Растрова і векторна графіка

Растрова і векторна графіка   Існують два основних способи представлення графічної інформації в комп'ютері Растрова і векторна графіка

Існують два основних способи представлення графічної інформації в комп'ютері. Перший спосіб - зображення представляється у вигляді мозаїки з невеликих, однакових за розміром елементів. Кожен елемент мозаїки має свій колір. Якщо елементи зробити дуже маленькими, то зображення буде сприйматися як єдине. Це обумовлено особливостями людського зору.

Такий спосіб представлення зображень називається растровим. Одиничний елемент мозаїки називається пикселом (від PICture ELement - елемент картинки), а всю мозаїку називають растром. Практично всі сучасні монітори і принтери використовують растровий спосіб створення зображень. Цифрові і звичайні фотографії теж являють собою растрові зображення. На звичайних фотознімках роль пікселів виконують забарвлені елементи чутливого шару фотопаперу. Пікселі часто називають також точками растра.

Кількість відображуваних пікселів на одиницю довжини називається роздільною здатністю або дозволом пристрої. Дозвіл зазвичай вимірюється в dpi - (Dots Per Inch - кількість точок на дюйм; нагадаємо, що один дюйм дорівнює 25,4 мм). Вертикальне і горизонтальне дозвіл можуть відрізнятися. Дозвіл більшості моніторів - 70-100 dpi. Дозвіл побутових струменевих принтерів - близько 1500 dpi. Дозвіл пристрою залежить від розмірів його пікселя. Одне і те ж растрове зображення на пристроях з різним дозволом буде виглядати по-різному.

Растрове зображення і його фрагмент, представлений з різним дозволом

Три різних растрових зображення об'єкта, виконані з дозволами 72 dpi, 30 dpi, 10 dpi

Число бітів, використовуваних комп'ютером для завдання кольору одного пікселя, називається колірним дозволом, або глибиною кольору. Кольорове дозвіл визначає, в яку кількість кольорів (або відтінків сірого) можна розфарбувати кожен піксель зображення. Кольорове дозвіл 1 біт / піксель дозволяє використовувати тільки два кольори, що відповідає чорно-білому зображенню, 8 біт / піксель - 256 кольорів (відтінків сірого); 24 біт / піксель - більше 16 мільйонів квітів - це більш ніж достатньо для подання всіх кольорів, помітних людським оком.

Кольорове дозвіл 24 біт / піксель використовується при створенні так званих фотореалістичних зображень, тобто комп'ютерних зображень, не відрізняються від фотографії за якістю передачі кольору і форми об'єктів. Малюнок зліва цілком можна вважати фотореалістичним зображенням.

Зображення з колірним дозволом 24 біт / піксель (зліва) і 8 біт / піксель (праворуч)

Зображення відтінками сірого з колірним дозволом 8 біт / піксель (зліва) і чорно-біле - 1 біт / піксель (праворуч)

Другий спосіб комп'ютерного представлення зображень - векторна графіка. Векторне зображення теж складається з окремих елементів, але вони мають різну форму і розміри. Типові елементи векторної графіки - це геометричні лінії і фігури: відрізки, дуги, кола, прямокутники і так далі. Букви теж відносяться до елементів векторної графіки.

векторний малюнок

Переважна більшість пристроїв виводу засновані на растровому принципі (в них зображення формується з окремих точок), але це не заважає використовувати їх для виведення векторної графіки. Просто в процесі виведення на растрове пристрій векторне зображення за спеціальними алгоритмами перекладається в растрову форму. Існують спеціальні векторні пристрої виведення графічної інформації, наприклад пір'яний плотер (плоттер), здатний креслити лінії на папері в будь-якому напрямку механічної «рукою», що тримає перо, що нагадує звичайний фломастер. «Рука» плоттера також здатна вибирати пір'я потрібних кольорів з підготовленого заздалегідь набору. Пір'яні плоттери зустрічаються досить рідко, оскільки використовуються в порівняно вузьких областях технічного креслення.

І растровий, і векторний спосіб комп'ютерного представлення графіки зводяться до розбиття зображення на атомарні, неподільні елементи. Такі елементи називаються примітивами. У растровій графіці існує тільки один вид примітивів - пікселі. Набір примітивів векторної графіки більш широкий, його склад варіюється для різних графічних систем і форматів.

