Форматы графических данных. В компьютерной графике применяют по меньшей мере три десятка форматов файлов для хранения изображений

 

В компьютерной графике применяют по меньшей мере три десятка форматов файлов для хранения изображений. Но лишь часть из них стала стандартом "де-факто" и применяется в подавляющем большинстве программ. Как правило, несовместимые форматы имеют файлы растровых, векторных, трехмерных изображений, хотя существуют форматы, позволяющие хранить данные разных классов. Многие приложения ориентированы на собственные «специфические» форматы, перенос их файлов в другие программы вынуждает использовать специальные фильтры или экспортировать изображения в "стандартный" формат.

 

Аббре-виатура Расшифровка аббревиатуры Расширение файла Применение
TIFF Tagged Image File Format .TIF Для хранения растровых изображений высокого качества
PSD PhotoShop Document .PSD Собственный формат программы Adobe PhotoShop
  Windows Bitmap .BMP Для хранения растровых изображений в операционной системе Windows
JPEG Joint Photographic Experts Group .JPG Для хранения растровых изображений с возможностью регулирования между степенью сжатия файла и качеством изображения
GIF Graphics Interchange Format .GIF Средство хранения сжатых изображений с фиксированным (256) количеством цветов
PNG Portable Network Graphics .PNG Формат хранения изображений для публикаций в Интернете как замена форматов GIF и JPEG
WMF Windows MetaFile .WMF Формат хранения векторных изображений операционной системы Windows
EPS Encapsulated PostScript .EPS Формат описания как векторных, так и растровых изображений на языке PostScript фирмы Adobe
PDF Portable Document Format .PDF Формат описания документов, разработанный фирмой Adobe

Понятие цвета

 

Цвет чрезвычайно важен в компьютерной графике как средство усиления впечатления и повышения информационной насыщенности изображения. Ощущение цвета формируется человеческим мозгом в результате анализа светового потока, попадающего на сетчатку глаза от излучающих или отражающих объектов. Считается, что цветовые рецепторы (колбочки) подразделяются на три группы, каждая из которых воспринимает только единственный цвет – красный, зеленый или синий. Нарушение в работе любой из групп приводит к явлению дальтонизма – искаженного восприятия цвета.

Световой поток формируется излучениями, представляющими собой комбинацию трех «чистых» спектральных цветов (красный, зеленый, синий – КЗС) и их производных (в англоязычной литературе используют аббревиатуру RGB – Red, Green, Blue). Для излучающих объектов характерно аддитивное цветовоспроизведение (световые излучения суммируются), для отражающих объектов – субтрактивное цветовоспроизведение (световые излучения вычитаются). Примером объекта первого типа является электронно-лучевая трубка, второго типа – полиграфический отпечаток.

Физические характеристики светового потока определяются параметрами мощности, яркости и освещенности. Визуальные параметры ощущения цвета характеризуются светлотой, то есть различимостью участков, сильнее или слабее отражающих свет. Минимальную разницу между яркостью различимых по светлоте объектов называют порогом. Величина порога пропорциональна логарифму отношения яркостей. Последовательность оптических характеристик объекта (расположенных по возрастанию или убыванию), выраженная в оптических плотностях или логарифмах яркостей, составляет градацию и является важнейшим инструментом для анализа и обработки информации.

Насыщенность цвета показывает, насколько данный цвет отличается от монохроматического ("чистого") излучения того же цветового тона. В компьютерной графике за единицу принимается насыщенность цветов спектральных излучений.

Ахроматические цвета (белый, серый, черный) характеризуются только светлотой. Хроматические цвета имеют параметры насыщенности, светлоты и цветового тона.

 

 

Способы описания цвета

 

В компьютерной графике применяют понятие цветового разрешения (другое название – глубина цвета). Оно определяет метод кодирования цветовой информации для ее воспроизведения на экране монитора. Для отображения черно-белого изображения достаточно двух бит (белый и черный цвета). Восьмиразрядное кодирование позволяет отобразить 28=256 градаций цветового тона. Два байта (16 бит) определяют 216=65536 оттенков (такой режим называют High Color)/ При 24-разрядном способе кодирования возможно определить 224 или более 16,5 миллионов цветов (режим называют True Color).

С практической точки зрения цветовому разрешению монитора близко понятие цветового охвата. Под ним подразумевается диапазон цветов, который можно воспроизвести с помощью того или иного устройства (монитор, принтер, печатная машина и пр.).

