Аппаратная независимость

Указанная выше особенность является основой для следующего достоинства, которое формулируется как "аппаратная независимость Независимость не означает одного постоянного (и как считают, неизменно высокого) качества изображения. Отнюдь! Коль скоро векторные изображения визуализируются на внешних устройствах, имеющих самые разные уровни качества, в том числе и очень низкие, например экран монитора или простейший ("офисный") принтер. А от этих устройств, понятно, невозможно требовать высокого качества.

Аппаратная независимость означает совсем другое: векторное изображение не требует специальной подготовки для вывода и, собственно говоря, предварительного учета параметров внешнего устройства.

Пример

Изображение, например, эллипса, созданное в векторной программе и отпечатанное на "плохом" принтере, получится неказистым, а выведенное на пленку в фотонаборном автомате будет иметь идеальное представление.

Тогда очевиден вопрос: в чем же преимущество векторной графики? Преимущество в том, что указанное изображение эллипса специально не готовится. На любом этапе работы с векторными объектами нет необходимости специально учитывать условия вывода.

Сравните ситуацию с пиксельной графикой (см. табл. 14.1).

Это преимущество строится на том, что построение векторных объектов не связано с какой бы то ни было заранее определяемой сеткой. В конечном счете, конечно, сетки не миновать, но она является ситуативно внешней по отношению к самому изображению, кроме того она используется на конечном этапе.

Важная мысль

Качество векторного изображения не абсолютно, но его достоинство состоит в том, что векторное изображение всегда обеспечивает максимальное качество, на которое способно данное устройство.

Недостатки векторной графики Отсутствие аппаратной реализуемости.

В качестве существенного недостатка векторной графики стоит отметить, что она обладает достаточной сложностью и такими принципами, которые препятствуют автоматизации, и, соответственно, невозможностью (если выразиться мягко: по крайней мере, на данный исторический период, но мы думаем, что навсегда) создания устройств, подобных сканерам или цифровым аппаратам.

Этот недостаток формулируется как "отсутствие аппаратной реализуемости".

Замечание

В свое время обсуждались дигитайзеры — устройства, которые действительно создают векторные объекты, но специальная мышка, которая прилагается к этому устройству, сама по планшету не бегает, ею управляет обученный оператор. А это исключает автоматизацию.

Краткую информацию об устройствах, составляющих настольные издательские системы, см. в части I.

Замечание

Кстати, существует возможность автоматически формировать векторные объекты, но это уже не аппаратная, а программная реализация из отсканированных изображений — трассировка пиксельных изображений.

Информацию о трассировке см. в главе 15.

Аппаратная реализуемость

Самым выдающимся достоинством пиксельной графики является простота

принципа, лежащего в ее основе: принудительная дискретизация на элементы и оцифровка их в соответствии с какими-либо заранее заданными таблицами квантования.

Подробную информацию о процедурах дискретизации и квантования см. в части III.

Следствием этого служит не только тот факт, что каждый из нас интуитивно понимает принцип работы, даже не обращаясь к математике. Скажем, дети легко воспринимают метод рисования "по клеточкам". Важнее другое: простота принципа создала условия для того, чтобы реализоваться в определенных технических системах, т. е. важным следствием явилась аппаратная реализуемость.

Аппаратная реализуемость означает, что к настоящему моменту изобретены и доведены до массового производства определенные классы устройств, которые позволяют автоматизировать процедуру преобразования графической информации в цифровую форму. В этой фразе главное слово — "автоматизировать", поскольку существуют устройства, например сканеры или цифровые фотокамеры, которые при правильном использовании и при правильной установке параметров автоматически реализуют функцию ввода графической информации.

Наличие таких устройств подняло значение пиксельной графики на недосягаемую высоту. И сейчас представить себе деятельность дизайнера, художника, графика без таких устройств практически немыслимо.

Краткую информацию о таких устройствах см. в части I.

В настоящее время неисчислимая армия дизайнеров сканирует абсолютно все, что удается втиснуть в планшетный сканер: фотографии, негативы, эскизы, рисунки, акварели, репродукции, шрифт, логотипы и т. д. Кроме того, многие используют в своей работе разнообразные текстуры, а потому умудряются раскладывать на предметном столе и сканировать камешки, драпировки, веточки, листики, мелкие предметы канцелярии, быта и многое другое.

Совершенно очевидно, что этому виду графики суждена долгая жизнь, невзирая на множество недостатков, которые еще предстоит обсудить. Это тем более справедливо, что технические ограничения, связанные с объемами и скоростями, постепенно уменьшаются.

Аппаратная зависимость

Для пиксельной графики можно сформулировать еще один принципиальнейший недостаток - "пиксельная графика аппаратно зависима". Кстати, в нем фокусируется вся суть принципа пиксельной графики.

В самом деле, у этого недостатка две причины.

Если обобщенно рассмотреть внешние устройства (мониторы, принтеры и фотонаборные автоматы), то практически все они визуализируют изображения средствами битовой карты. Любое изображение строится из совокупности каких-либо элементов (например, пикселов экрана, капель чернил, точек тонера, пятен, создаваемых лазерным лучом), поэтому каждое из таких устройств характеризуется собственным разрешением.

И этот параметр играет существенную роль при печати изображения,

т. к. происходит наложение дискретной сетки изображения на дискретную сетку устройства. И далеко не всегда эта "встреча" благоприятна для окончательного результата. В частности, именно это "событие" является причиной муара.

Краткую информацию о муаре см. в части III.

С другой стороны, сетка дискретизации изображения формируется, к сожалению, в самом начале процесса, а последующие изменения сетки дискретизации (разрешения), как это мы выяснили в предыдущем разделе, вовсе не дают никакого улучшения.

Таким образом, приходится признать, что перед созданием изображения (например, перед сканированием) пользователь уже должен ясно себе представлять условия вывода изображения на визуализирующих устройствах.

Данную ситуацию можно разобрать на следующих условных примерах.

Пример 1

Например, мы решили использовать в печатном рекламном блоке-документе редкое изображение, которое сумели найти только в Интернете. Изображение предназначено только для экрана и обладает очень низким разрешением (72 ppi). Пробный оттиск на офисном струйном принтере показал, что оттиск не обладает достаточным качеством.

Пример 2

Документ с этим же изображением был отправлен на фотонаборное устройство и отпечатан. Результат оказался плачевным... При том, что на той же странице оказались и качественные изображения (одна и та же полоса, одни и те же устройства, одна и та же пленка — а качество разное).

Пример 3

После этого решили использовать профессиональные слайды и высококачественные устройства сканирования. Печать на том же офисном струйном принтере огорчила, прироста качества, соизмеримого с затратами, добиться не удалось.

Пример 4

И наконец, вывод пленки и качественная печать дали возможность достичь ожидаемого (достойного) качества, хотя и потребовали довольно значительных материальных затрат.

Суммируя эти соотношения ("хорошего" и "плохого" изображений, "хорошего" и "плохого" печатных устройств), можно составить итоговую таблицу (табл. 14.1).

Таблица 14.1. Таблица аппаратной зависимости пиксельной графики


	"Хороший" принтер	"Плохой" принтер
"Хорошее" изображение "Плохое" изображение	Хорошее качество результата и оправданно высокие затраты Плохое качество результата, но неоправданные затраты на дорогую печать	Плохое качество результата, но неоправданные затраты на сканирование и большие обьемы информации Плохое качество результата и оправданно низкие затраты

Таким образом, если игнорировать аппаратную зависимость пиксельных изображений, то возникает шанс попасть в "вилку" проблем: с одной стороны, неудовлетворительное качество изображения, с другой — неоправданные затраты на высококачественное сканирование, хранение и передачу огромных объемов информации и дорогостоящую пленку.

Важная мысль

Для работы с пиксельными изображениями необходимо всегда ориентироваться на параметры выводного устройства. Причем, принимая решение о выборе

разрешения пиксельного изображения, необходимо четко представлять условия его печати. Кроме того, избавить изображение от "ступеней" дискретизации, используя более качественное устройство, не удастся.

Достоинства векторной графики Минимальный объем векторного документа

В сравнении с пиксельной графикой файлы векторной графики поражают чрезвычайно маленькими объемами.

Если, конечно, не импортировать в векторный документ изображения пиксельной графики, то при современных объемах устройств хранения информации векторные файлы занимают весьма и весьма скромное положение.

В чем причина такой особенности? Ответ на этот вопрос имеет оттенок парадоксальности: векторные документы имеют небольшой объем потому, что они собственно изображения в документе и не содержат.

Важная мысль

Векторные документы имеют небольшой объем потому, что они собственно

изображения не содержат.

В самом деле, мы уже обсуждали, что для создания векторных объектов необходимо только фиксирование координат опорных и управляющих точек.

Информацию о принципах векторной графики см. в части IV.

Львиную долю экономии обеспечивает и то, что на весь объект достаточно одного-единственного кода цвета или какой-нибудь заливки (в противоположность пиксельной графике, где для каждого пиксела этот код сотни тысяч раз повторяется).

ЧАСТЬ V

СРАВНЕНИЕ и ПЕРЕХОДЫ ПИКСЕЛЬНОЙ И ВЕКТОРНОЙ ГРАФИКИ

Глава 14. Достоинства и недостатки пиксельной и векторной графики

Глава 15. Взаимные преобразования пиксельной и векторной графики

Эта часть является продолжением частей III и IV, в ней рассматриваются одновременно пиксельная и векторная графика.

В предыдущих двух частях рассматривались пиксельная и векторная графика как два разных и независимых друг от друга способа кодирования графической информации (пиксельная графика использует матричную математику, а векторная графика построена на геометрических принципах).

Хотя каждый способ обладает несомненными достоинствами, тем не менее ни тот ни другой не лишен недостатков. Поэтому необходимо выяснить баланс достоинств и недостатков каждого вида в отдельности, а также общий баланс обоих видов, когда достоинства и недостатки перекрывают друг друга: недостатки одной реализуются в достоинствах другой.

Детальному рассмотрению достоинств и недостатков пиксельной и векторной графики посвящена глава 14.

Следует также рассмотреть принципы взаимных переходов между пиксельной и векторной графикой и научиться конвертировать каждый вид в свою противоположность, тем самым извлекая максимум достоинств из того или иного вида графики.

В главе 15 излагаются способы конвертирования пиксельной графики в векторную и векторной в пиксельную, т. е. обсуждаются технологии растеризации и трассировки.

Из этого неизбежно следует, что оба способа являются взаимодополняющими и, по сути, неразрывными формами компьютерной графики.

Достоинства и недостатки пиксельной и векторной графики

Данная глава продолжает части III и IV и подробно рассматривает достоинства и недостатки пиксельной и векторной графики.

Не бывает достоинств, которые бы не строились на каких-либо недостатках. Пришло время детально обсудить достоинства и недостатки пиксельной и векторной графики.

Каждый из видов графики имеет свои достоинства и недостатки, важно отметить определенную "зеркальность" их достоинств и недостатков.

Глава начинается с достоинств пиксельной графики, которых у нее не так уж много (два принципиальных и одно относительное):

аппаратная реализуемость;

программная независимость;

фотореалистичность изображений.

Затем выявляются недостатки пиксельной графики, на которые стоит обратить особое внимание:

значительный объем файлов;

принципиальные сложности трансформирования пиксельных изображений;

аппаратная зависимость — причина многих погрешностей;

отсутствие объектов.

Достоинства и недостатки векторной графики являются зеркальным отражением достоинств и недостатков пиксельной графики.

Достоинства векторной графики:

минимальный объем файла,

полная свобода трансформаций;

аппаратная независимость;

Объектно-ориентированный характер векторной графики.

Вместе с тем, неизбежны и недостатки векторной графики (два принципиальных и одно условное):

отсутствие аппаратной реализуемости;

программная зависимость;

жесткость векторной графики.

