Представление цвета в компьютере.

Растровая и векторная графика.

Подавляющее большинство компьютерной графики относится к двум видам: растровая и векторная.

В растровой графике главным элементом является пиксель (сокращение от английских слов picture element, элемент изображения). Пиксель ¾ это элементарный квадратный элемент растрового изображения, внутри которого цвет, яркость и другие свойства остаются неизменными. Все изображение состоит из мельчайших квадратов одинакового размера, каждый из них обладает определенным цветом и яркостью, и это записано в файле.

Иначе говоря, принцип такой: берем окружающую непрерывную реальность, делим ее на мелкие квадраты и по квадратам вносим в компьютер. Если квадраты-пиксели незаметны глазом, то цифровое изображение выглядит вполне естественно.

Почти все устройства ввода графики в персональный компьютер и вывода из него построены по растровому принципу, изображение в них оцифровано в виде точек растра. Рисунки или фотографии, вводимые в компьютер, например, со сканера или через Интернет, будут растрового типа.

Мерой величины пикселей является разрешение. Разрешение ¾ это количество пикселей, отнесенное к единице длины – одному дюйму. Разрешение измеряется в точках на дюйм ¾ dpi (dots per inch). Один дюйм равен 2, 54 см.

В векторной графике основным элементом является линия. Точнее сегмент: отрезок линии ограниченный двумя опорными точками. Все линии-сегменты рисунка записаны в файле в виде определенных математических формул. Также определенным образом записаны цвет, толщина и другие свойства сегментов и опорных точек. Сегменты, соединяясь друг с другом через опорные точки, образуют контуры. Замкнутые контуры могут быть заполнены цветом, градиентом, текстурой и пр.

Назначение векторной графики – создание рисунков, логотипов, деловой графики и пр.; простых и бедных в живописном плане, но точно очерченных. Такой рисунок не является точным отражением реальности, он выражает некие смыслы и образы, понятные другим людям. Кстати, текст – это тоже векторная графика, все буквы созданы из векторных контуров.

Представление цвета в компьютере.

Как уже было сказано, в компьютере все выражается в виде комбинации нулей и единиц, в том числе и цвет. Имеются различные варианты описания цвета, ниже приведены самые распространенные из них.

а) Режим Bitmap. Это самое элементарное представление – побитовое, цвет пикселя или векторного объекта кодируется одним битом. Так можно закодировать только два варианта – черный и белый цвет (или любой другой набор их двух цветов, например, красный и зеленый). В режиме Bitmap обычно представляется текст, а также штриховая графика – черные рисунки на белом фоне.

б) Режим Grayscale. Для кодирования яркости тоновых черно-белых иллюстраций используется один байт (8 разрядов), что дает в результате для каждой точки 2⁸ = 256 градаций серого цвета. Этого вполне достаточно для черно-белой тоновой графики, в большей детализации нужды нет.

в) Индексный режим – здесь одним байтом кодируется цвет, всего может получиться те же 256 цветов. Разумеется, такое небольшое количество цветовых кодов снижает качество изображения.

Бывает, что при создании рисунков используется именно индексный режим. Вызывается имеющаяся в программе индексная палитра и выбирается подходящий цвет. Если нет необходимости, или желания провести более детальный выбор, то на этом раскраска заканчивается.

Индексный режим часто применяется в Интернете, где существенную роль играет время загрузки веб-страницы. Время будет тем меньше, чем меньше размер страницы. Экономия на описании цвета тоже дает выигрыш в размере Интернет-баннеров.

г) Режим True Color или цветовая модель RGB. ТерминTrue Color относится только в мониторам, а термин RGB гораздо шире.В основе этой модели заложены три цвета: красный, зеленый и синий. Red, Green, Blue, модель названа по первым буквам английских названий этих цветов (рисунок 1). Наше зрение устроено таким образом, что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить путем смешения этих трех основных цветов.

Модель хорошо подходит для объектов, испускающих свет, в частности для экранов мониторов. Сканеры, цифровые камеры и прочие устройства ввода графики в компьютер тоже работают в модели RGB, ведь в конечном итоге человек видит электронное изображение на экране монитора.

Для кодирования яркости каждого из основных цветов используется по 256 значений, то есть один байт или 8 разрядов. Всего на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разряда. А всего система кодирования обеспечивает однозначное определение 2²⁴ ≈ 16, 8 миллионов различных цветов.

На самом деле такого огромного количества цветов на экране не требуется, человек различает около 200 000 цветовых оттенков. Но такова уж система кодирования – на каждый канал отводится не меньше, чем по одному байту. А при обработке файлов бывает, что избыток оттенков может оказаться полезным и даже необходимым.

Рис. 1. Цветовая модель RGB.

д) Цветовая модель CMYK (рисунок 2).Здесь основными цветами являются голубой (Cyan), пурпурный (Magenta), желтый (Yellow), черный (Black). В обозначении цветовой модели для черного цвета взята не первая буква, а последняя, чтобы не было путаницы с буквой В системы RGB.

Рис. 2. Цветовая модель CMYK.

Эту модель используют для описания отраженного цвета, главным образом в полиграфии. Большая часть цветной печатной продукции выполняется в модели CMYK (имеется шестикрасочный и пантонный виды печати, но рассмотрение этих деталей выходит за рамки данного курса). При печати цветного электронного изображения, даже на офисном принтере, происходит автоматическое преобразование RGB в CMYK.

При отражении света от поверхности часть света поглощается, и цвет определяется теми световыми волнами, которые поверхностью не поглотились. Чем больше положено различных красок, тем больше поглощение, меньше отражение, тем темнее выглядит поверхность. Смешение всех красок будет давать черный цвет. А отсутствие какого-либо поглощения будет давать полное отражение, как в зеркале. Если на зеркало падает белый цвет, то это нулевое окрашивание.

При испускании света все наоборот – чем больше испускается световых волн, тем выше яркость света. Равномерное испускание всех световых волн соответствует белому цвету. А отсутствие испускания (отражением здесь мы пренебрегаем) соответствует черному цвету.

Как следует из сказанного, модели RGB и CMYK описывают противоположные процессы. Поэтому в RGB всем нулевым индексам соответствует черный цвет, а всем единицам белый. В CMYK наоборот: все нули это белый цвет, а единицы – черный.

В теории модели RGB и CMY (без K) зеркально противоположны: основные цвета одной модели являются дополнительными для другой и наоборот (рисунки 1 и 2). Для чего же вводится еще и черный цвет?

Дело в том, что при переходе к реально используемым при печати краскам теория не работает. Смешение голубой, пурпурной и желтой красок дает не черный, а темно-бурый цвет. А между тем, черный цвет является основным в полиграфии: текст как правило печатается черным, да и много выпускается не цветной, черно-белой продукции. Поэтому возникает необходимость во введении отдельной, черной координате в цветовой модели.