графические файлы формата могут хранить как растровую так и векторную информацию
Графические файлы формата могут хранить как растровую так и векторную информацию
В этом разделе:
Проблема сохранения изображений для последующей их обработки чрезвычайно важна. С ней сталкиваются пользователи любых графических систем. Изображение может быть обработано несколькими графическими программами прежде, чем примет свой окончательный вид. Например, исходная фотография сначала сканируется, затем улучшается её чёткость и производится коррекция цветов в программе Adobe PhotoShop . После этого изображение может быть экспортировано в программу рисования, такую как CorelDRAW или Adobe Illustrator, для добавления рисованных картинок. Если изображение создаётся для статьи в журнале или книги, то оно должно быть импортировано в издательскую систему QuarkXPress или Adobe PageMaker. Если же изображение должно появиться в мультимедиа-презентации, то оно, вероятнее всего, будет использовано в Microsoft PowerPoint, Macromedia Director или размещено на Web-странице.
Формат графического файла — способ представления и расположения графических данных на внешнем носителе.
В условиях отсутствия стандартов каждый разработчик изобретал новый формат для собственных приложений. Поэтому возникали большие проблемы обмена данными между различными программами (текстовыми процессорами, издательскими системами, пакетами иллюстративной графики, программами САПР и др.). Но с начала 80-х гг. официальные группы по стандартам начали создавать общие форматы для различных приложений. Единого формата, пригодного для всех приложений, нет и быть не может, но всё же некоторые форматы стали стандартными для целого ряда предметных областей.
Пользователю графической программы не требуется знать, как именно в том или ином формате хранится информация о графических данных. Однако умение разбираться в особенностях форматов имеет большое значение для эффективного хранения изображений и организации обмена данными между различными приложениями.
Важно различать векторные и растровые форматы.
Векторные форматы
Файлы векторного формата содержат описания рисунков в виде набора команд для построения простейших графических объектов (линий, окружностей, прямоугольников, дуг и т. д.). Кроме того, в этих файлах хранится некоторая дополнительная информация. Различные векторные форматы отличаются набором команд и способом их кодирования.
В качестве примера рассмотрим описание простого рисунка в виде последовательности векторных команд. Пусть в вашем распоряжении имеются следующие векторные команды:
Установить X, Y — установить в качестве текущей позицию ( X, Y ).
Линия к X I, Y 1 — нарисовать линию от текущей позиции до позиции ( X I, Y 1), при этом позиция ( X I, Y 1) становится текущей.
Окружность X, Y, — нарисовать окружность, где ( X, Y ) — координаты центра, — радиус в пикселях.
Эллипс X 1, Y 1, X 2, Y 2 — нарисовать эллипс, ограниченный прямоугольником, где (X I, Y 1) — координаты левого верхнего угла этого прямоугольника, a (X 2, Y 2) — правого нижнего.
Цвет рисования — установить текущий цвет рисования .
Цвет закраски — установить текущий цвет закраски .
Закрасить X, Y, — закрасить произвольную замкнутую фигуру, где (X, Y) — координаты любой точки внутри замкнутой фигуры, — цвет граничной линии.
Требуется описать с помощью векторных команд изображение кораблика.
Координаты рисунка задаются в прямоугольной декартовой системе координат, начало которой находится в верхнем левом углу.
Цвет рисования Голубой
Линия к 440, 100
Линия к 400, 140
Линия к 310, 140
Линия к 270, 100
Цвет закраски Голубой
Закрасить 320, 130, Голубой
Цвет рисования Белый
Цвет закраски Белый
Окружность 310, 120, 5
Закрасить 310,120, Белый
Окружность 350, 120, 5
Закрасить 350,120, Белый
Окружность 400,120, 5
Закрасить 400,120, Белый
Цвет рисования Синий
Цвет закраски Красный
Установить 300,100
Линия к 340, 20
Линия к 340,100
Линия к 300,100
Закрасить 320,90, Синий
Цвет рисования Коричневый
Установить 340, 20
Линия к 340,100
Линия к 400, 100
Линия к 340,20
Цвет закраски Белый
Закрасить 390, 90, Коричневый
Рис. 1. Координаты рисунка кораблика
Векторные форматы графических файлов
Особенности некоторых векторных форматов приведены в Таблице 1.
