Засоби для роботи з растровою графікою

Для растрових зображень, що складаються з точок, особливу важливість має поняття дозволу, виражає кількість точок, що припадають на одиницю довжини. При цьому слід розрізняти:

· дозвіл оригіналу;

· дозвіл екранного зображення;

· дозвіл друкованого зображення.

Дозвіл оригіналу. Дозвіл оригіналу вимірюється в точках на дюйм і залежить від вимог до якості зображення та розміру файлу, способу оцифрування або методу створення початкової ілюстрації, обраному формату файлу та іншим параметрам. У загальному випадку діє правило: чим вище вимоги до якості, тим вище має бути дозвіл оригіналу.

Дозвіл екранного зображення. Для екранних копій зображення елементарну точку растра прийнято називати пікселів. Розмір піксела варіюється в залежності від обраного екранного дозволу (З діапазону стандартних значень), дозволу оригіналу і масштабу відображення.

Монітори для обробки зображень з діагоналлю 20-21 дюйм (професійного класу), як правило, забезпечують стандартні екранні дозволу 640x480, 800x600, 1024x768, 1280x1024, 1600x1200, 1600x1280, 1920x1200, 1920x1600 точок. Відстань між сусідніми точками люмінофора в якісного монітора складає 0,22-0,25 мм.

Для екранної копії достатньо дозволу 72 dpi, для роздруківки на кольоровому або лазерному принтері 150-200 dpi, для виведення на фотоекспонуючому пристрої 200-300 dpi. Встановлено емпіричне правило, що при роздруківці величина дозволу оригіналу повинен бути в 1,5 рази більше, ніж лініатура растра пристрою виводу. У випадку, якщо тверда копія буде збільшена в порівнянні з оригіналом, ці величини слід помножити на коефіцієнт масштабування.

Дозвіл друкованого зображення і поняття лініатури. Розмір точки растрового зображення як на твердій копії (папір, плівка і т.д.), так і на екрані залежить від застосованого методу та параметрів растрування оригіналу. При раструванні на оригінал як би накладається сітка ліній, комірки якої утворюють елемент растра. Частота сітки растра вимірюється числом ліній на дюйм і називається линиатурой.

Розмір точки растра розраховується для кожного елементу і залежить від інтенсивності тону в цій комірці. Чим більше інтенсивність, тим щільніше заповнюється елемент растра. Тобто, якщо в клітинку потрапив абсолютно чорний колір, розмір точки растра співпадає з розміром елементу растра. У цьому випадку говорять про 100% заповнюване ™. Для абсолютно білого кольору значення заповнюваності складе 0%. На практиці заповнюваність елемента на відбитку зазвичай становить від 3 до 98%. При цьому всі точки растра мають однакову оптичну щільність, в ідеалі наближається до абсолютно чорного кольору. Ілюзія темнішого тону створюється за рахунок збільшення розмірів точок і, як наслідок, скорочення пробельного поля між ними при однаковій відстані між центрами елементів растра.

Такий метод називають раструванням з амплітудною модуляцією (AM).

Існує і метод растрування з частотною модуляцією (ЧМ), коли інтенсивність тону регулюється зміною відстані між сусідніми точками однакового розміру. Таким чином, при частотно-модульованому раструванні в осередках растра з різною інтенсивністю тону знаходиться різне число точок.

Зображення, Растрірованниє ЧС-методом, виглядають більш якісно, ??так як розмір точок мінімальний і у всякому випадку істотно менше, ніж середній розмір точки при AM-растрування. Ще більше підвищує якість зображення різновид ЧС-методу, звана стохастичним раструванням. У цьому випадку розраховується число точок, необхідне для відображення потрібної інтенсивності тону у комірці растра. Потім ці точки розташовуються всередині комірки на відстанях, обчислених квазівипадковим методом (насправді використовується спеціальний математичний алгоритм). Тобто регулярна структура растра всередині комірки, як і на зображенні в цілому, взагалі відсутній. Тому при стохастичному ЧС-раструванні втрачає сенс поняття частоти растру, має значення лише роздільна здатність вивідного пристрою. Такий спосіб вимагає великих витрат обчислювальних ресурсів і високої точності поліграфічного устаткування; він застосовується в основному для художніх робіт, при друку з числом фарб, перевищує чотирьох.

Інтенсивність тону (Так звану освітленість) прийнято поділяти на 256 рівнів. Більше число градацій не сприймається зором людини і є надлишковим. Менша кількість погіршує сприйняття зображення (мінімально допустимим для якісної напівтонової ілюстрації прийнято значення 150 рівнів). Неважко підрахувати, що для відтворення 256 рівнів тону достатньо мати розмір комірки растра 256 = 16 х 16 точок.

Між дозволом оригіналу, частотою растру і градацією рівнів існує залежність.

