Основы представления графических данных

Министерство культуры российской федерации

Федеральное образовательное учреждение

высшего образования

«Санкт-Петербургский государственный ИНСТИТУТ кино и телевидЕния»

 

кАФЕДРА режиссуры телевидения

 

 

«КОМПЬЮТЕРНое моделирование И ДИЗАЙН ГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ в среде ADOBEPHOTOSHOP»

МетодическИЕуказания

 по выполнению практических и лабораторных работ

по дисциплинам

«Компьютерная графика и анимация» и

«Теория и практика web-дизайна»

 

 

для студентов очного, заочного и очно-заочного отделения

 1 и 2 курсов ФЭИ направления подготовки  55.05.01 (070601.65) «Режиссура кино и телевидения» специализация № 5

«Режиссер телевидения, педагог»

Санкт - Петербург

Год

Составители: С.В.Веселова, к.т.н., доцент;

И.В.Александрова, старший преподаватель

 

Рецензенты:

Дворко Н.И., д.и.н., профессор кафедры режиссуры телевидения

Санкт-Петербургского государственного института кино и телевидения;

 

    В методических указаниях рассмотрены основные теоретические понятия компьютерной графики и цветоведения. Описаны применяемые в редакторе AdobePhotoshop форматы графических файлов и цветовые модели.

Указания содержат руководство для решения типовых задач по работе с цифровыми изображениями и фотографиями. Представлена подробная пошаговая инструкция выполнения заданий для практических и лабораторных работ.

Пособие предназначено для студентов очного, заочного, очно-заочного отделений 1 и 2 курсов ФЭИ направления подготовки  55.05.01(070601.65)  «Режиссура кино и телевидения» специализация № 5 «Режиссер телевидения, педагог»

 

        

 

Рекомендовано к изданию в качестве методическихуказаний

 

кафедрой режиссуры телевидения Протокол № ___ от ___.______.2015 г.

 

Одобрено к изданию

 

Советом факультета экранных искусств

Протокол № ____ от __.___.2015 г.

 

 

© СПбГИКиТ, 201__

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие………………………………………………………………4

1.Основы представления графических Данных….………7

1.1. Виды компьютерной графики…………………………………………7 1.1.1. Растровая графика…………………………………………………….8

1.1.2. Векторная графика……………………………………………….…..10

1.1.3. Фрактальная графика……………………………………………….…11

1.1.4. Flash-графика……………………………………………………….….11 1.1.5. Трехмерная графика……………………………………………….….11 1.2. Форматы графических данных…………………………………….…12 1.3. Понятие цвета. Цветовые модели………………………………….…15 1.3.1. Цветовая модель CIELab……………………………………………..17 1.3.2. Цветовая модель RGB………………………………………………...17 1.3.3. Цветовая модель HSB…………………………………………………18 1.3.4. Цветовая модель CMYK, цветоделение……………………………..19 1.3.5. Цветовая палитра……………………………………………………...21 2. Средства работы с Графикой………………………………….22 2.1. Программа обработки растровой графики AdobePhotoshop……….23 2.2. Порядок выполнения лабораторных и практических работв программе AdobePhotoshop……………………………………….24 3. рекомендации по выполнению контрольной работы в программе AdobePhotoshop…………………………….65   3.1. Примерный перечень тем итоговых творческих работ.…………..65 3.2. Порядок работы по созданию электронной открытки в среде AdobePhotoshop………………………………………………………………67 3.3. Требования к оформлению Пояснительной записки к итоговой творческой работе……………………………………………………68

Заключение…………………………………………………..…………..70

Список рекомендуемой литературы……………………………………..….70 Образец оформления титульного листа …………………………………....71

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

Наглядность графической информации и разнообразие ее возможностей намного превосходят остальные виды информации, хранимой и обрабатываемой компьютерами. Вместе с тем работать с этим видом информации зачастую сложнее. Кроме того, работа с графикой требует от пользователя определенных художественных способностей.

Основными видами компьютерной графики в настоящее время являются растровая, векторная, фрактальная и flash-графика.

Растровые или точечные рисунки образуются набором точек – пикселов, наподобие того, как образуют рисунок закрашенные квадратики на листке бумаги в клеточку. Точечными рисунками являются все сканированные изображения и фотографии. Использование растровой графики обеспечивает создание изображений высокого качества.