Фотореалистичность

Указанные выше достоинства пиксельной графики носят объективный характер. Безусловное благо — автоматическое конвертирование изображения в цифровую форму или независимость от программного обеспечения. А обсуждаемое в данный момент свойство пиксельной графики, которое формулируется как "фотореалистичность", является достоинством только в том случае, если мы стремимся максимально достоверно передать объективную реальность или живописные и фотографические оригиналы.

Как правило, характерными особенностями фотореалистичности являются множество цветов, градиенты, сложное освещение, наличие мягких тоновых переходов (дымка, туманы, облачность и т. п.) — т. е. все то, что каждый из нас обнаруживает в реалистическом изобразительном искусстве, в фотографии и в объективной реальности.

Пример

Совсем не случайно в названиях многих программных приложений, посвященных пиксельной графике, присутствует слово "фото" (photo), например Adobe Photoshop, CorelPHOTOPAINT, Ulead PhotoImpact и др.

Пиксельная графика— это идеальный вид графики для художника-живописца и фотографа. В период модернизма, постмодернизма и современного искусства реализм является мало ценимым атрибутом, более того, это слово получило даже негативный оттенок, но, тем не менее, его никто отменить не способен. Например, на экране телевизора мы вряд ли хотим видеть кубические изображения (цветные кубики и квадратики), а не "реалистических" дикторов или актеров. Да и собственное фотографическое изображение никто не захочет искажать и деформировать в угоду новомодным течениям.

Кроме того, существуют целые области, которые всегда требуют реалистических изображений, например реклама продуктов питания. На упаковке образец печенья нельзя передать с помощью абстрактных кружков, квадрата -ков и пятнышек, а наоборот, желательно для искушения потребителя передать это печенье в самом "натуральном виде", чтобы зрителю казалось, что оно пахнет и хрустит. Поэтому, невзирая на то, что изобразительное искусство давно ушло в области абстрактные и не всем понятные, реальное производство, реальный дизайн, реальные потребности — полностью покинуть территорию фотореализма никогда не смогут.

Следовательно, практические дизайнеры должны глубоко и настойчиво изучать принципы, параметры, особенности, достоинства и недостатки этого вида графики.

Вместе с тем, в сложном мире изобразительности фотореалистичность, действительно, не абсолютное достоинство. Дизайнер, который работает с чистыми формами, допустим, создает новые гарнитуры шрифта, по роду деятельности весьма далек от реалистичности. Ибо требования в этой области как раз противоположны: резкость, жесткость, отсутствие каких бы то ни было размытостей и вообще неясностей.

Таким образом, фотореализм — это, безусловно, достоинство, но только относительно жесткости векторной графики.

На этом закончились положительные качества пиксельной графики. Необходимо познакомиться и с недостатками, тем более что знание недостатков подчас важнее, чем знание достоинств.

Объем файла

За все приходится платить,

И, может, это справедливо. Павел Хмара

Самый первый недостаток, который мы уже обсуждали и с которым сразу сталкиваются пользователи, — это объем файлов.

Информацию о расчетах объемов пиксельных документов см. в главе 10.

В главе 10 мы выяснили, что объем файла пиксельной графики зависит только от трех параметров, а именно: от геометрических размеров, от значения разрешения и от значения глубины цвета. В выведенной там же формуле объем файла в байтах равняется произведению длины изображения (в дюймах) на разрешение (в ppi), ширины изображения (в дюймах) на разрешение (в ppi) и на глубину цвета (в байтах на пиксел).

Пример

Если при сканировании изображения в один квадратный дюйм (а это размер почтовой марки) установлено разрешение 600 ppi, то в однобитовом режиме создается 360 000 пикселов, для хранения которых необходимо около 44 Кбайт. Если режим меняется на тоновый (серая шкала), то объем файла увеличится до 352 Кбайт, а если на цветной — до 1,06 Мбайт.

Объем файла измеряется, как известно, в байтах, килобайтах, мегабайтах и гигабайтах. Наличие этих приставок (кило-, мега- и гига-) как раз и является достаточно неприятным недостатком. Причем эта неприятность усугубляется тем огорчительным фактом, что объем пиксельного файла ни в малейшей мере не зависит от содержания.

Замечание

В данном случае речь идет только о сохранении цветовых данных изображения, т. е. только матрицы данных, без учета алгоритмов сжатия и конкретных форматов файлов.

Информацию об алгоритмах сжатия цифровых данных см. в части III.

В изображении всегда существуют какие-либо области, которые для зрителя являются фоновыми и не играют существенной роли, тем не менее для каждого фонового пиксела требуется такой же объем оперативной или дисковой памяти, как и для значимых с нашей (человеческой) точки зрения пикселов.

Пример

Конечно, чрезмерный объем файла — это большая неприятность, которая неизменно случается в условиях отсутствия достаточных ресурсов. Например, располагая только дискетой, вам срочно необходимо сканировать несколько фотографий. В такой ситуации для сохранения больших объемов документов нужно принимать решения: архивировать, сжимать какими-нибудь программами, которых может не оказаться под рукой, а если и есть, то нужно знать, как ими пользоваться, и т. д.

Борьба с объемами пиксельных изображений состоит в оптимизации параметров, определяющих объем, в разумном кадрировании и использовании алгоритмов сжатия (выборе соответствующих форматов файлов).

Объемы шрифтовых файлов

Немаловажно и то что, если векторный объект масштабировать в десятки раз, это практически не повлияет на объем документа, потому что количество опорных точек не добавится, как не добавится и других параметров, требующих сохранения.

Исходя из этого, векторный формат чрезвычайно экономен в объемах. Поэтому в тех областях графики и дизайна, которые занимаются знаками, логотипами, компоновкой или композицией документов фирменного стиля (визиток, бланков, отчетов и т. п.), такими документами очень легко оперировать (сохранять, переносить, передавать).

Пример

Компьютерный шрифт имеет векторную форму, а любой шрифтовой файл, скажем, формата TTF — это, как минимум, 200 "картинок" в файле, но объем файла не превышает 200—250 Кбайт, а большинство и того меньше (рис. 14.1).

Проблемы с трансформациями

Следующим и очень важным недостатком пиксельной графики являются

принципиальные проблемы с трансформированием. Этому была посвящена специальная глава данной книги.

О проблемах трансформирования пиксельной графики см. в части III.

Исходя из вышесказанного, можно утверждать, что любые трансформации связаны с погрешностями. Другое дело, что существует достаточный запас "прочности", при котором неизбежные искажения неочевидны для восприятия.

Следует понять: исправить основу такого вида изображений (сеточную, дискретную структуру) нельзя. Удалить "ступеньки" ("сетку", "клетки") можно только, уничтожив само изображение.

Поэтому главный вывод заключается в том, что преодоление этого неизбежного недостатка возможно только в случае оптимальных параметров.

Программная независимость

Очень важным достоинством пиксельной графики является программная независимость. Это достоинство в определенной степени также является следствием простого принципа, лежащего в основе пиксельной графики. Характер информации (совокупность чисел, организованных в двухмерную матрицу), который требуется для хранения пиксельного изображения, позволяет создавать стандартные форматы. Эти форматы "понимают" практически все программы, работающие с изображениями: редакторы пиксельной и векторной графики, программы верстки, браузеры и даже операционные системы.

Исторически многие ставшие теперь стандартными форматы разрабатывались для нужд конкретных программ, например популярнейший некогда формат PCX разрабатывался для программы PaintBrush — простейшего редактора пиксельной графики.

Краткую информацию о некоторых наиболее популярных стандартных форматах см, в части III.

При этом до сих пор многие программы располагают своими внутренними специфическими форматами.

Пример

Программа Adobe Photoshop позволяет сохранить документ с многочисленными слоями, с несколькими альфа-каналами и массой специфических настроек во внутреннем формате PSD.

Популярность и особые функции, востребованные для того или иного направления развития техники, превращают форматы, имевшие сугубо утилитарный характер, в широко используемый и стандартный.

Иногда и забытые форматы возвращаются к жизни. Например, графический стандарт GIF, не обладающий особыми достоинствами с точки зрения печати и полиграфии, вдруг оказался сверхпопулярным в интернет-технологиях.

И здесь важно отметить один момент. Стандартность форматов отнюдь не означает, что все они идентичны. Стандартность означает только открытость структуры файла, на основе которой принципиально не сложно создавать конвертеры для открытия или импортирования документа в том или ином формате, а также для сохранения или экспортирования.

Многие программы в процессе своей инсталляции предлагают пользователю самостоятельно сформировать список таких конвертеров для импортирования и экспортирования форматов пиксельных файлов.

И еще одно важное следствие, которое мы уже однажды обсуждали.

Информацию об этом с/и. в разд. "Особенность битовой карты" главы 8.

Оно заключается в том, что у полученного изображения (неважно, каким именно образом: с помощью цифрового аппарата, с помощью сканера или с помощью мыши), сохраненного в одном из стандартных форматов, связь с источником этого изображения теряется.

Впоследствии уже никакой роли не играет, откуда это изображение было получено. Когда вы используете пиксельное изображение, совсем не легко определить источник этого изображения.

Поэтому программная независимость пиксельных изображений позволяет использовать их даже для передачи короткой текстовой информации.

Замечание

В битовых картах заключается последнее убежище Web-дизайнера для того, чтобы сохранить форматирование заголовочных текстов в исходном виде. Например, вы замечали, многие кнопки на Web-страницах не содержат ничего, кроме названия, а тем не менее выполнены в форме пиксельных изображений. Это происходит потому, что дизайнер, который создавал эти кнопки, хотел, чтобы сохранился конкретный вид шрифта, а также все "сопутствующие украшения", например фон, падающая тень, градиенты и т. д.

И никто никогда не интересуется, если находит изображение пиксельной графики (на Web-сайтах в Интернете или в библиотеках изображений, распространяемых на компакт-дисках): в каком графическом редакторе создавалось и сохранялось это изображение? Польза от такого знания практически нулевая, если изображение открывается в вашей излюбленной программе. Гораздо важнее узнать параметры конкретного изображения пиксельной графики: геометрические размеры, разрешение и глубину цвета.

Программная зависимость

В противоположность пиксельной графике векторную графику характеризует близкая к абсолютной программная зависимость. Каждая программа, каждый векторный редактор располагают собственным форматом (каким образом сохраняются координаты и каким образом по ним строятся векторные кривые, как учитываются параметры цвета и заливок и многие другие характеристики различных эффектов — эта информация не получает широкого распространения, во всяком случае не публикуется в справочниках форматов файлов). При этом переход между такими форматами или невозможен в принципе, или невозможен без существенных потерь (потери при конвертировании векторных форматов всегда существуют).

Важная мысль

Потери при конвертировании одного векторного формата в другой всегда существуют.

Поскольку, как сказано, у каждой программы свой формат, неизбежно так называемое отставание версий. В новых версиях всегда добавляются дополнительные параметры, которые, естественно, не могут учитывать конвертеры "соперников". Даже сами программы уже некоторые форматы устаревших версий не открывают.

В разных векторных программах существуют различные наборы функций, например одна программа поддержиэает прозрачность, другая — нет, зато В другой программе применяется градиентная заливка обводок, а в остальных -нет. И перечень таких различий может занимать целые страницы. А коль скоро не стыкуются параметры и возможности, соответственно, нельзя изображение однозначно из одной векторной программы "перевести" в другую. По этой причине в компьютерном сообществе имеют место бесконечные и порой бессмысленные споры о преимуществах той или иной программы. У каждой имеются свои достоинства и недостатки. Однако ситуация на рынке труда такова, что далеко не всегда востребуется лучшее. Поэтому заранее стоит себя настроить, чтобы не было резкой 'антипатии, предубеждения, неудовольствия, когда придется (по условиям работодателя) использовать самые разные векторные приложения.

