opracowanie: Anna Siwik 3c

Grafika rastrowa i wektorowa, reprezentacja obrazów, formaty plików i ich charakterystyka

Grafika komputerowa

Jest to dział informatyki zajmujący się wykorzystaniem komputerów do generowania obrazów oraz wizualizacją rzeczywistych danych. Grafika komputerowa jest obecnie narzędziem stosowanym powszechnie w nauce, technice, kulturze oraz rozrywce.

Jeden z podstawowych podziałów, jakiego możemy dokonać w grafice komputerowej, opiera się na technice tworzenia obrazu. Wyróżniamy tutaj grafikę rastrową oraz wektorową. Inne podziały odnoszą się do charakteru przetwarzanych danych (grafika dwuwymiarowa, dwuipółwymiarowa i trójwymiarowa) oraz cyklu i sposobu generacji obrazu (grafika nieinterakcyjna, interakcyjna, czasu rzeczywistego).

Grafika rastrowa

W grafice rastrowej obraz jest zbudowany z dwuwymiarowej, prostokątnej siatki leżących blisko siebie punktów (tzw. pikseli), nazywanej powszechnie bitmapą (inaczej: pixmapą). Wielkość bitmapy (tj. liczba pikseli) jest głównym parametrem w przypadku grafiki rastrowej. Podawana jest na ogół jako wymiary prostokąta tworzącego obraz. Grafika rastrowa została opatentowana pierwszy raz przez firmę Texas Instruments w latach 70.

Piksele (tj. najmniejsze, niepodzielne elementy obrazu o stałej barwie) tworzące obraz w grafice rastrowej mogą być opisywane na różne sposoby. Najbardziej popularną głębią barw jest RGB, gdzie kolejne litery są pierwszymi literami od angielskich nazw kolorów, które składają się na każdy piksel (R - ang. red, czerwony, G - ang. green, zielony, B - ang. blue, niebieski). Najczęściej informacja o każdym pikselu jest przechowywana w trzech bajtach, tj. 24 bitach. Każda z barw jest zapisywana za pomocą trzech składowych o wartościach z zakresu 0-255. Pierwsze 8 bitów oznacza wartość czerwonego, kolejne zielonego, a ostatnie niebieskiego koloru. Aby uzyskać kolor czarny, wszystkie składowe muszą mieć wartość 0. Kolor biały uzyskuje się poprzez ustawienie wszystkich składowych na maksymalną wartość, tj. 255.

Inną popularną przestrzenią barw jest CMYK (C - ang. cyan, cyjan; M - ang. magenta, magenta, Y - ang. yellow, żółty; K - ang. kontur, key colour, czarny), nazywany triadą drukarską. Kolory, którymi posługuje się przestrzeń CMYK, są powszechnie używane jako tonery do drukarek. Każdy piksel jest tutaj opisywany przez 32-bitową informację.

Grafika wektorowa

W grafice wektorowej obraz jest tworzony z wektorów (odcinków) oraz innych figur geometrycznych. Cechą grafiki wektorowej jest to, że zapamiętywane są charakterystyczne dla danych figur dane (parametry), np. dla okręgu będzie to środek i promień, dla odcinka współrzędne punktów końcowych, a dla krzywych parametrycznych współrzędne punktów kontrolnych. Program, jeśli musi narysować obraz na urządzeniu (bądź to rastrowym, bądź wektorowym), na podstawie posiadanych danych wygeneruje obraz tych figur. Bardzo ważną zaletą tej reprezentacji to możliwość dowolnego powiększania obrazów, bez jakiejkolwiek straty jakości. Warto pamiętać, że podczas wyświetlania obrazu na ekranie monitora widzimy jego postać cyfrową (zbudowaną z pikseli) powstałą tylko na czas tego zobrazowania. Podobnie podczas drukowania rysunku wektorowego drukuje się jego postać cyfrowa, także tworzona tylko na czas tego drukowania.

powyższy przykład ilustruje różnicę w jakości powiększenia obrazów wykonanych za pomocą grafiki rastrowej (po lewej) oraz wektorowej (po prawej)

Formaty zapisu plików

Format zapisu cyfrowego obrazu decyduje w znaczący sposób o jakości obrazu oraz rozmiarze pliku jaki będzie potrzebny na dysku komputera czy karty pamięci. Formaty zapisu plików graficznych można podzielić na formaty przechowujące grafikę rastrową oraz formaty przechowujące grafikę wektorową. Z kolei formaty przechowujące grafikę rastrową można podzielić na stosujące kompresję bezstratną, stosujące kompresję stratną oraz nie stosujące kompresji.