В обширном классе программ для обработки растровой графики особое место занимает пакет Photoshop компании Adobe. По сути дела, сегодня он является стандартом компьютерной графики, и все другие программы неизменно сравнивают именно с ним.

Итак, что же такое Photoshop. Говоря по-научному – это программа, составляющая пакета графических программ серии AdobeCreativeSuite, который является профессиональным пакетом, предназначенным для работы в сфере графического дизайна. Это, пожалуй, самая совершенная среди аналогичных программ для работы с растровыми изображениями.

AdobePhotoshop – это возможности работы с цифровыми изображениями и фотографиями, которые обеспечивают интеллектуальное ретуширование, реалистическое раскрашивание и выделение изображений.

Компания AdobeSystemsInc. Является одним из крупнейших производителей программного обеспечения для обработки графики. Первой заслугой фирмы Adobe является разработка языка PostScript, на котором «говорит» весь мир допечатной подготовки изданий. Второй заслугой и одной из самых больших удач стало создание продукта AdobePhotoshop. Миллионные прибыли, которые имеет фирма, приносит, прежде всего, продажа программного продукта AdobePhotoshop.

Рождением этого продукта мир обязан двум братьям: Томасу и Джону Кноллу, сыновьям профессора ГленаКнолла из г. Энн-Эрбор (штат Мичиган, США).

Программа AdobePhotoshop предназначена для обработки и создания точечной (растровой) графики. Программа используется для работы с фотографиями и коллажами из них, рисованными иллюстрациями, слайдами и мультипликацией, изображениями для web-страниц, кинокадрами.

AdobePhotoshop обладает практически безграничными возможностями. Его с успехом используют фотохудожники. Обширный набор специальных фильтров активно используется при создании, как коммерческого дизайна, так и художественных произведений.

Мультипликаторы, специалисты по созданию сайтов найдут палитру для удобного и полного впечатляющих возможностей интерфейса программы AdobePhotoshop.

Наконец, программа представляет весь спектр возможностей для допечатного процесса – от сканирования до установки параметров цветоделения и растрирования.

AdobePhotoshop является стандартом для процессов, связанных с обработкой изображений. В какой бы области вы ни работали – использование программы обеспечит совместимость ваших результатов и их правильную интерпретацию. Это особенно важно для полиграфии, создания web-сайтов, то есть процессов, ориентированных на удаленное устройство вывода, параметры которого не всегда известны точно.

Таким образом, рассмотрение моделирования и дизайна графических изображений в среде AdobePhotoshop является актуальным для визуализации данных в различных сферах деятельности человека. Например, в медицине (компьютерная томография), научные исследования (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и одежды, опытно-конструкторские разработки, не говоря уже о сфере рекламы и связей с общественностью.

Данные методические указания подготовлены доцентом кафедры математики и физики Веселовой С.В. и старшим преподавателем кафедры режиссуры телевидения Александровой И.В.

 

Основы представления графических данных

1.1. Виды компьютерной графики

 

Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано еще в середине 50-х годов для больших ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего числа компьютерных систем, особенно персональных.

Существует специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов – компьютерная графика.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на растровую, векторную, фрактальную и flash-графику. Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, которая изучает приемы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

Особенности цветового охвата характеризуют такие понятия как черно-белая и цветная графика. На специализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, web-графика, компьютерная полиграфия и прочие.

На стыке компьютерных, телевизионных и кинотехнологий зародилась и стремительно развивается сравнительно новая область компьютерной графики и анимации.

Заметное место в компьютерной графике отведено развлечениям. Появилось даже такое понятие, как механизм графического представления данных (GraphicsEngine)  в играх. Рынок игровых программ имеет оборот в десятки миллиардов долларов и часто инициализирует очередной этап совершенствования графики и анимации.

Хотя компьютерная графика служит всего лишь инструментом, ее структура и методы основаны на передовых достижениях фундаментальных и прикладных наук: математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и множества других. Это справедливо как для программных, так и для аппаратных средств создания и обработки изображений на компьютере. Поэтому компьютерная графика является одной из наиболее бурно развивающихся отраслей информатики и во многих случаях выступает двигателем прогресса всей компьютерной индустрии.

 

Растровая графика

Растровое изображение состоит из совокупности маленьких точек разного цвета. Точечные изображения описываются сеткой точек. Эту сетку называют растром, а точки ее составляющие – пикселями. Программа располагает информацией о том, какой цвет имеет каждая точка изображения. Работа с точками изображения заключается в работе с каждой точкой.