Замечание

Иная ситуация с пиксельными редакторами: если вы привыкли работать с одной программой, то можно спокойно продолжать ее использовать. Результат, если не считать нюансов, будет практически идентичным.

Пример-метафора

Конвертирование векторных изображений из одной программы в другую можно сравнить с переводом с одного языка на другой. Когда мы говорим о простых вещах, т. е. обычные стандартные фразы, это можно почти дословно перевести на другой язык (существуют эквиваленты). А когда речь заходит о поэзии, о художественной прозе, перевод становится весьма приблизительным. Классический пример — пьеса "Гамлет" Шекспира на русском языке существует в переводах Пастернака, Лозинского и Щепкиной-Куперник. И это очень разные "Гамлеты"! Существует уникальная постановка пьесы, в которой используются фрагменты всех трех переводов (режиссер Роберт Стуруа).

Свобода трансформирования

Вся творческая сила ума сводится лишь к способности соединять, перемещать, увеличивать или уменьшать материал, доставляемый нам чувствами и опытом.

Давид Юм

Беззаботность и удовольствие не знают пределов, когда работаешь с векторной графикой. Проблем с трансформированием практически не бывает: можно сказать, что это — бесконечное и свободное трансформирование.

Причина такой свободы заключается в том, что объектов (изображений) ни в документе, ни в оперативной памяти не существует, программа всякий раз пересчитывает ("перевычисляет") координаты точек. При перенесении любой точки программа тут же пересчитает новые координаты и построит новую кривую (с учетом разрешения, скажем, экрана). В таком режиме можно действовать непрерывно.

Важная мысль

В векторном документе, по сути дела, графики нет, ее никто никогда не видел.

Так как всякий раз векторный объект отображается средствами растровой графики, например с помощью экрана.

Жесткость векторной графики

Разработчики векторных приложений прилагают массу усилий, чтобы внести в векторные изображения элементы реалистичности (прозрачность, градиенты, падающие тени и т. п.), однако, по сути, они являются чуждыми для этого направления графики.

Векторные контуры, векторные изображения, конечно, отличаются достаточно жесткой структурой ("сухостью", "фанерностью"). Но в определенных областях дизайна (шрифты, торговые знаки, логотипы) такая жесткость является непременным требованием. Более того, точный, резкий и, как говорят художники, "звонкий" контур — непременное условие графического дизайна. Знак (с большой буквы!) не терпит приблизительности.

В данном случае отсутствие фотореалистичности нельзя считать каким-либо дефектом (тем более что попытки создать фотореалистические изображения делаются, например одна такая попытка стоила компании Corel огромных штрафов: речь идет об изображении на фирменной коробке версии 8). Но поскольку сравнение идет с программами пиксельной графики, то можно его признать относительным недостатком.

Резюме

Для наглядного представления достоинств и недостатков и сопоставления пиксельной и векторной графики можно составить следующую итоговую таблицу (табл. 14.2).

Таблица 14.2. Сравнение достоинств и недостатков пиксельной и векторной графики


	Пиксельная графика		Векторная графика
	Аппаратная реализуемость Программная независимость Фотореалистичность графики		Аппаратная нереализуемость Программная зависимость Минимальный объем файла Свободное трансформирование изображений Аппаратная независимость

Невзирая на такие противоположные свойства, а может быть, благодаря им, эти два вида графики не только сосуществуют, но и дают возможность преобразовывать один вид цифровой графики в другой.

Рассмотрев достоинства и недостатки пиксельной и векторной графики, следует перейти к способам взаимного конвертирования одного вида в другой. Это дает возможность дизайнеру свободно использовать оба вида графики с максимальной выгодой.

Автоматическая растеризация

Вывод на печать также обеспечивает автоматическую растеризацию, но здесь есть определенный выбор, связанный с выбором устройства печати. А это, в свою очередь, определяет качество печати. Выбор принтера с точки зрения растеризации означает всего-навсего активизацию того или иного драйвера печати. Физически принтер не всегда и необходим, например для выполнения так называемой отложенной печати, которую обеспечивает известный флажок Print to File (Печать в файл), находящийся в диалоговом окне Print (Печать) подавляющего числа приложений (рис. 15.3). Отложенная печать позволяет преодолеть проблемы, связанные с несовпадением комплектации и настроек операционных систем на разных компьютерах.

Цвет и форма

Войти в историческое существование можно лишь посредством артикулированной формы.

Мераб Мамардашвили

Цвет и форма неразрывно связаны между собой как дополняющие и определяющие друг друга, то есть изменение формы меняет цвет, за переменой цвета следует перемена форма.

Константин Петров-Водкин

Художники, которые работают карандашом, кистью, иными художественными материалами, применяют разные живописные и графические техники, отчетливо представляют себе, что существуют всего две основные категории изобразительного искусства — цвет и форма.

В "чистой" живописи работают цветом, каждый мазок на холсте — это цветовое пятно, а все живописное произведение — совокупность таких пятен. Однако впечатление от картины не сводится только к восприятию цветных пятен, напротив, когда зритель располагается на определенном расстоянии, цветовые пятна создают ощущение пространства, а следовательно, цветовые элементы преобразуются в различные формы, свойственные объективной реальности.

Замечание

Вообще говоря, все наше восприятие объективной реальности строится на ощущениях цвета (например, далекую панораму нельзя воспринимать иначе, другие органы чувств не участвуют). В нашем мышлении не существует никаких представлений и преобразований формы как таковой. Сознание не оперирует, скажем, объемным предметом (шаром), когда мы видим его на каком-либо расстоянии. Мы можем судить о шаре (и его объеме) только по цветовой картине (совокупности цветовых отношений), воспринимаемой органами зрения. На сетчатку глаза поступает только цветовая информация, и совокупность цветов (света, полутень, рефлекс и т. д.) позволяет нам судить о пространстве и о форме (объемно-пространственное восприятие). В объективной реальности существует форма, которую человек воспринимает по изменению цвета. Это позволяет в конечном счете моделировать трехмерную объективную реальность на плоскости. В самом деле, не играет роли, откуда пришли в органы зрения цветовые потоки: от действительного шара, освещенного лампой, или от его изображения на бумаге (фотография, рисунок, живопись).

Если бы это было не так, изобразительное искусство и фотография стали бы принципиально невозможными (в лучшем случае использовались бы объемные макеты). Тем более что восприятие изображений на плоскости нехарактерно для живых существ, кроме человека (собака по фотографии не узнает хозяина). Дети также начинают воспринимать плоские изображения только с определенного возраста. Восприятие цвета на плоскости и конструирование по этому цвету форм в пространстве — свойство достаточно развитого человеческого сознания.

Компьютерные способы кодирования графики (пиксельную и векторную) также можно рассмотреть с точки зрения цвета и формы. Первое различие состоит в используемых элементах.

Пиксельная графика оперирует только пикселами, имеющими определенное цветовое значение и однозначное расположение в сетке битовой карты.

Векторная графика оперирует математическими объектами, которые независимы от параметров внешнего устройства (монитора, принтера).

Следующее различие касается собственно взаимосвязи цвета и формы.

При редактировании пиксельной графики изменяется цвет определенной совокупности пикселов. Изменение цвета влечет за собой изменение формы изображаемых предметов. Цвет И форма в этом виде Графики неотделимы друг от друга, но в смысле технологии цвет первичен, а форма является производным от цвета. В чистом виде (без цвета в широком понимании) форма не существует. Процесс создания изображений пик-сельной графики, если не считать компьютерной специфики, практически идентичен работе традиционного художника, который за счет расположения на плоскости мазков краски (нужный цвет в нужном месте) создает иллюзорную действительность (пространство, объем, освещение, материальность, фактурность).

При редактировании векторной графики изменяется в первую очередь форма объекта, а цвет играет второстепенную роль. Цвет и форма в этом виде графики независимы друг от друга, и в смысле технологии форма первична, а цвет — просто заполнитель формы (что и отражает термин Fill - "заливка").

В чистом виде ( без контурной формы как сосуда) цвета не существует. Процесс создания изображений векторной графики, если также не считать компьютерной специфики, напоминает работу худож-ника-аппликатиста, который вырезает формы из белой бумаги, затем окрашивает их цветом или печатает на них клише, раскладывает полученные формы на плоскости (в том числе, перекрывая некоторые из них), тем самым создавая декоративно-условную композицию.

С учетом вышеизложенного эти принципы кодирования получают различные области применения.

Пиксельные изображения хороши для создания фотореалистических изображений с тонкими цветовыми переходами и нюансами — это портрет, пейзаж, живописный коллаж, фотография.

Векторные изображения используются для отображения объектов с четкими границами и ясными деталями — это шрифт, логотип, графический знак, орнамент, декоративная композиция в рекламе и полиграфической продукции.

Все сказанное можно кратко и наглядно отобразить в форме таблицы

(табл. 15.1).

Таблица 15.1. Цвет и форма в пиксельной и векторной графике


	Пиксельная графика	Векторная графика
Элементы изображения Цвет Форма Области применения	Пикселы (pixels) Первичен Вторична Живопись, фотография	Контуры (paths) Вторичен Первична Графический дизайн, шрифт

Пользователь, занимающийся компьютерной цифровой графикой, версткой изданий, композицией, должен точно знать достоинства и недостатки двух способов представления графической информации, с выгодой использовать достоинства и по мере возможности избегать недостатков.

Необходимо подчеркнуть, что в настоящий момент происходит взаимное проникновение элементов пиксельной графики в редакторы векторной графики и, наоборот, элементов векторной графики — в редакторы пиксельной графики.

Пример

Все известные векторные программы включают фильтры для обработки пиксельных изображений и, кроме того, предлагают команды конвертирования векторных изображений в пиксельные (не в качестве экспорта, а для применения в недрах программы).

Пиксельные программы, в свою очередь, используют векторы для построения сложного контура выделенной области и для создания обтравочного контура.

С практической стороны чрезвычайно важно и то, что между этими принципами нет непроходимой пропасти, они допускают взаимные преобразования друг в друга: растеризацию и трассировку.

Декоративные методы трассировки

Указанные выше методы трассировки являются основными, но некоторые программы предлагают и другие способы трассировки, которые обеспечивают разнообразные декоративные принципы.

Метод "эскиз" (Sketch) является векторным художественным фильтром и предназначен для имитации штрихового рисунка, совокупности штрихов которого расположены на нескольких слоях и взаимно пересекаются.

Общий вид получаемого рисунка напоминает очень упрощенную гравюру на металле.

Методы "мозаика" (Mosaic) и "объемная мозаика" (3D Mosaic) являются векторными художественными фильтрами и предназачены для превращения пиксельного изображения в совокупность простых векторных объектов, общий вид которых представляет собой мозаичное изображение: простое или объемное.

Метод "гравюра на дереве" (Woodcut) является по своему назначению векторным художественным фильтром (эффектом) и предназначен для имитации гравюры, ширина штрихов которой определяется распределением тональных уровней в исходном изображении.

Флажок Print to File в типичном диалоговом окне Print

Эту возможность предлагает и операционная система, в которой инсталлируется определенная совокупность принтеров (рис. 15.4).

Фрагмент топографической карты с изолиниями

Изолинии — это, по сути дела, линейная конструкция, основанная на опорных точках, только в данном случае используется равенство или близость цветовых значений в битовой матрице.

Если окружить области с одинаковыми или близкими цветами (с одинаковыми или близкими значениями), образуются векторные контуры.

Замечание

Примерный аналог этой процедуры можно видеть при работе с инструментом Magic Wand (Волшебная палочка) в программах пиксельной графики. Данный инструмент специальным образом окружает цветовую область — бегущей штриховой линией ("муравьиной тропой"). Кстати, такая близость подчеркивается возможностью программного преобразования выделенной области в векторный контур.

