Transcript Grafika rastrowa i wektorowa, przetwarzanie obrazu

Dział informatyki zajmujący się przedstawianiem tego co
rzeczywiste bądź wymyślone za pośrednictwem
komputera.
Najmniejszy punkt ekranu lub obrazu.
Słowo to powstało jako zlepek angielskich picture
oraz element: pixel.
W grafice rastrowej obrazy
tworzone są z położonych blisko
siebie punktów – pikseli o
różnorodnym kolorze, które w
efekcie stwarzają pozorny obraz
ciągły. Tworzone w ten sposób
obrazy i rysunki zwykło się
nazywać mapami bitowymi
(bitmapami).
Mapa bitowa (bit map) - sposób zapamiętania obrazu
przy wykorzystaniu pikseli ułożonych w rzędy i
kolumny. Każdy piksel a właściwie informacja o jego
kolorze może zostać zapisana za pomocą określonej
liczby bitów; wartość 1 oznacza czerń lub kolor, wartość
0 biel. W zależności od liczby kolorów jakie możemy
wykorzystać w mapie bitowej, rozróżniamy mapy: 1bitowe, 8-bitowe, 16-bitowe, 24-bitowe i 32-bitowe.
Mapy 1-bitowe to mapy czarno-białe, natomiast w
mapach 8-bitowych na jeden piksel przypada 256
kolorów, w 16-bitowych 65 526 kolorów, w 24-bitowych
16 777 216kolorów itd.
Bitmapę charakteryzują następujące właściwości:
wysokość i szerokość bitmapy liczona jako liczba
pikseli w pionie i w poziomie (rozdzielczość)
liczba bitów na piksel opisująca liczbę możliwych do
uzyskania kolorów (głębia kolorów)
W miarę wzrostu powyższych właściwości, rośnie
rozmiar bitmapy.
Bitmapy nie można skalować!
Dzieję się tak dlatego, że raster ma stałą liczbę
pikseli(rozdzielczość), więc przy powiększeniu
mapy bitowej występuje efekt powiększenia
piksela - nie jest możliwe wielokrotne
powiększenie bez utraty jakości gdyż w obrazie
oryginalnym brak wystarczającej ilości detali,
które pozwalałyby na zbliżenie tego rzędu.
Tak, jak przedstawiono na powyższym rysunku, obrazy o
mniejszej głębi koloru, zawierają mniej informacji (stają
się mniej czytelne).
Im mniejszy rozmiar bitmapy, tym zajmuje on
mniejszą ilość miejsca oraz przekazuje on mniejszą
ilość informacji.
Objętość plików z obrazami rastrowymi zależy od liczby
bitów przeznaczonych na każdy piksel, a to z kolei zależy
od potencjalnej liczby kolorów.
Oto różne zapisy cyfrowe tego samego obrazu:
Prostokątna siatka pikseli (punktów obrazu) jest
zapisywana jako macierz - prostokątna tablica liczbowa.
Liczby wyrażają jasność pikseli od 0 (czarny) do 255 (biały)
Na każdy piksel przeznaczono 8 bitów czyli 1 bajt.
Obraz szary
Zapis obrazu cyfrowego
Obraz barwny (true color = 24-ro bitowy) to złożenie
trzech obrazów.
Ma objętość ok. 3 razy większą niż szary.
Format
pliku
Kompresja
Max.
