Сравнительная характеристика графических форматов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

графический файл формат программирование

Введение

Глава 1. Сравнительная характеристика графических форматов

1.1 Форматы графических файлов

1.2 Методы реконструкции смазанных изображений для улучшения качества

1.3 Сравнительная характеристика некоторых графических форматов

Глава 2. Библиотеки, используемые для работы с графикой

2.1 Мультимедийные программные интерфейсы

2.2 Мультимедийные возможности Delphi

2.3 Компоненты страницы SAMPLES

Глава 3. Методика преобразования BMP изображений в EPS формат в визуальной среде программирования Borland Delphi

3.1 Логическая схема

3.2 Разработка интерфейса приложения

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

Введение

Актуальность работы. 80 процентов всей информации человек получает средствами визуального контакта с окружающей средой, т.е. с помощью наших глаз. Человек с помощью зрения распознает объекты, воспринимает их размеры, форму и расположение в пространстве. В наше время этим активно пользуются, используя изображение практически во всем, и чем лучше будет качество изображения, чем лучше оно будет преподнесено, тем больше внимания на него обратят люди и тем больше информации усвоят, ведь гораздо приятнее смотреть на красивую, яркую фотографию, чем на какую-нибудь невзрачную картинку.

При просмотре хорошей фотографии человек запоминает и воспринимает гораздо больше деталей, что еще раз доказывает важность хорошего качества изображения. Сейчас имеется достаточно большое количество техники, которая может сфотографировать объекты, которые мы видим, но результат не всегда может «порадовать глаз». Изображения могут быть сильно яркими или темными, «полинявшими», зашумленными и т.д. Этим объясняется актуальность выбранной темы дипломной работы.

Цель дипломной работы заключалась в раскрытии методики автоматизации процесса конвертации bitmap-изображений в EPS-формат.

Цель дипломной работы определила основные задачи:

рассмотрение основных понятий объектно-ориентированного программирования;

ознакомление с понятием класс и объект в объектно-ориентированном программировании;

рассмотрение методики работы с изображениями в Borland Delphi;

изучение основных векторных и растровых графических форматов;

изучение методики преобразования BMP - изображений в EPS в Borland Delphi;

изучение программных средств преобразования графики в среде визуального программирования Borland Delphi

раскрыть методику разработки приложения, преобразующего графичекий формат изображения.

Объект исследования - среда визуального программирования Borland Delphi.

Субъект исследования - методика преобразования BMP изображений в векторный формат EPS в Delphi.

Методологическую основу исследования составили труды следующих ученных в области объектно-ориентированного программирования: Александровского А.Д., Конопки Р., Тюкачева В.Г., Рудалева М.В., Кэшу М., Тейксейра С., Машнина Т.С., Подлесного А.О.

Структура дипломной работы следующая: введение, три главы, заключение и список использованной литературы.

Во введении определена актуальность темы исследования, раскрыта цель и задачи проведения исследования. Кроме того определены объект и субъект исследования.

В первой главе «Сравнительная характеристика графических форматов» описываются основные векторные и растровые форматы графических файлов. Расрыты методы реконструкции смазанных изображений для улучшения качества. Проведена сравнительная характеристика некоторых векторных графических форматов с EPS - форматом.

Во второй главе «Библиотеки используемые для работы с графикой» раскрываются возможности основных мультимедийных программных интерфейсов SDL и GDI+ используемых для работы с графикой в Delphi. Описаны возможности Delphi при работе с мультимедиа, и дается характеристика компонентам страницы SAMPLES.

В третьей главе «Методика преобразования BMP изображений в EPS формат в визуальной среде программирования Borland Delphi» построена инфологическая модель будущего приложения. Описываются этапы разработки интерфейса приложения и программно автоматизируется процесс преобразования BMP изображений в EPS формат.

В заключении подводятся итоги проделанной работы, даются основные выводы по теме исследования.

Глава 1. Сравнительная характеристика графических форматов

1.1 Форматы графических файлов

Форматы графических файлов определяют способ хранения информации в файле (растровый или векторный), а также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия).

Сжатие применяется для растровых графических файлов, т.к. они имеют достаточно большой объем. Сжатие графических файлов отличается от их архивации с помощью программ-архиваторов тем, что алгоритм сжатия включается в формат графического файла.

Существуют различные алгоритмы сжатия для разных типов изображения:

Для сжатия рисунков типа аппликация, которые содержат большие области однотонной закраски, наиболее эффективно применение алгоритма замены последовательности повторяющихся величин (пикселей одинакового цвета) на две величины (пиксель и количество его повторений). Такой алгоритм сжатия используется в графических файлах форматов BMP.

Для рисунков типа диаграммы целесообразно применение другого метода сжатия - поиск повторяющихся в рисунке «узоров». Такой алгоритм используется в графических файлах форматов TIFF и GIF, EPS и позволяет сжать файл в несколько раз.

Для сжатия отсканированных фотографий и иллюстраций используется алгоритм сжатия JPEG. Этот алгоритм использует тот факт, что человеческий глаз очень чувствителен к изменению яркости отдельных точек изображения, но гораздо хуже замечает изменение цвета. Применение этого метода позволяет сжимать файлы в десятки раз, однако может приводить к необратимой потери информации.

Всю графическую информацию можно разделить на две основные группы: векторную и растровую. Отдельную нишу в векторной графике занимают шрифты.

Растровая графика представляет собой двумерную матрицу (bitmap) состоящую из элементарных частиц -- пикселей. Основными параметрами являются размер и разрешение. Размер может выражаться в миллиметрах, дюймах, пикселях и т.д., соответственно этот параметр характеризует горизонтальную и вертикальную величину изображения. Второй основной параметр -- разрешение -- характеризует соотношение количества пикселей на один квадратный дюйм (ppi -- pixels per inch или dpi -- dot per inch). Для газетной печати растровая графика должна быть в пределах 120-150 dpi, для высококачественной печати с фотовыводом -- 250-300 dpi. Большие значения разрешения как правило являются избыточными и несут скорее вред чем пользу, замедляя вывод. Экранное разрешение принято считать 72 dpi (в полиграфии используется только для предварительного просмотра).