Замечание

Следует иметь в виду, что адекватное преобразование пиксельного изображения в векторное практически недостижимо, поскольку изображение, воспринимаемое человеком, является значимым только для него и только человек способен воспринимать сочетание различных цветов в качестве единого объекта (например, кто, кроме человека, может определить у "ежика в тумане", где кончается ежик и начинается туман). Программа же трассировки действует на основе простого принципа: очерчивание областей с одинаковыми или близкими цветами, которые фактически могут относиться к совершенно разным

"Объектам". Разумеется, на уровне очерчивания каждого пиксела изображения векторная "картинка" приблизится к исходной пиксельной, но в этом случае она потеряет преимущества, присущие векторной графике, а именно — работу с большими объектами и возможность их свободной трансформации.

Простой принцип, лежащий в основе трассировки, получил развитие в нескольких способах трассировки.

Интерфейс программы ATM

Помимо скрытой растеризации, существует возможность выполнять растеризацию, как говориться, "по желанию".

Метод трассировки "по средней линии"

Метод трассировки "по средней линии" (centerline) предназначен для трассировки технических изображений (чертежей, схем) и изображений делового характера (таблиц, диаграмм), а также любых изображений с более или менее одинаковой толщиной линий (рис. 15.9).

Методы трассировки

Метод трассировки "по очертанию"

Метод трассировки "по очертанию" (outline) предназначен для трассировки изображений с четкими цветовыми областями (пятнами различной величины и линиями неодинаковой толщины), но, как правило, обеспечивается трассировка любого цветного изображения, хотя в этом случае возможны (а иногда желательны) значительные "обобщения" цветовых пятен.

Названным методом можно обрабатывать как двухцветные, так и многоцветные изображения. Принцип работы контурного метода состоит в очерчивании контуром цветной области в пределах допуска и заполнении се соответствующим цветом.

Папка Принтеры с набором драйверов принтеров

Драйвер конкретного печатного устройства как раз и обеспечивает процедуру растеризации, т. е. учет всех настроек принтера и некоторые дополнительные функции, которыми он располагает.

Определение

Слово "драйвер" — это производное от английского "to drive", что означает "управлять". В компьютерных технологиях драйвер — это программа, инсталлируемая в операционную систему для взаимодействия программного приложения, например графического редактора, и физического устройства, например принтера. К функциям драйвера относятся обработка прерываний, управление запросами к устройству, преобразование всей поступающей от приложения информации в команды управления устройством.

Таким Образом, наличие драйверов решает проблему стыковки программных приложений с ограниченным числом внешних устройств. Виртуальные драйверы располагают собственными интерфейсами, в которых отражены многочисленные настройки, например драйверы офисного лазерного принтера

(рис. 15.5), цветного офисного принтера (рис. 15.6) и фотонаборного автомата (рис. 15.7).

Подготовка пиксельных изображений для трассировки

В качестве одного из условий достижения требуемого результата трассировки выступает необходимость подготовки исходного изображения.

Замечание

Современные программные приложения, предназначенные для трассировки, не выдвигают особых формальных ограничений для пиксельных изображений, но, вместе с тем, разработчики устанавливают для достижения определенного качества те или иные требования.

К общим требованиям можно отнести следующие условия.

Разрешение сканированного изображения желательно иметь в пределах от 300 до 600 ppi, хотя допускается возможность работы и с меньшим разрешением, но при этом трудно ожидать хорошего качества.

Отсканированные изображения не должны содержать полиграфического растра, поэтому для трассировки следует использовать изображения с фотографий или слайдов (или специальным образом удалять растровую структуру).

Особое внимание следует уделить изображениям, включающим шрифт. Трассировать следует только достаточно крупный шрифт (не менее 36 пунктов), более мелкий шрифт лучше удалить средствами любой пиксельной программы, например Adobe Photoshop.

Следует учесть, что для работы с пиксельным изображением необходим объем оперативной или дисковой памяти в несколько раз больший, чем требуется для сохранения файла.

Чистота и ясность изображения играют решающую роль для качественной трассировки. Если используемый оригинал имеет, например, дефекты, пятна, царапины, то такое изображение следует тщательно довести до нужного уровня в пиксельной программе, например в Adobe Photoshop.

Преимущество векторных изображений

Если учитывать последствия неизбежного преобразования векторного изображения в пиксельное (временного для экрана или окончательного для печати), то возникает очевидный вопрос: к чему эта сложная возня с векторной графикой, если в конечном счете она оказывается втиснутой в растровую сетку.

Для ответа на этот вопрос надо учесть, что процедура растеризации, во-первых, происходит с учетом внешнего разрешения устройства (экрана, Принтера и т. д.), а во-вторых, она выполняется независимо от самого векторного изображения (в этом состоит аппаратная независимость векторного изображения, которое почти никак специально не готовится для вывода на самый широкий спектр внешних устройств).

Векторному изображению обеспечивается максимальное качество, на которое способно данное устройство и алгоритмы растеризации, используемые в данном устройстве (при этом ничего не изменяя в самом векторном объекте).

В этом и заключается принципиальное различие пиксельной и векторной графики, когда их документы отправляются на одинаковые устройства визуализации, результаты могут быть совершенно разными. Если элементы устройства печати будут во много раз мельче пикселов изображения, это все равно не "спасет" пиксельное изображение.

Данное различие очень важно, поэтому на следующих рисунках покажем условную растеризацию похожих рисунков.

Замечание

При визуализации пиксельного изображения возможно возникновение погрешностей (муар) наложения собственной сетки и сетки растеризации.

Пример изображения для трассировки методом "по средной линии"

Этот метод особенно эффективен для черно-белых штриховых документов. Принцип работы метода "по средней линии" заключается в том, что программа не очерчивает линию По периметру, а, определяя центр линии, создает линейный контур.

Программы трассировки

Из программ трассировки наиболее известны следующие: О Adobe Streamline, которая распространяется независимо; О CorelTRACE, входит в пакет CorelDRAW.

Полное описание этих программных продуктов представлено в книгах по программам Adobe Photoshop, Adobe Illustrator и CorelDRAW. Информацию об этих книгах смотрите на сайте http://www.bhv.ru/pono.

В программах используются более точные и многообразные настройки, а также несколько методов трассировки.

Распознавание текста

В настоящее время все шире используется программное обеспечение, предназначенное для преобразования сканированных страниц книг или журналов в текстовый формат (например, состоящий из символов стандарта ASCII). Эти программы относятся к довольно сложным интеллектуальным системам оптического распознавания символов (OCR, т. е. Optical Character Recognition).

В основном эти программы применяются как альтернатива ввода текста с клавиатуры в том случае, когда имеется достаточно качественный печатный экземпляр.

Технология распознавания, хотя и значительно сложнее трассировки, но во многом аналогична трассировке, поэтому необходимо соблюдение примерно тех же условий сканирования, которые указаны в предыдущем разделе.

Резюме

Пиксельная графика оперирует пикселами, имеющими определенное цветовое значение и однозначное расположение в сетке битовой карты. При редактировании пиксельной графики изменяется цвет определенной совокупности пикселов. Изменение цвета влечет за собой изменение формы изображаемых предметов. Пиксельные изображения хороши для создания фотореалистических изображений.

Векторная графика оперирует математическими объектами, которые независимы от параметров внешнего устройства (монитора, принтера). При редактировании векторной графики изменяется в первую очередь форма объекта, а цвет играет второстепенную роль. Векторные изображения используются для отображения объектов с четкими границами и ясными деталями.

Векторная графика практически всегда замыкается на устройства, которые по своей природе являются пиксельными. Для того чтобы непрерывно преобразовывать векторное изображение для представления на пиксельных устройствах применяют процедуру, называемую растеризацией, результатом которой является пиксельное изображение.

Драйвер конкретного печатного устройства как раз и обеспечивает процедуру растеризации.

В настоящее время любой векторный редактор располагает возможностью конвертирования как всего документа, так и произвольной совокупности объектов в пиксельное изображение, которое остается размещенным в документе,

Другим вариантом растеризации является экспортирование векторного изображения целиком или только выделенных объектов в пиксельный документ.

Противоположным направлением процедуре растеризации является преобразование пиксельной графики в векторную. Это направление называется векторизацией или трассировкой. Существуют ручная трассировка (обводка), выполняемая с помощью обычных векторных инструментов, автоматическая трассировка, выполняемая специализированными средствами программы (трассировка внутри программы), и автоматическая трассировка, выполняемая специализированными программами.

Метод трассировки "по очертанию" предназначен для изображений с четкими цветовыми областями, метод трассировки "по средней линии" предназначен для трассировки технических изображений.

В качестве одного из условий достижения требуемого результата трассировки выступает необходимость подготовки исходного изображения.

У пиксельной графики — следующие достоинства: аппаратная реализуемость, программная независимость и фотореалистичность, и следующие недостатки: значительный объем, проблемы с трансформациями, аппаратная зависимость.

У векторной графики — следующие достоинства: минимальный объем файла, свободное трансформирование, аппаратная независимость, и следующие недостатки: аппаратная нереализуемость, программная зависимость и жесткость графики.

Пиксельная графика оперирует пикселами, имеющими определенное цветовое значение и однозначное расположение в сетке битовой карты.

Векторная графика оперирует математическими объектами, которые независимы от параметров внешнего устройства (монитора, принтера).

Для преобразования векторного изображения в пиксельное используется процедура растеризации.

Для преобразования пиксельного изображения в векторное используется процедура трассировки.

В качестве одного из условий достижения требуемого результата трассировки выступает необходимость подготовки исходного изображения.

Данные выводы подводят черту под полным рассмотрением оснополагаю-щих принципов цифровой графики — как пиксельной, так и векторной.Однако важной составляющей компьютерных технологий дизайна являются способы описания цветовой информации, основам которой целиком посвящена следующая часть.

Растеризация

Создание любого векторного объекта (проволочного контура) и работа с ним происходят в полном смысле слова виртуально. Этого процесса никто никогда не видит. Потому что нет способа отобразить это адекватным (векторным!) способом. Можно возразить, что этот процесс наблюдают на экранах мониторов миллионы пользователей векторных программ. Правильно, однако стоит вспомнить, что экран — это пиксельная сетка, т. е. представление типичной пиксельной графики.

Таким образом, векторная графика практически всегда замыкается на устройства, которые по своей природе являются пиксельными. Во-первых, это— мониторы, а кроме того, все принтеры, плоттеры, фотонаборные автоматы и устройства цифровой офсетной печати. Все перечисленные устройства строят изображения из дискретных элементов, которые обладают всеми указанными выше недостатками.

Краткую информацию об устройствах, входящих в настольные издательские системы, с/и. в части I.

Для того чтобы непрерывно преобразовывать векторное изображение для представления на пиксельных устройствах, используется процедура, которая называется "растеризация".

При работе в векторном редакторе экран всякий раз отображает результат растеризации. При этом пользователь по большому счету никаких средств для управления этим процессом не имеет. В графических И текстовых ре-дакторах блок растеризации встроен в ткань программы и непрерывно выполняет процедуру, независимо от желания пользователя.

Пример

При очень значительном масштабировании фрагментов векторных (математических, т. е. без обводки и заливки) контуров отображение линии обеспечивается практически одними и теми же пикселами (рис. 15.1).

Это связано с тем, что пиксельная сетка не изменяется, а математический контур, не имеющий обводки и заливки, всякий раз отображается пикселами одинакового размера.

Именно по этой причине диапазоны масштабирования в пиксельной и векторной графике отличаются в сотни раз. Например, для сравнения: в программе пиксельной графики Adobe Photoshop можно увеличивать изображения от 100 до 1600%, т.