Для растровых изображений, состоящих из точек, особую важность имеет понятие разрешения, выражающее количество точек, приходящихся на единицу длины.

Растровый тип графики наиболее прост и понятен компьютеру, поскольку все изображения на экране формируется подобным образом. Точки на экране делятся на группы, по три точки разного цвета в каждой. Такая группа из трех точек – красного, зеленого и синего цвета в каждой. Такая группа из трех точек называется триадой. Одна триада отвечает за одну точку изображения на экране, и также называется пикселем.

В простейшем случае, для того чтобы отобразить на экране растровое изображение компьютеру необходимо всего лишь прочитать графический файл и последовательно отобразить на экране цвета точек изображения. Поэтому растровый формат графики является наиболее популярным в компьютерных технологиях. Вторым преимуществом растровых форматов является то, что с их помощью можно достоверно передать любое изображение, практически без ограничений, любую фотографию, набросок, репродукцию картины и т.д. Достаточно лишь оцифровать исходное изображение, чтобы получить его электронную копию.

Но есть у растровых изображений и существенные недостатки. Первый – сложность масштабирования. То есть происходит так называемая пикселизация изображений при их увеличении. Раз в оригинале присутствует определенное количество точек, то при большом масштабе увеличивается и их размер, становятся заметны элементы растра, что искажает саму иллюстрацию.

Для противодействия пикселизации принято заранее оцифровывать оригинал с разрешением, достаточным для качественной визуализации при масштабировании. Другой прием состоит в применении стохастического растра, позволяющего уменьшить эффект пикселизации в определенных пределах. Наконец, при масштабировании используется метод интерполяции, когда увеличение размера иллюстрации происходит не за счет масштабирования точек, а путем добавления необходимого числа промежуточных точек.

Второй недостаток – объем, который занимает изображение. Полноцветная картинка размером 1024х768 точек будет занимать более двух мегабайт. Это несущественно, если держать графику на своем компьютере, но если нужно сделать ее доступной через Интернет, то размер становится критически важным. Чтобы уменьшить объем, занимаемой картинкой, можно уменьшить ее размеры, но это также уменьшит ее детальность. В некоторых случаях можно уменьшать количество цветов в картинке, например от 24-хбитного цвета перейти к 8-битному, - это позволит сократить объем картинки примерно в 3 раза. Но этот способ подходит не всегда. В графических форматах, применяемых для размещения картинок в сети Интернет, используют различные способы уменьшения объема файлов, основанные на разных принципах, что позволяет значительно уменьшать, но только до определенной степени.

 

Векторная графика

Если в растровой графике базовым элементом изображения является точка, то в векторной графике – линия. Линия описывается математически как единый объект, и потому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем растровой.

Линия – элементарный объект векторной графики. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная). Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами (текстуры, карты) или выбранным цветом.

У векторной графики есть свои существенные недостатки. Для отображения в векторном формате подходят далеко не все изображения. Лучше всего подходят те изображения, которые можно разбить на геометрические фигуры и линии: рисунки мультипликационного тип, схемы, планы и так далее. Категорически не подходят для преобразования в векторный вид изображения фотографического типа, с множеством непредсказуемых и мелких деталей. Кроме того, отображение векторных картинок создает существенную нагрузку на компьютер, которому нужно преобразовать инструкции из файла в картинку на экране.

 

Фрактальная графика

 

Фрактальная  графика, как и векторная, основана на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть, никаких объектов в памяти компьютера не хранится, и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты.

 

Flash-графика

В 1996 году компания Macromedia разработала стандарт flash-графики. Основное назначение этой технологии – создание высококачественных анимационных изображений для web-страниц. Анимация, подготовленная в соответствии с этим стандартом, широко применяется в электронной рекламе. Необходимость передачи web-страниц по линиям связи в компьютерных сетях диктует одно из основных требований к технологии создания рисунка – небольшой размер результирующего файла.

 

Трехмерная графика

Трехмерная  графика нашла широкое применение в таких областях, как научные расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических объектов.

Особую отрасль трехмерного моделирования в режиме реального времени составляют тренажеры технических средств – автомобилей, судов, летательных и космических аппаратов. В них необходимо очень точно реализовывать технические параметры объектов и свойства окружающей физической среды. В более простых вариантах, например при обучении вождению наземных транспортных средств, тренажеры реализуют на персональных компьютерах.

