Multimedia i grafika komputerowa

(Przedmiot)

Grafika rastrowa, wektorowa

(Temat pracy)

Daniel Wojtowicz, Technik informatyk. Semestr III

Grafika rastrowa

Metoda tworzenia grafiki komputerowej, traktująca obraz jako zbiór bardzo małych niezależnych od siebie punktów tej samej wielkości (pikseli) ułożonych równo w wierszach i kolumnach.

Grafika wektorowa

Metoda tworzenia grafiki komputerowej, polegająca na tworzeniu obrazu na podstawie jego matematycznego opisu, który określa pozycję, długość i kierunek prowadzonych linii.

Rodzaje rysunków. Wektory i bity.

CorelDRAW jest programem graficznym, który pozwala przede wszystkim na tworzenie tzw. rysunków wektorowych. Pozwala on jednak przy tym, co wielokrotnie okazuje się niezbędne, na wykorzystanie bitmap. Można je wstawiać do rysunku wektorowego, a następnie przekształcać za pomocą wbudowanych narzędzi programu. Czym jednak różnią się omawiane rodzaje rysunków?

Rysunki bitmapowe stanowią metodę wiernego, odtwórczego odwzorowania otaczającej nas rzeczywistości. Składają się z mapy różnobarwnych punktów, tworzących określony obraz. Pod tym wzglądem można porównać bitmapę do zdjęcia wykonanego tradycyjną techniką. Odbitka fotograficzna składa się przecież właśnie z punktów tak małych, że nasze oko nie jest w stanie rozróżnić ich granic. Zupełnie niedawno udało się jednak osiągnąć w technice grafiki komputerowej dokładność oferowaną przez tradycyjne materiały fotograficzne. Grafiki wektorowe wyrastają z zupełnie odmiennych założeń - w ich przypadku każdy, najmniejszy nawet obiekt jest od podstaw konstruowany z użyciem skomplikowanych czasem formuł matematycznych. Warto poznać zasady, według których powstają wymienione wcześniej, odrębne rodzaje rysunków.

Rysunki wektorowe

Rysunek wektorowy tworzony jest z wielu geometrycznych elementów o kształcie, wypełnieniu i miejscu ułożenia ściśle opisanym formułami matematycznymi. Obiekty takie złożone są z większej lub mniejszej liczby linii prostych. Nawet krzywe, mimo iż tego nie widzimy na ekranie monitora, są zbudowane z dużej liczby bardzo krótkich odcinków prostych.

Odcinki te nazywane są wektorami, co oznacza, że każdy z nich ma ściśle określony punkt zaczepienia, kierunek (kąt nachylenia) i długość. Dzięki temu przez zastosowanie odpowiednich operacji matematycznych można każdy taki obiekt przekształcić w dowolny sposób. Większość operacji, nawet poważnie zniekształcających obiekt, jest teoretycznie w pełni odwracalna. W matematyczny sposób określane są również inne cechy obiektów, chociażby ich wypełnienie czy kształt konturu.

Jedną z najważniejszych cech rysunków opisywanego typu jest zastosowanie wzorów matematycznych również do budowania tekstów. Jest to możliwe, ponieważ czcionki typu True Type lub Adobe Type 1, stosowane obecnie w systemie Windows, również zapisywane są w postaci wektorowej.

Dzięki zapisowi wektorowemu nie ulega pogorszeniu jakość i rozdzielczość rysunku ani tekstu. Dzieje się tak w przypadku zarówno wykonywania skomplikowanych przekształceń, jak i wielokrotnych powiększeń. Za każdym razem wygląd i kształt każdego obiektu jest bowiem wyliczany na nowo przez program. Zasada ta nie dotyczy jedynie niektórych rodzajów wypełnień. Z opisywanym mechanizmem związany jest fakt odwracalności dowolnego przekształcenia obiektów wektorowych, które nie spowodowało podzielenia istniejących elementów. Dzięki temu możemy prawie zawsze przywrócić wcześniejszy wygląd modyfikowanych obiektów bez zmiany ich jakości, co nie jest możliwe w przypadku rysunków bitowych. Można także wykorzystać funkcje wykonujące w inteligentny sposób automatyczne operacje na wybranych obiektach. Program potrafi bowiem przeanalizować kształt wybranych obiektów i dokonać odpowiednich transformacji.