в. в шестнадцать раз, а в программе векторной графики CorelDRAW— от 100 до 302 057%, т. е. более чем в 3000 раз. В программах Adobe Illustrator и Macromedia FreeHand возможности значительно скромнее: от 100 до 6400%, т. е. только в 64 раза. И тем не менее это в четыре раза превышает возможности пиксельного редактора.

Суть этого процесса заключается в том, что векторный объект сначала подвергается пространственной дискретизации, т. е. на это изображение "накладывается" сетка с определенными заранее ячейками. Затем в пределах этих ячеек обеспечивается квантование по уровню тона (или трем уровням для фиксирования цвета) и последующее кодирование.

Более подробную информацию о сущности дискретизации и квантования см. в частях II и ///.

"Ручная" растеризация

Замечание

Это уже не процедура визуализации, когда векторное изображение остается неизменным, а пиксельное изображение отображается только устройствами визуализации (МОНИТОР, принтер), а реальное формирование пиксельного изображения.

Пример

Пиксельную визуализацию векторных изображений можно сравнить с пиксельным изображением диктора на экране телевизора, которое никак не влияет на его физическое существование в студии.

Растеризация в пределах векторной программы происходит с утратой исходного векторного изображения и преобразованием его в совокупность пикселов, т. е. в матрицу цветовых значений (со всеми вытекающими отсюда последствиями).

Выбрав команду Rasterize (Растеризовать) или подобную, пользователь оказывается перед необходимостью выбора традиционных параметров пиксельного изображения в соответствующем диалоговом окне: размеров, разрешения и глубины цвета (цветовой режим), хотя они и могут называться по-разному.

Другим вариантом растеризации является экспортирование в пиксельный документ векторного изображения целиком или только выделенных объектов. В программах векторной графики существуют команды, позволяющие осуществлять такую растеризацию, например Bitmap Export (Экспортирование битовый формат).

Очевидно, что логика параметров растеризации векторного изображения как внутри программы, так и при экспортировании, одна и та же:

сначала определить общий размер пиксельной сетки;

затем установить размер ячейки этой сетки, т. е. размер элемента дискретизации — пиксела;

наконец, определить количество битов квантования, т. е. глубину цвета, для каждого пиксела.

"Ручная" трассировка

Сущность ручной трассировки заключается в рисовании поверх пиксельного изображения векторных контуров всеми доступными средствами векторных программ. При этом трассируемое пиксельное изображение размещается на обычном (или фоновом) слое и фиксируется (locked), иногда его можно "притушить" по тону (dimmed), Затем, вооружившись подходящим инструментом, можно приступать к обводке.

В процессе трассировки пользователю следует, прежде всего, заботиться об оптимальности количества опорных точек, чего не могут обеспечить практически никакие способы автоматической трассировки пиксельных изображений.

Смысл трассировки

Если вспомнить, что пиксельное изображение — это совокупность чисел, определяющих цветовые характеристики, то вполне разумно допустить, что среди них достаточное количество одинаковых или, по крайней мере, близких. И если вспомнить, что именно цвет создает форму, не менее разумно допустить, что границы цветовых пятен формируют какие-либо объекты.

Эти соображения приводят к мысли о методе изолиний, который широко применяется, например, в геодезии и географии.

Справка

Метод изолиний — это картографирование (изображение) непрерывных и постепенно изменяющихся в пространстве явлений (глубины водоемов, распределения температур и прочего) с помощью изолиний. Используется на топографических картах (рис. 15.8).

Изолинии (от греческого слова "isos", что означает "равный") — линии на географических картах, графиках, соединяющие точки с одинаковым значением какого-либо количественного показателя, например высоту над уровнем моря. Таких линий только в географии насчитывается около пятидесяти.

Способы трассировки

Способы трассировки

По способу выполнения существуют следующие виды трассировки:

ручная трассировка (обводка), выполняемая с помощью обычных векторных инструментов;

автоматическая трассирдвка, выполняемая специализированными средствами программы (трассировка внутри векторной программы);

автоматическая трассировка, выполняемая специализированными программами.

Выбор способа трассировки зависит от сложности исходного изображения, требуемого качества и некоторых других факторов.

Трассировка

Противоположным действием процедуры растеризации является преобразование пиксельной графики в векторную. Это действие называется векторизацией (vectorisation) (более научное название) или трассировкой (tracing) (обычное название данного процесса).

Примером может служить использование карандашного эскиза в качестве

основы для графического листа, создаваемого в векторной программе. Задача трассировки состоит в том, что, располагая сканированным изображением, необходимо каким-то образом получить его векторный аналог.

Пример 1

Дизайнер имеет только оригинал логотипа.

Самое идеальное сканирование эту ситуацию не улучшит, тем более, если использовать его для работы с логотипом в разных масштабах. Спасение — только в векторном представлении.

Пример 2

Довольно часто дизайнеру необходимо создать графическое изображение (рисунок) из имеющегося пиксельного с определенной художественной нагрузкой. Такой рисунок (логотип авторской серии) можно видеть на обложке данной книги.

Увеличение математического контура в раз

Определение

Растеризация — это процедура преобразования векторных контуров в битовую карту и совокупность пиксельных элементов.

Результатом процедуры растеризации (векторного объекта) является пиксельное изображение, которое и используется для представления на экране монитора или даже для печати.

Вообще говоря, процесс растеризации векторных изображений — это процесс, который происходит непрерывно и скрыто от пользователя. Функция растеризации — непременный атрибут любой программы, использующей векторные изображения. Для тех программ, которые не ориентированы изначально для работы с векторными объектами, требуются дополнительные модули или специальные приложения.

Пример

Операционная система Windows до недавнего времени не имела возможности растеризовать векторные шрифты формата Adobe Туре 1, поэтому для быстрой растеризации таких шрифтов (для экрана и печати) использовалась специальная программа ATM (Adobe Type Manager) — рис. 15.2.

Взаимные преобразования пиксельной и векторной графики

После рассмотрения достоинств и недостатков пиксельной и векторной графики в настоящей главе рассматриваются их взаимные переходы, на чем и заканчивается изложение основных принципов цифровой графики.

Несмотря на столь противоположные качества, между векторными и пиксельными изображениями нет непроходимой пропасти.

Из способов взаимных преобразований наиболее очевидным является преобразование векторных изображений в пиксельные (процесс растеризации) и более сложным, требующим специальной подготовки, — преобразование пиксельных изображений в векторные (процесс трассировки).

В данной главе рассмотриваются технологии преобразования векторных изображений в пиксельные и наоборот.

Векторные изображения легче всего конвертируются в пиксельные изображения, в этом практически нет исключений или ограничений. Такой процесс чаще всего называется растеризацией.

Несколько сложнее с пиксельными изображениями: для того чтобы осуществить конвертирование, необходимо предварительно выполнить подготовительную работу. Процесс называется векторизацией или трассировкой.

Анализ цвета

Проблема описания цвета решается таким образом, что мы должны представлять себе цветовую информацию как некий цветовой, или, точнее, световой поток. В общем случае цвет — это совокупность разных световых волн с преобладанием определенных частот.

Строить описание цветовой информации на частотных характеристках — задача очень сложная и малотехнологичная. Поэтому выполняется принудительное разделение светового потока с помощью совокупности фильтров. Этот этап называется анализом цвета.

Справка

Слово "анализ" восходит к греческому слову "analysis", что переводится как "разложение", оно применяется практически во всех областях науки и означает "разделение (мысленное или реальное) объекта на составные элементы".

Стоит снова вспомнить принудительную дискретизацию, о которой речь шла в частях II u III.

Задача этого этапа — избавиться от цвета и перейти к такой форме, которую легко регистрировать, а именно к яркости.

Важная мысль

Для того чтобы описать цветовую информацию, необходимо прежде всего избавиться от цвета, т. е. преобразовать его в такую форму, которая позволяет осуществлять непосредственное измерение, а именно в форму яркостных характеристик. Другого способа пока не придумано.

Каждый из используемых фильтров создает после себя однородный цветовой поток, т. е. по сути тоновое изображение, которое достаточно легко фиксировать и кодировать — преобразовывать в цифровую форму. Фильтры необходимы для того, чтобы получить возможность фиксировать значения тона. Цвет измерить нельзя, зато можно измерить яркость (освещенность или в нашем понимании это — тон).

Замечание

Ни одна машина не знает, что такое цвет. Ни один сканер, ни одна кинокамера, ни одна видеокамера, ни один цифровой фотоаппарат. Никакое оптическое устройство — нет такого устройства, включая глаза человека, которое "понимало" бы цвет. Человек воспринимает цвет только мозгом.

Осталось выяснить: сколько и каких фильтров достаточно для анализа цветовой информации.

В самом общем случае ответ может быть таким: сколько угодно и каких угодно. В этом случае мы сможем бесконечно расширить цветовой диапазон и приблизиться к окружающей объективной реальности.

Но с практической точки зрения следует учесть, что это невозможно и придется искать минимальные значения.

Тем более что у этой проблемы уже есть решение, подсказанное природой: достаточно всего трех фильтров (красного, зеленого и синего цветов). Такие фильтры используются во всех системах, работающих с цветом. Причем, стоит обратить внимание, что фильтры в данном случае — самые обычные, т. е. материальные (для них применяются пленки или стекло).

Что же мы получим за каждым из этих фильтров?

Световой поток дублируется на три идентичных, которые проходят через три разных фильтра, а за каждым фильтром располагается устройство, фиксирующее яркость элемента дискретизации.

Замечание

В данном случае речь идет об однопроходных сканерах, хотя конструктивно возможен трехпроходный вариант, но разработчики отказались от него по причине чрезвычайной медлительности.

В результате получаются три изображения в градациях серого (grayscale). Причем для полноцветных оригиналов все три изображения будут разными с точки зрения распределения тонов. Полученные изображения сохраняются в одном файле в форме так называемых цветовых каналов (color channels) (рис. 16.1).

Поскольку это независимые изображения, они могут быть свободно представлены в виде отдельных документов (рис. 16.2).

Анализ и синтез цвета

Сложность цвета основана на том, что подавляющее большинство цветов, воспринимаемых человеком, — это субъективное ("кажущееся") явление. В данной главе рассматриваются принципы, которые позволяют решить проблемы репродуцирования техническими системами цветных изображений.

Человек воспринимает мир цветным, однако цвет — не только физическое, но в значительной степени психофизиологическое явление, поскольку физика оперирует отдельными волнами, а физиология — совокупностями волн, воспринимаемых человеком субъективно, в форме сложных цветовых ощущений (перцепций).

Не существует устройств, которые бы регистрировали цвет так, как его воспринимает человек. Устройства способны регистрировать только уровни яркости, поэтому первым этапом работы с цветом является анализ цвета — исключение собственно цветовой информации в результате пропускания цветового потока через цветные фильтры (красный, зеленый и синий). Яр-костная информация за каждым фильтром фиксирует вклад каждой составляющей в цветное изображение.

Для восстановления цветовой информации яркостные данные используют в процессе синтеза для управления степенью свечения источники излучения основных цветов (например, на экране монитора, хотя это не единственный способ синтеза цвета).

ЧАСТЬ VI

ЦВЕТ И ЦВЕТОВЫЕ МОДЕЛИ

Глава 16. Анализ и синтез цвета

Глава 17. Цветовые модели

Эта часть книги полностью посвящена цвету — самому сложному и загадочному явлению как подлунного мира, так и мира изобразительного искусства, а также технологий (кино, телевидения, видео и полиграфии).

Цвет — это объективно-субъективное явление, которое представляет наиболее сложную часть компьютерной графики.

