Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛЕКЦИЯ №1,2,3
Графические программы. Графические пакеты
Компьютерная графика представляет собой одну из современных технологий создания различных изображений с помощью аппаратных и программных средств компьютера, отображения их на экране монитора и затем сохранения в файле или печати на принтере.
Графические редакторы – пакеты, предназначенные для обработки графической информации.
Существует два способа представления графических изображений:
Соответственно различают растровый и векторный форматы графических файлов, содержащих информацию графического изображения. Растровые форматы хорошо подходят для изображений со сложными гаммами цветов, оттенков и форм. Это такие изображения, как фотографии, рисунки, отсканированные данные. Векторные форматы хорошо применимы для чертежей и изображений с простыми формами, тенями и окраской.
Пакеты прикладных программ растровой графики предназначены для работы с фотографическими изображениями. Они включают средства по кодированию изображений в цифровую форму, обработки и редактирования изображений (насыщенность, контрастность цветовая гамма). Предусмотрены средства преобразования в изображения с разными степенями разрешения и разными форматами данных – BMP, GIF, PCX и т.д., а также средства вывода готовых изображений в виде твердых копий. Лидером среди растровых пакетов является Adobe Photoshop. Среди других следует упомянуть Aldus Photostyler, Picture Publisher, Photo Works Plus. Все программы рассчитаны на работу в среде Windows.
ППП векторной графики – профессиональные пакеты для работы, связанной с художественной и технической иллюстрацией, дизайном и занимают промежуточное положение между САПР (системами автоматизации проектирования) и НИС (настольными издательскими системами). Они включают в себя:
- инструментарий создания графических иллюстраций – дуги, окружности, эллипсы, ломаные и многоугольники и т.д.;
- средства разбиения и объединения объектов, копирования, штриховки, перспективы;
- средства обработки текста – различные шрифты, выравнивание, параграфы и т.д.;
- средства импорта и экспорта графических объектов разных графических форматов – BMP, CDR, PCX, WMF и т.д.;
- средства вывода на печать в полиграфическом исполнении экранного образа;
- сложные средства настройки цвета – оттенки серого вместо цветов, замещение цвета подслоя, компенсация размеров точки при печати и т.д.
Стандартом является пакет Coreldraw. Среди других можно выделить Adobe Illustrator, Aldus Freehand, Professional Draw.
Растровая графика
Наиболее просто реализовать растровое представление изображения. Растр, или растровый массив (bitmap), представляет совокупность битов, расположенных на сетчатом поле-канве. Бит может быть включен (единичное состояние) или выключен (нулевое состояние). Состояния битов можно использовать для представления черного или белого цветов, так что, соединив на канве несколько битов, можно создать изображение из черных и белых точек.
Растровое изображение напоминает лист клетчатой бумаги, на котором каждая точка закрашена черным или белым цветом, в совокупности формируя рисунок, как показано на рис.1.
Рисунок 1. Растровое изображение
Основным элементом растрового изображения является пиксел (pixel). Под этим термином часто понимают несколько различных понятий:
- отдельный элемент растрового изображения,
- отдельная точка на экране монитора,
- отдельная точка на изображении, напечатанном принтером.
Поэтому на практике эти понятия часто обозначают как:
- пиксел – отдельный элемент растрового изображения
- видеопиксел – элемент изображения на экране монитора,
- точка – отдельная точка, создаваемая принтером или фотонаборным автоматом.
Цвет каждого пиксела растрового изображения – черный, белый, серый или любой из спектра – запоминается с помощью комбинации битов. Чем больше битов используется для этого, тем большее количество оттенков цветов для каждого пиксела можно получить. Число битов, используемых компьютером для хранения информации о каждом пикселе, называется битовой глубиной или глубиной цвета.
Наиболее простой тип растрового изображения состоит из пикселов, имеющих два возможных цвета – черный и белый. Для хранения такого типа пикселов требуется один бит памяти компьютера, поэтому изображения, состоящие из пикселов такого вида, называют 1-битовыми изображениями. Для отображения большего количества цветов используется больше битов информации. Число возможных и доступных цветов или градаций серого цвета каждого пиксела равно двум в степени, равной количеству битов, отводимых для каждого пиксела. 24 бита обеспечивают более 16 миллионов цветов. О 24-битовых изображениях часто говорят как об изображениях с естественными цветами, так как такого количества цветов более чем достаточно, чтобы отобразить всевозможные цвета, которые способен различить человеческий глаз.
Основной недостаток растровой графики состоит в том, что каждое изображения для своего хранения требует большое количество памяти. Простые растровые картинки, такие как копии экрана компьютера или черно-белые изображения, занимают до нескольких сотен килобайтов памяти. Детализированные высококачественные рисунки, например, сделанные с помощью сканеров с высокой разрешающей способностью, занимают уже десятки мегабайтов. Для разрешения проблемы обработки объемных (в смысле затрат памяти) изображений используются два основных способа:
- увеличение памяти компьютера;
- сжатие изображений.