Зауважимо, що обидва способи засновані на загальному принципі дискретного (цифрового) подання інформації в комп'ютері.

Порівняємо растровий і векторний способи представлення зображень.

В якості першого критерію порівняння виберемо дуже важливу на практиці характеристику - економічність використання комп'ютерної пам'яті. Тут растрова графіка абсолютно програє векторної. Для формування растрового зображення потрібно задати колір кожного його пікселя. Наприклад, щоб зберегти зображення екрану монітора розміром 1024 на 768 пікселів з колірним дозволом 24 біт / піксель потрібно 1024 * 768 * 24 біт = 18874368 біт = 2359296 байт = 2304 Кб пам'яті. Це значення не залежить від змісту зображення, оскільки зберігається кожен піксель. Оцінимо об'єм пам'яті, необхідний для представлення різних векторних примітивів. Для них потрібно зберігати геометричну інформацію і колір. Відрізок зазвичай задають декартовими координатами його кінців, отже для нього необхідно відвести чотири числа. Для окружності досить трьох чісел- радіусу і координат центру; для дуги окружності слід додати ще два - значення початкового та кінцевого кута. З огляду на, що для високоточного зберігання числа досить восьми байтів, і додавши три байта на уявлення кольору примітиву і один для зберігання його типу (треба ж якось відрізняти дугу від відрізка), отримаємо, що для зберігання зображення, що складається з тисячі відрізків і тисячі дуг (а це дуже складне зображення, для порівняння, на рис. 4 всього кілька десятків примітивів), потрібно 1000 * (5 + 3 + 1) * 8 + 1000 * (4 + 3 + 1) * 8 байт = 136000 байт » 133 Кб пам'яті, тобто у багато разів менше, ніж при растровому поданні. Зауважимо, що обсяг пам'яті, необхідний для подання векторних примітивів, не залежить від дозволу пристрою. Якщо ж на екрані зображений планіметричний креслення з парою кіл і відрізків, то при векторному способі потрібно всього 2 * (3 + 3 + 1) * 8 + 2 * (4 + 3 + 1) * 8 байт = 240 байт пам'яті, а при растровом - все одно 2304 Кб.

До переваг векторної графіки також відноситься можливість масштабування (пропорційного зменшення або збільшення зображень) без втрати якості. Як збільшувати або зменшувати векторного зображення досить відповідним чином скоригувати числові значення в описах примітивів.

Масштабування векторного зображення

Растрову графіку масштабувати набагато важче, так як просте збільшення розміру пікселя не дає задовільних результатів, а зменшення зображення при збереженні дозволу призводить до зменшення числа пікселів, через що зникають дрібні деталі. Існують складні алгоритми, що дозволяють отримувати при масштабуванні растрових зображень задовільної якості, а й вони діють тільки при невеликих змінах розмірів.

При роботі з растровими зображеннями важко виділяти для редагування такі структурні елементи зображення як, наприклад, окремий лист або ягода. Це зрозуміло, адже в растровому поданні є інформація тільки про колір пікселів, і немає ніяких відомостей про їх логічного взаємозв'язку. Навпаки, в векторних зображеннях зазвичай легко виділяється група примітивів, відповідна логічного елементу зображення. Так, наприклад, зображення кнопки включення живлення системного блоку на малюнку складається з накладених один на одного кіл. Ці елементи нескладно виділити в векторному редакторі і змінити їх колір або розмір.

Виділення і зміна елемента векторного зображення

Отже, растровий спосіб представлення графічної інформації поступається векторному по істотними параметрами. Однак растровий спосіб має дуже важливу властивість, якого зовсім позбавлений векторний - можливістю створювати фотореалістичні зображення навколишнього світу. Примітиви векторної графіки - дуги і прямі практично не зустрічаються в зорових образах об'єктів реального світу. Навпаки, зображення реальних об'єктів виглядають як сукупності дрібних частинок, об'єднані в тіла складної форми, що добре узгоджується з растровим способом представлення зображень.

Векторна графіка добре підходить для створення умовних зображень об'єктів в вигляді схем або креслень, а також для ілюстрування залежностей між величинами за допомогою графіків або діаграм.