3.1. Растровая и векторная графика

Определения и обозначения

Компьютерная графика — это изображения, которые создаются, хранятся и обрабатываются с помощью компьютера. К ней относятся фотографии, рисунки, схемы, диаграммы и другие изображения. Это понятие нужно, чтобы объединить разные способы работы с изображениями в цифровой среде.

Растровая графика — способ представления изображения в виде прямоугольной сетки отдельных цветных точек — пикселей. Каждая точка занимает своё место и имеет свой цвет. Такое представление помогает хранить и изменять изображения, состоящие из множества мелких цветовых деталей.

Пиксель — минимальный элемент растрового изображения, у которого есть определённые координаты и цвет. Координаты показывают положение точки в строке и столбце сетки. Понимание пикселей позволяет объяснить разрешение и появление зернистости при увеличении картинки.

Векторная графика — способ представления изображения как набора геометрических объектов, заданных математически. Для объекта записываются его положение, размеры, цвет и другие свойства. Благодаря этому изображение можно изменять и масштабировать не по точкам, а по описаниям фигур.

Как это устроено

Растровое изображение формируется из пикселей, расположенных по строкам и столбцам. Для каждой точки компьютер хранит её цвет, поэтому картинка получается похожей на мозаику из очень маленьких элементов. Размер изображения в пикселях находят по двум направлениям: ширине и высоте сетки.

При увеличении растра отдельные пиксели становятся заметными, потому что исходная сетка остаётся прежней. Компьютер может растянуть уже имеющиеся точки, но не знает, какие новые мелкие детали должны находиться между ними. Поэтому края предметов выглядят ступенчатыми, а изображение становится менее чётким.

Векторное изображение строится из линий, кривых и фигур, например окружностей и прямоугольников. Для каждого объекта задаются координаты, размеры, цвет заливки и толщина контура. Такое описание хранит не каждую точку рисунка, а правило, по которому объект нужно построить.

Векторные объекты можно масштабировать без потери чёткости, поскольку при каждом выводе они заново вычисляются по математическому описанию. Если окружность увеличить, программа пересчитает положение её границы для нового размера. Поэтому контур остаётся гладким даже при печати на большом листе.

Растровая графика лучше подходит для фотографий и сложных цветовых переходов: в ней удобно хранить оттенки неба, кожи или пейзажа. Векторная графика удобна для схем, чертежей, логотипов и шрифтов, где важны ровные линии и точные формы. Выбор зависит от того, состоит ли изображение главным образом из множества цветных точек или из отдельных объектов.

Сравнение растровой и векторной графики

Таблицу удобно использовать, когда нужно быстро выбрать способ создания изображения. Сначала определите, что преобладает в рисунке: фотографии и плавные оттенки или отдельные фигуры и линии. Затем проверьте, потребуется ли часто менять размер изображения.

Разбор задач

Фотография и эмблема

Для фотографии семейного праздника и эмблемы школьного кружка нужно выбрать подходящий вид графики. Фотография содержит множество мелких деталей и плавных переходов цветов. Эмблема обычно состоит из простых форм, текста и чётких контуров.

1. Определим состав фотографии: её удобно хранить как набор цветных пикселей.
2. Выберем для фотографии растровую графику, потому что она передаёт оттенки и детали снимка.
3. Разберём эмблему на линии, фигуры и надписи.
4. Выберем для эмблемы векторную графику, чтобы сохранять чёткость при изменении размера.

Ответ: фотографию следует представить в растровом виде, а эмблему — в векторном. Такое решение соответствует строению каждого изображения.

Количество пикселей и увеличение

Растровое изображение имеет разрешение 800 × 600 пикселей. Нужно найти общее число пикселей и объяснить, что произойдёт с качеством при увеличении в четыре раза. Сначала считаем элементы исходной сетки, а затем учитываем, что увеличение не создаёт новых фотографических деталей.

1. Перемножим количество пикселей по ширине и высоте: 800 × 600 = 480 000.
2. Получим, что исходная картинка содержит 480 000 пикселей.
3. При увеличении в четыре раза каждый участок станет крупнее, но исходные данные останутся теми же.
4. Проверим результат по внешнему виду: границы и отдельные точки могут стать заметными.

Ответ: изображение содержит 480 000 пикселей. При увеличении в четыре раза его чёткость может ухудшиться, а пикселизация станет заметной.

Логотип для визитки и плаката

Логотип состоит из окружности, прямоугольника и нескольких линий. Его нужно подготовить для печати на визитке и плакате, поэтому один и тот же рисунок потребуется вывести в разных размерах. Важно сохранить ровные контуры и одинаковые пропорции.

1. Назовём элементы изображения: окружность, прямоугольник и линии являются геометрическими объектами.
2. Выберем векторное представление, потому что каждый объект можно хранить отдельно.
3. Зададим координаты, размеры, цвета и толщину контуров объектов.
4. При подготовке печати изменим общий масштаб, а программа пересчитает объекты.

Ответ: нужно выбрать векторную графику. Логотип сохранит чёткость и на визитке, и на плакате.

Типичные ошибки

Ошибка — считать растровое изображение набором геометрических фигур. Её допускают, потому что на экране видны линии и формы, хотя внутри растра находятся цветные пиксели. Проверьте себя: спросите, можно ли назвать координаты и цвет каждой точки сетки.

Ошибка — утверждать, что любое увеличение векторного изображения ухудшает качество. Так бывает с растром, но векторные объекты пересчитываются для нового масштаба. Проверка проста: если изображение описано фигурами и линиями, увеличение не должно вызывать пикселизацию.

Ошибка — путать разрешение с физическим размером изображения. Разрешение показывает количество пикселей по горизонтали и вертикали, а размер на экране или бумаге показывает, насколько крупно их вывели. Чтобы проверить себя, запишите отдельно разрешение и длину изображения в сантиметрах.

Ошибка — выбирать вектор для фотографии только из-за возможности увеличения. Фотография содержит сложные цветовые переходы, поэтому её обычно хранят как растр. Сначала определите состав изображения, и только потом решайте, какой тип графики подходит.

Связь с другими темами

До изучения темы нужны координаты точек, простейшие геометрические фигуры и представление о том, как компьютер хранит информацию. Эти знания помогают понимать положение пикселя и описание векторного объекта.

Тема пригодится при работе с графическими редакторами, фотографиями, схемами, презентациями и веб-дизайном. Вы сможете осознанно выбирать инструмент для рисования и способ сохранения изображения.

Позже эти сведения помогут изучать форматы графических файлов, разрешение, цветовую модель и обработку изображений. Новые понятия будут опираться на различия между пиксельной сеткой и геометрическим описанием.

Что запомнить

• Растровое изображение состоит из пикселей.
• Векторное изображение состоит из геометрических объектов.
• Качество растрового изображения зависит от количества пикселей и разрешения.
• При увеличении растра может появиться пикселизация.
• Векторные изображения можно масштабировать без потери чёткости.
• Фотографии обычно представляют в растровом виде.
• Схемы, логотипы и чертежи обычно удобнее создавать в векторном виде.