Растровая графика

Растровая графика

Растровое изображение представляет собой мозаику из очень мелких элементов - пикселей. Оно похоже на лист клетчатой бумаги, на котором каждая клеточка (пиксель) закрашена определенным цветом, и в результате такой раскраски формируется изображение. 

 



Растровое изображение

Как вы видите, принцип растровой графики чрезвычайно прост. Он был изобретен и использовался людьми за много веков до появления компьютеров. Изображение строится из дискретных элементов в таких направлениях искусства, как мозаика, витражи, вышивка. Другой пример: эффективным способом переноса изображения с подготовительного картона на стену, предназначенную для фрески, является рисование «по клеточкам». Суть этого метода заключается в следующем. Картон с рисунком и стена, на которую будет переноситься рисунок, покрываются равным количеством клеток, затем фрагмент рисунка из каждой клетки картона тождественно изображается в соответствующей клетке стены.

Растровая графика работает с сотнями и тысячами пикселей, которые формируют рисунок.

В компьютерной графике термин «пиксель», вообще говоря, может обозначать разные понятия:

* наименьший элемент изображения на экране компьютера;

* отдельный элемент растрового изображения;

* точку изображения, напечатанного на принтере.

Поэтому, чтобы избежать путаницы, будем пользоваться следующей терминологией:

видеопиксель - наименьший элемент изображения на экране;

пиксель - отдельный элемент растрового изображения;

точка - наименьший элемент, создаваемый принтером.

При этом для изображения одного пикселя могут быть использованы один или несколько видеопикселей или точек. 

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 сотен или тысяч видеопикселей, каждый из которых должен иметь свой собственный цветовой оттенок. Увеличенный видеопиксель представляет собой квадратик.

Каждый маленький квадратик на нижнем изображении - увеличенный видеопиксель.

Достоинства растровой графики

1. Каждому видеопикселю можно придать любой из миллионов цветовых оттенков. Если размеры пикселей приближаются к размерам видеопикселей, то растровое изображение выглядит не хуже фотографии. Таким образом, растровая графика эффективно представляет изображения фотографического качества.

Растровое изображение, полученное в результате сканирования фотографии.

2. Компьютер легко управляет устройствами вывода, которые используют точки для представления отдельных пикселей. Поэтому растровые изображения могут быть легко распечатаны на принтере.

Недостатки растровой графики

1. 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 обьем памяти ( несколько десятков или сотен килобайтов). Изображения фотографического качества часто требуют несколько мегабайтов. Например, если размер графической сетки 1240 · 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 

1024 = 3, 63 (Мб)

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.

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 пикели 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.