WMF
Windows MetaFile
Большинство приложений WINDOWSEPS
Encapsulated PostScriptБольшинство настольных издательских систем и векторных программ, некоторые растровые программыDXF
Drawing Interchange FormatВсе программы САПР, многие векторные редакторы,некоторые настольные издательские системыCGM
Computer Graphics MetafileБольшинство программ редактирования векторных рисунков, САПР и издательские системы
Растровые форматы
В файлах растровых форматов запоминаются:
• размер изображения — количество видеопикселей в рисунке по горизонтали и вертикали
• битовая глубина — число битов, используемых для хранения цвета одного видеопикселя
• данные, описывающие рисунок (цвет каждого видеопикселя рисунка), а также некоторая дополнительная информация.
В файлах растровой графики разных форматов эти характеристики хранятся различными способами.
Поскольку размер изображения хранится в виде отдельной записи, цвета всех видеопикселей рисунка запоминаются как один большой блок данных. Так как растровое представление изображения кораблика достаточно громоздко, рассмотрим как сохраняется в растровом файле простое чёрно-белое изображение (рис. 2).
Рис. 2. В растровом файле сохраняется информация о цвете каждого видеопикселя
На рис. 3 показан результат восстановления изображения по информации, сохранённой в растровом файле, представленном на рис. 2. В изображении, восстановленном по файлу, видеопиксели располагаются согласно размеру изображения; а именно, сначала — первая десятка видеопикселей, в следующей строке — вторая десятка и т. д., в десятой строке — последние десять видеопикселей.
Рис. 3. Растровый рисунок, восстановленный по файлу растровой графики
Легко описать векторное представление рис. 3:
Линия к 3, 0
Линия к 5, 0
Линия к 8, 3
Линия к 8, 5
Линия к 5, 8
Линия к 3, 8
Линия к 0, 5
Линия к 0, 3.
Изображения фотографического качества, полученные с помощью сканеров с высокой разрешающей способностью, часто занимают несколько мегабайт. Например, если размер изображения 1766 х 1528, а количество используемых цветов — 16777216, то объём растрового файла составляет около 8 Мб (информация о цвете видеопикселей в файле занимает 1766 х 1528 х 24 / 8 / 1024 / 1024 Мб).
Решением проблемы хранения растровых изображений является сжатие, т. е. уменьшение размера файла за счёт изменения способа организации данных. Никому пока не удалось даже приблизиться к созданию идеального алгоритма сжатия. Каждый алгоритм хорошо сжимает только данные вполне определённой структуры.
Методы сжатия делятся на две категории:
• сжатие файла с помощью программ — архиваторов;
• сжатие, алгоритм которого включён в формат файла.
В первом случае специальная программа считывает исходный файл, применяет к нему некоторый сжимающий алгоритм (архивирует) и создаёт новый файл. Выигрыш в размере нового файла может быть значительным. Однако этот файл не может быть использован ни одной программой до тех пор, пока он не будет преобразован в исходное состояние (разархивирован). Поэтому такое сжатие применимо только для длительного хранения и пересылки данных, но для повседневной работы оно неудобно. В системах DOS и WINDOWS наиболее популярными программами сжатия файлов являются ZIP, ARJ, RAR и другие.
Если же алгоритм сжатия включён в формат файла, то соответствующие программы чтения правильно интерпретируют сжатые данные. Таким образом, такой вид сжатия очень удобен для постоянной работы с графическими файлами большого размера. Например, пусть в CorelDRAW получен рисунок, который нужно разместить в документе, созданном в программе Adobe PhotoShop. TIFF — один из растровых форматов, с которыми может работать Adobe PhotoShop. При формировании файла формата TIFF выполняется сжатие графических данных. Именно это обстоятельство учитывается соответствующей программой чтения. Поэтому для достижения поставленной цели можно поступить следующим образом:
• сохранить рисунок, созданный в CorelDRAW, в файле формата TIFF;
• импортировать этот файл в программу Adobe PhotoShop.
Методы сжатия графических данных
При сжатии методом RLE (Run — Length Encoding) последовательность повторяющихся величин (в нашем случае — набор бит для представления видеопикселя ) заменяется парой — повторяющейся величиной и числом её повторений.
Метод сжатия RLE включается в некоторые графические форматы, например, в формат PCX .
Программа сжатия файла может сначала записывать количество видеопикселей, а затем их цвет или наоборот. Поэтому возможна такая ситуация, когда программа, считывающая файл, ожидает появления данных в ином порядке, чем программа, сохраняющая этот файл на диске. Если при попытке открыть файл, сжатый методом RLE, появляется сообщение об ошибке или полностью искажённое изображение, нужно считать этот файл с помощью другой программы или преобразовать его в иной формат.