Liczba
kolorów
Animacja
Zastosow Inne
anie
BMP
Brak lub
prymitywna
bezstratna
22,2 mln
Brak
Zapis plików
graficznych do
obróbki,
standard
Windows
Obsługuje tylko
RGB
JPEG
Stratna
16 mln
Brak
Fotografia i
obrazy
wielobarwne,
WWW, skanery
Wybór stopnia
kompresji
JPEG 2000
Lepsza
kompresja
16 mln
Brak
Fotografia i
obrazy
wielobarwne,
WWW, skanery
Wybór stopnia
kompresji
GIF
Bezstratna,
duża
256
Tak
WWW
Przezroczystość
PNG
Bezstratna,
pliki do 30%
mniejsze niż gif
True color
(ponad 16
mln)
brak
Grafika
internetowa
Efekt
przezroczystośc
i (cienie)
Format Kompresja
Il. kolorów
Zastosowanie
TIFF
Wybór:
stratna lub
nie
True color
Komputerowe przygotowanie do
druku; grafika trójwymiarowa;
obrazowanie medyczne;
DJVU
Stratna,
True color
zaawansowan
a
Stworzony do przechowywania
zeskanowanych dokumentów w
formie elektronicznej
PCX
bezstratna
Rzadko stoswany; algorytm
kompresji bardzo szybki, ale mało
wydajny
Kolor 24bitowy
Standardowy format systemu Windows. Obraz zapisany w formacie .bmp
jest mapą bitową, pozbawiona jakiejkolwiek kompresji. Obrazy mogą być
zapisane w palecie 1-, 4-, 8-, lub 24-bitowej.
Pojęcie to w przybliżeniu oznacza ilość pamięci wykorzystanej do zapisania
różnych barw w palecie.
Paleta kolorów określa nasycenie podstawowych kolorów RGB.
Red –czerwony,
Green – zielony,
Blue – niebieski.
Model barw pozwalający na uzyskiwanie nowych kolorów w wyniku
mieszania ze sobą trzech barw podstawowych o odpowiedniej
intensywności.
(Monitory pracują w modelu RGB. Poszczególne kolory uzyskuje się ze
świecących punktów w kolorach czerwonym, zielonym i niebieskim.
Monitory pracują na zasadzie mieszania tych kolorów. Połączenie
wszystkich trzech kolorów o maksymalnej intensywności daje barwę białą.)
Pliki tego typu są powszechnie używane na stronach WWW, gdyż
pozwalają na tworzenie animacji dwustanową przezroczystością.
Panuje powszechne przekonanie, iż format GIF obsługuje jedynie
256 kolorów na obraz, jednak odnosi się on do kolorów mogących
występować w jednym bloku obrazu, a nie do całego obrazu.
W przypadku pliku z rozszerzeniem .gif jest stosowana
kompresja bez utraty jakości, co oznacza, że można odtworzyć
obraz identyczny z pierwotnym (tzn. przed zastosowaniem
kompresji).
Kompresja w plikach z rozszerzeniem .jpeg ma
charakter stratny, co oznacza, że obrazy zapisane w tym
formacie tracą na jakości podczas kompresji. Zostają
pominięte w nich pewne informacje zawarte w
oryginalnym obrazie. Nie oznacza to przypadkowego,
mechanicznego wyrzucania niektórych pikseli. Pewne
szczegóły obrazu są na tyle drobne, że oko ludzkie ich
nie zauważa, więc można je pominąć.
Nie jest bez znaczenia jaki typ zapisu pliku
graficznego zastosujemy. Np. format JPEG stosuje
się do zapisu fotografii, format GIF służy do zapisu
obrazków, ikon, rysunków, linii, ramek z niewielka
ilością kolorów i dużymi kontrastami.
Przy zapisie obrazu bez kompresji
informacje o poszczególnych pikselach
następują jedna po drugiej w ustalonej
kolejności.
Zamiast zapisywać stan każdego
piksela, można np. zastąpić
powtarzający się znak jego jednym
egzemplarzem z adnotacją o liczbie
powtórzeń.
Inny sposób to analiza częstości
występowania ciągów znaków, analiza
zmiany koloru kolejnych punktów.
Rysunki o obszarach wypełnionych tą
samą barwą (np. błękitne niebo)
zajmują wtedy mniej miejsca w pliku.
Kompresja obrazów o skomplikowanej i
różnorodnej treści jest mniej
efektywna.