Графические форматыразличаются по виду хранимых данных (растровая, векторная и смешанная формы) по допустимому объему данных, параметрам изображения, хранению палитры, методике сжатия данных (для EGA без сжатия требуется 256К) -- DCLZ (DataCompression Lempel-Ziv), LZW (Lempel-Ziv & Welch), по способам организациифайла (текстовый, двоичный), структуре файла (с последовательной или ссылочной(индексно-последовательной) структурой) и т.д.

Растровый файл состоит източек, число которых определяется разрешением, измеряемым обычно в точках надюйм (dpi) или на сантиметр (dpc). Очень важным фактором, влияющим, с однойстороны, на качество вывода изображения, а с другой -- на размер файла, являетсяглубина цвета, т.е. число разрядов, отводимых для хранения информации о трехсоставляющих (если это цветная картинка) или одной составляющей (дляполутонового не цветного изображения). Например, при использовании модели RGB глубина 24 разряда на точку означает, что на каждый цвет (красный, синий, зеленый) отводится по 8 разрядов и поэтому в таком файле может хранитьсяинформация о 2^24 = 16,777,216 цветах (Обычно в этом случае говорят о 16 млн. цветов). Очевидно, что даже файлы с низким разрешением содержат в себе тысячи или десятки тысяч точек. Так, растровая картинка размером 1024х768 точек и с256 цветами занимает 768 Кбайт. Для уменьшения объемов файлов разработаныспециальные алгоритмы сжатия графической информации. Именно они и являютсяосновной причиной существования графических форматов.

Векторный способ записиграфических данных применяется в системах автоматического проектирования (CAD) и в графических пакетах. В этом случае изображение состоит из простейших элементов (линия, ломаная, кривая Безье, эллипс, прямоугольник и т.д.), для каждого изкоторых определен ряд атрибутов (например, для замкнутого многоугольника -- координаты угловых точек, толщина и цвет контурной линии, тип и цвета заливки ит.д.). Записывается также место объектов на странице и расположение их друготносительно друга (какой из них «лежит» выше, а какой ниже). Векторный формат является доказательством идеи древнегреческих математиков отом, что любую существующую в природе форму можно описать, используягеометрические примитивы и компас.

У каждого метода есть свои преимущества. Растровый позволяет передавать тонкие, едва уловимые деталиобразов, векторный же лучше всего применять, если оригинал имеет отчетливыегеометрические очертания. Векторные файла меньше по объему, зато растровыебыстрее вырисовываются на экране дисплея, так как для вывода векторногоизображения процессору необходимо произвести множество математических операций. С другой стороны, векторные файлы гораздо проще редактировать.

Существует множествопрограмм-трансляторов, переводящих данные из векторного формата в растровый.Как правило, такая задача решается довольно просто, чего нельзя сказать обобратной операции -- преобразовании растрового файла в векторный и даже опереводе одного векторного файла в другой. Векторные алгоритмы записииспользуют уникальные для каждой фирмы-поставщика математические модели,описывающие элементы изображения.

Наиболее распространенные графические форматы изображений:

PCX -- Простейший растровый формат. Первоначально этот формат использовался в программе PaintBrush фирмы Zsoft,однако в последствии получил широкое распространение среди пакетовредактирования растровых изображений, хотя до сих пор не признан в качествеофициального стандарта. К сожалению, в процессе своей эволюции PCX претерпелнастолько значительные изменения, что современная версия формата, поддерживающая 24-разрядный цветовой режим, не может использоваться старымипрограммами. С самого «рождения» формат PCX был ориентирован насуществующие видеоадаптеры (сначала EGA, потом VGA) и поэтому являетсяаппаратно-зависимым. В PCX используется схема сжатия данных RLE, позволяющаяуменьшать размер файла, например, на 40- 70%, если используется 16 и менеецветов, и на 10- 30% для 256-цветных изображений.

BMP -- (Windows Bitmap) разрабатывалсяфирмой Microsoft как совместимый со всеми приложениями Windows. Для приложенийв операционной системе OS/2 имеется собственная версия BMP. В формате BMP можносохранять черно-белые, серые полутоновые, индексные цветные и цветные изображения системы RGB (но не двухцветные или цветные изображения системы CMYK). Родной формат Windows. Он поддерживается всеми графическими редакторами, работающими под управлением этой операционной системы. В формате Windows Bitmap доступно три способа хранения пикселей:

Двумерный массив.

RLE-кодирование (только для битностей 4 и 8).

В форматах JPEG или PNG.

Недостаток этих графических форматов: большой объем. Следствие -- малая пригодность для Internet-публикаций.

GIF -- поддерживает до 256 цветов, позволяет задавать один из цветов как прозрачный, дает возможность сохранения счередованием строк (при просмотре сначала выводится каждая 8-я, затем каждая4-я и т.д. Независящий от аппаратного обеспечения формат GIF был разработан в 1987 году (GlF87a) фирмой CompuServe для передачи растровых изображений по сетям. Это позволяет судить об изображении до его полной загрузки. Он способен содержать несколько кадров в одном файле с последующейпоследовательной демонстрацией (т.н. «анимированный GIF»). Уменьшениеразмера файла достигается удалением из описания палитры неиспользуемых цветов ипострочного сжатия данных (записывается количество точек повторяющегося погоризонтали цвета, а не каждая точка с указанием ее цвета). Такой алгоритм даетлучшие результаты для изображений с протяженными по горизонтали однотоннымиобъектами. Для сжатия файла используется высокоэффективный алгоритм Лемпела -- Зива - Велча (LZW) TIFF (target image file format) -- былразработан специально для использования в приложениях, связанных с компоновкойстраницы и направлен на преодоление трудностей, которые возникают при переносеграфических файлов с IBM-совместимых компьютеров на Macintosh и обратно. Онподдерживается всеми основными графическими пакетами и пакетами редактированияизображений и читается на многих платформах. Использует сжатие изображения(LZW). Формат TIFF очень удобен, но за это приходится расплачиваться огромнымиразмерами получаемых файлов (например, файл формата А4 в цветовой модели CMYK сразрешением 300 dpi, обычно применяемым для высококачественной печати, имеетразмер около 40 Мбайт). Кроме того, существует несколько «диалектов» формата, которые не каждая программа, поддерживающая TIFF, легко«понимает».