Метод сжатия LZW (назван так по первым буквам его разработчиков Lempel, Ziv, Welch ) основан на поиске повторяющихся узоров в изображении. Сильно насыщенные узорами рисунки могут сжиматься до 0,1 их первоначального размера. Метод сжатия LZW применяется для файлов форматов TIFF и GIF; при этом данные формата GIF сжимаются всегда, а в случае формата TIFF право выбора возможности сжатия предоставляется пользователю. Существуют варианты формата TIFF, которые используют другие методы сжатия. Из-за различных схем сжатия некоторые версии формата TIFF могут оказаться несовместимыми друг с другом. Это означает, что возможна ситуация, когда файл в формате TIFF не может быть прочитан в некоторой графической программе, хотя она должна «понимать» этот формат. Другими словами, не все форматы TIFF одинаковы. Но, несмотря на эту проблему, TIFF является одним из самых популярных растровых форматов в настоящее время.
Рис. 4. Сжатие методом RLE
Информация о методах сжатия, используемых в растровых форматах файлов, приведена в таблице 2.
Растровые форматы графических файлов
О сохранении изображений в собственных и «чужих» форматах
Кроме того, для каждого «чужого» графического формата открываются дополнительные диалоговые окна, с помощью которых пользователь устанавливает параметры формата (количество используемых цветов, необходимость сжатия — для BMP и TIFF, коэффициент сжатия — для JPEG и др.).
Рис. 5. Диалоговое окно для сохранения в CorelDRAW изображения в формате JPEG
Преобразование файлов из одного формата в другой
Необходимость преобразования графических файлов из одного формата в другой может возникнуть по разным причинам:
• программа, с которой работает пользователь, не воспринимает формат его файла;
• данные, которые надо передать другому пользователю, должны быть представлены в специальном формате.
Преобразование файлов из растрового формата в векторный
Существуют два способа преобразования файлов из растрового формата в векторный :
1) преобразование растрового файла в растровый объект векторного изображения;
2) трассировка растрового изображения для создания векторного объекта.
Первый способ используется в программе CorelDRAW, которая, как правило, успешно импортирует файлы различных растровых форматов. К примеру, если растровая картинка содержит 16 миллионов цветов, CorelDRAW покажет изображение, приближенное по качеству к телевизионному. Однако, импортируемый растровый объект может становиться довольно большим даже в том случае, если исходный файл невелик. В файлах растровых форматов информация хранится достаточно эффективно, так как часто используются методы сжатия. Векторные форматы такой способностью не обладают. Поэтому растровый объект, хранящийся в векторном файле, может значительно превосходить по размерам исходный растровый файл.
Особенность второго способа преобразования растрового изображения в векторное заключается в следующем. Программа трассировки растровых изображений (например, CorelTRACE) ищет группы пикселей с одинаковым цветом, а затем создает соответствующие им векторные объекты. После трассировки векторизованные рисунки можно редактировать как угодно. На рис. 6 показано растровое изображение, которое хорошо преобразуется в векторное. Дело в том, что растровые рисунки, имеющие четко выраженные границы между группами пикселей одинакового цвета, хорошо переводятся в векторные. В то же время результат трассировки растрового изображения фотографического качества со сложными цветовыми переходами выглядит хуже оригинала.
Рис. 6. Растровый рисунок с четкими границами, преобразованный в векторный формат
Преобразование файлов одного векторного формата в другой
Векторные форматы содержат описания линий, дуг, закрашенных полей, текста и т. д. В различных векторных форматах эти объекты описываются по-разному. Когда программа пытается преобразовать один векторный формат в другой, она действует подобно обычному переводчику, а именно:
• считывает описания объектов на одном векторном языке,
• пытается перевести их на язык нового формата.
Рис. 7. Растровое изображение фотографического качества, преобразованное в векторный формат
При преобразовании рисунка 8а в формат CGM сохранились все исходные элементы (рис. 8 6 ). Формат DXF проигнорировал растровую картинку, исказил контур вокруг нее, коническую заливку, а также увеличил размер шрифта. Дело в том, что этот формат предназначен для конструкторских разработок и, следовательно, в нём отсутствуют команды для описания различных художественных эффектов.