В главе 16 рассматриваются два этапа кодирования цветовой информации: на этапе анализа происходит исключение собственно цветовой информации, а на этапе синтеза — воспроизведение кодовой информации другими средствами (например, светящимися точками экрана монитора, цветными каплями чернил в принтерах или цветными пятнами в полиграфическом производстве).

В главе 17 рассматриваются основные цветовые модели, используемые в компьютерных технологиях.

Цвет — сложное явление

Бежевые туфли и такого же цвета лиловые чулки.

Илья Ильф

Мир, окружающий человека, — это вселенная цвета. Цвет имеет не только информационную, но и эмоциональную составляющую. Человеческий глаз в сочетании с высокоорганизованным мозгом является очень тонким инструментом, который может воспринимать, различать и интерпретировать чрезвычайно тонкие оттенки цвета, но, к сожалению, ощущение цвета субъективно. Очень трудно пересказать другому человеку свое видение цвета, даже если это какой-нибудь известный или привычный цвет, скажем, цвет неба, цвет листвы или лепестков всеми любимых растений. Устоявшиеся в языке определения цвета типа "светло-серый", "темно-каштановый" и прочие у разных людей вызовут различные представления.

Длительное исследование проблем, связанных с областью цвета, привело к парадоксальным выводам: цвет — это не субстанция материи, а скорее особенность человеческого восприятия. Это означает, что цвет возникает только при определенных условиях: если имеется источник излучения — освещение, наличествует пигмент или краска у предмета и, что особенно важно, если присутствует наблюдатель. Совершенно естественно, что цвету уделяют внимание многие науки.

Цветовые каналы в виде отдельных документов

Замечание

Часто спрашивают, как с этим связаны параметры разрешения. В данном случае, разумеется, разрешение никакого отношения к этому процессу не имеет. Каждое изображение в градациях серого, входящее в цветной документ, имеет одно и то же разрешение.

Если графическое изображение сканируется в полноцветном режиме, каждый пиксел представляет из себя значение трех уровней серого, это означает, что единого цифрового цветного изображения не существует, а имеются три отдельных "серых картинки", каждая из которых отображает тоновый диапазон от 0 до 255.

Важная мысль

Цветовые каналы в градациях серого необходимы для того, чтобы на этапе анализа избавиться от цвета и представить его в яркостных характеристиках.

Физика

Для физики нет различия между понятиями "свет" и "цвет". Все, что относится к свету, равным образом характеризует и цвет.

Определение

Свет с точки зрения физики представляет собой фундаментальное природное явление (не забудем, что мировой константой является скорость света в вакууме), которое вызывается электромагнитными колебаниями. Диапазон волн занимает довольно незначительное место в общей шкале электромагнитных колебаний, а именно так называемую "видимую часть".

Световые волны образуются в результате нагревания (например, металлическая спираль электрической лампочки) или химической реакции (например, реакции горения). Образовавшиеся потоки световых волн, отражаясь от других объектов, которые сами не "светятся", обеспечивают зрительное восприятие этих объектов. Следует обратить внимание на это разделение, поскольку в дальнейшем это послужит основанием для создания разных цветовых моделей.

Информацию о цветовых моделях, которые используются в компьютерных технологиях графики и полиграфии, см. в главе 17 данной части.

Любые колебания, в том числе и световые, характеризуются длиной волны — расстоянием между двумя соседними гребнями. И этот диапазон чрезвычайно узок: примерно от 400 до 700 нанометров (нм) (табл. 16.1).

Таблица 16.1. Длины волн диапазонов цветов


	Цветовой диапазон		Длина волны (нанометры, нм, nm)
	Красные		650-700
	Оранжевые		600-649
	Желтые		550-599
	Зеленые		500-549
	Синие		450-499
	Фиолетовые		400-450

Справка

Нанометр (нм, nm) — это одна миллионная часть миллиметра, или одна миллиардная часть метра, а диапазон длин волн света составляет всего около 300 единиц. (Для сравнения: весь известный диапазон электромагнитных колебаний простирается от 104 метров (десять в четвертой степени, т. е. 10 километров) до 10-14 метров (десять в минус четырнадцатой степени, это такая малая доля метра, что даже трудно определить словами).

Спектр видимых волн мы можем видеть после дождя в радуге или в физической лаборатории, пропустив тонкий луч белого света через треугольную призму (знаменитые опыты английского физика Исаака Ньютона).

В цветовой спектр входят следующие основные диапазоны длин волн: красные, оранжевые, желтые, зеленые, голубые, синие и фиолетовые. Для того чтобы запомнить эту последовательность, русским школьникам предлагается следующая фраза "Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан".

Английские школьники запоминают по первым буквам ROY G BIV используют фразы Read Out Your Good Book In Verse ("Читать вслух свои хорошие книги в стихах") и Richard Of York Gave Battle In Vain ("Ричард из Йорка дал битву напрасно") для порядка цветов Red, Orange, Yellow, Green, Blue, Indigo и Violet.

Световые волны, которые падают на поверхность любых объектов, изменяются в силу характера этой поверхности: часть световых волн определенной длины поверхность поглощает, оставшаяся часть световых волн отражается. Таким образом, поверхность изменяет .состав длин волн, достигающих органов зрения наблюдателя. У наблюдателя возникает ощущение "цвета объекта".

Состав длин волн можно измерить и представить в виде спектральных данных, понимаемых как процентное содержание каждой из длин, попадающей в орган зрения или датчик прибора (спектрофотометра). Спектрофотометр анализирует цвет с шагом порядка 10 нм и в каждой точке устанавливает степень интенсивности отражения (пропускания).

Такая спектральная характеристика отображается с помощью спектральной кривой, которая напоминает гистограмму: по оси х — длины волн (диапазон от 400 до 700 нм), а по оси у — интенсивность их отражения (или пропускания для прозрачных оригиналов).

Информацию о гистограмме см. в части VII.

Спектральная характеристика представляет собой самое полное и самое объективное описание цвета, но ее составление сопряжено с огромными трудностями и колоссальными временными и материальными издержками. Выполнять измерение цвета таким способом в массовом производстве и массовых технологиях (например, в сканировании или цифровой фотосъемке) пока не представляется возможным.

Физиология

Из вышесказанного можно сделать вывод, что цвет в отсутствие человека не существует в природе. Такую проблему (и не только в отношении цвета) уже много веков обсуждают философы. Вопрос об объективности цвета, безусловно, вызывает интерес, но можно остановиться на таком решении этой проблемы. В природе цвета действительно нет, но поскольку источник энергии излучения расположен вне человека, то световой поток для человека объективен (не зависит от него), хотя восприятие субъективно (зависит от конкретного человека).

Фундамент органов зрения — сетка чувствительных рецепторов, которые реагируют на разные длины волн и посылают в мозг комбинации электрических сигналов. Эти сигналы и формируют то ощущение, которое мы называем "цветом" — зрительное восприятие света и цвета.

Рецепторы, которые называются "палочками", ориентированы только на восприятие яркостных характеристик. Можно сказать, что они создают изображение в режиме "серая шкала" (grayscale). Эти репепторы довольно чувствительны и позволяют воспринимать зрительную информацию при недостаточном освещении (в сумерках).

И второй тип рецепторов, которые называются "колбочки", отвечает за цветовое восприятие. Но поскольку цвет нельзя воспринимать непосредственно, то эти "колбочки" бывают трех видов, каждый из которых ориентирован только на свой цветовой диапазон: красный, зеленый или синий. По степени возбуждения каждого вида рецепторов мозг "судит" об интенсивности светового потока в каждом из цветовых диапазонов и формирует ощущение определенного цвета.

Замечание

Существует теория, согласно которой органы зрения "отправляют" в мозговые центры зрения не импульсы, описывающие уровни яркости серого, красного, зеленого и синего, а разность светлого и темного, зеленого и красного, синего и желтого.

Если переходить к техническому репродуцированию цвета, нельзя световой поток, как какую-нибудь веревочку, распустить на ниточки и каждую ниточку независимо измерить или взвесить.

Важная мысль

Не существует технических устройств, которые бы позволяли измерять цвет непосредственно. Все технические системы описания и воспроизведения цвета обеспечивают работу с помощью опосредованных операций: анализа и синтеза цвета.

Синтез цвета

А любовь, она и есть

Только то — что кажется!

Михаил Танич

При сохранении полноцветного изображения цветовые каналы составляют один документ. Можно было до этого момента и не знать, что в любом таком изображении, как минимум, три условно цветовых канала.

Но эти каналы являются цифровыми, поэтому невидимыми. Для того чтобы визуализировать их, необходимо обратиться к этапу синтеза цвета.

Справка

Слово "синтез" происходит от греческого слова "synthesis", что означает "соединение". Действительно, синтез— это соединение (мысленное или реальное) различных элементов объекта в единое целое (например, систему). Синтез неразрывно связан с анализом, который и обеспечивает разделение цельного объекта на элементы.

На этапе анализа мы оперировали устройствами ввода информации, а теперь следует перейти к устройствам вывода, которые позволяют синтезировать цвет из тех данных, которые были сохранены на этапе анализа. Среди выводных устройств наиболее показательно устройство, которое мы каждый день используем — это монитор. На примере монитора можно рассмотреть, каким же образом происходит синтез цвета.

Каждый пиксел монитора, т. е. каждый элемент сетки монитора, состоит из трех более мелких элементов, которые представляют собой капли люминофора красного, зеленого и синего цветов.

Справка

Слово "люминофор" происходит от латинского слова "lumen", что означает "свет" и от греческого слова "phoros", что означает "несущий". Люминофор — это органические и неорганические вещества, способные светиться (люми-несцировать) под действием внешних факторов, например при облучении потоком электронов в электронно-лучевой трубке.

Цветной кинескоп содержит три электронных пушки, которые излучают потоки электронов и порознь возбуждают соответствующие люминофоры. И вот в зависимости от того, насколько велика энергия, настолько ярко светятся капли люминофора в каждом пикселе. Таким образом, каждый поток электронов создает на экране одноцветное (монохромное) изображение, красное, зеленое и синее изображения).

В результате три монохромных изображения, сливаясь оптически, в совокупности формируют впечатление полноцветного изображения. Это означает, что реально на экране представлены оттенки только трех цветов, а многообразие различных цветов зрителю только кажется.

Замечание

Экран монитора — это не единственный способ синтеза цвета. Другим способом является печать изображения. Диапазон этого способа очень широк: от печати на простейших струйных принтерах до высококачественного полиграфического исполнения. Переход к другому способу визуализации требует использования других цветовых моделей, что, безусловно, не проходит без проблем и искажений.

Информацию о цветовых моделях см. в главе 17.

Резюме

Цвет — субъективная субстанция, суть которой в том, что восприятие цвета строится на ощущении того, чего в природе возможно и не существует. Пример — созвездия. С нашей земной точки зрения звезды соединены в некие воспринимаемые нами сочетания, хотя на самом деле между этими звездами нет никакой связи.

Цвет — объективная субстанция, поскольку физические причины, вызывающие ощущение цвета, существуют вне человека. И даже если они вызывают неодинаковые ощущения, то все равно световое излучение при всей необходимости активного поведения органов зрения воздействует извне.

Сначала на этапе анализа цветовая информация с помощью фильтров преобразуется в яркостную (техническая система избавляется от цвета как такового, иначе нет возможности его зафиксировать). Полученная яркостная информация реализуется в виде так называемых цветовых каналов (на самом деле — серых) в пиксельных изображениях.

Визуализация цвета происходит на этапе синтеза, когда фиксированная яркостная картина используется как регулятор степени вклада каждой цветовой составляющей в общем цветном изображении. Очень важно отметить, что синтез цвета осуществляется совсем другими средствами, например свечением капель люминофора или отражением цветных пятен на бумаге. Это делает принципиально невозможным абсолютно точное воспроизведение исходной цветовой информации.