Другим недостатком растрового представления изображений является снижение качества изображений при маштабировании.
Векторная графика
Векторное представление, в отличие от растровой графики, определяет описание изображения в виде линий и фигур, возможно, с закрашенными областями, заполненными сплошным или градиентным цветом. Хотя это может показаться более сложным, чем использование растровых массивов, но для многих видов изображений использование математических описаний является более простым способом.
В векторной графике для описания объектов используются комбинации компьютерных команд и математических формул для описания объектов. Это позволяет различным устройствам компьютера, таким как монитор и принтер, при рисовании этих объектов вычислять, где необходимо помещать реальные точки.
Векторную графику часто называют объектно-ориентированной или чертежной графикой. Имеется ряд простейших объектов, или примитивов, например: эллипс, прямоугольник, линия. Эти примитивы и их комбинации используются для создания более сложных изображений. Если посмотреть содержание файла векторной графики, обнаруживается сходство с программой. Он может содержать команды, похожие на слова, и данные в коде ASCII, поэтому векторный файл можно отредактировать с помощью текстового редактора. Приведем в условном упрощенном виде команды, описывающие окружность:
объект – окружность;
центр – 50, 70; радиус – 40;
линия: цвет – черный, толщина – 0.50;
заливка – нет.
Данный пример показывает основное достоинство векторной графики – описание объекта является простым и занимает мало памяти. Для описания этой же окружности средствами растровой графики потребовалось бы запомнить каждую отдельную точку изображения, что заняло бы гораздо больше памяти.
Кроме того, векторная графика в сравнении с растровой имеет следующие преимущества:
- простота маштабирования изображения без ухудшения его качества;
- независимость объема памяти, требуемой для хранения изображения, от выбранной цветовой модели.
Недостатком векторных изображений является их некоторая искусственность, заключающаяся в том, что любое изображение необходимо разбить на конечное множество составляющие его примитивов.
Растровая и векторная графика существуют не обособленно друг от друга. Так, векторные рисунки могут включать в себя и растровые изображения. Кроме того, векторные и растровые изображения могут быть преобразованы друг в друга – в этом случае говорят о конвертации графических файлов в другие форматы. Достаточно просто выполняется преобразование векторных изображений в растровые. Не всегда осуществимо преобразование растровой графики в векторную, так как для этого растровая картинка должна содержать линии, которые могут быть идентифицированы программой конвертации (типа CorelTrace в составе пакета CorelDraw) как векторные примитивы. Это касается, например, высококачественных фотографий, когда каждый пиксел отличается от соседних.
Сравнительный анализ современных программ обработки и просмотра графических изображений MS Power Point, Adobe Photoshop, Corel Draw, ACDSee
Векторные редакторы применяются в том случае, когда основным требованием к изображению является высокая точность формы (чертежи, схемы, логотипы компаний и т.д.). Однако если задачей является точная передача цвета, лучше воспользоваться редакторами растровой графики (рисунки, фотографии), несмотря на то, что в большинстве векторных редакторов предусмотрены средства для работы с растровой графикой.
Все графические редакторы векторной графики работают с одними и теми же объектами, основаны на одних и тех же принципах, имеют схожие инструменты.
Основным объектом векторной графики является контур. Из элементарных объектов создают более сложные. Каждый объект векторной графики обладает свойствами. Основными их свойствами являются обводка и заливка. Параметры, описывающие эти свойства, определяют толщину, цвет и форму линий, образующих контур, а также цвет и текстуру внутренней области контура.
Контуры состоят из сегментов и опорных точек. Свойства опорных точек определяют форму сегментов. Для работы с изображением каждый векторный редактор имеет панель инструментов и другие элементы управления.
Векторные редакторы располагают средствами для работы с текстами. При этом имеется два режима работы с текстами - режим создания фигурного текста и режим работы с блочными текстами. Векторные редакторы позволяют представлять символы компьютерных шрифтов в векторной форме и создавать новые конструкции символов с помощью инструментов для работы с контурами.
В векторных редакторах возможны такие операции, как трассировка растрового изображения и растрирование векторного.
Указанные возможности векторных редакторов позволяют использовать их при разработке рекламных материалов, фирменных стилей, а также для оформления полиграфических изданий и электронных документов, например Web-страниц Интернета.
·К основным программным средствам для работы с векторной графикой относятся такие редакторы, как: CorelDRAW, Adobe Illustrator.
