Grafika rastrowa - Raster graphics

Buźkę w lewym górnym rogu znajduje się obraz rastrowy. Po powiększeniu poszczególne piksele wyglądają jak kwadraty. Powiększając dalej, każdy piksel może być analizowany, a ich kolory są konstruowane poprzez kombinację wartości czerwonego, zielonego i niebieskiego.

W grafice komputerowej i fotografii cyfrowej , A grafika rastrowa jest obraz mapy bitowej , która reprezentuje ogół prostokątną siatkę pikseli , widoczny za pośrednictwem ekranu komputera , papieru lub innego nośnika wyświetlacza. Technicznie raster charakteryzuje się szerokością i wysokością obrazu w pikselach oraz liczbą bitów na piksel . Obrazy rastrowe są przechowywane w plikach obrazów o różnych formatach rozpowszechniania , produkcji , generowania i pozyskiwania .

Przemysł poligraficzny i prepress znają grafikę rastrową jako contones (od ciągłych tonów ). Natomiast grafika liniowa jest zwykle implementowana jako grafika wektorowa w systemach cyfrowych.

Typowe formaty pikseli to monochromatyczny , w skali szarości , z paletą i pełny kolor , gdzie głębia kolorów określa wierność reprezentowanych kolorów, a przestrzeń kolorów określa zakres pokrycia kolorów (który często jest mniejszy niż pełny zakres ludzkiego widzenia kolorów ). Obrazy cyfrowe o wysokiej rozdzielczości wymagają dużej ilości pamięci , szczególnie w przypadku dużej głębi kolorów. Duży sensor bitmapowy CCD w obserwatorium Vera C. Rubin rejestruje 3,2 gigapiksela na pojedynczym obrazie (6,4 GB surowego), w sześciu kanałach kolorów, które przekraczają zakres spektralny ludzkiego widzenia kolorów. Podczas produkcji obraz rastrowy może występować w różnych rozdzielczościach i głębiach kolorów ze względu na zarządzanie pamięcią masową i przepustowością.

Transpozycja obrazu do ukrytej organizacji rastrowej (stosunkowo kosztowna operacja w przypadku formatów spakowanych z mniej niż bajt na piksel); skomponowanie dodatkowego odbicia linii rastrowej (prawie swobodnej), przed lub po, sprowadza się do obrotu obrazu o 90° w jednym lub drugim kierunku.

Obrazy wektorowe (praca liniowa) mogą być rasteryzowane (konwertowane na piksele), a obrazy rastrowe wektoryzowane (obrazy rastrowe konwertowane na grafikę wektorową) za pomocą oprogramowania. W obu przypadkach część informacji zostaje utracona, chociaż niektóre operacje wektoryzacji mogą odtworzyć istotne informacje, jak w przypadku optycznego rozpoznawania znaków .

Wczesne telewizory mechaniczne opracowane w latach 20. XX wieku wykorzystywały zasady rasteryzacji. Telewizja elektroniczna oparta na ekranach kineskopowych jest skanowana rastrowo z poziomymi rastrami malowanymi od lewej do prawej, a linie rastrowe malowane od góry do dołu (górna część monitora komputerowego jest najczęściej odnoszona do orientacji poziomej , podczas gdy górna część drukowanej strony najczęściej odnosi się do orientacji pionowej; chodzenie pod prąd wymaga obrotu obrazu). Od lewej do prawej w górnej i dolnej części pozostaje konwencjonalna organizacja pikseli w większości formatów plików bitmapowych i zrasteryzowanych połączeń wyświetlaczy, takich jak VGA i DVI .

Wiele manipulacji rastrami odwzorowuje się bezpośrednio na matematyczne formalizmy algebry liniowej , gdzie obiekty matematyczne o strukturze macierzy są głównym przedmiotem zainteresowania.

Etymologia

Słowo „raster” wywodzi się z łacińskiego rastrum (rake), które pochodzi od radere (zdrapać). Pochodzi ona z skanu rastrowego z kineskopem (CRT), monitory , która to farba linii obrazu z linii przez magnetycznych lub elektrostatycznych kierownicy zogniskowanej wiązki elektronów . Przez skojarzenie może również odnosić się do prostokątnej siatki pikseli. Słowo rastrum jest teraz używane w odniesieniu do urządzenia do rysowania linii muzycznych.

Aplikacje

Wyświetlacze komputerowe

Większość nowoczesnych komputerów ma wyświetlacze bitmapowe, w których każdy piksel na ekranie odpowiada bezpośrednio niewielkiej liczbie bitów w pamięci. Ekran jest odświeżany po prostu poprzez skanowanie pikseli i kolorowanie ich zgodnie z każdym zestawem bitów. Procedura odświeżania, mająca krytyczne znaczenie dla szybkości, jest często implementowana przez dedykowane obwody, często jako część procesora graficznego .

Korzystając z tego podejścia, komputer zawiera obszar pamięci, w którym znajdują się wszystkie dane, które mają być wyświetlane. Centralny procesor zapisuje dane do tego obszaru pamięci, a kontroler wideo zbiera je stamtąd. Bity danych przechowywane w tym bloku pamięci są powiązane z ostatecznym wzorem pikseli, który zostanie użyty do skonstruowania obrazu na wyświetlaczu.