При виведенні копії зображення на принтері або поліграфічному обладнанні мініатюру растра вибирають, виходячи з компромісу між необхідною якістю, можливостями апаратури і параметрами друкованих матеріалів. Для лазерних принтерів рекомендована мініатюра становить 65-100 Ipi, для газетного виробництва - 65-85 Ipi, для книжково-журнального - 85-133 Ipi, для художніх та рекламних робіт - 133-300 Ipi.

При друку зображень з накладенням растрів один на одного, наприклад багатобарвних, кожний наступний растр повертається на певний кут. Традиційними для кольорового друку вважаються кути повороту: 105 градусів для блакитної друкованої форми, 75 градусів для пурпурової, 90 градусів для жовтої і 45 градусів для чорної. При цьому осередок растра стає косокутної, і для відтворення 256 градацій тону з мініатюрою 150 Ipi вже недостатньо дозволу 16x150 = 2400 dpi. Тому для фотоекспонірующіх пристроїв професійного класу прийнято мінімальне стандартне дозвіл 2540 dpi, що забезпечує якісне растрування при різних кутах повороту растру. Таким чином, коефіцієнт, що враховує поправку на кут повороту растру, для кольорових зображень складає 1,06.

Динамічний діапазон. Якість відтворення тонових зображень прийнято оцінювати динамічним діапазоном (D). Це оптична щільність, чисельно рівна десятковому логарифму величини, зворотної коефіцієнту пропускання т (для оригіналів, що розглядаються "на просвіт", наприклад слайдів) або коефіцієнту відбиття р (Для інших оригіналів, наприклад поліграфічних відбитків)

Для оптичних середовищ, що пропускають світло, динамічний діапазон лежить в межах від 0 до 4. Для поверхонь, що відбивають світло, значення динамічного діапазону становить від 0 до 2. Чим вище динамічний діапазон, тим більше число півтонів присутній в зображенні і тим краще якість його сприйняття.

Зв'язок між параметрами зображення та розміром файлу. Засобами растрової графіки прийнято ілюструвати роботи, що вимагають високої точності у передачі кольорів та напівтонів. Проте розміри файлів растрових ілюстрацій стрімко зростають зі збільшенням дозволу. Фотознімок, призначений для домашнього перегляду (стандартний розмір 10x15 см, оцифрований з роздільною здатністю 200-300 dpi, кольорова розрядність 24 біта), займає в форматі TIFF з включеним режимом стиснення близько 4 Мбайт. Оцифрований з високою роздільною здатністю слайд займає 45-50 Мбайт. Кольороподіл кольорове зображення формату А4 займає 120-150 Мбайт.

Масштабування растрових зображень. Одним з недоліків растрової графіки є так звана пікселізация зображень при їх збільшенні (якщо не вжиті спеціальні заходи). Раз на оригіналі присутня певна кількість точок, то при більшому масштабі збільшується і їх розмір, стають помітні елементи растра, що спотворює саму ілюстрацію (рис.15.3). Для протидії пікселізації прийнято заздалегідь оцифровувати оригінал з дозволом, достатнім для якісної візуалізації при масштабуванні. Інший прийом полягає в застосуванні стохастичного растра, що дозволяє зменшити ефект пікселізації в певних межах. Нарешті, при масштабуванні застосовують метод інтерполяції, коли збільшення розміру ілюстрації відбувається не за рахунок масштабування точок, а шляхом додавання необхідної кількості проміжних точок.

Програмні засоби створення растрових зображень

Серед програм, призначених для створення комп'ютерної двовимірної живопису, найпопулярнішими вважаються Painter компанії Fractal Design, Freehand компанії Macromedia, і Fauve Matisse. Пакет Painter володіє достатньо широким спектром засобів малювання і роботи з кольором. Зокрема, він моделює різні інструменти (кисті, олівець, перо, вугілля, аерограф та інші), дозволяє імітувати матеріали (акварель, олія, туш), а також добитися ефекту натурального середовища. У свою чергу, останні версії програми FreeHand володіють багатими засобами редагування зображень і тексту, містять бібліотеку спецефектів і набір інструментів для роботи з кольором, у тому числі кошти багатобарвної градієнтної заливки.

Серед програм для створення зображень на платформі Macintosh варто відзначити пакет для редагування растрової живопису та зображень PixelPaint Pro компанії Pixel Resources.

Серед програм комп'ютерної живопису для графічних станцій Silicon Graphics (SGI) особливе місце займає пакет StudioPaint 3D компанії Alias ??Wavefront, який дозволяє малювати різними інструментами ("китицями") в режимі реального часу прямо на тривимірних моделях. Пакет працює з необмеженою кількістю шарів зображення і надає 30 рівнів скасування попередньої дії (undo), включає операції кольорокорекції і "сплайнів пензля", "мазок" яких можна редагувати по точках як сплайнових криву. StudioPaint 3D підтримує планшет з чутливим пером, що дає можливість художнику зробити традиційний ескіз від руки, а потім дозволяє перенести малюнок на тривимірні пакети для моделювання або анімації і побудувати за ескізом тривимірну модель.