Kompresja odpowiednio: 10%, 50% i 99%
Po lewej stroniedwukrotnie powiększony
środek spirali. Z prawej
strony nałożony na niego
efekt "wykrywanie
krawędzi". Filtr wykrywa
krawędzie tylko na
przejściach między
kolorami.
Po lewej stronie -dwukrotnie
powiększony środek spirali,
która wcześniej została silnie
skompresowana. Z prawej
strony nałożony na niego efekt
"wykrywanie krawędzi". Filtr
zaczyna się gubić, wykrywa
krawędzie wszędzie tam,
gdzie zachodzi podział na
kwadraty, działanie filtra
ujawnia także zwiększoną
liczbę przekłamań w kolorach
Niektóre techniki zmniejszają/usuwają pewne
Informacje. Nosi to nazwę kompresji stratnej.
Z zapisu stratnego nie można wiernie odtworzyć
pierwowzoru informacji. Zmiany często są
niezauważalne, a istotne dla zmniejszenia
rozmiaru pliku.
Paint
Photo Editor
PaintShop Pro
Photoshop,
Picture Publisher
Photostyler
GIMP
W starszych wersjach Windows Paintbrush lub mspaint).
Jest to aplikacja firmy Microsoft w systemach Windows.
Nie posiada filtrów, ani obsługi warstw - funkcji typowych
dla profesjonalnych programów graficznych, mimo to
chętnie jest wykorzystywany przez artystów Pixel artu.
Potrafi zapisywać i odczytywać grafikę w formatach: BMP,
JPG, JPEG, GIF, TIFF, ICO, PNG.
Rozbudowany program graficzny przeznaczony do tworzenia i obróbki
grafiki rastrowej i jednocześnie sztandarowy produkt firmy Adobe
Systems.
Adobe Photoshop jest dostępny na platformy Mac OS i Windows.
Występuje w trzech wydaniach – Elements, Standard i Extended.
W najnowszych wersjach programu dodano m.in. "Healing Brush"
służące do usuwania drobnych niedoskonałości zdjęcia oraz narzędzie
"Slice tool" służące do dzielenia obrazka na części. Pojawiła się też
funkcja tworzenia animacji.
Najnowszą wersją programu jest Adobe Photoshop CS5. Posiada ona
wiele funkcji znacznie przyspieszających pracę np. usuwanie obiektów z
uwzględnieniem zawartości czy inteligentne zaznaczanie ostrych
krawędzi (włosy, sierśc, włókna).
GIMP jest narzędziem do przetwarzania grafiki cyfrowej.
Można przy jego użyciu tworzyć grafikę, zmieniać rozmiary
i wycinać fragmenty zdjęć, dokonywać różnych operacji na
kolorach, łączyć obrazy stosując warstwy oraz dokonywać
konwersji różnych formatów plików graficznych.
GIMP jest wolnym oprogramowaniem, rozprowadzanym na
licencji GNU GPL. Jego zwolennicy porównują go do
płatnego Paint Shop Pro czy nawet do narzędzia
profesjonalistów, Adobe Photoshop. Dzięki filtrom,
skryptom i różnym dodatkom, możliwości programu są
znacznie rozszerzone.
W przypadku obrazów rastrowych liczba pikseli
przypadająca na jednostkę powierzchni jest wielkością stałą
(rozdzielczość), dlatego też przy powiększeniu mapy
bitowej występuje efekt powiększenia piksela.
W praktyce objawia się to widocznymi na ekranie monitora
lub wydruku schodkami, stąd jakość obrazu nie jest
najlepsza. Występująca wtedy utrata ostrości obrazu map
bitowych jest ich podstawową wadą. Inną wadą jest brak
możliwości operowania na fragmentach obrazu. Grafikę
rastrową można przyrównać do obrazka namalowanego
farbkami. Zmiana barwy dowolnego fragmentu polega na
nałożeniu pędzelkiem innego koloru. Nie można tutaj
zmienić np. kształtu liścia przez jego modelowanie, a
jedynie przez namalowanie w jego miejscu nowego.