JPEG -- миллионы цветов и оттенков, палитра не настраиваемая, предназначен для представления сложныхфотоизображений. Чем выше уровень компрессии, тем больше данных отбрасывается, тем ниже качество. Разновидность progressive JPEG позволяет сохранять изображенияс выводом за указанное количество шагов (от 3 до 5 в Photoshop'e) -- сначала смаленьким разрешением (плохим качеством), на следующих этапах первичноеизображение перерисовывается все более качественной картинкой. Анимация илипрозрачный цвет форматом не поддерживаются. Уменьшение размера файладостигается сложным математическим алгоритмом удаления информации -- чемзаказываемое качество ниже, тем коэффициент сжатия больше, файл меньше. Главное, подобрать максимальное сжатие при минимальной потере качества. Последний идентифицирует и отбрасывает данные, которые человеческий глаз не всостоянии увидеть (незначительные изменения в цвете не различаются человеком, тогда как улавливается даже малейшая разница в интенсивности, поэтому JPEGменьше подходит для обработки черно-белых полутоновых изображений), чтоприводит к существенному уменьшению размера файла. Таким образом, в отличие отметода сжатия LZW или RLE в результате применения технологии JPEG данныетеряются навсегда. Так, файл, однажды записанный в формате JPEG, а затемпереведенный, скажем, в TIFF, уже не будет тем же, что и оригинал. Наиболееподходящий формат для размещения в Интернете полноцветных изображений.Вероятно, до появления мощных алгоритмов сжатия изображения без потери качестваостанется ведущим форматом для представления фотографий в Web.

PNG -- пока малораспространен из-заслабой рекламы, создавался специально для Интернета как замена первых двухформатов и благодаря патентной политике Compuserve постепенно вытесняет GIF(см. выше). Позволяет выбирать палитру сохранения -- серые полутона, 256 цветов,true color («истинные цвета»). В зависимости от свойств изображениядействительно иногда предпочтительнее GIF'a или JPG'a. Позволяет использовать «прозрачный» цвет, но, в отличие от GIF'a таких цветов может быть до 256. В отличие от GIF сжатие без потери качества производится и по горизонталии по вертикали (алгоритм собственный, параметры тоже не настраиваемые). Неумеет создавать анимированные ролики (разрабатывается формат MNG).

PDF (Portable Document Format) -- это пример смешанного формата, предназначенного для хранения текста и графикиодновременно. В формате PDF сохраняются данные текстовым редактором AdobeAcrobat. Для сжатия графики применяется метод LZW.

PSD -- формат графического редактора AdobePhotoshop. Обладает очень большими возможностями. Хранит данные о различныхпалитрах цветов, о прозрачности, имеет возможность хранения послойныхизображений. При этом отличается большим размером.

В настоящее времяразрабатываются перспективные графические форматы и некоторые из них ужепонимаются броузерами, но еще не поддерживаются большинством графическихредакторов (*.art фирмы Johnson-Grace). Другие же требуют наличия у броузеровплагинов для своего просмотра (*.fif, обеспечивает сильное сжатие и позволяетрастягивать изображения на весь экран при любом разрешении без заметной потерикачества).

EPS - формат использует упрощенную версию PostScript: не может содержать в одном файле более одной страницы, не сохраняет ряд установок для принтера. EPS предназначен для передачи векторов и растра в издательские системы, создается почти всеми программами, работающими с графикой. Использовать его имеет смысл только тогда, когда вывод осуществляется на PostScript-устройстве. EPS поддерживает все необходимые для печати цветовые модели. EPS имеет много разновидностей, что зависит от программы-создателя. Самые надежные EPS создают программы производства Adobe Systems: Photoshop, Illustrator, InDesign. Не следует так же сохранять текстовые надписи и векторную графику в формате TIFF. Даже с разрешением в 300 dpi они на печати будут выглядеть с эффектом “пилы”. Для того чтобы избежать подобных дефектов предусмотрен формат EPS, позволяющий содержать в себе растровую и векторную графику, шрифты и другую полезную информацию. Однако довольно часто приходится сталкиваться с вот каким любопытным заблуждением: при открытии файла EPS (созданного с помощью Illustrator или Corel Drow) программой растровой графики Photoshop, пользователи продолжают свято верить в то, что до сих пор работают с векторной графикой. Нет, дорогие мои, в каком бы формате вы потом не сохранили, на выходе вы получите только растр и ничего более. Открывая любой файл с векторной графикой Photoshop'ом вы тем самым растрируете его, то есть превращаете в растровый формат. Исключением могут быть только EPS созданные непосредственно в Photoshop'е 6-7 версии. Шрифты и векторные примитивы, в таком случае останутся векторными и на выводе. Такой формат называется Photoshop EPS. Разновидностей EPS существует достаточно много, они отличаются наличием изображений предварительного просмотра, композитного или сепарированного изображения, кодировки и компрессии. Но все они сходятся в одном -- EPS основывается на языке описания страниц PostScript, который, в свою очередь является стандартом для полиграфических выводных устройств. Не следует забывать и о шрифтах. Зачастую в файле EPS оказываются только названия шрифтов и при выводе подставляются другие, что никак не соответствует замыслу дизайнера. Поэтому шрифты должны быть конвертированы в кривые, либо внедрены в файл, или приложены отдельными файлами.

QXD - рабочий формат, известной программы верстки QuarkXPress. Пакет отличается устойчивостью, быстродействием и удобством работы. Главный, так и не побежденный конкурент Adobe Systems, продолжает существовать теперь уже в пятой реинкарнации. Следует отметить так-же, что в ходу до сих пор две предыдущие версии QuarkXPress 3.x и QuarkXPress 4.x. Особая идеология пакета заключается в его возможности приспосабливаться под любые задачи верстальщика. Ведь основные функции выполняют специальные расширения (Xtensions), которых существует больше чем Plug-ins для Photoshop.