Сравнивая интерфейс программ, можно отметить, что в DRAW упор делается на удобство и скорость редактирования примененных эффектов. Это достигается благодаря использованию специальных интерактивных инструментов. В то же время в Illustrator редактирование любых эффектов довольно затруднительно, поскольку они статичны. Интерактивность позволяет редактировать эффекты прямо на объекте, без использования диалоговых окон: оценить результат можно сразу же и, если нужно, тут же подправить его. В отличие от обычного метода организации интерфейса, когда для доступа к разным эффектам необходимо держать под рукой множество специальных панелей, в DRAW применен новый, очень эффективный способ - доступ через панель свойств. Эта панель расширяет возможности интерактивных инструментов, предоставляя органы управления объектами и эффектами.
К преимуществам Adobe Illustrator можно отнести компактные панели инструментов, занимающие гораздо меньше места, чем аналогичные у DRAW, хорошо продуманный дизайн всех элементов. Но в Illustrator нет интерактивности и универсальной панели. В CorelDRAW интерактивны организация переходов, градиентная заливка объектов, управление прозрачностью, искажение объектов, вписывание их в шаблон, создание контура и иллюзии объемности, подкладка тени под объект и др. Многие из этих инструментов вообще не имеют аналогов в Illustrator.
Если часто выполняются какие-то операции, для которых нет сочетаний клавиш, то в CorelDRAW можно самим их назначить. Те же, что не подходят, можно переопределить. В Illustrator таких возможностей нет, зато в нем и в Photoshop сочетания клавиш для таких операций совпадают, что очень удобно, ведь с Photoshop работают многие. Единственный недостаток в интерфейсе DRAW - это перегруженность окон диалога кнопками и опциями. С одной стороны, это хорошо, так как обеспечивает максимальную настраиваемость, но, с другой, это иногда мешает логически отделить главные параметры настройки от второстепенных.
Чтобы сделать интересный макет, мало иметь только средства создания и редактирования объектов. Современные программы соревнуются в художественности - именно она в значительной степени определяет популярность каждой программы. С помощью DRAW изображение можно сделать гораздо более естественным. Illustrator в этом сильно проигрывает.
Отличие между Illustrator и DRAW в скорости выполнения операций незначительно, причем одни операции DRAW делает поскорее, а в других отстает, так что сказать, что одна программа быстрее другой, нельзя.
В работе с текстом возможности обеих программ равны: в каждой имеется набор основных операций по форматированию абзацев и отдельных символов, обтеканию иллюстраций. Однако в DRAW межстрочное расстояние или кернинг текста регулируются быстрее в силу интерактивности этих операций, что позволяет достичь нужного результата намного быстрее. Достаточно удобно в DRAW и манипулировать отдельными буквами в тексте. Кроме того, можно вставить в текст любой другой объект, при этом он будет вести себя как обычная буква.
Что касается сравнительной характеристики редакторов векторной и растровой графики. Они имеют во многом схожий интерфейс и подобные инструменты создания объектов, но принципы работы с данными инструментами различны. Основное отличие здесь в том, что созданный объект в векторной графике можно впоследствии обрабатывать отдельно, в то время как объект, созданный в растровом редакторе, после снятия выделения перестает существовать обособлено. Документы, созданные в растровом редакторе, очень объемны по размеру и малопригодны для использования их в среде Интернет. Поэтому для создания Web-документов используют чаще всего векторные графические редакторы.
Рассмотрим особенности обработки и просмотра графических изображений различными программами MS PowerPoint, Adobe Photoshop, CorelDraw, ACDSee, выпускаемыми в разные периоды времени и предназначенных для выполнения различных задач, провести их сравнительный анализ и сделать вывод о том, какая из программ будет отвечать потребностям в их работе.
ЛЕКЦИЯ №4,5
Графические форматы файлов. Экспортирование и импортирование графических файлов
Графический формат — это формат, в котором данные, описывающие графическое изображение, записаны в файле. Графические форматы разработаны для того, чтобы эффективно и логично организовывать, сохранять и восстанавливать графические данные. На первый взгляд все просто. Однако это не так. Графические форматы весьма сложны. Вы поймете это, когда попытаетесь использовать их в своих программах. Немаловажное значение имеют и способы их применения, хотя это не всегда очевидно. К примеру, вы обнаружите, что способ записи блока данных является едва ли не решающим фактором, определяющим скорость, с которой этот блок может быть прочитан, размер занимаемого им дискового пространства и простоту доступа к этому блоку из программы. Просто программа должна сохранить эти данные в рациональном формате, иначе они утратят свою полезность. Практически каждая солидная прикладная программа создает и сохраняет некоторые виды графических данных. Даже простейшие текстовые редакторы позволяют создавать линии с помощью символов ASCII или управляющих последовательностей терминала. Широко распространенные в последние годы программы, основанные на GUI (Graphic User Interface — графический интерфейс пользователя), сегодня должны поддерживать смешанные форматы, чтобы можно было включать растровые данные в текстовые документы. Программы управления базами данных, позволяющие работать с изображениями, тоже умеют сохранять в одном файле и текст, и растровые данные. Кроме того, графические файлы - важное "транспортное средство", обеспечивающее обмен визуальными данными между программами и компьютерными системами. В настоящее время интенсивно разрабатываются объектные файловые системы, в которых "файл данных" представляет собой блок независимых элементов, допускающий или не допускающий встраивание графических образов. Очевидно, что традиционная классификация данных нуждается в пересмотре. Тем не менее остается огромное количество накопленных графических данных, доступ к которым могут обеспечить только существующие сегодня средства декодирования и манипулирования графическими файлами.