Niestety, tworzenie rysunków wektorowych nie jest jeszcze na tyle szczegółowo dopracowane, aby oddać całą złożoność realnego świata. W wielu przypadkach musimy odwoływać się do obrazków bitmapowych. Dlatego też zawsze istnieje możliwość dołączenia zeskanowanego zdjęcia bądź efektu pracy aplikacji typu Photoshop czy Paint do rysunku wektorowego.

Mapy bitowe a kartografia

Terminy "rysunek bitowy" czy "bitmapa" mogą być nieco mylące, niewiele mają bowiem wspólnego z mapami. Dla grafika bardziej zrozumiały jest zapewne termin "rysunek rastrowy", choć i on nie do końca oddaje istotę rzeczy. Rysunek bitowy jest bowiem zbiorem wielu pojedynczych punktów ułożonych w taki sposób, że tworzą one prostokątną siatkę. Stąd też wziął się anglojęzyczny termin "bitmap", określający elektroniczną reprezentację rysunku widocznego na ekranie monitora.

Rysunek zapisany w pliku bitmapowym uzyskuje się przez nadanie poszczególnym punktom odpowiednich kolorów. Bitmapa przypomina więc kratkowaną kartkę papieru, na której wybrane pola zamalowano różnymi kolorami. Od liczby punktów (pikseli) przypadających na określoną długość (najczęściej na 1 cal) zależy tzw. rozdzielczość rysunku. Im jest ona wyższa, tym rysunek może być bardziej precyzyjny i wyraźny, oczywiście im wyższa rozdzielczość, tym większa ilość informacji musi być zapisana w pliku.

Spróbujmy zobrazować opisaną wyżej zasadę na prostym przykładzie. Wracając do naszej analogii, polegającej na porównaniu rysunku z kartką papieru, zastanówmy się, co by było, gdybyśmy na taki arkusz nałożyli papier milimetrowy i na niego przerysowali nasz obrazek. Okazuje się, że każda półcentymetrowa kratka zostałaby podzielona na 25 pól (punktów), a każde z tych pól moglibyśmy zamalować inną barwą. Dzięki temu nasz rysunek zyskałby na precyzji (rozdzielczości), jednak musielibyśmy zamalować znacznie więcej pól.

Poza liczbą punktów tworzących rysunek istotne znaczenie dla jego wyglądu ma sposób, jakiego użyto do zapisania informacji o kolorystyce poszczególnych punktów. Tryb reprezentacji kolorów odpowiada za ich liczbę (wielkość tzw. palety barw), którą można wykorzystać przy określaniu kolorystyki każdego punktu. Im bardziej złożony jest tryb kolorów, tym więcej barw możemy wykorzystać. Obrazowo można tryb graficzny porównać do pudełka z kredkami. Chcąc wygenerować rysunek możemy wykorzystać tylko określoną liczbę kolorów, przykładowo 16 lub 256. Po krótkim zastanowieniu można dojść do wniosku, że od liczby barw, których możemy użyć, w istotny sposób zależy jakość rysunku bitmapowego. W najprostszym przypadku grafiki o głębi jednobitowej uzyskamy obraz monochromatyczny (np. czarno-biały). W takim wypadku każdy punkt rysunku przyjmuje jedną z dwóch, zdefiniowanych barw. Każdej barwie przypisana jest z kolei jedna cyfra ("0" lub "1"), którą zapisujemy, posługując się jednym bitem informacji. Budowa bardziej złożonych rysunków bitmapowych uzależniona jest od sposobu przechowywania i przetwarzania danych w pamięci komputera, a dokładniej jego karty graficznej. Stosuje się powszechnie zapis 8-bitowy, za pośrednictwem którego możemy uzyskać 256 kolorów, lub 24-bitowy, co pozwala na użycie 16,8 mln kolorów.

Tryb 24-bitowy (tzw. TrueColor) pozwala na odtworzenie wszystkich barw rozróżnianych przez oko ludzkie. Niestety, w praktyce oznacza to, że do zapisania koloru każdego punktu rezerwowane są 24 bity. Powoduje to stosunkowo dużą objętość plików dyskowych zawierających takie grafiki. Dlatego też, aby ograniczyć rozmiary zbiorów, a jednocześnie zachować wierność kolorystyczną rysunku, stosuje się w trybach 8-bitowych tzw. dithering. Technika ta pozwala na symulowanie większej niż wynikająca z konstrukcji reprezentacji kolorów liczby odcieni przez nadawanie leżącym obok siebie punktom odpowiednich barw. W ten sposób oszukuje się oko ludzkie, które takie skupisko kilku punktów w różnych kolorach odbiera jako plamę o określonym odcieniu. Oczywiście powoduje to spadek wyrazistości rysunku, zamiast bowiem jednego punktu we właściwym odcieniu trzeba wykorzystać kilka punktów sąsiednich, nadając im stosowne kolory. Należy przy tym pamiętać, że poszczególnym polom (pikselom) rysunku bitowego jest przydzielany numer koloru z tzw. palety, czyli zestawu barw przypisanego do rysunku. Ma to poważne konsekwencje. Mianowicie w sytuacji, gdy skojarzona z rysunkiem paleta kolorów zostanie zmieniona, modyfikacji ulegną też kolory tworzące poszczególne punkty obrazka. Im większa (bogatsza w odcienie kolorów) jest użyta paleta, tym wierniej rysunek może oddać rzeczywiste barwy.