РМ - формат программы верстки Adobe Systems. Чрезвычайно простой в плане возможностей пакет. Предназначался в первую очередь для перехода с ручного вида верстки на компьютерный с минимальными затратами на обучение персонала. Распространение у нас получил благодаря своевременной русификации и опять таки -- легкости освоения для новичков. В настоящее время развитие пакета остановлено.

ID - кодовое название “Quark Killer” Последователь РМ, призванный потеснить конкурентов на издательском рынке, в первую очередь Quark. Сборная солянка решений позаимствованных у других пакетов верстки не привела к ожидаемому результату. ID -- крайне неповоротливый и неудобный пакет, оказавшийся убийцей только своего прародителя РМ и то по причине прекращения развития последнего.

CDR -- формат популярного векторного редактора CorelDraw. Свою популярность и распространение пакет получил благодаря кажущейся простоте использования и интерактивным спецэффектам (линзам, прозрачностям, нестандартным градиентам и.т.д.). Широкие возможности этой программы, в плане эффектов, объясняются более богатым внутренним языком описания страниц нежели у продуктов Adobe, использующих PostScript. Именно это и является основным минусом CorelDraw. PostScript c кореловскими спецэффектами зачастую является головной болью типографий и препресс бюро.

CCX -- формат векторной графики от компании Corel. Кроме Corel Draw ничем не поддерживается. Для полиграфии и Интернета непригоден. К преимуществам можно отнести лишь небольшой объем файлов, сохраненных в этом формате и наличие множества отличных клипартов.

Векторная графика представляет собой математическое описание объектов относительно начала координат. Так, для отображения прямой требуются координаты всего двух точек. Для окружности -- координаты центра и радиус и т.д.

Таким образом, графические форматы могут содержать в себе массу дополнительной информации: альфа-каналы, пути, цветовую модель, линиатуру растра и даже анимацию. Выбор формата для полиграфической продукции в первую очередь зависит от выводного устройства. Фотонаборные автоматы работают под управлением языка PostScript. Поэтому для полиграфии основными форматами хранения данных являются TIFF и EPS. Соответственно формат растровой и векторной графики. В последнее время набирает силу PDF (Portable Document Format).

1.2 Методы реконструкции смазанных изображений для улучшения качества

Реконструкция изображений - это преобразование одного оптического изображения в другое для улучшения каких-либо его параметров. Наиболее типичными примерами реконструкции являются: корректировка яркости, контрастности, цвета (баланса белого) и других макропараметров изображения; устранение шума на изображении; устранение искажений, вызванных расфокусировкой объектива или перемещением камеры или объекта во время экспозиции (коррекция смазов). Предполагается, что между шумом и идеальным изображением корреляция отсутствует [2]. Инверсная фильтрация предполагает получение оценки Фурье-преобразования исходного изображения делением Фурье-преобразования искаженного изображения на частотное представление искажающей функции. То есть метод можно выразить с помощью приближения.

Гистограмма - это представленная зависимость числа повторений каждого значения яркости на всём изображении от этого самого значения. Для изображения можно рассматривать 4 вида гистограмм: 3 по каналам(RGB) и одну по вычисленной яркости.

Эти изменения можно обобщить выражением «изменение баланса изображения», так как яркость и контрастность схожи, и относятся к сфере восприятия изображения человеком, различие заключается в том, что яркость увеличивает или уменьшает количество белого (обесцвечивает) изображение, а контраст, наоборот, регулирует количество черного (теней).

Повышение/снижение яркости - это, соответственно, сложение/вычитание значения каждого канала с некоторым фиксированным значением в пределах от 0 до 255. Обязательно необходимо контролировать выход нового значения канала за пределы диапазона 0..255.

Повышение/снижение контрастности - это, соответственно, умножение/деление значения каждого канала на некоторое фиксированное значение. Это ведет к изменению соотношений между цветами и, соответственно, к более чётким цветовым границам.

Бинаризация - это преобразование изображения, в общем случае, к одноцветному (чаще всего к черно-белому). При выполнении бинаризации выбирается некий порог (например, 155), все значения ниже которого превращаются в цвет фона, а выше - в основной цвет. Само преобразование можно осуществлять по каналам, но в этом случае результирующее изображение не будет в прямом смысле бинарным (чёрно-белым), а будет содержать 8 чистых цветов, представляющих собой комбинации чистых красного, зелёного и голубого цветов, то есть будет бинарным по каналам. Поэтому лучше проводить преобразование над «полным» цветом точки.

Получение негатива происходит простой заменой каждого значения канала на его дополнение до 255. Например, R=255-R.

Шум изображения - это дефект качества цифрового снимка, который возникает из-за неправильной передачи цвета и яркости.

Для оценки работы фильтра на изображение необходимо для начала наложить некоторый искусственный шум. Зашумление можно выполнять любым способом, изменяющим каким-либо образом значения каких-то точек изображения. Алгоритмы наложения шумов (аддитивный, мультипликативный, импульсный) будут описаны дальше.

При подготовке полутоновых изображений к черно-белой печати часто используют режим Bitmap (Битовое). Изображения в этом режиме называют еще растровыми, а сам процесс преобразования -- растрированием. Точнее, это представление изображения в печатном растре. Выше мы говорили о растровых изображениях в том смысле, что они представлены набором пикселов. Здесь речь идет о таком представлении изображений, которое приспособлено к выводу на печать. Дело в том, что многие печатающие устройства воспроизводят полутоновые изображения с помощью черных и белых точек. При этом имеется возможность задавать размер, форму и другие параметры этих точек.

В Photoshop режим Bitmap (Битовое) доступен только для изображений в оттенках серого. Чтобы представить полутоновое изображение в режиме (Bitmap), следует выполнить команду меню Image>Mode>Bitmap (Изображение>Режим>Битовое). При этом откроется окно, в котором можно указать разрешение (output) результирующего изображения и выбрать метод преобразования. Параметр Input (Ввод) представляет разрешение исходного изображения (рис. 1).

Рис. 1. Окно установки параметров для режима Bitmap

Если в качестве метода преобразования выбрать Custom Pattern (Заказной шаблон), то станет доступной палитра шаблонов (узоров) для представления изображения (рис. 2).

