Компьютерная графика и дизайн: растр и вектор, цветовые модели

Графический дизайн, являясь достаточно сложной структурой, проникает во все сферы деятельности современного общества, помогает ему расти и развиваться не только в культурном, но также и в техническом аспекте.

Зарождение дизайна тесно связано с возникновением письменности и созданием рукописных книг. Начало эпохи книгопечатания способствовало его широкому распространению по всему миру. Тем не менее, история графического дизайна насчитывает всего около ста с небольшим лет, так как его рождение как науки произошло во время промышленной революции конца XIX века, и отражает весь ход научно-технического прогресса.

Графический дизайн связывает искусство и технологии в едином творческом процессе. В XX веке был придуман компьютер, который в последствие стал одним из важнейших инструментов художника и открыл новые горизонты для творчества, тем самым переведя деятельность дизайнера на новый уровень.

Ни одно уважающее себя издание (будь то статья или книга) по графике не обходит стороной обсуждение особенностей представления графической информации в компьютере. И это не традиция такая, это фундаментальные знания, которыми не стоит пренебрегать.

Растр и вектор

Существуют два принципиально разных способа представления графической информации в компьютере: растровая и векторная графика.

В векторной графике изображение представляется в виде набора объектов (примитивов), геометрия которых описывается математическими формулами. В этот набор входят простые геометрические фигуры: точки, прямые, дуги, полигоны, овалы и некоторые другие формы. Таким образом, появляется возможность хранить только координаты узлов примитивов и их свойства (цвет, связь с другими узлами и т. д.).

Вот некоторые области применения векторной графики: логотипы, эмблемы, фирменные знаки, рекламные надписи, схемы, чертежи, эскизы одежды и многое другое.

Основные преимущества векторной графики:

• Хорошая масштабируемость.
• Небольшие размеры графических файлов.
• Высокая скорость обработки.
• Невысокие требования к вычислительным ресурсам.

И всего лишь два принципиальных недостатка:

• Невозможность создания реалистичных изображений.
• Сложность описания геометрии.

В растровой графике любое изображение представляется в виде совокупности точек одинакового размера – растра, каждая из которых описывается отдельно. Эти элементарные частички изображения называются пикселями (от английского «picture cell»). Описание пикселя – это описание его цвета. Множество пикселей небольшого размера на некотором удалении воспринимается как целостный образ, а не как массив точек. Чем их больше, тем визуально качественнее изображение и больше размер файла.

Растровое представление обычно используют для изображений с большим количеством деталей или оттенков. В виде совокупности точек можно представить пейзажный снимок, фотопортрет, оцифрованный рисунок и многое другое.

При редактировании растровой графики, ее качество может измениться. Изменение размеров таких картинок в любую сторону обычно ухудшает качество: при уменьшении теряются мелкие детали, при увеличении происходит ухудшение резкости и яркости изображения. Также возможна потеря качества при повороте и наклоне.

Свойства вектора и растра дополняют друг друга: сильные стороны одного способа описания — это слабости другого и наоборот.

Цветовые модели

Описание точек растрового изображения представляет собой информацию о цвете и яркости точек в двоичном виде. Цветовая модель – это определенный алгоритм (или набор правил) интерпретации и обработки кодов точек.

Для излучающих объектов (телевизоры, компьютерные мониторы, видеопроекторы и многие другие устройства графического вывода) используется аддитивный принцип синтеза, когда требуемый цвет формируется за счет смешения основных цветовых оттенков.

Самой известной моделью аддитивного типа является модель RGB. Ее название образовано по первым буквам базовых цветовых координат Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий). Смешивая эти три основных цвета в определенном соотношении, можно воспроизвести большинство воспринимаемых человеком цветов.

Получение цветов в результате аддитивного смешивания:

• Зелёный + Красный = Жёлтый
• Зелёный + Синий = Голубой
• Синий + Красный = Пурпурный
• Синий + Красный + Зелёный = Белый
• Нет света = Черный

Цвет несамосветящихся объектов (бумажные оттиски) формируется по субтрактивному принципу синтеза, то есть за счет вычитания различных цветовых компонентов из света, отраженного белой бумагой. При удалении всех компонентов получается черный цвет.

Самая распространенная модель субтрактивного синтеза — CMY, широко применяющаяся в полиграфии. Ее название образовано по первым буквам цветовых координат Cyan (голубой), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый). К этой модели добавляется черный при печати для экономии цветных красителей, и тогда система приобретает вид CMYK.

Часто объясняется, что буква k в этой аббревиатуре — последняя буква слова black, и взята, чтобы не путать с blue от модели RGB. На самом деле она обозначает key color. В англоязычных странах термином key plate обозначается печатная форма для чёрной краски.