Типы графических форматов
Существует несколько различных типов графических форматов, каждый из которых сохраняет данные определенным способом. В настоящее время наиболее широко используются растровый, векторный и метафайловый форматы. Существуют, однако, и другие типы форматов — форматы сцены, анимации, мультимедиа, гибридные, гипертекстовые, гипермедиа, объемные, язык моделирования виртуальной реальности (VRML), аудиоформаты, форматы шрифтов, язык описания страницы (PDL).
Растровые форматы
Растровые форматы используются для хранения растровых данных. Файлы этого типа особенно хорошо подходят для хранения реальных изображений, например фотографий и видеоизображений. Растровые файлы, по сути дела, содержат точную попиксельную карту изображения. Программа визуализации реконструирует это изображение на отображающей поверхности устройства вывода.
Наиболее распространенные растровые форматы — это Microsoft BMP, PCX, TIFF и TGA.
Векторные форматы
Файлы векторного формата особенно полезны для хранения линейных элементов (линий и многоугольников), а также элементов, которые можно разложить на простые геометрические объекты (например, текст). Векторные файлы содержат не пиксельные значения, а математические описания элементов изображений. По математическим описаниям графических форм (линий, кривых, сплайнов) программа визуализации строит изображение. Векторные файлы структурно более просты, чем большинство растровых файлов, и обычно организованы в виде потоков данных. Примеры наиболее распространенных векторных форматов — AutoCAD DXF и Microsoft SYLK.
Метафайловые форматы
Метафайлы могут хранить и растровые, и векторные данные. Простейшие метафайлы напоминают файлы векторного формата; они содержат язык или синтаксис для определения элементов векторных данных, но могут включать и растровое представление изображения. Метафайлы часто используются для транспортировки растровых и векторных данных между аппаратными платформами, а также для перемещения изображений между программными платформами. Наиболее распространенные метафайловые форматы — WPG, Macintosh PICT и CGM.
Форматы сцены
Файлы формата сцены (иногда называемые файлами описания сцены) были разработаны для хранения сжатого представления изображения (или сцены). Векторные файлы содержат описания частей изображения, а файлы сцены содержат инструкции, позволяющие программе визуализации восстановить изображение целиком. На практике иногда трудно определить, имеем мы дело с векторным форматом или с форматом сцены.
Форматы анимации
Форматы анимации появились сравнительно недавно. Они создаются по тому же принципу, который вы использовали в своих детских играх с "движущимися" картинками. Если быстро отображать одно изображение за другим, то создается впечатление, что объекты этого изображения движутся. Самые примитивные из форматов анимации хранят изображения целиком, позволяя отображать их просто в цикле одно за другим. Чуть более усложненные форматы хранят только одно изображение и несколько цветовых таблиц для данного изображения. После загрузки новой цветовой таблицы цвет изображения меняется и создается иллюзия движения объектов. Еще более сложные форматы анимации хранят только различия между двумя последовательно отображаемыми изображениями (называемыми фреймами) и изменяют только те пиксели, которые меняются при отображении данного фрейма. Отображение со скоростью 10—15 фреймов в секунду типично для анимации мультипликационного вида. В видеоанимации для создания иллюзии плавного движения необходимо отображать 20 и более фреймов в секунду. Примерами форматов анимации могут служить TDDD и TTDDD.
Мультимедиа-форматы
Мультимедиа-форматы относительно новы, но приобретают все большее значение. Они предназначены для хранения данных различных типов в одном файле. Эти форматы обычно позволяют объединять графическую, звуковую и видеоинформацию. Примерами могут служить хорошо известные форматы RIFF фирмы Microsoft, QuickTime фирмы Apple, MPEG и FLI фирмы Autodesk, а в ближайшем будущем ожидается появление новых форматов. Различные варианты форматов мультимедиа описаны в главе 10.
