бути створений за допомогою компілятора з відкритим кодом MTASC, бібліотеки з відкритим кодом Ming та вільного програмного забезпечення SWFTools. Також є багато трьохсторонніх програм, що можуть виробляти файли цей формату, наприклад Multimedia Fusion 2, Captivate та SWiSH Max.

За походженням, термін SWF є абревіацією ShockWave Flash. Пізніше значення було змінене на бекронім Small Web Format, щоб уникнути плутанини з іншою технологією -- Shockwave, від якої SWF походить.

2. Алгоритми архівації без втрат

Алгоритм RLE

Алгоритм RLE (Run Length Encoding) -- один з найстаріших і найпростіших алгоритмів архівації графіки. Зображення в ньому витягується в ланцюжок байт по рядках растра. Саме стиснення в RLE відбувається за рахунок того, що у вихідному зображенні зустрічаються ланцюжки однакових байт. Алгоритм орієнтований на зображення з невеликою кількістю кольорів: ділову та наукову графіку. До позитивних сторін алгоритму можна віднести тільки те, що він не вимагає додаткової пам'яті при архівації та розархівації, а також швидко працює.

Алгоритм LZW

Назву алгоритм LZW отримав за першими літерами прізвищ його розробників -- Lempel, Ziv і Welch. Стиснення в ньому, на відміну від RLE, здійснюється за рахунок однакових ланцюжків байт. Процес стиснення виглядає досить просто. Ми зчитуємо послідовно символи вхідного потоку і перевіряємо, чи є у створеній нами таблиці рядків такий рядок. Якщо рядок є, то ми зчитуємо наступний символ, а якщо рядка немає, то ми заносимо в потік код для попередньої знайденої рядки, заносимо рядок в таблицю і починаємо пошук знову. Алгоритм LZW орієнтований на 8-бітові зображення. LZW є універсальним алгоритмом - саме його варіанти використовуються у звичайних архіваторах.

Алгоритм Хаффмана

Алгоритм Хаффмана -- один з класичних алгоритмів, відомих з 60-х років. Використовує тільки частоту появи однакових байт в зображенні. Зіставляє символам вхідного потоку, які зустрічаються більше число раз, ланцюжок біт меншої довжини. І, навпаки, тим, які зустрічається рідко -- ланцюжок більшої довжини. Для збору статистики вимагає двох проходів по зображенню. Алгоритм Хаффмана практично не застосовується до зображень у чистому вигляді. Зазвичай використовується як один з етапів стиснення в складніших схемах. Цей алгоритм реалізований у форматі TIFF. Він є надзвичайно простим у реалізації, швидким і може бути легко реалізований апаратно.

JBIG

Алгоритм JBIG розроблений групою експертів ISO (Joint Bi-level Experts Group) спеціально для стиснення однобітних чорно-білих зображень, наприклад, факсів або відсканованих документів. Може також застосовуватися і до 2-х, і до 4-х бітових зображень. При цьому алгоритм розбиває їх на окремі бітові площини. JBIG дозволяє управляти такими параметрами, як порядок розбиття зображення на бітові площини, ширина смуг в зображенні, рівні масштабування.

Lossless JPEG

Алгоритм Lossless JPEG розроблений групою експертів в області фотографії (Joint Photographic Expert Group). На відміну від JBIG, Lossless JPEG орієнтований на повнокольорові 24-бітні або 8-бітові зображення в градаціях сірого без палітри. Він являє собою спеціальну реалізацію JPEG без втрат. Lossless JPEG рекомендується застосовувати в тих додатках, де необхідно побітова відповідність вихідного і декомпресованого зображень.

3. Алгоритми архівації з втратами

Алгоритм JPEG

JPEG -- один з найновіших і досить потужних алгоритмів. Практично він є стандартом де-факто для повнокольорових зображень. Оперує алгоритм областями 8х8, на яких яскравість і колір змінюються порівняно плавно. Внаслідок цього, при розкладанні матриці такої області в подвійний ряд косинусів значущими виявляються тільки перші коефіцієнти. Таким чином, стиснення в JPEG здійснюється за рахунок плавності зміни кольорів у зображенні. Алгоритм розроблений групою експертів в області фотографії спеціально для стиснення 24-бітових зображень. JPEG -- Joint Photographic Expert Group -- підрозділ у рамках ISO -- Міжнародної організації зі стандартизації. В цілому алгоритм заснований на дискретному косинусному перетворенні (надалі ДКП), що застосовується до матриці зображення для отримання деякої нової матриці коефіцієнтів. Для отримання початкового зображення застосовується зворотне перетворення.