Рис. 8. Результаты преобразования одного векторного формата в другой
Преобразование файлов из векторного формата в растровый
Преобразование изображений из векторного формата в растровый (этот процесс часто называют растрированием векторного изображения) встречается очень часто. Прежде, чем разместить рисованную (векторную) картинку на фотографии, её необходимо экспортировать в растровый формат. Например, изображение окна на рис. 9 было отсканировано и сохранено в файле формата JPEG. Рисунок утёнка создан в векторной программе CorelDRAW и затем экспортирован в файл формата TIFF. Монтаж двух растровых изображений выполнен в программе Adobe PhotoShop.
Рис. 9. Рисованная картинка, вставленная в фотографию
Каждый раз, когда векторный рисунок направляется на устройство вывода (в частности, монитор или принтер), он подвергается растрированию — преобразованию в набор видеопикселей или точек.
При экспорте векторных файлов в растровый формат может быть потеряна информация, связанная с цветом исходного изображения. Это объясняется тем, что в ряде растровых форматов количество цветов ограничено (например, формат GIF использует не более 256 цветов).
Преобразование файлов одного растрового формата в другой
Этот вид преобразования обычно самый простой и заключается в чтении информации из исходного файла и записи ее в новом файле, где данные о размере изображения, битовой глубине и цвете каждого видеопикселя хранятся другим способом. Если старый формат использует больше цветов, чем новый, то возможна потеря информации. Преобразование файла с 24-битовым цветом (16777216 цветов) в файл с 8-битовым цветом (256 цветов) требует изменения цвета почти каждого пикселя. В простейшем случае это делается так: для каждого пикселя исходного файла ищется наиболее близкий к нему цвет из нового ограниченного набора цветов. При таком способе возможны нежелательные эффекты, когда часть рисунка, содержащая большое количество элементов, оказывается закрашенной одним цветом или когда плавные переходы цвета становятся резкими. На рис. 10 показано, к каким результатам может привести уменьшение количества цветов изображения.
Рис. 10. При уменьшении количества цветов появляются дефекты в изображении
Для преобразования файлов из одного формата в другой используются специальные программы — преобразователи (конверторы) форматов. Однако большинство графических программ (CorelDRAW, Adobe Illustrator, Adobe PhotoShop и др.) могут читать и создавать файлы различных форматов, т. е. являются преобразователями форматов.
Контрольные вопросы
1. Что означает термин «формат графического файла»?
2. Почему необходимо иметь общие форматы для различных приложений?
3. Как хранится изображение в файле векторного формата?
4. Перечислите несколько векторных форматов.
5. Какая информация запоминается в растровом файле?
6. Как можно уменьшить размер растрового файла?
7. Какие методы сжатия графических данных вам известны?
8. Какие форматы используются для хранения фотографий?
9. Когда возникает необходимость в преобразовании форматов файлов?
10. Какие способы преобразования растрового формата в векторный вам известны?
11. Почему при преобразовании одного векторного формата в другой некоторые части изображения могут исказиться или вообще исчезнуть?
Графические файлы формата могут хранить как растровую так и векторную информацию
Знание файловых форматов и их возможностей является одним из ключевых факторов в допечатной подготовке изданий, в подготовке изображений для web-страниц и в компьютерной графике вообще. Все форматы имеют какие-то характерные особенности и возможности, делающие их незаменимыми в работе. Формат файла определяется по его расширению. Поэтому в большинстве случаев обозначение формата и расширение совпадают.
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.
.TIF. При сохранении иллюстрации в этом формате не используется ни один из видов компрессии (сжатия). В этом формате получают максимально возможную степень качества и соответствия, сохраненной в файле копии изображения. Это единственный формат, используемый в профессиональном дизайне для хранения изображений высокого качества. Качественные TIF-изображения могут занимать несколько сотен мегабайт. TIF-формат является лучшим выбором при передаче изображений и растровой графики в векторные программы и издательские системы.
.JPG. Этот формат используется для сжатия изображения в десятки раз. Формат позволяет использовать различные степени сжатия, делая тем самым выбор либо в сторону увеличения качества, либо в сторону уменьшения файла. В профессиональной полиграфии этот формат не используется из-за существенных потерь качества изображения. Для просмотра изображения на экране монитора или для распечатки на принтере качества JPG-формата достаточно. В формате JPG используется метод сжатия jpeg. Этим методом лучше сжимаются растровые изображения фотографического качества и плохо сжимаются логотипы или схемы. В этом формате хорошо и с меньшими потерями сжимаются большие изображения с высоким разрешением 200-300 ppi и плохо сжимаются с низким разрешением 72-150 ppi. Нежелательно сохранять изображения в JPG-формате, где важны все тонкости цветопередачи, так как во время сжатия происходит отбрасывание некоторой цветовой информации. В этом формате следует сохранять только конечный вариант работы, потому что любое пересохранение приводит к новым потерям данных и превращениям изображения в кашу.