Смешанные форматы
В настоящее время широко исследуются возможности объединения неструктурированного текста и растровых данных (смешанный текст), а также интеграции информации, объединенной в записи, и растровых данных (смешанная база данных). Мы предполагаем, что вскоре появятся смешанные форматы, пригодные для эффективного хранения графических данных.
Гипертекст и гипермедиа
Гипертекст — это система, обеспечивающая нелинейный доступ к информации. Большинство книг построены по линейному принципу: они имеют начало, окончание и определенную схему размещения текста. Гипертекст же позволяет создавать документы с одним или несколькими началами, с одним, несколькими окончаниями либо вообще без него, а также со множеством гипертекстовых связей, которые помогают читателю "перепрыгивать" в любое место документа. Гипертекстовые языки не являются форматами графических файлов, как GIF или DXF. Это, скорее, языки программирования вроде PostScript или С. Они специально предназначены для последовательной передачи потоков данных, то есть поток гипертекстовой информации можно декодировать по мере получения данных. Чтобы просмотреть гипертекстовый документ, не нужно ожидать его полной загрузки. Термин гипермедиа обозначает сплав гипертекста и мультимедиа. Современные гипертекстовые языки и сетевые протоколы поддерживают самые разнообразные средства, включая текст и шрифты, неподвижную и динамическую графику, аудио-, видео- и объемные данные. Гипертекст обеспечивает создание структуры, которая позволяет пользователю компьютера организовывать мультимедиа-данные, отображать их и интерактивно перемещаться по ним. Гипертекстовые и гипермедийные системы, например World Wide Web, хранят обширные информационные ресурсы в виде файлов GIF, JPEG, PostScript, MPEG и AVI. Используются и многие другие форматы.
Трехмерные форматы
В трехмерных файлах данных хранится описание формы и цвета объемных моделей воображаемых и реальных объектов. Объемные модели обычно конструируются из многоугольников и гладких поверхностей, объединенных с описаниями соответствующих элементов: цвета, текстуры, отражений и т.д., с помощью которых программа визуализации реконструирует объект. Модели помешаются в сцены с источниками света и камерами, поэтому объекты в трехмерных файлах часто называют элементами сцены. Программы визуализации, которые пользуются трехмерными данными, — это, как правило, программы моделирования и анимации (например, Lightwave фирмы NewTek и 3D Studio фирмы Autodesk). Они позволяют корректировать внешний вид визуализированного изображения, изменяя и дополняя систему освещения, текстуру элементов сцены и их относительное расположение. Кроме того, они дают возможность пользователю "оживлять" элементы сцены, то есть приписывают им движение. После этого программа создает ряд растровых файлов (или кадров), которые, если взять их по порядку, собираются в фильм. Важно понять, что векторные данные являются двухмерными. Это значит, что программа-создатель этих данных не пыталась моделировать объемное изображение и передавать перспективу. К векторным данным относятся чертежи САПР и большинство иллюстративных вставок, предназначенных для настольных издательских систем. На рынке существует некоторая неразбериха относительно понятия объемная визуализация. Ситуация осложняется тем, что трехмерные данные сейчас поддерживаются рядом форматов, которые ранее служили только для хранения двухмерных векторных данных. Пример — формат DXF фирмы Autodesk. Форматы типа DXF иногда называют расширенными векторными форматами.
Форматы языка моделирования виртуальной реальности (VRML)
VRML ("вермел") можно рассматривать как гибрид объемной графики и HTML. Формат VRML v.1.0 — это, по сути, файловый формат Silicon Graphics Inventor, в который добавлены средства, обеспечивающие соединение с URL в системе World Wide Web.
VRML кодирует трехмерные данные в формат, пригодный для обмена через Internet в соответствии с протоколом Hypertext Transfer Protocol (HTTP). Полученные с Web-сервера VRML-данные отображаются в Web-броузере, который поддерживает интерпретатор языка VRML.
Форматы аудиофайлов
Аудиоинформация обычно хранится на магнитной ленте в виде аналоговых данных. Записи аудиоданных на такие носители, как компакт-диск (CD-ROM) и жесткий диск, предшествует их кодирование посредством дискретизации подобно тому, как это делается при записи цифровых видеоданных. После кодирования аудиоданные можно записывать на диск как необработанный поток цифровых данных или, что встречается чаще, сохранять в формате аудиофайла. Форматы аудиофайлов по своей концепции идентичны форматам графических файлов, только хранящаяся в них информация предназначена не для глаз, а для ушей. Большинство форматов содержат простой заголовок, который описывает хранимые в файле аудиоданные. Чаще всего в заголовке указывается количество отсчетов в секунду, количество каналов и количество битов на отсчет. Эта информация в первом приближении соответствует данным о количестве отсчетов на пиксель, количестве цветовых плоскостей и количестве битов на отсчет, содержащимся в заголовках графических файлов. В форматах аудиофайлов применяются различные методы сжатия данных. Для 8-битовых графических и аудиоданных обычно используется кодирование по алгоритму Хаффмена. А вот для 16-битовых аудиоданных необходимы адаптированные специально для этих целей алгоритмы.