Grafika wektorowa jest bardziej
zaawansowanym typem grafiki
komputerowej niż rastrowa.
Polega ona na tym, że obraz
opisany jest za pomocą figur
geometrycznych (w przypadku
grafiki dwuwymiarowej) lub brył
geometrycznych (w przypadku
grafiki trójwymiarowej),
umiejscowionych w
matematycznie zdefiniowanym
układzie współrzędnych,
odpowiednio dwu- lub
trójwymiarowym.
Zmiana kształtu przykładowego liścia polega na
modelowaniu jego konturu. Przykładem rysunków
utworzonych w grafice wektorowej mogą być ClipArty z MS
Office.
W przypadku grafiki wektorowej nie używamy określenia
rozdzielczości obrazu. Obiekty są wyświetlane na ekranie
monitora z rozdzielczością, z jaką pracuje karta graficzna i
drukowane z rozdzielczością drukarki.
Sama jakość obrazu uzależniona jest wyłącznie od
dokładności opisu obrazu przez elementy: czarne włosy
rysowanej postaci można określić jako zamkniętą krzywą
wypełnioną na czarno, choć można też opisać każdy włos
krzywą o względnie niewielkiej grubości i czarnym kolorze.
Obrazy wektorowe można łatwo przetwarzać w ich odpowiedniki
bitmapowe podając jedynie docelową rozdzielczość obrazu
rastrowego. Warto zaznaczyć, że w rzeczywistości operacja ta jest
wykonywana przed jakimkolwiek obrazowaniem grafiki
wektorowej na monitorze, czy drukarce. Istnieją jednakże
urządzenia takie jak plotery, np. ploter tnący, dla których opis
wektorowy jest naturalnym sposobem działania.
Operacja konwersji w przeciwną stronę, tzw. wektoryzacja lub
trasowanie, jest trudna i niejednokrotnie nie daje spodziewanych
efektów. Głównym problemem jest wyszukiwanie krawędzi, które
często nie są tak łatwe do znalezienia przez dany program.
Podczas rozwiązywania tego zagadnienia stosuje się często
techniki z dziedziny sztucznej inteligencji, najczęściej bada się
zmiany parametrów takich jak kontrast, barwa, czy nasycenie.
Odcinek jest zapamiętywany jako zbiór dwóch punktów
(początkowy i końcowy)
o określonych współrzędnych, dzięki temu obliczane są
punkty pośrednie.
Powiększenie/pomniejszenie odcinka w tym przypadku
polega na obliczeniu nowych współrzędnych dla obu punków,
a następnie na nowo, na obliczeniu punktów pośrednich i
wyświetleniu ich na ekranie.
SVG
format oparty na języku XML, zaprojektowany z myślą o
bezpośrednim umieszczaniu rysunków w dokumentach
internetowych;
opisuje dwuwymiarową (2D) grafikę wektorową na WWW.
W SVG oprócz standardowych obiektów (prostokąty,
elipsy,krzywe)
można opisywać efekty specjalne (filtry), maski przezroczystości
itp. SVG umożliwia też tworzenie animacji.
PostScript
to przede wszystkim język wektorowego opisu
wydruku.
Zapis w postaci plików PostScript jest odpowiedni
zwłaszcza dla gotowych dokumentów nie
przeznaczonych do dalszej edycji, na etapie pomiędzy
edycją a wydrukiem lub do rozpowszechniania w
formie elektronicznej. Do tego samego celu służy
pokrewny format PDF. W ten sposób udostępnia się
np. gotowe artykuły, raporty i dokumentację
(zawierające np.tekst z elementami grafiki) w
Internecie.
EPS
format plików, będący podzbiorem języka PostScript,
którego głównym przeznaczeniem jest
przechowywanie pojedynczych stron (ilustracji);
dokumenty mogą być wielostronicowe.