На персональных компьютерах основную долю рынка программных средств обработки трехмерной графики занимают три пакета.

Программа создания и обработки трехмерной графики 3DStudioMax фирмы Kinetix считается полупрофессиональным пакетом. Его средств вполне хватает для разработки качественных трехмерных изображений неживой природы.

Программу Softimage 3D компании Microsoft отличают богатые возможности моделирования, наличие большого числа регулируемых физических и кинематографических параметров.

Наиболее революционной с точки зрения интерфейса и возможностей является программа Maya, разработанная консорциумом известных компаний (AliasWavefront). Пакет существует для разных операционных систем, в том числе для Windows.

На сегодняшний день программа Maya является наиболее передовым пакетом в классе средств создания и обработки трехмерной графики для персональных компьютеров.

 

1.2. Форматы графических данных

 

Как известно, конкретный способ кодирования всей необходимой информации для записи изображений в память компьютера образует графический формат. Форматы кодирования графической информации, основанные на передаче цвета каждого отдельного пикселя, из которого состоит изображение, относят к группе растровых. Наиболее известными растровыми форматами являются BMP, GIF и JPEG. Кроме того, довольно часто используют форматы PNG, TIFF и PDF.

В формате BMP (от BitMaP) задается цветность всех пикселов изображения. При этом можно выбрать монохромный режим с 256 градациями серого цвета или цветной с 16, 256 или 16 777 216 цветами. Рисунки в этом формате занимают много места на диске.

В формате GIF (от GraphicsInterchangeFormat)  используются специальные методы сжатия кода, причем поддерживается только 256 цветов. Качество изображения немного хуже, чем в формате BMP, зато они занимают в десятки раз меньше места.

Формат JPEG (от JoinPhotographicExpertsGroup) используют методы сжатия, основанные на удалении «избыточной» информации и приводящие к потерям некоторых деталей. Однако поддержка 16 777 216 цветов все-таки обеспечивает достаточно высокое качество изображения. По объему формат JPEG занимает промежуточное положение между форматами BMP и GIF.

Формат PNG(от PortableNetworkGraphics) представляет собой некоторое улучшение формата GIF, в основном в области цветопередачи и сжатия кода. Этот формат создавался для использования в Интернете, поэтому он не подходит для печати изображений. Зато он обеспечивает высокое качество при передаче растровой графики в Интернете.

Формат TIFF (от TagImageFileFormat) – универсальный формат для хранения растровых изображений. Широко используется в издательских системах, требующих формирования изображений наилучшего качества, в сканерах, цифровых фото- и видеокамерах и так далее. По качеству сжатия близок к форматам PNGиGIF. Формат TIFF служит для профессиональной печати изображений.

Формат PDF (от PortableDocumentFormat) в последнее время все чаще применяется для передачи по компьютерным сетям графических изображений и документов, содержащих как текст, так и графику. Основное его достоинство в том, что текст и графика, заключенные в документе этого формата, одинаково точно воспроизводятся на любой программно-аппаратной платформе, что особенно важно в компьютерных сетях.

В связи с большей универсальностью и меньшей требовательностью к ресурсам компьютера, технологии растровых изображений получили повсеместное распространение, в том числе и в сети Интернет. И хотя сейчас вопрос производительности компьютеров не является столь острым и векторные технологии постепенно приходят в web, большая часть графики на web-страницах выполняется в растровых форматах.

Для размещения картинок на web-страницах в основном используют два растровых графических формата: GIF и JPEG. Хотя оба эти формата созданы для того, чтобы служить средством хранения и переноса графики, каждый из них обладает рядом особенностей, которые дадут возможность сделать правильный выбор формата для графики, и позволят с минимальными потерями реализовать творческий замысел.

Если изображение содержит немного цветов, состоит из четких линий и геометрических фигур, содержит достаточно большие области одного цвета, то лучшим выбором будет формат GIF. Также этот формат незаменим для создания небольших анимированных вставок, рекламных баннеров и в тех случаях, когда необходима частичная прозрачность картинки.

Для размещения многоцветных изображений фотографического типа лучше всего подходит формат JPEG.

Если непонятно к какому типу отнести изображение, то нужно создать две его версии – в форматах GIF и JPEG- и сравнить их. Ту, что будет при сравнимом качестве занимать меньше места, и лучше использовать.