Formaty graficzne

Wiemy już, jak zbudowana jest mapa bitowa, jednak zastanówmy się, co by było, gdybyśmy mieli komuś opisać, jak wygląda dany rysunek. Musielibyśmy umówić się z nim co do kolejności informacji, jakie będziemy przekazywali. Podobnie dzieje się podczas tworzenia komputerowego odpowiednika naszej kartki z rysunkiem. Reguły mówiące o sposobie zapisu informacji muszą być ściśle określone. Tylko takie postępowanie pozwoli bowiem odtworzyć rysunek za pomocą różnych programów.

W grafice komputerowej stosuje się wiele metod zapisu rysunku, czyli tzw. formatów zapisu. Różnią się one zarówno kolejnością ułożenia danych w pliku, jak i zakresem przechowywanej informacji. Kilka formatów graficznych zdobyło sobie szczególną popularność. Do najbardziej znanych należą stosowany od lat w programie Paintbrush format PCS, używany często w poligrafii TIFF (format ten pozwala na precyzyjny zapis kolorów w CMYK) oraz GIF i JPEG, stosowane najczęściej w Internecie. Większość programów graficznych pozwala na zapis rysunków w wielu różnych formatach. Musimy jednak pamiętać, że zmiana typu pliku, szczególnie z TIFF na inne, takie jak JPEG lub GIF, może się wiązać z utratą części informacji opisującej rysunek. Jest to spowodowane rodzajem algorytmów stosowanych w przypadku niektórych formatów w celu zmniejszenia rozmiarów zbiorów. W profesjonalnej grafice i poligrafii stosuje się zazwyczaj tryby 24-bitowe i 32-bitowe (odmiana trybu True Color), zapisywane najczęściej w formacie TIFF. Pozwala to na zachowanie wysokiej jakości obrazka i wierne odtworzenie barw na monitorach oraz podczas druku kolorowego.

Popularność stosowania map bitowych wynika z wiernego oddawania przez nie realnego wyglądu świata lub też zamysłów plastyka oraz z łatwości przekształcania tego typu obrazów. Wiele programów graficznych, w tym także CorelDRAW, wyposażonych jest w specjalne procedury zwane filtrami, pozwalające na błyskawiczne uzyskiwanie bardzo ciekawych efektów graficznych na podstawie istniejącego rysunku bitmapowego. Stosując filtry, można zmieniać kolorystykę rysunków bitowych (rozjaśniać, ściemniać, zwiększać lub zmniejszać kontrast czy nasycenie barw, zastępować kolory itp.), upodabniać je do rysunków tworzonych naturalnymi narzędziami (piórkiem, węglem, kredką, pastelami itd.) oraz osiągać efekty graficzne upodabniające je do zdjęć czy rysunków uzyskanych tradycyjnymi narzędziami lub z użyciem naturalnych materiałów.

Niestety, największą wadą rysunków bitowych jest nieodwracalność wprowadzonych w ich wyglądzie zmian. W odróżnieniu od rysunków wektorowych prawie niemożliwe jest, nawet po niewielkim przekształceniu, przywrócenie pierwotnego wyglądu mapy bitowej. Uzyskane podczas modyfikacji rysunku zmiany pozostawią trwały efekt w jego wyglądzie. Oczywiście podczas pracy nad rysunkiem w CorelDRAW dostępna jest funkcja Cofnij, dzięki której możemy zrezygnować z ostatnio wykonanych operacji, jednak w takim wypadku wygląd mapy bitowej zostanie przywrócony na podstawie zapisanego w pamięci obrazu oryginalnego. Jeżeli zapiszemy przekształcony rysunek na dysku lub wykonamy większą liczbę operacji, obraz oryginalny zostanie na zawsze usunięty z pamięci.

---