На этом уроке знакомимся с базовыми понятиями компьютерной графики: чем растровая графика отличается от векторной, как компьютер «понимает» цвет и почему для одного и того же изображения существуют десятки форматов файлов. Эти понятия — фундамент всей дальнейшей работы в CorelDRAW, Photoshop и 3ds Max.

Компьютерная графика — специальная область информатики, изучающая методы создания, обработки и вывода изображений с помощью программно-аппаратных средств. Как самостоятельная область она сформировалась в 90-е годы XX века, когда выросли возможности компьютеров и появилось программное обеспечение, адаптированное для работы с графикой.

Спектр применения компьютерной графики чрезвычайно широк: от рекламных роликов и компьютерных игр до малых и монументальных форм дизайна и визуализации результатов научных изысканий. Нас интересует профессиональное направление — архитектурная и дизайнерская визуализация: создание изображений, которые показывают, как будет выглядеть ещё не построенное или не изготовленное.

Растровое изображение состоит из отдельных маленьких элементов — пикселей (pixel — picture element). При сохранении растрового изображения в памяти компьютера сохраняется информация о цвете каждого пикселя. Минимальная единица растрового изображения — точка (пиксель).

Качество растрового изображения возрастает с увеличением количества пикселей и количества цветов в палитре, но при этом возрастает и объём файла. Растровая графика — универсальное средство для формирования и обработки любых плоскостных изображений: с помощью цветов и оттенков отдельных точек на плоскости можно показать и пространственные (объёмные) сцены.

Ключевые характеристики растрового изображения:

• разрешение — количество пикселей по ширине и высоте (например, 1920 × 1080) или на единицу длины;

• глубина цвета — количество используемых цветов;

• цветовая модель (RGB, CMYK и другие).

Разрешение печати измеряется в точках на дюйм — dpi (dots per inch). Для изображения, которое будут рассматривать с расстояния порядка 40–45 сантиметров, достаточно разрешения 300 dpi.

Векторное изображение построено из геометрических примитивов: отрезков прямых, дуг, окружностей, эллипсов, многоугольников и кривых Безье. Примитив не нужно рисовать попиксельно — вы задаёте его параметры (координаты, радиус, цвет заливки, толщину контура), а компьютер сам выполняет построение.

Объекты векторного изображения накладываются друг на друга, образуя независимые слои: каждый слой содержит свой объект. При преобразовании векторного объекта исходное изображение пересчитывается по тем же алгоритмам с учётом изменённых данных — поэтому векторные изображения можно масштабировать, поворачивать и трансформировать без потери качества.

Объём данных в векторном файле существенно меньше, чем в растровом: он зависит от количества объектов, а не от размеров изображения. Именно поэтому вектор — основа чертежей, схем, логотипов и проектной подачи.

Фрактальная графика строится по алгоритмам и формулам: изображение получается итерационными вычислениями (классические примеры — множество Мандельброта и кривая Коха). В прикладной работе дизайнер встречается с ней косвенно: генераторы текстур и природного окружения часто основаны на фрактальных алгоритмах.

Трёхмерная (3D) графика — приёмы и методы построения объёмных моделей объектов в виртуальном пространстве. Трёхмерное изображение строится исходя из математического описания сцены: создаётся модель физических объектов, затем она визуализируется с учётом освещения и материалов. 3D-графика, как правило, сочетает векторный и растровый способы формирования изображений.

RGB — аддитивная цветовая модель: цвет получается сложением света трёх каналов — красного (Red), зелёного (Green) и синего (Blue). Максимум яркости всех каналов даёт белый цвет. RGB используется на всех устройствах, излучающих свет: мониторах, экранах, проекторах.

CMYK — субтрактивная модель: цвета создаются путём поглощения (вычитания) световых волн красками. Каналы: Cyan (голубой), Magenta (пурпурный), Yellow (жёлтый), blacK (чёрный). Модель соответствует рисованию красками на бумаге и используется при подготовке печатных документов: если вы редактируете изображение в режиме RGB, перед печатью его переводят в CMYK.

Существует и аппаратно-независимая модель Lab, описывающая цвет как результат восприятия человеком, — она служит «мостом» между цветовыми охватами разных устройств.

Формат графического файла — способ представления графических данных на внешнем носителе. Форматы делятся на растровые и векторные; большинство реализует сжатие данных (с потерями или без).

Растровые форматы:

• BMP — хранение попиксельно, без сжатия, большие размеры файлов;

• GIF — сжатие без потерь, не более 256 цветов, поддерживает анимацию;

• PNG — высокое сжатие без потерь, для веба и интерфейсов;

• JPEG — сжатие с потерями, основной формат фотографий и рендеров;

• TIFF — полиграфия и допечатная подготовка;

• PSD — «родной» формат Adobe Photoshop: сохраняет слои и маски.

Векторные форматы:

• CDR — формат CorelDRAW;

• SVG — векторный формат для веба;

• EPS и PDF — форматы на языке PostScript: хранят векторную и растровую графику, шрифты, контуры обтравки; фактический стандарт допечатных процессов.

Для чертежей и 3D-сцен: DWG и DXF — обменные форматы систем автоматизированного проектирования, из которых чертежи импортируются в 3ds Max; MAX — формат сцены 3ds Max.

Задание 1. Составьте сравнительную таблицу растровой и векторной графики по пунктам: базовый элемент, масштабирование, размер файла, области применения, примеры программ.

Задание 2. Рассчитайте объём памяти, требуемый для хранения изображения размером 1280 × 1024 пикселей при палитре из 16 777 216 цветовых оттенков (24 бита на пиксель, то есть 3 байта).