В соответствии с принципами формирования изображения аддитивным или субтрактивным методами разработаны способы разделения цветового оттенка на составляющие компоненты, называемые цветовыми моделями. В компьютерной графике в основном применяют модели RGB и HSB (цвет описывается тремя компонентами: оттенком Hue, насыщенностью Saturation и яркостью Brightness) – для создания и обработки аддитивных изображений и CMYK (бирюзовый Cyan, пурпурный или малиновый Magenta, желтый Yellow) – для печати копий изображения на полиграфическом оборудовании.

Цветовые модели расположены в трехмерной системе координат, образующий цветовое пространство, так как из законов Грассмана следует, что цвет можно выразить точкой в трехмерном пространстве.

1-й закон Грассмана (закон трехмерности). Любой цвет однозначно выражается тремя составляющими, если они линейно независимы. Линейная независимость заключается в невозможности получить любой из этих трех цветов путем сложения двух остальных.

2-й закон Грассмана (закон непрерывности). При непрерывном изменении цвет смеси также меняется непрерывно. Не существует такого цвета, к которому нельзя было бы подобрать бесконечно близкий.

3-й закон Грассмана (закон аддитивности). Цвет смеси излучений зависит только от их цвета, но не спектрального состава.

 

 

Цветовая палитра

 

Электронная цветовая палитра в компьютерной графике по предназначению подобна палитре художника, но включает гораздо большее число цветов. Электронная палитра состоит из определенного числа ячеек, каждая из которых содержит отдельный цветовой тон. Конкретная цветовая палитра соотносится с определенной цветовой моделью, так как ее цвета созданы на основе цветового пространства этой модели. Но если в цветовой модели возможно воспроизвести любой из описываемых ею цветов, цветовая палитра содержит ограниченный набор цветов, называемых стандартными.

Программы создания и обработки компьютерной графики, как правило, предоставляют на выбор несколько цветовых палитр в цветовых моделях RGB, HSB, CMYK.

В Интернете с целью снижения размеров файлов изображений в веб-графике до минимальной величины принята единая фиксированная палитра цветов, названная «безопасной». Она обеспечивает правильное отображение цветов на любых устройствах (программах), поддерживающих единую палитру. Безопасная палитра содержит всего 216 цветов, что связано с ограничениями, накладываемыми требованиями совместимости с компьютерами, не относящимися к классу IBM PC.

 

Системы управления цветом

 

Для согласования цветов на всех стадиях обработки компьютерной графики применяют системы управления цветом (Color Management System – CMS).

Такие системы содержат набор объективных параметров, обязательных для всех устройств при обмене цветовыми данными. Универсальность CMS достигается введением трех типов переменных, каждая из которых управляет представлением цвета на своем уровне.

Цветовая гамма. Каждый тип устройства имеет свою цветовую гамму, область которой всегда меньше, чем цветовой охват практически любой цветовой модели. CMS управляет преобразованием цвета между различными цветовыми моделями с учетом цветовой гаммы конкретных устройств.

Профиль. Каждое устройство воспроизводит цвета особенным образом, что зависит от технических и программных решений, принятых изготовителем. Для согласования отображения цветов на различных устройствах они должны иметь собственный профиль, описывающий различия в представлении цвета между устройством и определенной цветовой моделью. Международным консорциумом по цвету (International Color Consortium – ICC) установлен промышленный стандарт на параметры описания характеристик воспроизведения цвета. Устройства, имеющие профиль ICC, напрямую управляются CMS. В противном случае возможна генерация профиля в некоторых системах CMS.

Калибровка. Даже устройства одной модели от одного производителя имеют отличия в реализации профиля ICC, обусловленные допусками при изготовлении компонентов, условиями эксплуатации, внешними помехами. Поэтому CMS, как правило, имеют средства калибровки, то есть настройки конкретного экземпляра в соответствии с требованиями профиля ICC и фиксации неустранимых отклонений (с целью их программной компенсации). Средства калибровки могут быть аппаратно-программными и чисто программными. Сам процесс калибровки выполняется с периодичностью, установленной изготовителем, или автоматически, при выходе параметров ICC за границы допусков.

Из известных систем управления цветом укажем две: Agfa Foto Tune, работающую на платформах Windows и Apple, и Kodak DayStar ColorMatch, предназначенную для пользователей пакетов Adobe Photoshop и QuarkXPress.