Логические основы отображения данных

На логическом уровне формирование изображения в современных системах отображения данных осуществляется растровым и векторным методами. Принцип растровой графики [62] напоминает мозаичную технологию создания графических образов – изображение формируется из мельчайших элементов – пикселей[63], каждый из которых имеет определенный цвет, яркость, и другие атрибуты. Растровый рисунок включает сотни тысяч пикселей, каждый из которых чем-то похож на цветную песчинку, совершенно не представляющую, какой графический объект она в совокупности образует.

Растровая графика имеет свои достоинства и недостатки. Основное ее достоинство заключается в том, что малый размер пикселей позволяет получить высокое качество графических изображений и наилучшим образом согласуется с растровой технологией формирования изображения на экране монитора.

С другой стороны, чем большее количество пикселей составляет изображение, тем больший объем памяти требуется для его хранения: в видеопамяти необходимо хранить атрибуты каждого из этого огромного множества пикселей. Современные системы видеообработки хранят по 24 бита информации и выше на каждый пиксель. Если взять размер графической сетки изображения 1024*768, соответствующий наиболее распространенной разрешающей способности современных мониторов, получим, что объем данных составит более 2 Мбайт[64]. Соответственно, возрастает и трудоемкость обработки таких объемов данных. Обработка графических изображений предъявляет повышенные требования к быстродействию центрального процессора и системы формирования изображения.

Существенные трудности возникают при обработке растровых изображений. В результате "простейших" операций, выполняемых пользователем, таких, как изменение размеров или вращение изображения, оно может измениться до неузнаваемости. Гладкие кривые и прямые линии могут стать "пилообразными" и "кусочно-рваными", а однотонно закрашенные области исказятся и примут узорчатый вид.

Векторный метод основывается на создании изображения из простых геометрических фигур – прямых линий, дуг окружностей, эллипсов, прямоугольников и других фигур, имеющих однотонный или изменяющийся цвет и называемых примитивами. В электронном виде векторное изображение представляет собой описание рисунка в виде совокупности команд устройства отображения, каждая из которых позволяет создать на экране отдельный примитив, входящий в состав изображения. Как часть описания, среди команд хранится и информация о цвете соответствующего примитива. Комбинации самых разнообразных векторных примитивов с различными способами их окрашивания позволяют получать высококачественные графические образы, близкие к реалистическим.

Впервые векторная графика стала использоваться при отображении чертежей, графиков, различного рода графических схем, основу которых составляют геометрические фигуры. Со временем этот метод распространился и на представления другой графической информации. Достоинства и недостатки векторной графики являются отражением достоинств и недостатков растровой графики. Объемы векторных рисунков в сотни, тысячи раз меньше аналогичных растровых, они легко могут трансформироваться практически без потери качества. Основным недостатком этой технологии является невозможность получения реалистичных изображений объектов окружающего нас мира "фотографического" качества. В связи с большим количеством применяемых примитивов возникают определенные сложности в их отображении на различных технических устройствах. Например, изображения рисунка на экране монитора и принтере будут существенно различаться.

Для описания цветовых свойств графических образов, которые могут быть воспроизведены устройствами отображения, разработаны специальные методы, называемые цветовыми моделями, или системами цветов. Все технические системы отображения данных для визуального восприятия основываются на принципах излучения или отражения света. Так, мониторы излучают свет, а изображение на бумаге мы видим благодаря его отражению. Так как цвет может получаться и тем и другим способом, существуют две системы цветов: аддитивная и субтрактивная.

В аддитивной системе любой цвет получается путем смешения (объединения[65]) лучей трех основных цветов – красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue) – различной степени интенсивности. При интенсивности каждого из них в 100% получается белый цвет, при нулевой – черный. Эта цветовая модель получила название RGB по первым буквам английских названий базовых цветов.

При печати графических образов на бумаге, пленке, ткани, используется субтрактивная система цветов[66], основанная на разложении света на составляющие спектра и поглощении отдельных цветов окрашенной поверхностью. В системе субтрактивных цветов в качестве основных используются голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow) цвета с добавлением черного (Black) цвета для получения чистых черных оттенков. Эта цветовая модель получила название CMYK, где символ K используется для обозначения черного цвета вместо символа B для устранения возможной путаницы с синим цветом (Blue) схемы RGB.

Различия в способах отображения цветных графических образов на различных устройствах приводят к тому, что цветное изображение на экране монитора может отличаться от того же изображения на бумаге.