Рис. 2. Окно установки параметров режима Bitmap с палитрой шаблонов

Поле Output (Результат) устанавливает разрешение результирующего (выходного) изображения. Обычно значение в этом поле устанавливается равным разрешению принтера. Рекомендуется устанавливать значение в 2-2,5 раза большее, чем разрешение исходного изображения.

Метод 50% Threshold (50% Порог) делает все пикселы с яркостью, меньшей или равной 50%, черными, а остальные -- белыми.

Pattern Dither (Шаблон) -- преобразование с использованием геометрических узоров. Обычно используется для создания некоторого текстурного эффекта.



Рис. 3. Слева полутоновое изображение, справа -- черно-белое, полученное в результате применения метода 50% Tlireshold

Diffusion Dither (Диффузия) -- результат этого метода лучше рассмотреть на рисунке, чем описать словами (рис. 4).

Рис. 4. Результат применения метода Pattern Dither. Справа показан увеличенный фрагмент

Halftone Screen (Полутона) -- при выборе этого метода появляется диалоговое окно Halftone Screen (Полутональный экран), в котором можно задать параметры растрирования:

Frequency (Частота) -- частота точек растра;

Angle (Искаженность) -- угол наклона точек растра (в градусах);

Shape (Форма) -- форма точки растра (выбирается в раскрывающемся списке).

Custom Patern (Заказной шаблон) -- преобразование на основе узора, выбираемого из палитры. Обычно используется для создания некоторого текстурного эффекта (рис. 5).

Рис. 5. Результат применения метода Diffusion Dither. Справа показан увеличенный фрагмент

Таким образом, в режиме Bitmap (Битовое) Photoshop позволяет редактировать отдельные пикселы изображения. Однако более серьезные операции оказываются недоступными. В частности, возврат к полутоновому режиму невозможен. Обычно преобразование в Bitmap производится (если уж это необходимо) после окончания редактирования изображения в полутоновом режиме.

1.3 Сравнительная характеристика некоторых графических форматов

Для хранения сжатых растровых данных используются, в основном, форматы BMP (Bitmap Picture), GIF (Graphics Interchange Format), PNG (Portable Network Graphics). Проведем сравнительную характеристику данных форматов с векторным форматом EPS (Encapsulated PostScript). Люди, работающие в сфере полиграфии, имеют собственное мнение относительно форматов изображений, и особенно не любят BMP - за сжатие с потерями, хотя оно и позволяет достичь больших степеней компрессии. Не будем ввязываться в религиозный спор о форматах, а лучше сравним их возможности (таблица 1).

Таблица 1. Сравнительная характеристика форматов

Свойство	BMP	GIF	PNG	EPS
Полноцветные (True color) изображения	Поддерживает	Не поддерживает	Поддерживает	Поддерживает
Хранение нескольких кадров в одном файле.	Не поддерживает	Поддерживает	Не поддерживает	Поддерживает
Прозрачность (color key)	Не поддерживает	Поддерживает	Поддерживает	Не поддерживает
Прозрачность (альфа-канал)	Не поддерживает	Не поддерживает	Поддерживает	Поддерживает (в 32-битных форматах)
Сжатие без потерь качества	Не поддерживает	Поддерживает	Поддерживает	Поддерживает

С помощью EPS формата можно легко готовить стильные дизайнерские заготовки для изображений на сайте. Это могут быть изображения для: header (верхней части сайта), footer (нижней), для создания e-cover для ваших электронных книг, подготовка стильного изображения для какой-либо заметки и.т.д.

Данный формат можно открыть графическим редактором Photoshop. Для этого создаем фотошопе новый документ с размером 300 х 500 пикселей.

Рис. 6. Назначение размеров окна

Ширина изображения (width) на данный момент 300 пикселей. Далее открываем документ с расширением EPS, изображение которого нам нужен. Появиться диалоговое окно:

Рис. 7. Назначение размеров

Ширину документа можно выставить 300 пикселей. После этого изображение примет нужные нам размеры.



Рис. 8. Изображение в формате EPS

Формат GIF обладает следующими особенностями. Этот формат является индексным, то есть цвет каждого пиксела в нем определяется его индексом в таблице цветов (палитре). Размер индекса ограничен величиной 8 бит, поэтому изображение может содержать не более 256 цветов одновременно. В этой модели реализована так называемая прозрачность по цветовому ключу (color key), то есть один из цветов в палитре можно назначить прозрачным. При загрузке GIF-файлов кодеком GDI+ они преобразуются в родной для этой библиотеки 32-битный растр. Пикселы прозрачного цвета при этом просто получают значение Alpha, равное 0.

Кроме того, напомню, что формат GIF имеет лицензионные ограничения: в нем используется компрессия LZW (Lempel-Ziv-Welch). То же самое относится и к файлам формата TIFF, если для их компрессии выбран метод LZW. TIFF является контейнерным форматом и технически может содержать несколько кадров, сжатых различными методами (в том числе и JPEG).

Электрическая схема. Это изображение с малым количеством цветов, содержащее преимущественно однотонные области и резкие цветовые переходы. JPEG даже при 100%-ном качестве (204 Кбайт) в глаза бросается некоторое осветление закрашенных областей (серого и желтого). При установке же 6%-го качества, когда размер рисунка сопоставим с объемами файлов в форматах PNG и GIF, изображение сильно «поплыло». А вот тот факт, что PNG-файл занимает на 20% меньше места, чем аналогичная картинка в формате GIF, заставляет задуматься об эффективности последнего.

«Полосатые» рисунки. Весьма показательный пример, выявляющий главный недостаток LZW-алгоритма, примененного в формате GIF. Рисунок, состоящий из горизонтальных полос, занимает в формате GIF почти в 4 раза меньше места, чем то же изображение, повернутое на 90°. Предварительная фильтрация информации, реализованная в PNG, сделала этот формат свободным от данного недостатка. Помимо большей степени сжатия по сравнению с GIF различие в размере «полосатых» файлов составило всего 10%. Но самыми компактными снова оказались ВМР-файлы, упакованные архиватором. А разница в 2 (!) байта между изображениями с горизонтальными и вертикальными полосами просто поражает.