Информация о цвете реализуется в форме различных моделей, отображающих те или иные аспекты такого сложного явления, как цвет. В следующей главе рассматриваются основные цветовые модели, которые нашли широкое применение в компьютерных технологиях.

Цветовая модель CMYK

К отражаемым относятся цвета, которые сами не излучают, а используют белый свет, вычитая из него определенные цвета. Такие цвета называются субтрактивными ("вычитательными"), поскольку они остаются после вычитания основных аддитивных: полиграфическая краска голубого цвета поглощает красный и отражает синий и зеленый цвета.

Понятно, что в таком случае и основных субтрактивных цветов будет три, тем более, что они уже упоминались: голубой, пурпурный, желтый.

Перечисленные цвета составляют так называемую полиграфическую триаду (process colors). При печати эти цвета поглощают красную, зеленую и синюю составляющие белого света таким образом, что большая часть видимого цветового спектра может быть репродуцирована на бумаге. Каждому пикселу в CMYK-изображении присваиваются значения, определяющие процентное содержание триадных красок.

При смешениях двух субтрактивных составляющих результирующий цвет затемняется, а при смешении всех трех должен получиться черный цвет. При полном отсутствии краски остается белый цвет (белая бумага). Полное взаимодействие основных цветов модели CMYK представлено в табл. 17.1.

Таблица 17.1. Взаимодействие основных цветов модели CMYK


	Сочетание пигментов	Поглощаемые цвета	Отражаемые цвета	Итоговый цвет
Одинарные краски	Голубой	Красный	Зеленый и синий	Голубой
	Пурпурный	Зеленый	Красный и синий	Пурпурный
	Желтый	Синий	Красный и зеленый	Желтый
Бинарные сочетания	Голубой и пурпурный	Красный и зеленый	Синий	Синий
красок	Голубой и желтый	Красный и синий	Зеленый	Зеленый
	Желтый и пурпурный	Зеленый и синий	Красный	Красный
Триадное сочетание красок	Голубой, пурпурный и желтый	Красный, зеленый и синий	Нет	(Черный)
Отсутствие краски	(белая бумага)	Нет	Красный, зеленый и синий	Белый

В итоге получается, что нулевые значения составляющих дают белый цвет, максимальные значения должны давать черный, их равные значения — оттенки серого, кроме того, имеются чистые субтрактивные цвета и их двоиные сочетания.

Это означает, что модель, в которой они описываются, похожа на модель RGB.

Но проблема заключается в том, что данная модель описывает реальные полиграфические краски (впечатление множества цветов обеспечивается варьированием размеров точек, условно говоря, трех цветов, это примерно соответствует варьированию интенсивности свечения люминофоров на экране монитора), которые — увы! — далеко не так идеальны, как цветной луч света. Они имеют примеси, поэтому не могут полностью перекрыть весь цветовой диапазон (поскольку, с одной стороны, неполностью поглощают свою зону спектра, а с другой, частично захватывают излучение соседних зон спектра), а это приводит, в частности, к тому, что смешение трех основных красок, которое должно давать (согласно теоретической модели) черный цвет, дает какой-то неопределенный ("грязный") темный цвет, но это скорее темно-коричневый, чем истинно черный цвет.

Другим несоответствием реальных процессов и теоретической цветовой модели является утверждение, что равные значения цветовых компонентов дают нейтральный серый. На самом деле в полиграфии существует проблема, именуемая "баланс по серому" (невозможно создать нейтральный серый, используя равные площади голубой, пурпурной и желтой растровой точки). Суть проблемы баланса сводится к тому, чтобы добиться такого соотношения площадей растровых точек цветных красок, которое бы вызывало визуальное восприятие нейтрального цвета.

Для компенсации этих и других недостатков в число основных полиграфических красок была внесена черная краска (она позволяет получить чистый насыщенный черный цвет и нейтральные тона при использовании технологий UCR и GCR). Именно эта краска добавила последнюю букву в название модели CMYK, хотя и не совсем обычно. С — это Cyan (голубой), М — это Magenta (пурпурный), Y - Yellow (желтый), а (внимание!) К — это ЫасК (Черный), т. е. от слова взята не первая, а последняя буква. Хотя более вероятным представляется другая версия: буква К — это сокращение от слова Key ("ключевой", "основной", "контурный").

Черный цвет играет решающую роль в полиграфическом производстве (от него в значительной степени зависит общая резкость оттисков).

Замечание

Пурпурный цвет, по утверждениям физиков, отсутствует в солнечном свете, а предстает в природе только в форме пигментов, например красок, которые поглощают зеленые оттенки, но отражают синие и красные.

Модели RGB и CMYK, хотя и связаны друг с другом, однако их взаимные переходы друг в друга (конвертирование) никогда не происходят без потерь. Тем более что цветопередача полиграфического воспроизведения изображений еще более зависима от всевозможных условий (аппаратных и технологических). И речь идет лишь о том, чтобы уменьшить потери до приемлемого уровня. Это вызывает необходимость очень сложных калибровок всех аппаратных частей, составляющих работу с цветом, — сканера (он осуществляет ввод изображения), монитора (по нему судят о цвете и корректируют его), выводного устройства (оно создает оригиналы для печати), печатного станка (выполняющего конечную стадию).

Цветовая модель HSB

Если две вышеописанные модели представить в виде единой модели, получится усеченный вариант цветового круга, в котором цвета располагаются в известном еще со школы порядке: красный (R), желтый (Y), зеленый (G), голубой (С), синий (В).

На цветовом круге основные цвета моделей RGB и CMY находятся в такой зависимости: каждый цвет расположен напротив дополняющего его (комплементарного) цвета, при этом он находится между цветами, с помощью которых получен. Например, сложение зеленого и красного цветов дает желтый. Чтобы усилить какой-либо цвет, нужно ослабить дополняющий его цвет (расположенный напротив него на цветовом круге). Например, чтобы изменить общее цветовое решение в сторону голубых тонов, следует снизить в нем содержание красного цвета. На этом основаны принципы цветовой коррекции изображений.

О тоновой и цветовой коррекции см. часть VII.

По краю этого цветового круга располагаются так называемые спектральные цвета или цветовые тона (Hue), которые определяются длиной световой волны, отраженной от непрозрачного объекта или прошедшей через прозрачный объект. Цветовой тон характеризуется положением на цветовом круге и определяется величиной угла в диапазоне от 0 до 360 градусов. Эти цвета обладают максимальной насыщенностью, т. е. синий цвет синее быть уже не может. Таким образом, в данной цветовой модели выделяется 359 цветовых оттенков.

Насыщенность (Saturation) — это параметр цвета, определяющий его чистоту. Отсутствие (серых) примесей (чистота кривой) соответствует данному параметру. Уменьшение насыщенности цвета означает его разбеливание. Цвет с уменьшением насыщенности становится пастельным, блеклым, размытым. На модели все одинаково насыщенные цвета располагаются на концентрических окружностях, т. е. можно говорить об одинаковой насыщенности, например, зеленого и пурпурного цветов, и чем ближе к центру круга, тем все более разбеленные цвета получаются. В самом центре любой цвет максимально разбеливается, проще говоря, становится белым цветом.

Работу с насыщенностью можно характеризовать как добавление в спектральный цвет определенного процента белой краски.

Чем больше в цвете содержание белого, тем ниже значение насыщенности, тем более блеклым он становится. Спектральные цвета с максимальной насыщенностью встречаются в естественной среде крайне редко, этим грешат скорее художники, несущие в среду обитания визуальную агрессию.

Яркость (Brightness) — это параметр цвета, определяющий освещенность или затемненность цвета. Амплитуда (высота) световой волны соответствует этому параметру. Уменьшение яркости цвета означает его зачернение. Работу с яркостью можно характеризовать как добавление в спектральный цвет определенного процента черной краски. Чем больше в цвете содержание черного, тем ниже яркость, тем более темным становится цвет.

В общем случае, любой цвет в модели HSB получается из спектрального цвета добавлением определенного процента белой и черной красок, т. е. фактически серой краски. Такая модель имеет название HSB — по первым буквам приведенных выше английских слов.

В этой модели — три координатных оси: первая ось — это линия окружности основания конуса, вторая ось — диаметр, соединяющий любую точку на окружности с центром, третья ось — высота конуса.

Данная модель уже гораздо ближе к традиционному пониманию работы с цветом. Можно определять сначала цветовой тон, а затем насыщенность и яркость.

Пример

Эта цветовая модель позволяет работать в традиционном режиме, т. е. оперировать цветом не с точки зрения технических устройств, а с точки зрения обычной художественной практики. Когда требуется подобрать определенный оттенок красного цвета, художник не выделяет составляющие его красный, зеленый и синий, а берет тюбик с красной краской, выдавливает некоторое количество краски, а потом в нее добавляет необходимое количество белил и других красок. При этом цвет остается в пределах диапазона красных цветов.

Первую подобную модель предложил художник Мансель (Munsell A. H.), впоследствии на ее основе было разработано несколько подобных моделей.

Модель HSB неплохо согласуется с восприятием цвета человеком: цветовой тон является эквивалентом длины волны света, насыщенность — эквивалент интенсивности волны, а яркость — количества света.

Неоспоримым достоинством этой модели является то, что перечисленные параметры не зависят друг от друга (в противоположность моделям RGB и CMYK, у которых любое изменение какого-либо параметра влечет за собой изменение тона, насыщенности и яркости цвета).

Легко рассчитать количество цветов, описываемых этой моделью.

В окружности 359 секторов по количеству спектральных цветов, каждый сектор содержит по 100 уровней насыщенности и по 100 уровней яркости. Если учесть, что площадь сечения конуса равняется половине произведения радиуса на высоту, деленного пополам, то получается 5000 цветов. Затем это число необходимо умножить на 359 — получим 1 795 000 цветов.

Однако следует иметь в виду, что эта модель является тем не менее достаточно абстрактной, поскольку не существует технических средств для измерения параметров цветового тона и насыщенности непосредственно, в программных приложениях они получаются путем математических расчетов.

Следовательно, недостатком этой модели является необходимость преобразовывать ее в модель RGB для отображения на экране монитора или в модель CMYK для получения полиграфического оттиска.

И наконец, последнее замечание. Особенностью этой цветовой модели — она еще называется пользовательской — является то, что она не образует цветовых каналов в документе. Нельзя сохранить документ в этой цветовой модели.

Цветовая модель LAB

Цветовая модель L*a*b была разработана Международной комиссией по освещению (Commission Internationale de 1'Eclairage — CIE) с целью преодоления существенных недостатков вышеизложенных моделей, в частности она призвана стать аппаратно независимой моделью и определять цвета без оглядки на особенности устройства (сканера, монитора, принтера, печатного станка и т. д.).

Пример-метафора

Аппаратную зависимость других цветовых моделей можно сравнить, скажем, с зависимостью блюда от конкретного повара, хотя все используют один и тот же репепт приготовления. Невозможно утверждать, что если все станут придерживаться рецепта, то и вкус блюда окажется идентичным.

Цветовое пространство модели может быть условно представлено в виде схемы. Все цвета, расположенные внутри и на границе "подковы", являются физически реализуемыми.

Схему можно использовать для определения цветового охвата любого устройства, если известны параметры основных цветов, которые используются для синтеза результирующего цвета. Для этого достаточно на схеме определить точки основных цветов и соединить их прямыми линиями.

Что касается цветовых параметров, то в этой модели любой цвет определяется светлотой (L) и двумя хроматическими компонентами: параметром а, который изменяется в диапазоне от пурпурного (magenta) до зеленого (green), и параметром b, изменяющимся в диапазоне от желтого (yellow) до синего (blue).