Фрактальний алгоритм

Фрактальна архівація заснована на тому, що зображення представляють в компактнішій формі -- з допомогою коефіцієнтів системи ітерованих функцій (Iterated Function System -- IFS). IFS являє собою набір тривимірних афінних перетворень, які переводять одне зображення в інше. Перетворенню підлягають точки в тривимірному просторі (х_координата, у_координата, яскравість).

Найвідоміші два зображення, отриманих за допомогою IFS: «трикутник Серпінського» і «папороть Барнслі». «Трикутник Серпінського» задається трьома, а «папороть Барнслі» чотирма афінними перетвореннями. Кожне перетворення кодується кількома байтами, в той час як зображення, побудоване з їх допомогою, може займати і декілька мегабайт.

Алгоритм використовують при стисненні повнокольорових 24 бітних зображень або зображень у градаціях сірого без різких переходів кольорів (фотографії). Бажано, щоб області більшої значимості (для сприйняття) були більш контрастними і різкими, а області меншої значимості -- неконтрастними і розмитими.

Рекурсивний (хвильовий) алгоритм

Англійська назва рекурсивного стиснення -- wavelet. Цей вид архівації відомий досить давно і безпосередньо виходить з ідеї використання когерентності областей. Орієнтований алгоритм на кольорові і чорно-білі зображення з плавними переходами. Ідеальний для картинок типу рентгенівських знімків. Коефіцієнт стиснення задається і варіюється в межах 5-100. До переваг цього алгоритму можна віднести те, що він дуже легко дозволяє реалізувати можливість поступового "проявлення" зображення при передачі зображення по мережі. На відміну від JPEG і фрактального алгоритму даний метод оперує блоками 2х2, 4х4, 8х8 і т.д. За рахунок того, що коефіцієнти для цих блоків зберігаються незалежно, можна досить легко уникнути дроблення зображення на "мозаїчні" квадрати.

Параметри різних алгоритмів стиснення зображень

5. Які значення лініатури використовують для друку кольорових публікацій. Залежність лініатури від якості друкуючого паперу

Лініатура растра є однією з основних характеристик поліграфічної та цифрового друку, характеризує дозвіл друкованого процесу, тобто період растрової сітки і позначає кількість ліній растра на одиницю довжини зображення (фізично - частоту просторової структури растра). Найчастіше лініатура вимірюється в лініях на дюйм - lpi; вимірюється також в лініях на сантиметр з перекладним коефіцієнтом 2,54 (150 lpi = 59 л / см). Характеристики збігаються з характеристиками одновимірної дифракційної решітки; L = 1 / p, де р - період структури растра. Чим вище лініатура, тим більше дрібні деталі можна відтворити, проте існують фізичні обмеження на лініатуру.

Обмеженням на можливість використання растрів з високими лініатурами є той факт, що через різні явищ фарба здатна розтікатися (розтиск), що унеможливлює відтворити дуже маленьку точку. Для недорогий паперу фізичне обмеження 100 лін / см, хоча на практиці при друці застосовуються менші лініатури через те, що при використанні растрів високою лініатури результат стає сильно чутливим до параметрів друку.

Типажний ряд растрів: 20, 24, 30, 34, 36, 40, 44, 48, 54, 60, 70, 80, 100, 120, 150, 160 л / см. Внаслідок розвитку електронного растрування кількість ліній в одному сантиметрі може бути і дробовим, наприклад, 39,5 або 59,5 л / см. У комп'ютерному раструванні частіше використовуються одиниці виміру лініатури в лініях на дюйм (lpi), наприклад, 150 lpi.

Для комерційного друку використовують лініатуру 133 lpi до 175 lpi, а найчастіше 150 lpi. Для книжково-журнальної продукції використовують лініатуру 133 lpi. графічний зображення фрейм лініатура

Max лініатура до 200мн/см (lpi).

Висока лініатура не завжди благо і її вибір залежить від конкретного друкарського процесу і матеріалів, які використовуються.

Для газетного друку, як правило, використовується лініатура в 100-133 lpi. Для кольорових журналів приблизно 150-175 lpi.

Для растрів з нерегулярною структурою поняття лініатури вводиться умовно.

Размещено на Allbest.ru