Pliki EPS zazwyczaj przechowują również miniaturę,
która jest wykorzystywana do szybkiego podglądu
zawartości takiego pliku. Format ten stał się
nieformalnym standardem wymiany obrazów
(praktycznie każdy program stosowany przy
komputerowym przygotowaniu do druku, potrafi takie
pliki odczytywać i zapisywać)
VRML
Język grafiki wektorowej, który służy do
modelowania i opisu obiektów trójwymiarowych.
Nadaje się doskonale do opisywania nawet bardzo
skomplikowanych układów wielu obiektów.
Odpowiednie oprogramowanie pozwala na ich
wizualizację z różnych miejsc, uwzględniając
perspektywę, wzajemne przesłanianie, oświetlenie
i ewentualny ruch.
Odpowiednimi przykładami użycia grafiki wektorowej są:
• schematy naukowe i techniczne
• mapy i plany,
• logo, herby, flagi, godła,
• różnego typu znaki, np. drogowe,
• część graficznej twórczości artystycznej (np. komiksy)
Adobe Illustrator
CorelDraw
Harvard Graphics
Draw Perfect
Designer
Sztandarowy produkt kanadyjskiej firmy Corel Corporation
– pakiet programów graficznych wchodzących w skład
jednego produktu, służący początkowo do obróbki grafiki
wektorowej, z czasem wzbogacany o kolejne programy
dotyczące różnorodnych zastosowań grafiki komputerowej.
Doskonale nadaje się do plakatów, szyldów reklamowych,
wizytówek, a także do tworzenia skomplikowanych
rysunków technicznych.
Możliwe jest tworzenie podstawowych dokumentów
tekstowych takich jak raporty, czy broszury.
Adobe Illustrator to program komputerowy firmy Adobe, na platformy
Macintosh oraz Windows, który służy do tworzenia i edycji wektorowej grafiki
2D. Jeden z czołowych programów w tej kategorii, obok FreeHanda i
CorelDRAW.
Adobe Illustrator do wersji 8 był przeznaczony głównie do tworzenia projektów
do wydruku. Natomiast w wersji 9 pojawiły się narzędzia dla twórców stron
WWW. Ponadto od wersji 9 Illustrator jest w stanie zastosować wiele efektów
typowych dla grafiki bitmapowej w stosunku do obiektów wektorowych, bez
trwałego zmieniania tych obiektów. W najnowszej wersji pojawiła się również
opcja przezroczystości.
Od wersji 11 dostępny jako część pakietu programów noszącego nazwę Creative
Suite, choć można go zakupić również oddzielnie. Najnowsza wersja tego
programu wydana w maju 2010 ma numer 15 (CS5).
skalowalność, prostota opisu, a przez możliwość modyfikacji
poprzez zmianę parametrów obrazu,
mniejszy rozmiar w przypadku zastosowań
niefotorealistycznych (schematy techniczne, loga, flagi i herby,
wykresy itp.),
opis przestrzeni trójwymiarowych,
możliwość użycia ploterów zgodnie z metodą ich pracy,
bardzo dobre możliwości konwersji do grafiki rastrowej.
ogromna złożoność pamięciowa dla obrazów
fotorealistycznych,
przy skomplikowanych obrazach rastrowych
nieopłacalność obliczeniowa konwersji (poprzez
wektoryzację) do formy wektorowej.
Grafika rastrowa:
-jest zależna od rozdzielczości
-wolne skalowanie; wiąże się z
utratą jakości obrazka
-powiększanie:
Grafika wektorowa:
-nie zależy od rozdzielczości
-szybkie, bezpieczne
skalowanie,
bez straty jakości
-powiększanie:
W rysunku rastrowym
wszystko jest zapamiętane
punkt po punkcie (piksel po
pikselu). Tak więc mały
rysunek jest zapamiętany jako
określona liczba punktów. Po
powiększeniu te małe punkty
stają się duże, a na dodatek
jest ich tyle samo (tyle że o
większych rozmiarach).