1.3. Понятие цвета. Цветовые модели

 

Цвет очень важен в компьютерной графике как средство усиления зрительского впечатления и повышения информационной насыщенности изображения. Ощущение цвета формируется человеческим мозгом в результате анализа светового потока, попадающего на сетчатку глаза от излучающих или отображающих объектов. Считается, что цветовые рецепторы (колбочки) подразделяются на три группы, каждая из которых воспринимает только единственный цвет – красный, зеленый или синий. Нарушения 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 различием участков, сильнее и слабее отражающих свет. Минимальную разницу между яркостью различных по светлоте объектов называют порогом. Величина порога пропорциональна логарифму отношений яркостей. Последовательность оптических характеристик объекта (расположенная по возрастанию или убыванию), выраженная в оптических плотностях или логарифмах яркостей, составляет градацию и является важнейшим инструментом для анализа и обработки изображений.

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.

В компьютерной графике применяют понятие цветового разрешения (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). Восьми разрядное кодирование позволяет отобразить 256 градаций цветового тона. Два байта (16 бит) определяют 56 536 оттенков (такой режим называют HighColor). При 24-разрядном способе кодирования, можно определить более 16,5 миллионов цветов (режим называется TrueColor).

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 вывода (монитор, принтер, печатная машинка и прочие).

В соответствии с принципами формирования изображения аддитивными или субтрактивными методами разработаны способы разделения цветового оттенка на составляющие компоненты, называемые цветовыми моделями. В компьютерной графике в основном применяют модели RGBиHSB (для создания и обработки аддитивных изображений) и CMYK (для печати копии изображения на полиграфическом оборудовании).

1.3.1. Цветовая модель CIE Lab

 

В 1920 году была разработана цветовая пространственная модель CIELab(CommunicationalInternationaldel’Eclairage – международная комиссия по освещению; L, a, b–обозначения осей координат в этой системе). Система является аппаратно независимой и потому часто применяется для переноса данных между устройствами. В модели CIELabлюбой цвет определяется светлотой (L) и хроматическими компонентами: параметром a, изменяющимся в диапазоне от зеленого до красного, и параметром b, изменяющимся в диапазоне от синего до желтого. Цветовой охват модели CIELabзначительно превосходит возможности мониторов и печатных устройств, поэтому перед выводом изображения, представленного в этой модели, его приходится обрабатывать. Данная модель была разработана для согласования цветных фотохимических процессов с полиграфическими. Сегодня она является принятым по умолчанию стандартом для программы AdobePhotoshop.

 

1.3.2. Цветовая модель RGB

 

Цветовая модель RGB является аддитивной, то есть любой цвет представляет собой сочетание в различной пропорции трех основных цветов – красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue). Она служит основой при создании и обработке компьютерной графики, предназначенной для электронного воспроизведения (на мониторе компьютера, телевизора). При наложении одного компонента основного цвета на другой яркость суммарного излучения увеличивается. Совмещение трех компонентов одинаковой яркости дает ахроматический серый цвет, который при увеличении яркости приближается к белому цвету. При 256 градационных уровнях тона черному цвету соответствуют нулевые значения RGB, а белому – максимальные, с координатами (255, 255, 255).

 

 

 

Рис. 1.1. Аддитивная цветовая модель RGB

 

 

1.3.3. Цветовая модель HSB

 

Цветовая модель HSB разработана с максимальным учетом особенностей восприятия цвета человеком. Она построена на основе цветового круга Манселла. Цвет описывается тремя компонентами: Оттенком (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brightness). Значение цвета выбирается как вектор, исходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки по периметру окружности – чистым спектральным цветам. Направление вектора задается в градусах и определяет цветовой оттенок. Длина вектора определяет насыщенность цвета. На отдельной оси, называемой ахроматической, задается яркость, при этом нулевая точка соответствует верному цвету. Цветовой охват модели HSB перекрывает все известные значения реальных цветов.

Модель HSB принято использовать при создании изображений на компьютере с имитацией работы и инструментария художников. Существуют специальные программы, имитирующие кисти, перья, карандаши. Обеспечивается имитация работы с красками и различными полотнами. После создания изображения его рекомендуется преобразовать в другую цветовую модель, в зависимости, в зависимости от предполагаемого способа публикации.