.GIF. Это формат растровой графики, созданный специально для КС. Этот формат имеет метод сжатия, который обозначается LZW. Этот формат имеет ограниченную палитру цветов. Основное ограничение GIF состоит в том, что цветное изображение может иметь не больше 256 цветов, поэтому цвета в этом формате становятся грубыми, а само изображение зернистым. Не используется в полиграфии и не рекомендуется для изображений, предназначенных для монитора или принтера. В GIF-формате пиксели изображения записываются через строку. По этой технологии, получив только часть файла уже можно увидеть изображение целиком, но с низким качеством. В случае с контрастностью изображения с четкими границами между цветами или в случае с однотонным изображением при использовании этого формата большая степень сжатия, чем JPG, причем качество не изменяется. В GIF можно оставить один-два цвета прозрачными, и они станут невидимыми в программах-браузерах просматриваемых web-страниц. Прозрачность обеспечивается за счет дополнительного альфа-канала в изображении, которое сохраняется вместе с файлом. Кроме того этот файловый формат может содержать не одну, а несколько растровых картинок, которые Интернет-браузеры могут подгружать одну за другой с указанной в файле частотой. С помощью нескольких картинок создается иллюзия движения, называемая GIF-анимацией. GIF-формат используется для создания web-страниц: баннеров (рекламных заставок), элементов фона.
EPS. Это самый удобный и универсальный способ хранения графических данных. Предназначен для передачи векторных и растровых изображений в издательские системы. Создается всеми программами, работающими с графикой. Этот формат используется только тогда, когда печать осуществляется на устройстве, поддерживающем язык PostScript. В формате EPS сохраняются данные в буфере обмена у всех графических программ фирмы Adobe. Вместе с EPS-файлами можно сохранять эскизы изображений. Эскиз – это копия с низким разрешением, которая сохраняется вместе с файлом EPS и позволяет увидеть, что находится внутри изображения. Открыть EPS-файл для редактирования могут только программы фирмы Adobe – Photoshop, Illustrator. Остальные графические программы могут открывать только в режиме просмотра.
PDF. Это независящий от графических программ формат для создания электронной документации, презентаций, а также для передачи графики через сети. PDF-файла создаются путем конвертирования из PostScript-файла или функцией экспорта. Программы Photoshop, Illustrator могут создавать только одностраничный файл PDF. Все данные в формате PDF могут сжиматься. Причем к разного типа информации применяются разные типы сжатия. Файл PDF может быть оптимизирован – из него удаляются повторяющиеся элементы, устанавливается постраничный порядок загрузки страниц с приоритетом сначала для текста, потом для графики. Формат PDF используется для передачи по сетям в компактном виде графики и текста. Особенностью многостраничных файлов является то, что они могут сдержать элементы, обеспечивающих поиск и просмотр электронных документов, а также могут содержать гипертекстовые ссылки и электронное оглавление. Наиболее удобным средством для работы с PDF-файлами является программа Acrobat. Причем есть 2 варианта этой программы: Acrobat Professional (для создания многостраничных файлов) и Acrobat Reader (для просмотра PDF-файлов).
PSD. Это внутренний формат программы Photoshop. Стал поддерживаться все большим количеством графических программ. Этот формат позволяет записывать изображение с многими слоями и дополнительными альфа-каналами, а также с каналами простых цветов и контурами и другой специфической информацией.
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.
WMF. Это векторный формат, который используется графическими программами ОС Windows. Этот формат служит для передачи векторных изображений через буфер обмена в среде Windows. Этот формат принимается практически всеми программами, работающими с векторной графикой. Использовать этот формат для растровых изображений нельзя. Недостатки: искажение цвета и несохранение ряда параметров, которые устанавливаются для изображений в графических программах.
AI. Внутренний формат программы Illustrator. Может открываться программой Photoshop и кроме того этот формат поддерживают все программы, связанные с векторной графикой. Этот формат является лучшим средством при передаче векторных изображений из одной программы в другую. Растровые графические элементы при передаче через AI-формат в большинстве случаев теряются.
CDR. Это внутренний формат программы Corel Draw. Этот формат имеет большую популярность, как и сам пакет программ. Многие программы могут импортировать векторные файлы в форматы Corel Draw. В формате CDR содержаться и растровые графические объекты. В этом формате применяется компрессия, причем для векторных и растровых файлов применяется разная компрессия.
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.