Снимок с экрана. В нем присутствовали достаточно сложные многоцветные элементы и все 256 цветов палитры. Результат: изображение в формате PNG на 40% меньше GIF-файла.

«Смайлик». Формат GIF --популярен потому что используется в различных графических «смайликах» на широких сетевых просторах, в частности на форумах и в чатах. Порой бывает гораздо легче передать яркую эмоцию с помощью маленькой картинки, нежели сделать это словом и даже целым предложением. Да и по компактности получаемого файла GIF в данном случае вне конкуренции.

Результаты сравнительного анализа основных графических форматов оказались достаточно предсказуемыми. В области хранения фотоизображений явным лидером, если не сказать монополистом, стал формат JPEG. Он обеспечивает отличное качество картинки при малых размерах файла. Для других целей этот формат совершенно непригоден.

При всей своей популярности GIF, алгоритм сжатия этого формата абсолютно устарел. Формат PNG превосходит GIF и по качеству сжатия практически всех изображений. Убогая на нынешний день глубина цвета 8 бит не позволяет хранить в GIF фотографии (некорректная цветопередача -- GIF «шалит» с палитрой, портя картинку). Формат PNG годится, например, для промежуточных версий подлежащих редактированию фотоизображений, когда ВМР-файлы занимают слишком много места, а каждое последующее сохранение в JPEG приводит к потере качества.

Для нефотографических изображений GIF используется в 95% случаев (в оставшихся 5% применяется PNG). А ведь GIF -- единственный платный графический формат, к тому же сильно уступающий по возможностям своему бесплатному конкуренту. Ничем, кроме силы привычки и лени веб-дизайнеров, данный факт объяснить нельзя. Между тем формат PNG наряду с лучшим алгоритмом сжатия может похвастаться многоуровневым альфа-каналом и гамма-коррекцией. Впрочем, популярность PNG растет с каждым днем. Очевидно, что GIF способен удерживаться на плаву за счет одной своей особенности: в нем позволительно создавать анимированные изображения. Хотя кто знает, может быть, анимированная версия PNG появится уже завтра, a GIF навсегда уйдет в историю.

Очень показательны результаты обработки изображений архиватором WinRAR. Этот постоянно развивающийся, универсальный метод сжатия достаточно сильно оторвался от форматов сжатия графики без потерь. Значит, и графическим форматам есть куда развиваться. Не исключаю, что появится новый, более совершенный формат, основанный на лучшем методе сжатия и имеющий все необходимые функции.

Таким образом, в случае открытия изображения формата jpg или еще какого-нибудь формата, то при изменении ее ширины теряеся качество, а здесь качество изображения остается постоянным при любой ширине документа. В этом и заключается основное преимущество формата EPS, мы имеем картинку высочайшего качества, при любой его ширине.

Глава 2. Библиотеки, используемые для работы с графикой

2.1 Мультимедийные программные интерфейсы

SDL - бесплатный кроссплатформенный мультимедийный программный интерфейс приложения. Он используется для создания игр, библиотек для игр, демонстрационных программ, эмуляторов, MPEG плэйеров и других программ.

Возможности при работе с видео:

установка видеорежима с любой глубиной цвета (от 8 бит и выше) с необязательным преобразованием, если режим не поддерживается аппаратно.

прямая запись в линейный графический видеобуфер.

создание поверхностей с атрибутами прозрачности или альфа-сопряжения (alpha blending).

копирование поверхностей с автоматическим преобразованием в целевой формат, используя оптимизированные процедуры копирования и, по возможности, аппаратное ускорение. На платформе x86 имеется MMX оптимизированные процедуры копирования.

используется аппаратное ускорение операций копирования и заполнения, если это поддерживается оборудованием.

В SDL - интерфейсе предусмотрены следующие события:

изменение вида приложения;

ввод с клавиатуры;

ввод мыши;

выход по требованию пользователя.

События передаются через указанную пользователем фильтрующую функцию перед отправлением их во внутреннюю очередь событий. Очередь событий надежна при использовании потоков (thread-safe).

Возможности интерфейса при работе со звуком:

воспроизведение 8-ми и 16-ти битных звуков, моно или стерео, с необязательным преобразованием, если формат не поддерживается оборудованием.

звук запускается независимо в отдельном потоке, используя для заполнения механизм пользовательской функции обратного вызова (callback). Предназначен для обычного программного аудио микширования, но в архиве с примерами есть полноценная библиотека для вывода музыки и звуков.

полный API для управления CD аудио SDL-интерфейс имеет простой API для создания потоков, а также двоичные семафоры для их синхронизации. Кроме того обладает встроенными таймерами используемыми для получения прошедшего числа миллисекунд и установки одиночных периодических таймеров с точностью 10 миллисекунд. Архитектуру SDL можно представить следующим образом (рис. 9).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 9. Архитектура

Библиотека SDL предоставляет простой интерфейс к графике, звуку и устройств ввода на различных платформах. SDL содержит слово layer (слой) в названии, потому что в действительности это библиотека-обертка вокруг функций специфичных для ОС. Главная цель SDL - предоставить общий Фреймворк доступа к тем функциям на различных системах.

Разработчики используют ее для написания компьютерных игр или других мультимедиа приложений, которые могут работать на многих ОС включая: Android, AmigaOS, AmigaOS 4, и Windows. Она руководит видеовыводом, событиями, аудио, приводом CD-ROM, потоками, доступом к сети и таймерами.

Как видно из схемы, сначала происходит инициализация, затем в каждой итерации цикла происходит обработка событий, манипуляция с данными и, соответственно, отрисовка, после чего программа корректно завершается, выгружая данные. Иногда для создания игры обработка событий не требуется, но необходима, чтобы пользователь мог манипулировать данными (например, перемещением персонажа). Например, персонажа игры, можно заставить перемещаться по экрану нажимая стрелку влево, он идет налево и т.д. Для реализации этой задачи необходимо использовать следующий цикл.

проверяем определенное сообщение;

стороим обработчик событий игры, отвечающий за обновление данных;

выводим на экран персонаж с обновленными значениями координат.

