Графические данные хранится и обрабатывается в двоичном коде.
Существуют два принципиально разных подхода к кодированию (представлению) графических данных: растровый и векторный. При растровом представлении вся область данных разбивается на множество точечных элементов – пикселей, каждый из которых имеет свой цвет.
Число пикселей по горизонтали и вертикали определяет разрешение изображения.
При растровом способе представления графических данных под каждый пиксель отводится определенное число битов, называемого битовой глубиной или информационной емкостью одного пикселя, и используемое для кодирования цвета пикселя. Каждому цвету соответствует двоичный код. Например, если битовая глубина равна 1, то под каждый пиксель отводится 1 бит. В этом случае 0 соответствует черному цвету, 1 – белому, а изображение может быть только черно-белым. Если битовая глубина равна 2, то каждый пиксель может быть закодирован цветовой гаммой из 4 цветов (22) и т. д. Для качественного представления графических данных в современных компьютерах используются цветовые схемы с битовой глубиной 8, 24, 32, 40, т.е. каждый пиксель может иметь 2^8,
2^24, 2^32, 2^40 оттенков. Количество цветов N, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле:
N=2^i,
где i – битовая глубина.
Если известны размеры (в пикселях) рисунка по высоте и ширине , а также битовая глубина i, то занимаемый объем V будет равен:
V=X*Y*i
Основным недостатком растровой графики является большой объем памяти, необходимый для хранения изображения. Это объясняется тем, что запоминается цвет каждого пикселя, общее число которых задается разрешением.
При векторном представлении графических данных задается и впоследствии сохраняется математическое описание графического примитива – геометрического объекта (отрезка, окружности, прямоугольника и т.п.), из которых формируется изображение. Например, для воспроизведения окружности достаточно запомнить положение ее центра, радиус, толщину и цвет линии.
Благодаря этому для хранения векторных графических данных требуется значительно меньше памяти.
Программы для работы с графическими данными делятся на растровые графические редакторы (Paint, Photoshop) и векторные графические редакторы (CorelDraw, Adobe Illustrator, Visio).
Приведем краткие характеристики наиболее популярных графических форматов.
BMP (Bitmap picture) – растровый формат, разработанный компанией Microsoft. Поддерживается большинством графических редакторов (в частности, Paint и Photoshop). Применяется для хранения отсканированных изображений и обмена данными между различными приложениями.
TIFF (Tagged Image File Format) – растровый формат. Поддерживается различными операционными системами. Включает алгоритм сжатия без потери качества изображения. Используется в сканерах, а также для хранения и обмена данными.
GIF (Graphics Interchange Format) – растровый формат. Включает в себя алгоритм сжатия, значительно уменьшающий объем файла без потери информации. Поддерживается приложениями для различных операционных систем. Применяется в изображениях, содержащих до 256 цветов, а также для создания анимации. Используется для размещения графики в интернете.
JPEG (JointPhotographicExpertGroup) – растровый формат, содержащий алгоритм сжатия, который уменьшает объем файла в десятки раз, но приводит к необратимой потере части информации. Поддерживается большинством операционных систем. Используется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.
PNG (PortableNetworkGraphic) – растровый формат, аналогичный GIF. Используется для размещения графики в Интернете.
WMF (WindowsMetaFile) – векторный формат для Windows-приложений.
EPS (EncapsulatedPostScript) – векторный формат, поддерживаемый большинством операционных систем.
CDR – векторный формат, поддерживаемый графической системой CorelDraw.
Для представления цвета используются цветовые модели.
Цветовая модель – это правило, по которому может быть вычислен цвет. Самая простая цветовая модель – битовая. В ней для описания цвета каждого пикселя (черного или белого) используется всего один бит. Для представления полноцветных изображений используются более сложные модели, среди которых самые известные – модели RGB и CMYK.
Цветовая модель RGB используется в таких устройствах, как телевизионные кинескопы, компьютерные мониторы.
Цветовая модель RGB (Red-Green-Blue, красный-зеленый-синий) основана на том, что любой цвет может быть представлен как сумма трех основных цветов: красного, зеленого и синего.
В основе цветовой модели лежит декартова система координат. Цветовое пространство представляет собой куб сочетаний трех базовых цветов:
Любой оттенок цвета при этом выражается набором из трех чисел. На каждое число отводится один байт, поэтому интенсивность одного цвета имеет 256 значений (0-255), общее количество оттенков цвета – 16777216 (2^24). Белый цвет в RGB представляется как (255,255,255), черный – (0,0,0,0), красный – (255,0,0), зеленый – (0,255,0), синий – (0,0,255).
Цветовая модель CMYK используется в полиграфии.
Цветовая модель CMY является производной модели RGB и также построена на базе трех цветов: C – Cyan (голубого), M – Magenta (пурпурного), Y – Yellow (желтого), которые образуются следующим образом. Голубой цвет C (0, 255, 255) является комбинацией синего и зеленого, желтый цвет Y (255, 255, 0) – зеленого и красного, а пурпурный цвет M (255, 0, 255) – красного и синего, иначе каждому из основных цветов ставится в соответствие дополнительный цвет (дополняющий основной до белого).
Дополнительными цветами для красного является голубой, для зеленого – пурпурный, для синего – желтый. Смешение голубого, пурпурного и желтого цветов должно давать черный цвет, который, однако, выглядит осветленным по сравнению с оригиналом. Поэтому для получения чистого черного цвета при печати цветовая модель CMY расширяется до модели CMYK, содержащей четвертый основной цвет – черный (K – black).