Wczesny zeskanowany wyświetlacz z rastrową grafiką komputerową został wynaleziony pod koniec lat 60. przez A. Michaela Nolla w Bell Labs , ale jego zgłoszenie patentowe złożone 5 lutego 1970 r. zostało porzucone w Sądzie Najwyższym w 1977 r. z powodu kwestii patentowalności oprogramowania komputerowego.

Przechowywanie obrazów

Używanie rastra do podsumowania wzoru punktowego.

Większość obrazów komputerowych jest przechowywana w formatach grafiki rastrowej lub skompresowanych odmianach, takich jak GIF , JPEG i PNG , które są popularne w sieci WWW . Dane rastrowe struktura jest oparta na (na ogół prostokątny, o podstawie kwadratowej) teselacji 2d płaszczyźnie do komórek. W tym przykładzie komórki teselacji A są nakładane na wzór punktowy B, co daje tablicę C zliczeń kwadrantowych reprezentujących liczbę punktów w każdej komórce. Do celów wizualizacji użyto tabeli przeglądowej do pokolorowania każdej komórki na obrazie D. Oto liczby jako prosty wektor w kolejności wierszy/kolumn:

1 3 0 0 1 12 8 0 1 4 3 3 0 2 0 2 1 7 4 1 5 4 2 2 0 3 1 2 2 2 2 3 0 5 1 9 3 3 3 4 5 0 8 0 2 4 3 2 8 4 3 2 2 7 2 3 2 10 1 5 2 1 3 7

Na koniec mamy zakodowaną reprezentację rastra, która ma 55 pozycji:

wartości 1 3 0 1 12 8 0 1 4 3 ...
długości 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 ...

Proces ten wyraźnie prowadzi do utraty informacji , od rzeczywistych współrzędnych punktów, przez liczbę komórek całkowitych, po kolory porządkowe, ale są też korzyści:


Trójwymiarowa grafika rastrowa woksela jest wykorzystywana w grach wideo, a także w obrazowaniu medycznym, takim jak skanery MRI .

Systemy Informacji Geograficznej

Dane GIS są zwykle przechowywane w formacie rastrowym w celu kodowania danych geograficznych jako wartości pikseli. Informacje georeferencyjne mogą być również powiązane z pikselami.

Rezolucja

Grafiki rastrowe są zależne od rozdzielczości, co oznacza, że ​​nie można ich skalować do dowolnej rozdzielczości bez utraty widocznej jakości . Właściwość ta kontrastuje z możliwościami grafiki wektorowej , które łatwo skalują się do jakości urządzenia je renderującego . Grafika rastrowa radzi sobie bardziej praktycznie niż grafika wektorowa ze zdjęciami i obrazami fotorealistycznymi, natomiast grafika wektorowa często lepiej służy do składu lub projektowania graficznego . Nowoczesne monitory komputerowe zazwyczaj wyświetlają około 72 do 130 pikseli na cal (PPI), a niektóre nowoczesne drukarki konsumenckie mogą wyświetlać 2400 punktów na cal (DPI) lub więcej; określenie najbardziej odpowiedniej rozdzielczości obrazu dla danej rozdzielczości drukarki może nastręczać trudności, ponieważ wydruk może mieć wyższy poziom szczegółowości niż widz może dostrzec na monitorze. Zazwyczaj rozdzielczość od 150 do 300 PPI działa dobrze w przypadku drukowania w trybie 4-kolorowym ( CMYK ).

Jednak w przypadku technologii drukowania, które wykonują mieszanie kolorów poprzez dithering ( półtony ), a nie przez nadruk (praktycznie wszystkie domowe/biurowe drukarki atramentowe i laserowe), DPI drukarki i PPI obrazu mają zupełnie inne znaczenie, co może być mylące. Ponieważ w procesie ditheringu drukarka buduje jeden piksel obrazu z kilku punktów drukarki w celu zwiększenia głębi kolorów , ustawienie DPI drukarki musi być ustawione znacznie wyżej niż żądany PPI, aby zapewnić wystarczającą głębię kolorów bez poświęcania rozdzielczości obrazu. Na przykład drukowanie obrazu w rozdzielczości 250 PPI może w rzeczywistości wymagać ustawienia drukarki na 1200 DPI.

Edytory obrazów oparte na rastrze

Oparte na rastrze edytory obrazów, takie jak PaintShop Pro , Corel Painter , Adobe Photoshop , Paint.NET , Microsoft Paint i GIMP , obracają się wokół edycji pikseli , w przeciwieństwie do edytorów obrazów wektorowych, takich jak Xfig , CorelDRAW , Adobe Illustrator lub Inkscape , które obracają się wokół edycji linii i kształtów ( wektorów ). Gdy obraz jest renderowany w rastrowym edytorze obrazów, obraz składa się z milionów pikseli. W swej istocie edytor obrazów rastrowych działa poprzez manipulowanie każdym pojedynczym pikselem. Większość edytorów graficznych opartych na pikselach działa w oparciu o model kolorów RGB , ale niektóre umożliwiają również korzystanie z innych modeli kolorów, takich jak model kolorów CMYK .

Zobacz też

Bibliografia