В этой модели также трудно ориентироваться, как и в моделях RGB или CMYK, но об этой модели нужно иметь представление, поскольку многие программы используют ее в качестве модели-посредника при любом конвертировании из одной цветовой модели в другую. Кроме того, ее также можно использовать в следующих случаях: при печати на принтерах с

PostScript Level 2 и Level 3, при работе с форматом PhotoCD, при конвертировании цветного изображения в серую шкалу.

Таким образом, цветовая модель сочетает абстрактный характер модели HSB и реализуемость моделей RGB и CMYK.

В системе RGB используются источники составляющих, которые технически реализуются (например, цветные люминофоры и цветные фильтры для юпитеров), а в модели Lab — условные источники, которых не существует в природе, но такое научное допущение позволяет описывать все видимые человеком цвета, которые по-прежнему являются суммой положительных количеств красного, зеленого и синего компонентов. В результате математических ухищрений один из искусственных источников может быть исключен, а оставшиеся обозначаются символами х и у. Оси х и у представляют собой единичные векторы, разбиваемые на 10 (или 100) частей.

Цвета, которые находятся на линии, ограничивающей "подковку", обозначают спектральные цвета, получаемые в этой модели смешением составляющих х и у. Например, спектральный красный — это сочетание 0,7 по оси х и 0,25 по оси у.

Цвета, которые располагаются внутри "подковки", представляют собой физически реализуемые цвета, следовательно, каждый из них можно также применять для аддитивного синтеза других цветов. Кроме того, это позволяет графически обозначить цветовые охваты

Цветовая модель RGB

Множество цветов видны оттого, что излучается свет определенных длин волн. К излучаемым цветам можно отнести, например, белый свет, цвета на экране телевизора, монитора, кино, слайд-проектора и т. д. Цветов огромное количество, но из них выделено только три, которые считаются основными (первичными): это — красный, зеленый и синий.

Перечисленные цвета совпадают с теми цветами, которые упоминались при обсуждении основ физиологии зрения.

При смешении двух основных цветов результат осветляется: из смешения красного и зеленого получается желтый, из смешения зеленого и синего — голубой, синий и красный дают пурпурный. Если смешиваются все три цвета, образуется белый. Поэтому такие цвета называются аддитивными.

Модель, которую мы упоминали при обсуждении анализа и синтеза цвета, носит название модели RGB по первым буквам английских слов Red (Красный), Green (Зеленый) и Blue (Синий).

Информацию об анализе и синтезе цвета см. в главе 16.

Поскольку в модели используется три независимых значения, ее можно представить в виде трехмерной системы координат.

Каждая координата отражает вклад одной из составляющех в результирующий цвет в диапазоне от нуля до максимального значения (его численное значение в данный момент не играет роли, обычно это число 255, т. е. на каждой из осей откладывается уровень серого в каждом из цветовых каналов).

В результате получается некий куб, внутри которого и "находятся" все цвета, образуя цветовое пространство модели RGB. Любой цвет, который можно выразить в цифровом виде, входит в пределы этого пространства.

Объем такого куба (количество цифровых цветов) легко рассчитать: поскольку на каждой оси можно отложить 256 значений, то 256 в кубе (или 2 в двадцать четвертой степени) дает число 16 777 216.

Замечание

Это означает, что в цветовой модели RGB можно описать более 16 миллионов цветов, но использование цветовой модели RGB вовсе не гарантирует, что такое количество цветов может быть обеспечено на экране или на оттисках.

В определенном смысле это число — скорее предельная (потенциальная) возможность.

Важно отметить особенные точки и линии данной модели.

Начало координат: в этой точке все составляющие равны нулю, излучение отсутствует, что равносильно темноте, т. е. это точка черного цвета.

Точка, ближайшая к зрителю: в этой точке все составляющие имеют максимальное значение, что обеспечивает белый цвет.

На линии, соединяющей эти точки (по диагонали), располагаются серые оттенки: от черного до белого. Это происходит потому, что значения всех трех составляющих одинаковы и располагаются в диапазоне от нуля до максимального значения. Такой диапазон иначе называют серой шкалой (grayscale). В компьютерных технологиях сейчас чаще всего используются 256 градаций (оттенков) серого. Хотя некоторые сканеры имеют возможность кодировать и 1024 оттенка серого.

Три вершины куба дают чистые исходные цвета, остальные три отражают двойные (бинарные) смешения исходных цветов: из красного и зеленого получается желтый, из зеленого и синего — голубой, а из красного и синего — пурпурный.

Замечание

Следует отметить, что у аддитивной модели синтеза цвета существуют ограничения. В частности, не удается с помощью физически реализуемых источников основных цветов получить голубой цвет (как в теории — путем смешения синей и зеленой составляющих), на экране монитора он создается с некоторыми техническими ухищрениями. Кроме того, любой получаемый цвет находится в сильной зависимости от вида и состояния применяемых источников. Одинаковые числовые параметры цвета на различных экранах будут выглядеть по-разному. И, по сути дела, модель RGB — это цветовое пространство какого-то конкретного устройства, например сканера или монитора.

Эта модель, конечно, совсем не очевидна для художника или дизайнера, но ее необходимо принять и разобраться в ней вследствие того, что она является теоретической основой процессов сканирования и визуализации изображений на экране монитора.

Цветовой охват

Цвет может быть представлен в природе, на экране монитора, на бумаге. Во всех случаях возможный диапазон цветов, или цветовой охват (gamut), будет разным.

Самым широким он будет, естественно, в природе, в этом случае он ограничивается только возможностями нормального человеческого зрения (скажем, человек совсем не воспринимает инфракрасного излучения без специальных устройств).

Часть из того, что существует в природе, может передать монитор (на экране нельзя точно передать, например, чистые голубой и желтый цвета).

Часть из того, что передает монитор, можно напечатать (например, при полиграфическом исполнении совсем не передаются цвета, составляющие которых имеют очень низкую плотность).

Мы уже упоминали, что физически реализуемые цвета модели Lab используются для аддитивного синтеза других цветов. Это свойство позволяет представить цветовой охват устройства на схеме цветовой модели Lab.

Для этого необходимо пометить на схеме точки цвета, которые генерируют составляющие источники, например точки красного, зеленого и синего цветов конкретного цветного монитора, а затем соединить их прямыми линиями. В результате полученный треугольник (рис. 17.1) отразит только те цвета, которые в состоянии генерировать данное выводное устройство. Исходя из этого принципа, невозможно найти три таких аппаратно реализуемых цвета, которые бы образовали треугольник, вмещающий все видимые цвета.

Цветовой охват для устройства с субтрактивным синтезом цвета (цветовая модель CMYK)

Такой треугольник строится только для устройств с аддитивным синтезом, если цветное изображение создается иными средствами, например цветовой охват полиграфического триадного синтеза, то такой цветовой охват ограничивается более сложной геометрической фигурой, например для модели CMYK используется шестиугольник (рис. 17.2).

Цветовые модели

Теоретические проблемы, затронутые в предыдущей главе, на данном историческом периоде решены в определенной степени тем, что в компьютерных технологиях используется несколько цветовых моделей, которые рассматриваются в данной главе.

Цветовая модель (или цветовое пространство) — это не более чем способ описания цвета с помощью количественных характеристик. В этом случае не только легко сравнивать отдельные цвета и их оттенки между собой, но и использовать их в цифровых технологиях.

В цветовой модели (пространстве) каждому цвету можно поставить в соответствие строго определенную точку. В этом случае цветовая модель — это просто упрощенное геометрическое представление, основанное на системе координатных осей и принятого масштаба.

Однако цвет, как сложное физическое и психофизиологическое явление, не укладывается в единственную и простую модель, поэтому в области цветове-дения создано множество моделей, исходя из разных практических требований. В цифровых технологиях используются, как минимум, четыре основных модели: RGB, CMYK, HSB в различных вариантах и Lab.

Для нужд полиграфии разработаны также многочисленные библиотеки плашечных цветов, расширяющих цветовые охваты стандартных полиграфических триадных систем.

Плашечные цвета

В некоторых типах полиграфической продукции используются всего два-три цвета, которые печатаются смесовыми красками, которые называются плашеч-ными цветами (spot colors). В частности, к такой продукции относятся бланки, визитки, приглашения, прайс-листы и прочая акцидентная продукция.

Для осуществления печати такой продукции дизайнер должен представить в типографию отдельные полосы оригинал-макетов с плашками на каждый смесовый цвет и крестами приводки и приложить образцы цвета ("выкраски") для каждой полосы.

Для того чтобы унифицировать использование таких цветов ("выкраска" — дело субъективное), создают цветовые библиотеки.

В частности, известная фирма Pantone, которая является владельцем и разработчиком одноименной библиотеки, начиналась с того, что химик Ло-уренс Герберт создал совокупность различных цветов, составляемых из восьми красок, и напечатал альбом этих цветов, каждый из которых имел свой номер. С тех пор эта идея получила самое широкое развитие, цветовые библиотеки используются в самых разных областях и в первую очередь в компьютерной графике и полиграфии. Появилось множество других компаний, выпускающих другие стандартизированные библиотеки цветов (например, TRUMATCH SWATCHING SYSTEM, FOCOLTONE COLOUR SYSTEM, TOYO 88 ColorFinder1050 System и ANPA-COLOR system и т. д.).

Цветовой набор Process Color System Guide охватывает более 3000 цветов, получаемых при полиграфической печати, с рецептами процентного соотношения 16 базовых цветов для цветовой модели CMYK.

Pезюме

Цветовая модель — это способ описания цвета с помощью количественных характеристик. В цветовой модели (пространстве) каждому цвету можно поставить в соответствие строго определенную точку.

В цифровых технологиях используются, как минимум четыре, основных модели: RGB, CMYK, HSB в различных вариантах и Lab. В полиграфии используются также многочисленные библиотеки плашечных цветов.

Модель RGB — это аддитивная цветовая модель, которая используется в устройствах, работающих со световыми потоками: сканеры, мониторы.

Модель CMYK — это субтрактивная цветовая модель, которая описывает реальные красители, используемые в полиграфическом производстве.

Модель HSB — это пользовательская цветовая модель, которая позволяет выбирать цвет традиционным способом.

Модель Lab — это универсальная аппаратно-независимая цветовая модель, которая служит в качестве посредника при всех преобразованиях между моделями.

Цвет — субъективная субстанция, суть которой заключается в том, что восприятие цвета строится на ощущении того, чего в природе возможно и не существует. Цвет — объективная субстанция, поскольку физические причины, вызывающие ощущение цвета, существуют вне человека.

Технические системы не располагают способом непосредственной регистрации цветовых данных.

Для этого на этапе анализа цветовая информация с помощью фильтров преобразуется в яркостную. Полученная яркостная информация реализуется в виде так называемых цветовых каналов.

Визуализация цвета происходит на этапе синтеза, когда яркостная картина обеспечивает степени вклада каждой цветовой составляющей в общее цветное изображение.

Очень важно отметить, что синтез цвета осуществляется совсем другими средствами, например свечением капель люминофора или отражением цветных пятен на бумаге.

Цветовая модель — это способ описания цвета с помощью количественных характеристик. В цветовой модели (пространстве) каждому цвету можно поставить в соответствие строго определенную точку.

В цифровых технологиях используются, как минимум, четыре основных модели: RGB (аддитивная), CMYK (субтрактивная), HSB (пользовательская) в различных вариантах и Lab (универсальная и аппаратно-независимая). В полиграфии применяются также многочисленные библиотеки плашечных цветов.

На этом собственно теоретическое введение в цифровые технологии графики (пиксельной и векторной) ц цвета завершается. В следующей части приводится практический материал, связанный с тоновой и цветовой коррекцией, которая рассматривается на примере наиболее популярной графической программы Adobe Photoshop.