Апаратні засоби отримання растрових зображень

До апаратних засобів отримання цифрових растрових оригіналів в основному відносяться сканери та цифрові фотокамери. Інші пристрої, наприклад цифрові відеокамери, адаптери захоплення телевізійних кадрів, у комп'ютерній графіці грають частіше допоміжну роль. Для створення зображень "від руки" призначені графічні планшети, на яких малюють спеціальним електронним пером.

Сканери за способом сприйняття зображення діляться на дві групи: пристрої з фото-електронними помножувачами (ФЕП) і пристрої на приладах з зарядовим зв'язком (ПЗЗ, англійська абревіатура CCD). Сканери з фото-електронними помножувачами називають барабанними - всередині апарату поміщений прозорий барабан, на який кріпиться оригінал (відображає або просветний). Потім барабан починає обертатися з великою швидкістю. Скануюча голівка має потужне джерело світла з фокусованим променем і ФЕУ, які рухаються вздовж поздовжньої осі барабана. Відбитий або проходить світловий потік потрапляє на ФЕУ (зазвичай є по одному ФЕУ на кожен канал) через прецизійну дзеркальнусистему розгортки. Накопичений ФЕУ заряд перетворюється на цифрове значення аналого-цифровим перетворювачем високої розрядності. Так як процес до цього моменту по суті аналоговий, вдається домогтися дуже високих значень динамічного діапазону. Тобто, оригінал правильно оцифровується і в світлих, і в темних ділянках. Вихідна дозвіл оригіналу досягає 5000-6000 точок на дюйм. За скоєний якість доводиться платити - барабанні сканери надзвичайно дорогі і вимогливі до умов експлуатації.

Інші сканери ставляться до пристроїв на ПЗС. На відміну від ФЕУ, прилади із зарядним зв'язком являють собою фотоприймач, виконаний на кремнієвих елементах, об'єднаних в лінійку. Кожен світлочутливий елемент має здатність накопичувати заряди пропорційно числу потрапили на нього фотонів. За час експозиції виникає матриця зарядів, пропорційних яскравості вихідного зображення. По вертикалі розгортка здійснюється пересуванням або всієї лінійки ПЗЗ за допомогою крокового електродвигуна, або переміщенням оригіналу. Роздільна здатність визначається числом оптичних елементів на одиницю довжини. У пристроях побутового класу це 300-600 елементів на дюйм, професійного - 1200-3000. Програмна інтерполяція оптичного дозволу ніякого реального підвищення якості оцифрування не дає. Динамічний діапазон пристроїв на ПЗС нижче, ніж у ФЕУ, тому що кремнієві елементи мають гірше співвідношення сигнал / шум.

У високоточних сканерах на ПЗЗ додатково застосовуються: система дзеркальної розгортки по обох координатах з компенсацією спотворень по краях оригіналу, кілька лінійок ПЗЗ, стабільні за температурою кольору освітлювальні лампи, багаторозрядних цифро-аналогові перетворювачі, елементи, виконані на СМ05-пластинах. Такі пристрої за якістю оцифровування наближаються до барабанних сканерів, а за вартістю значно доступніше.

Конструктивно барабанні сканери виконують з вертикальним або горизонтальним барабаном, знімним чи незнімним. Сканери на ПЗС бувають листові, планшетні, проекційні, ручні і так звані слайдові (для сканування оригіналів "на просвіт").

Для цілей комп'ютерної графіки важливо не так дозвіл сканера (воно може не перевищувати 300 dpi), скільки хороший динамічний діапазон. Для сканування у відбитому світлі бажано мати динамічний діапазон не нижче 2, "на просвіт" - не нижче 3,5.

Основою цифрових фотокамер служить матриця ПЗС, що складається з двовимірного масиву елементів. Для цілей електронної публікації і непрофесійного застосування достатнє число елементів на матриці близько 1,5 мільйонів. Напівпрофесійні камери повинні мати дозвіл матриці не нижче 2 мільйони елементів, професійні апарати - 2,5-3 мільйони. Оцифровані з їх допомогою зображення можна використовувати для підготовки поліграфічних публікацій. Оптична система цифрових камер професійного класу повинна забезпечувати дозвіл не нижче 110-120 пар ліній на дюйм.

Графічні планшети представляють собою координатну двовимірну електронну сітку, кожен елемент якої здатний сприймати і передавати ряд сигналів від електронного пера. До таких сигналів ставляться: координати точки контакту пера з планшетом, сила натиску, кут нахилу, швидкість проходу (тобто час експозиції) і ряд інших. Потім за рахунок програмного перетворення отримані дані відображаються на екрані у вигляді ліній, мазків та інших художніх засобів створення зображень. Маючи достатній навиком роботи з графічним планшетом, вдається дуже точно імітувати різну живописну техніку-лист маслом, малюнок вугіллям, аерографом, олівцем і т.д.

2.3 Векторна графіка