Różnica między małym a
dużym odcinkiem polega więc
na powiększeniu punktów,
których ilość jest stała.
W rysunku wektorowym
odcinek jest
zapamiętywany jako zbiór
dwóch punktów
(początkowego i
końcowego) o określonych
współrzędnych. Program
oblicza pośrednie punkty
ze wzoru matematycznego
i następnie wyświetla na
ekranie. Powiększenie
odcinka w tym przypadku
polega na obliczeniu na
nowo punktów pośrednich.
Grafika rastrowa
Grafika wektorowa
Obrazy wykonane w technice
rastrowej:
Obrazy wykonane w technice
wektorowej:
nie mogą być dowolnie skalowane
– powiększanie punktów obrazu
powoduje utratę ostrości i efekt
„schodkowania”
są zawsze tej samej jakości,
niezależnie od skali w jakiej
zostaną wyświetlone
 zależą od rozdzielczości
monitora lub drukarki

mogą być tworzone
automatycznie lub przez
skanowane
muszą być wykonane przez
człowieka (grafika)
składają się z fragmentów
będących osobnymi obiektami,
dzięki czemu można
zmieniać sposób i kolejność ich
nakładania
Grafika rastrowa:
 stosowana jest w edytorach
grafiki, w których za
pomocą różnych przyrządów
malarskich można
tworzyć obrazy podobnie, jak
przy użyciu farb na papierze lub
płótnie
 do obróbki zdjęć
fotograficznych
 do odzwierciedlenia
otaczającej nas rzeczywistości,
pomniejszonej w określonej skali
Grafika wektorowa:
 stosowana jest przy
tworzeniu rysunków, np.:
technicznych
 w systemach
projektowania obiektów i
urządzeń, np. CAD/CAM

nie daje możliwości
reprodukowania natury,
wszystko od podstaw jest
tworzone ręcznie przez
operatora programu
Grafika rastrowa:
przy tworzeniu obrazów o
skomplikowanych kolorach,
przejściach tonalnych,
cieniach, gradacjach barw itp.
przy składaniu ilustracji
obróbce zdjęć, np.
retuszowanie zniszczonych
tworzenie grafiki ekranowej
dla aplikacji multimedialnych
do przygotowania
statycznych efektów
specjalnych w filmie
kreowanie prostych animacji
GIF
Grafika wektorowa:
wizytówki, emblematy, znaki
firmowe
w reklamie
tworzenie wykresów 2D i 3D funkcji
matematycznych, fizycznych i
ekonomicznych; histogramów i
wykresów kołowych; wykresów
harmonogramownia zadań; wykresów
wielkości zapasów i produkcji itd.
kreślenie i projektowanie
wspomagane komputerowo
symulacja i animacja dla wizualizacji
naukowej i rozrywki
Przed opublikowaniem w sieci grafiki wektorowe
przekształca się w ich odpowiedniki rastrowe.
Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości
wyświetlenia obiektów graficznych w różnych systemach.
Wyjątkiem są tutaj np. prezentacje Flash i Shockwave, które
dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins) do przeglądarek sa
"rozumiane" przez większość komputerów.
Digitalizacja – jest łatwą operacją polegającą
przekształceniu obrazka wektorowego w rastrowy.
Nałóż siatkę
kwadratów na
rysunek
Zamaluj każdy
kwadrat
dominującym
kolorem
Pamiętaj układ
punktów
barwnych
(pikseli)
Zapomnij o
oryginalnym
rysunku
Wektoryzacja – trudna operacja przekształcenie
obrazka rastrowego w wektorowy (trudna
operacja):
W układzie barwnych pikseli rozpoznaj
przebiegające
linie, okręgi, litery i inne znaki,
obszary jednobarwne i ich brzegi
Zapamiętaj
ich parametry
Zapomnij o oryginalnym
rysunku