Бибилиотека GDI+ - предназначена для замены морально устаревшего программного интерфейса GDI. Ее использование позволит облегчить переход на 64-битные платформы и максимально полно использовать изобразительные способности и вычислительные мощности современных компьютеров.

При проектировании GDI+ был учтен многолетний опыт использования GDI и устранены некоторые моменты, зачастую приводившие к ошибкам при работе с этим API а именно:

отпала необходимость выбирать графические объекты в контексте устройства перед их использованием.

все необходимые кисти, перья, шрифты и т.д. передаются в качестве параметров функциям рисования.

удаление соответствующих объектов осуществляется автоматически в деструкторах классов-оберток GDI+ (или методе Dispose интерфейса IDispose в .Net), что значительно снижает вероятность утечек графических ресурсов, так досаждавших программистам, использующим GDI.

GDI+ можно условно поделить на три функциональные составляющие: векторная графика (многочисленные векторные примитивы), растровая графика (с поддержкой прозрачности и альфа-канала) и работа со шрифтами. Кроме того, в ней имеются удобные средства работы с графическими файлами популярных форматов, поддерживается их загрузка и сохранение.

Библиотека GDI+ (GdiPlus.DLL) входит в состав операционных систем Windows XP и .NET Server, а для систем на базе Windows 98/ME/NT4/2000 доступна в виде дистрибутива на веб-узле Microsoft. Вы можете распространять эту библиотеку в составе собственных приложений.

Данная библиотека имеет объектно-ориентированный интерфейс. Он содержит около 40 классов, упрощающих работу с GDI+. Этот интерфейс, или, проще говоря, оболочка, доступен в составе Microsoft Platform SDK - в виде набора из 30 заголовочных файлов и библиотеки импорта GdiPlus.LIB. Для других сред программирования (VB 6, Delphi) подобные оболочки создаются энтузиастами, и разные их варианты можно найти в Интернете.

GDI+ является основной графической библиотекой в Microsoft .NET Framework. Правда, в библиотеке .NET Framework CLR-совместимые оберточные классы GDI+ иногда отличаются от своих аналогов в C++. В этой статье будет рассмотрена преимущественно C++-реализация. Но эта статья должна оказаться полезной и для .NET-программистов. Существенные отличия .NET- и C++-реализаций будут специально оговорены.

Класс Bitmap - контейнер растровых изображений. Для хранения изображений в библиотеке GDI+ предназначен класс Image. Его потомки, классы Bitmap и Metafile, реализуют, соответственно, функциональность для работы с растровыми и векторными изображениями. Кстати, в документации .NET Framework SDK утверждается, что потомком Image является и класс Icon, но это не так: он унаследован от System.MarshalByRefObject. В иерархии классов GDI+ для C++ класса Icon не существует (все необходимые средства для работы с иконками находятся в Bitmap).

Поддержка основных графических форматов - одно из наиболее привлекательных свойств библиотеки GDI+. Например, скромный и неприметный редактор Paint в Windows XP неожиданно приобрел возможность открывать и сохранять не только картинки BMP, но также и JPG, TIF, GIF и PNG, что сразу сделало его на порядок более мощным средством. Это полезное качество появилось в нем благодаря использованию GDI+ (Paint из комплекта Windows 2000 тоже поддерживал GIF и JPG, но делал это заметно хуже, используя набор модулей расширения FLT, впервые появившихся в Office 97).

Графические фильтры GDI+ часто называют "кодек" (codec, Compressor/Decompressor). У класса Bitmap существует набор перегруженных конструкторов для создания или загрузки изображений. При загрузке содержимого файла анализируется его формат (а вовсе не расширение!), и автоматически используется соответствующий кодек. Константы форматов (ImageFormatXxx, где Xxx - формат) определены в заголовочных файлах GDI+. Кроме конструкторов, для создания растров можно использовать семейство статических методов FromXxx класса Bitmap. Они возвращают указатель на объект, который в конце работы необходимо удалять при помощи оператора delete. Каждый кодек по мере возможностей учитывает специфические качества своего формата - например, загрузчик GIF правильно распознаёт прозрачность.

Дя работ с графикой в GDI+ имеется встроенный класс Graphics. Для работы с растрами в нем имеется ряд установок. Перечислим их с кратким описанием (таблица 2).

Таблица 2. Метода класса Graphics

Метод	Назначение
SetSmoothingMode	Позволяет указать метод устранения ступенчатости (antialiasing) при выводе примитивов - линий и геометрических фигур
SetCompositingMode	Устанавливает или отключает учет прозрачности при наложении растровых изображений
SetCompositingQuality	Управляет качеством расчета цветовых компонентов при наложении растров
SetPixelOffsetMode	Задает метод учета смещения пикселов при интерполяции. Грубо говоря, определяет, являются ли координаты пикселов (или их центров) целыми числами при расчетах
SetRenderingOrigin	Устанавливает позицию начальной точки при смешении (dithering) цветов в 8- и 16-битных режимах

Имеется также возможность сохранения созданных растров в графических файлах различных форматов. Более подробно работа с кодеками будет рассматриваться ниже, а пока речь пойдет о некоторых особенностях загрузки и отображения растров.

Существует достаточно неприятная ошибка в коде GDI+, отвечающем за загрузку изображений из файлов - часто (но не всегда), при указании несуществующего имени файла, вместо того, чтобы вернуть код ошибки в переменной Status, приложение завершается с выдачей сообщения об ошибке.

Кроме того возможности библиотеки позволяют создавать растры из ресурсов программы. Но не всякий ресурс удастся загрузить таким образом. Этот конструктор предназначен для загрузки именно BITMAP-ресурсов, и не поддерживает, скажем, загрузку GIF. Возможно, это ограничения текущей реализации. К счастью, их достаточно легко обойти: просто предоставьте загрузчику интерфейс IStream с необходимыми данными.

Помимо загрузки растровых изображений стандартных форматов из файлов или потоков, изображение можно создавать на лету или конвертировать из других форматов, например, объектов GDI или поверхностей DirectDraw. Важно понимать, что все эти конструкторы создают копию растровых данных. При любых модификациях объекта Bitmap (например, с помощью отрисовки в объект Graphics, созданный на его базе), источник данных остается неизменным. Более того, перенос изменений обратно в исходный объект GDI часто сопряжен с трудностями - например, может потребоваться самостоятельная работа с палитрами и битовыми массивами. Некоторые рекомендации по этому поводу можно встретить ниже, в разделе "Прямая работа с растровыми данными".