Форматы шрифтов
Такие файлы содержат описания наборов буквенно-цифровых знаков и символов в компактном, удобном для доступа формате. Из файлов шрифтов можно произвольно выбирать данные, связанные с отдельными знаками. В этом смысле они представляют собой базы данных о знаках и символах и поэтому иногда используются для хранения графических данных, хотя подобные данные по своей природе не являются буквенно-цифровыми или символьными. Файлы шрифтов могут иметь (а могут и не иметь) общие заголовки, а некоторые файлы поддерживают даже подзаголовки для каждого знака. В любом случае для того, чтобы выбрать отдельные знаки без чтения и анализа всего файла, нужно знать начало данных о знаках, объем данных о каждом знаке и порядок, в котором эти знаки хранятся. Данные о знаках в файле могут индексироваться буквами и цифрами, кодом ASCII и другими средствами. Некоторые файлы шрифтов можно дополнять и редактировать, поэтому в них есть специальный указатель, по которому всегда можно найти данные о знаках. Некоторые файлы шрифтов поддерживают сжатие, а многие — шифрование данных о знаках. Исторически сложились три основных типа файлов шрифтов: растровые, штриховые и сплайновые контурные.
Растровые шрифты
Растровые шрифты состоят из набора изображений символов, визуализирующихся в виде небольших прямоугольных растров и хранящихся последовательно в отдельном файле. Этот файл может иметь или не иметь заголовка. Большинство файлов растровых шрифтов — монохромные, чаще всего шрифты в таких файлах хранятся в виде прямоугольников одного размера, что повышает скорость доступа к ним. Символы, хранимые в растровом формате, могут быть довольно сложными — в этом случае размер файла возрастает, что уменьшает скорость и простоту их использования. К преимуществам растровых файлов относятся быстрый доступ и простота в применении: чтение и отображение знака из растрового файла обычно занимает не больше времени, чем чтение и отображение обычного прямоугольника. Правда, иногда такие данные анализируются и используются в качестве шаблона для отображения знака программой визуализации. Главным недостатком растровых шрифтов считается относительно сложное масштабирование. К разряду существенных недостатков можно отнести и тот факт, что повернутые растровые шрифты хорошо смотрятся только на экранах с пикселями квадратной формы. В большинстве знако-ориентированных систем, таких как MS-DOS, UNIX знакового режима, а также в системах с текстовыми терминалами, применяются растровые шрифты, записанные в ПЗУ или на диске.
Штриховые шрифты
Штриховые шрифты — это базы данных, содержащие информацию о знаках, которые записаны в векторной форме. Знак может быть представлен одним штрихом или полым контуром. Данные о штриховых знаках обычно состоят из набора конечных точек линий, рисуемых последовательно, отражая тот факт, что многие штриховые шрифты происходят от приложений, поддерживающих перьевые плоттеры. Бывают и более сложные штриховые шрифты. Файлы таких шрифтов содержат инструкции по начертанию дуг и других кривых. Вероятно, самыми известными и наиболее широко используемыми штриховыми шрифтами являются наборы знаков Херши (Hershey), которые все еще доступны в режиме on-line. Штриховые шрифты имеют определенные преимущества. Во-первых, их можно легко масштабировать и поворачивать. Во-вторых, они состоят из примитивов (линий и дуг), которые поддерживаются большинством операционных сред и программ визуализации на базе GUI. Главным же недостатком штриховых шрифтов можно считать то, что они обычно имеют "механический" вид, противоречащий нашему представлению о высококачественном печатном тексте. Сейчас штриховые шрифты используются редко. Тем не менее они поддерживаются многими перьевыми плоттерами. Информация об этих шрифтах может понадобиться, например, в том случае, если у вас есть специализированная промышленная система с векторным дисплеем или нечто подобное.
Сплайновые контурные шрифты
Описания знаков в сплайновых шрифтах состоят из контрольных точек, которые обеспечивают реконструкцию геометрических примитивов, известных как сплайны. Существует очень много типов сплайнов, и все они позволяют рисовать плавные, приятные для глаза кривые, которые мы обычно ассоциируем с буквами высококачественного печатного текста. Данные о контурах, как правило, сопровождаются информацией, используемой для реконструкции знаков. Эта информация может включать сведения о кернинге и сведения, необходимые для масштабирования очень больших и очень маленьких знаков (так называемые "подсказки"). Преимущество сплайновых шрифтов в том, что их можно использовать для высококачественного представления знаков, которые в некоторых случаях нельзя отличить от полученных типографским способом металлических шрифтов. (В сплайновые контурные переведены практически все традиционные шрифты.) Кроме того, такие знаки можно масштабировать, поворачивать и вообще производить над ними операции, о которых раньше приходилось только мечтать. К сожалению, реконструкция знаков в сплайновые контурные данные — задача не из простых. Сложные шрифты требуют дополнительных затрат времени на визуализацию и разработку программного обеспечения.