Kompresja stratna zawiera metody zmniejszania liczby bitów potrzebnych do wyrażenia danej informacji nie dając gwarancji, że odtworzona informacja będzie identyczna z oryginałem.

Kompresja bezstratna polega na łączeniu w mniejsze grupy wszystkich powierzchni obrazu, których piksele mają tę samą wartość (ten sam kolor).

Formaty zapisu grafiki rastrowej używające kompresji stratnej:

• JPEG (ang. Joint Photographic Experts Group) – najpopularniejszy format plików graficznych z kompresją stratną; używany zarówno w sieci internet jak i w aparatach cyfrowych,

• JPEG 2000 – nowsza wersja formatu JPEG, oferująca lepszą kompresję,

• DjVu – format stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentów w formie elektronicznej,

• TIFF (ang. Tagged Image File Format) – popularny format plików graficznych udostępniający wiele rodzajów kompresji (zarówno stratnej jak i bezstratnej) oraz umożliwiający przechowywanie kanału alfa, który definiuje przezroczyste obszary grafiki.

Formaty zapisu grafiki rastrowej używające kompresji bezstratnej:

• PNG (ang. Portable Network Graphics) – format grafiki obsługiwany przez większość przeglądarek WWW, obsługujący kanał alfa,

• GIF (ang. Graphics Interchange Format) – popularny format grafiki (szczególnie internetowej) może przechowywać wiele obrazków w jednym pliku tworząc z nich animację; obsługuje przezroczystość monochromatyczną (pełna przezroczystość lub wcale),

• TIFF - patrz wyżej,

• BMP – oferuje zapis z kompresją RLE lub bez kompresji (powszechniejszy).

Formaty zapisu grafiki rastrowej nie stosujące kompresji:

• XCF – mapa bitowa programu GIMP, może przechowywać wiele warstw,

• PSD – mapa bitowa programu Adobe Photoshop, może przechowywać wiele warstw,

• XPM – format zapisu plików przy pomocy znaków ASCII.

Formaty zapisu grafiki wektorowej:

• SVG – format oparty na języku XQL promowany jako standard grafiki, umożliwia tworzenie animacji,

• CDR – format opatentowany przez firmę Corel Corporation, używany w pakiecie programów graficznych CorelDRAW,

• SWF – jest zamkniętym formatem grafiki wektorowej, stworzonym dla programu Flash przez firmę Macromedia (obecnie Adobe); może zawierać animacje lub aplety o różnym stopniu interaktywności i funkcjonalności; SWF jest czasami używany do tworzenia animowanej grafiki i menu na stronach internetowych,

• EPS (ang. Encapsulated PostScript) – format plików służący do przechowywania pojedynczych stron grafiki wektorowej w postaci umożliwiającej osadzanie ich w innych dokumentach; przez wiele lat format EPS był jedynym uniwersalnym formatem zapisu plików z grafiką wektorową (umożliwiającym również osadzanie w nim bitmap jako obiektów),

• AI - rozszerzenie wewnętrznego formatu plików programu grafiki wektorowej Adobe Illustrator.

Innymi formatami, oferującymi zapis grafiki wektorowej w 3D, są: DXF, DWF, DWG, STL.

Bibliografia:

1. http://ics.p.lodz.pl/~adamwoj/WSFI/GK/Wyklad_1_GK.pdf

2. http://zs9elektronik.pl/naszeprace/raftra/skryptgk.pdf

3. http://pl.wikipedia.org/wiki/RGB

4. http://pl.wikipedia.org/wiki/Formaty_plik%C3%B3w_graficznych

5. http://pl.wikipedia.org/wiki/Kana%C5%82_alfa

6. http://pl.wikipedia.org/wiki/Grafika_wektorowa