В GDI+ было уделено большое внимание обратной совместимости. Вместе с тем, эта совместимость в значительной степени реализована в режиме "только для чтения". Можно самостоятельно выделить буфер для создаваемого растра. Смысл таких сложных манипуляций в том, что указание величины stride позволяет работать с прямоугольным фрагментом большего растра, как с отдельным растром (рис. 10).

Рис. 10. Определение растра

После уничтожения такого объекта Bitmap выделенный буфер не удаляется - ответственность за его освобождение лежит на программисте.

2.2 Мультимедийные возможности Delphi

Работа с графикой в Delphi это не только линии и рисунки, но также и печать текстовых документов. Поэтому в Delphi работе с графикой нужно уделить немного времени. Работа с графикой в Delphi предполагает обращение к канве - свойству Canvas компонентов. Canvas Delphi это холст, который позволяет программисту иметь доступ к каждой своей точке (пикселу), и словно художнику отображать то, что требуется. Конечно, рисовать попиксельно для работы с графикой в Delphi не приходится, система Delphi предоставляет мощные средства работы с графикой, облегчающие задачу программиста.

В работе с графикой в Delphi в распоряжении программиста находятся канва (холст, полотно - свойство Canvas Delphi компонентов), карандаш (свойство Pen), кисть (свойство Brush) того компонента или объекта, на котором предполагается рисовать. У карандаша Pen и кисти Brush можно менять цвет (свойство Color) и стиль (свойство Style). Доступ к шрифтам предоставляет свойство канвы Font. Эти инструменты позволяют отображать как текст, так и достаточно сложные графики математического и инженерного содержания, а также рисунки. Кроме этого, работа с графикой позволяет использовать в Delphi такие ресурсы Windows как графические и видеофайлы.

Конечно, не все компоненты в Delphi имеют эти свойства. На вкладке Additional расположен специализированный компонент TImage, специально предназначенный для рисования, но также свойство Canvas имеют, например, такие компоненты как ListBox, ComboBox, StringGrid, а также и сама Форма, которая размещает наши компоненты! Кроме того, для печати документов Delphi обращается к свойству Canvas такого объекта как принтер.

Основное свойство такого объекта как Canvas Delphi - Pixels[i, j] типа TColor, то есть это двумерный массив точек (пикселов), задаваемых своим цветом. Рисование на канве происходит в момент присвоения какой-либо точке канвы заданного цвета. Каждому пикселу может быть присвоен любой доступный для Windows цвет. Например, выполнение оператора

Image1.Canvas.Pixels[100, 100]:=clRed;

приведёт к рисованию красной точки с координатами [100, 100]. Узнать цвет пиксела можно обратным присвоением:

Color:=Image1.Canvas.Pixels[100, 100];

Тип TColor определён как длинное целое (LongInt). Его четыре байта содержат информацию о долях синего (B), зелёного (G), и красного (R) цветов. В 16-ричной системе это выглядит так: $00BBGGRR. Доля каждого цвета может меняться от 0 до 255. Поэтому чтобы отобразить максимально красную точку, ей нужно присвоить цвет $000000FF.

Для стандартных цветов в Delphi определён набор текстовых констант. Увидеть его можно, открыв в Инспекторе Объектов свойство Color, например, той же Формы.

Некоторые свойства и методы канвы отображены в таблице 3.

Таблица 3. Свойства и методы Canvas

Процедуры	Свойства
Процедура TextOut(X, Y: Integer; const Text: WideString);	Производит вывод строки Text начиная с (X, Y) - левого верхнего пиксела текста.
Свойство TextWidth(var Text: String): Integer;	Содержит длину строки Text в пикселах.
Свойство TextHeight(var Text: String): Integer;	Содержит высоту строки Text в пикселах.
Процедура MoveTo(X, Y: Integer);	Производит перемещение позиции к пикселу с адресом (X, Y).
Процедура LineTo(X, Y: Integer);	Производит рисование прямой линии из точки текущей позиции к пикселу с адресом (X, Y). Адрес (X, Y) становится точкой текущей позиции.
Процедура FillRect(const Rect: TRect);	Заполняет прямоугольник Rect на холсте, используя текущую кисть. Может использоваться, в том числе, для стирания части изображения на холсте.

Класс TImage. Компонент Image дает отображение на форме графического изображения. Свойство Picture типа TPicture содержит отображаемую графическую составляющюю у которой тип -- битовая матрица, пиктограммы, метафайла или определенного пользователем типа. Свойство Canvas позволяет создавать и редактировать изображения.

Во время проектирования загрузить в свойство Picture графический файл можно щелкнув на кнопке с многоточием около свойства Picture в окне Инспектора Объектов или при нажатии дважды на Image. Должно открыться окно Picture Editor, которое позволит загрузить в свойство Picture некоторый графический файл (через кнопку Load), и сохранить открытый файл, дав ему новое имя или сохранить в новом каталоге.

Когда вы в процессе создания проекта сделали загрузку изображения из файла в компонент Image, он не просто отобразит его, но и сохранит загруженное изображение в приложении. Приемущества составляет в том, что ваш проект в целом будет поставляться без отдельного графического файла.

При установке свойства AutoSize равному true, то размер компонента Image будет автоматом подогнан под размер помещенной в image картинки. Если свойство AutoSize установлено в значение false, то изображение может и не уместиться в компонент или же, наоборот, площадь компонента возможно окажется намного больше площади изображения.

Другое свойство -- Stretch позволяет реализовать подгонку не компонента под размер рисунка, а сам рисунок под параметр компонента. Но поскольку вряд ли реально в действительности установить размеры Image очень точно пропорциональными величине рисунка, то изображение будет искажено. При установке Stretch равное true может иметь смысл только для каких-то узоров, но не для картинок. Свойство Stretch не действует на изображения пиктограмм, которые не меняют своих размеров.

...