Форматы языков описания страницы
Языки описания страницы (PDL — Page Description Language) — это настоящие машинные языки, используемые для описания компоновки, шрифтов и графики печатных и отображаемых страниц. PDL представляют собой интерпретируемые языки, применяемые для передачи информации на устройства печати (например, принтеры) и на устройства отображения (такие, как экраны графического интерфейса пользователя GUI). Особенность этих языков заключается в том, что коды PDL зависят от аппаратных средств. Типичный файл PostScript содержит подробную информацию об устройстве вывода, метрике шрифта, цветовых палитрах и т.п. Файл PostScript с кодом для четырехцветного документа формата А4 может быть напечатан или отображен только на устройстве, которое имеет средства обработки этой метрики. А вот языки разметки не содержат информации об устройстве вывода. Они основаны на том, что устройство, визуализирующее код на языке разметки, сможет адаптироваться к переданным командам форматирования. Программа визуализации сама выбирает шрифты, цвета и метод отображения графических данных. Язык разметки дает только информацию и сведения о ее структуре. Языки описания страницы — это, формально говоря, языки программирования, и для чтения заключенных в них данных необходимы сложные интерпретаторы. Они существенно отличаются от гораздо более простых анализаторов, применяемых для чтения графических форматов.
Элементы графического файла
Разные спецификации файловых форматов используют различную терминологию. Главным образом это относится к структурам данных в файле: полям, тегам и блокам. Иногда в спецификациях приводится определение одного из этих терминов, но затем он может быть заменен на другой, более наглядный, например последовательность на запись. В рамках этой книги мы будем считать, что графические файлы состоят из последовательностей данных или структур данных, называемых файловыми элементами или элементами данных. Эти элементы подразделяются на три категории: поля, теги и потоки.
Поле — это структура данных в графическом файле, имеющая фиксированный размер. Фиксированное поле может иметь не только фиксированный размер, но и фиксированную позицию в файле. Для определения местоположения поля задают либо абсолютное смещение от ориентира в файле, например от начала или конца файла, либо относительное смещение от любых других данных. Размер поля может быть указан в спецификации формата либо определен по другой информации.
Тег — это структура данных, размер и позиция которой изменяются от файла к файлу. Аналогично полю, позиция тега задается либо абсолютным смешением относительно известного ориентира в файле, либо относительным смешением от другого файлового элемента. Теги могут содержать в себе другие теги или наборы связанных полей.
Потоки
Поля и теги спроектированы таким образом, чтобы помочь программе получить быстрый доступ к нужным данным. Если позиция в файле известна, то программа может получить доступ к ней непосредственно, без предварительного чтения промежуточных данных. Файл, в котором данные организованы в виде потока, не дает таких возможностей и должен читаться последовательно. Мы предполагаем, что поток позволяет поддерживать блоки данных переменной длины, которые являются элементами потока и должны учитываться программой при чтении файла. Хотя начало и конец потока могут быть известны и заданы, местоположение блоков данных (за исключением первого) неизвестно и определяется в процессе чтения.
Комбинации элементов данных
Вы можете предположить, что существуют "чистые" файлы фиксированных полей (содержащие только фиксированные поля), "чистые" теговые файлы (содержащие только теги) и "чистые" потоковые файлы (содержащие только потоки). Однако файлы, состоящие из элементов одного типа, — большая редкость. Чаще применяются комбинации двух и более элементов данных. Например, форматы TIFF и TGA используют и теги, и фиксированные поля, а файлы формата GIF — фиксированные поля и потоки. Организация данных в виде фиксированных полей позволяет читать их значительно быстрее, чем данные, организованные в виде тегов или потоков. Однако файлы, содержащие в основном фиксированные поля, менее удобны при добавлении или удалении данных. Форматы, состоящие из фиксированных полей, с трудом расширяются. Данные, организованные в виде потоков, требуют для чтения и буферизации меньше памяти, чем данные, организованные в виде полей или тегов. Однако файлы, содержащие в основном потоковые данные, не поддерживают произвольный доступ и, следовательно, не могут быть использованы для быстрого поиска. Более подробно особенности применения файловых элементов будут рассмотрены в главах 3, 4 и 5.