Краска в печати действует как фильтр, то есть при нанесении на бумагу она поглощает определенный цвет, он «вычитается» из белого света (состоящего из красного, зеленого и синего). Таким образом, две другие составляющие отражаются от бумаги, и их аддитивное сочетание дает цвет, который мы видим.

Получение цветов при субстрактивном воспроизведении цвета:

• Голубой + Желтый = Зеленый
• Желтый + Пурпурный = Красный
• Пурпурный + Голубой = Синий
• Голубой + Пурпурный + Желтый = Черный
• Нет цвета = Белый

Цвета одной модели являются дополнительными к цветам другой модели.

Дополнительными (комплиментарными) называется цвета, которые в своей сумме дают чистый белый цвет, чистый черный или оттенок серого. Дополнительным для красного служит голубой, поскольку голубой получается смешением зеленого и синего. Дополнительным для зеленого является пурпурный (пурпурный = красный + синий), для синего — желтый (желтый = красный + зеленый).

Модель Bitmap

На каждую точку изображения модели Bitmap отводится только по одному двоичному разряду. То есть возможно представить только два состояния пиксела. Обычно такими состояниями являются черный и белый цвет, поэтому изображения, представленные в этой модели, называются черно-белыми или монохромными. Модель не дает возможности представить плавные тоновые градации. Иногда ее называют Black and White, LineArt.

Модель Grayscale

Модель Grayscale обычно используется для хранения информации о полутоновых изображениях (представленных различными градациями серого). В ней на каждую точку картинки выделяется восемь двоичных разрядов (один байт), таким образом, получаем 28 =256 возможных градаций серого. Нулевое значение соответствует черному цвету; максимальная величина кодового слова (255) представляет белый цвет. Промежуточные значения кодируют различные оттенки серого.

Модель Indexed Color

Как и в модели Grayscale, каждую точку изображения в модели Indexed Color представляет кодовое слово длиной восемь битов. Но в нее записывается не информация о градациях серого, а данные о цвете. Набор всех доступных цветов образует палитру из 256 элементов. Эта модель может именоваться Paletted, 256 Colors, Web Colors.

Модель RGB

Модель RGB — это самый популярный способ представления графики. В этой системе любой цвет формируется путем объединения красного (Red) зеленого (Green) и синего (Blue) цветов различной интенсивности.

Нулевое значение всех составляющих соответствует черному цвету (отсутствию светимости), а белый цвет дает смешение значений предельной интенсивности.

Поскольку в системе RGB три цветовых координаты (на описание кодов каждой отводится по 8 бит), то на один пиксел приходится 24 двоичных разряда. Иногда говорят, что глубина цвета в этой системе составляет 24 бита. Это позволяет представить более 16 миллионов цветов.

Модель HSB

В модели HSB все цвета определяются тремя координатами: оттенком (Hue), насыщенностью (Saturation), и яркостью (Brightness). Название модели образовано по первым буквам английских названий цветовых координат. Несомненным достоинством системы HSB является ее независимость от аппаратуры.

Цветовым тоном или оттенком (Hue) называется спектрально-чистый цвет определенной длины волны, например, чистый красный или чистый зеленый.

Яркость (Brightness) характеризует интенсивность, энергию цвета. Изменение яркости можно представить как смешение чистого тона и черного цвета. Большое содержание черного делает цвет затененным, неинтенсивным. С уменьшением процента черного освещенность увеличивается. Солнечный луч — это пример яркого света, свечение, исходящее от светлячка, имеет очень низкую яркость. Черный цвет имеет нулевую яркость, а белый — абсолютную.

Насыщенность (Saturation) описывает чистоту цвета. Один и тот же тон может быть тусклым или насыщенным. Изменение насыщенности можно представить как разбавление чистого цвета белым. Чем больше содержание белого, тем более блеклым становится цвет.

Модели CMY и CMYK

Модель CMY описывает способ получения цветов не сложением, как в RGB, а вычитанием базовых цветовых координат из белого цвета. Поэтому модель CMYK называется субтрактивной. В этой модели опорными являются краски голубая (Cyan, C), пурпурная (Magenta, M), желтая (Yellow, Y). Цветовая модель CMYK используется в полиграфии при формировании изображений, предназначенных для печати на бумаге.

Синтез цветов в системе CMY и объяснение, почему эта модель приобретает вид CMYK, говорилось немного выше.

Во многих графических пакетах цветовые координаты рассматриваются как красители, которые наносятся на поверхность бумаги, поэтому интенсивность каждой координаты измеряется в процентах от 0 (отсутствие краски) до 100 (максимальная интенсивность краски).

Общие рекомендации по выбору цветовой модели следующие: для отображения на экране компьютерного монитора или телевизора лучше подходит система RGB, для передачи в типографию следует предпочесть систему CMYK.

Источник: https://start-365.ru