Растровая и векторная графика

les_big02Растровая графика состоит из пикселей.
Термин «пиксел» (pixel) образован как сокращение английских слов «picture element», что означает «элемент изображения». Поскольку цифровые изображения, которые получаются в результате сканирования, съемки на цифровых фотокамерах или создаются в растровых редакторах, подобных Photoshop, состоят из пикселов, то мы станем называть их пиксельными (растровыми) изображениями. Растровая графика работает с тысячами и миллионами пикселей, которые формируют рисунок.

Пиксель — мельчайший элемент растрового изображения. Также выделим отдельно:

  • Видеопиксель — мельчайший элемент монитора;
  • Точка — мельчайший элемент напечатанного растрового изображения.

Растровый принцип представления графики был изобретен за много веков до появления компьютеров — он использовался в таких видах прикладного искусства как мозаика, витраж и вышивка. В них изображение строится из отдельных независимых друг от друга элементов.

Цифровые изображения, взявшие на вооружение этот же принцип, также представляют собой мозаику из очень мелких дискретных (отдельных) элементов — пикселов, описываемых положением в битовой карте (таблице, матрице) и цветовыми характеристиками.
Пикселы, также как и цветные камешки в мозаике, независимы друг от друга.

При этом для изображения одного пикселя могут быть использованы один или несколько видеопикселей или точек, в зависимости от масштаба отображения изображения.

Экран дисплея разбит на фиксированное число видеопикселей, которые образуют графическую сетку (растр) из фиксированного числа строк и столбцов. Размер графической сетки обычно представляется в форме N * M, где N — количество видеопикселей по горизонтали, а М — по вертикали. На современных дисплеях используются, например, такие размеры графической сетки: 640 * 480, 800 * 600 и др. Видеопиксели очень малы (менее 0,3 мм) и расположены близко друг к другу. Чтобы изображение могло восприниматься глазом, его необходимо составить из тысяч или миллионов видеопикселей, каждый из которых должен иметь свой собственный цветовой оттенок. Увеличенный видеопиксел представляет собой квадратик или прямоугольник.

Каждый маленький квадратик растрового изображения на нижнем изображении — увеличенный пиксель.

А вот так выглядит экран монитора
Рисунок1.jpg

Векторная графика состоит из опорных (узловых) точек, которые соединяются кривыми линиями (кривыми Бернштейна — Безье). Эти линии образуют контуры, которые могут содержать обводку и заливку.

Для того чтобы сравнить эти два вида графики, перечислим их достоинства и недостатки.

Достоинства растровой (пиксельной) графики:

  • Аппаратная реализуемость, которая обеспечивает простоту получения таких изображений. В отличие от векторных изображений, создаваемых художником или дизайнером, растровые изображения можно получать автоматически с помощью фотокамеры или сканера.);
  • Универсальность форматов — jpeg можно увидеть в любой ОС, открыть в любом редакторе, а также сразу разместить в интернете;
  • Фотореалистичность и фотодокументальность.

Недостатки растровой (пиксельной) графики:

  • Большой размер файла. В файле растрового изображения запоминается информация о цвете каждого видеопикселя в виде комбинации битов. Изображение наиболее простого типа имеет только два цвета. В этом случае для кодирования цвета каждого видеопикселя требуется 2 значения, значит, достаточно одного бита памяти — двух значений: 0 и 1. Если цвет видеопикселя определяется двумя битами, то мы имеем 4 возможных комбинации 0 и 1: 00, 01, 10, 11, значит, уже можно закодировать 4 цвета. Четыре бита памяти позволяют закодировать 16 цветов, 8 битов — 256 цветов, 24 бита 16 777 216 различных цветовых оттенков.
    Простые растровые картинки занимают небольшой объем памяти ( несколько десятков или сотен килобайтов). Изображения фотографического качества часто требуют несколько мегабайтов. Например, если размер графической сетки 1240 х 1024, а количество используемых цветов — 16 777 216, то объем растрового файла составляет около 4 Мб. т. к. информация о цвете видеопикселей в файле занимает
    1240 *1024 * 24 = 30 474 240 (бит), или
    30 474 240 / 8 = 3 809 280 (байт), или
    3 809 280 / 1024 = 3720 (Кб), или
    3720 / 1024 = 3, 63 (Мб)
    При использовании 16-битной глубины цвета, речь может идти уже о сотнях мегабайт.
    Таким образом, для хранения растровых изображений требуется большой объем памяти.
    Самым простым решением проблемы хранения растровых изображений является увеличение емкости запоминающих устройств компьютера. Современные жесткие и оптические диски предоставляют значительные объемы памяти для данных. Оборотной стороной этого решения является стоимость, хотя цены на эти запоминающие устройства в последнее время заметно снижаются.
    Другой способ решения проблемы заключается в сжатии графических файлов, т. е. использовании программ, уменьшающих размеры файлов растровой графики за счет изменения способа организации данных. Существует несколько методов сжатия графических данных. В простейшем из них последовательность повторяющихся величин (в нашем случае — набор битов для представления видеопикселей) заменяется парой величин — повторяющейся величиной и количеством её повторений.
    Такой метод сжатия называется RLE. Метод RLE лучше всего работает с изображениями, которые содержат большие области однотонной закраски, но намного хуже с его помощью сжимаются фотографии, так как в них почти нет длинных строк из пикселей одинакового цвета. Сильно насыщенные узорами изображения хорошо сжимаются методом LZW.
    Объединенная группа экспертов по фотографии предложила метод JPEG для сжатия изображений фотографического качества с потерей информации.
  • Проблема с трансформациями и искажениями. Растровое изображение после масштабирования или вращения может потерять свою привлекательность. Например, области однотонной закраски могут приобрести странный 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.
    Причина в том, что изменение размеров растрового изображения производится одним из двух способов:
    — все пиксели рисунка изменяют свой размер
    — пиксели добавляются или удаляются из рисунка.
    При первом способе масштабирование изображения не меняет количество входящих в него пикселей, но изменяется количество элементов, необходимых для построения пикселя, и при увеличении рисунка «ступенчатость» становится все более заметной — каждая точка превращается в квадратик.
    Выборка же пикселей в изображении может быть сделана двумя способами. Во-первых, можно просто продублировать или удалить необходимое число пикселей. Во-вторых, с помощью определенных вычислений программа может создать пиксели другого цвета, определяемого первоначальным пикселем и его окружением. При этом возможно исчезновение из рисунка мелких деталей и тонких линий, а также уменьшение резкости изображения.
    Итак, растровые изображения имеют ограниченные возможности при масштабировании, вращении и других преобразованиях.
  • Аппаратная зависимость от вида используемой техники и проблемы с муаром.

Достоинства векторной графики:

  • Минимальный размер векторного документа;
  • Свобода трансформации;
  • Аппаратная независимость.

Недостатки векторной графики:

  • Отсутствие аппаратной реализуемости;
  • Программная зависимость от конкретного векторного редактора.
  • Жёсткость (мультяшность) — видно, что изображение нарисовано.

Comments are closed.