Преобразование форматов
Часто возникает необходимость в преобразовании графического файла из одного формата в другой, например, при печати или для работы с настольной издательской системой. Хотя преобразование основных файловых форматов, как правило, не вызывает серьезных затруднений, для менее популярных форматов такие операции могут оказаться непростым делом. Преобразование же файла из формата одного типа в другой, например из растрового в векторный, может оказаться весьма проблематичным. Существуют программные продукты, позволяющие осуществлять большинство сложных преобразований.
Сжатие данных
Сжатие — это процесс уменьшения физического размера блока данных. Существует несколько способов сжатия. Мы будем различать физическое и логическое сжатие, симметричное и асимметричное, сжатие с потерями и без потерь, наиболее распространенные методы (или алгоритмы) сжатия:
В большинстве систем для графических файлов предусмотрены специальные соглашения по расширениям. В трех наиболее распространенных системах (MS-DOS, Macintosh и UNIX) для имени файла используется соглашение вида имя.расширение. В других системах, где широко применяется компьютерная графика (Amiga, Atari и VMS), используются другие соглашения. Например, в VMS — это имя1.имя2:версия, где версия является целым числом, указывающим номер версии.
Форматы файлов растровой графики
Существует несколько десятков форматов файлов растровых изображений. У каждого из них есть свои позитивные качества, которые определяют целесообразность его использования при работе с теми или другими программами. Рассмотрим самые распространенные из них.
Достаточно распространенным является формат Bitmap (англ. Bit map image - битовая карта изображения). Файлы этого формата имеют расширение .BMP. Данный формат поддерживается практически всеми графическими редакторами растровой графики. Основным недостатком формата BMP является большой размер файлов из-за отсутствия их сжатия.
Для хранения многоцветных изображений используют формат JPEG (англ. Joint Photographic Expert Group - объединенная экспертная группа в отрасли фотографии), файлы которого имеют расширение .JPG или .JPEG. Позволяет сжать изображение с большим коэффициентом (до 500 раз) за счет необратимой потери части данных, что значительно ухудшает качества изображения. Чем меньше цветов имеет изображение, тем хуже эффект от использования формата JPEG, но для цветных фотографии на экране это малозаметно.
Формат GIF (англ. Graphics Interchange Format - графический формат для обмена) самый уплотнённый из графических форматов, что не имеет потери данных и позволяет уменьшить размер файла в несколько раз. Файлы этого формата имеют расширение .GIF. В этом формате сохраняются и передаются малоцветные изображения (до 256 оттенков), например, рисованные иллюстрации. У формата GIF есть интересные особенности, которые позволяют сохранить такие эффекты, как прозрачность фона и анимацию изображения. GIF-формат также позволяет записывать изображение "через строку", благодаря чему, имея только часть файла, можно увидеть изображение полностью, но с меньшей разрешающей способностью.
Графический формат PNG (англ. Portable Network Graphic - мобильная сетевая графика) - формат графических файлов, аналогичный формату GIF, но который поддерживает намного больше цветов.
Для документов, которые передаются по сети Интернет, очень важным есть незначительный размер файлов, поскольку от него зависит скорость доступа к информации. Поэтому при подготовке Web-страниц используют типы графических форматов, которые имеют высокий коэффициент сжатия данных: .JPEG, .GIF, .PNG.
Особенно высокие требования к качествам изображений предъявляются в полиграфии. В этой отрасли применяется специальный формат TIFF (англ. Tagged Image File Format - теговый (с пометками) формат файлов изображений). Файлы этого формата имеют расширение .TIF или .TIFF. Они обеспечивают сжатие с достаточным коэффициентом и возможность хранить в файле дополнительные данные, которые на рисунке расположены во вспомогательных слоях и содержат аннотации и примечания к рисунку.
Формат PSD (англ. PhotoShop Document).Файлы этого формата имеют расширение .PSD. Это формат программы Photoshop, который позволяет записыватьрастровое изображение со многими слоями, дополнительными цветовыми каналами, масками, т.е. этот формат может сохранить всё, что создал пользователь видимое на мониторе.
Форматы файлов векторной графики
Форматов файлов векторной графики существует намного меньше. Приведем примеры самых распространенных из них.
WMF (англ. Windows MetaFile - метафайл Windows) - универсальный формат для Windows-дополнений. Используется для хранения коллекции графических изображений Microsoft Clip Gallery. Основные недостатки - искажение цвета, невозможность сохранения ряда дополнительных параметров объектов.
CGM (англ. Computer Graphic Metafile - метафайл компьютерной графики) - широко использует стандартный формат векторных графических данных в сети Internet.
CDR (англ. CorelDRaw files - файлы CorelDRaw) - формат, который используется в векторном графическом редакторе Corel Draw.
AI - формат, который поддерживается векторным редактором Adobe Illustrator.