Растровая и векторная графика
Введено| English | Значение |
|---|---|
| bitmap/ˈbɪtmæp/ | битовая карта |
| vector/ˈvektə/ | векторная графика |
| pixel/ˈpɪksl/ | пиксель |
| file header/faɪl ˈhedə/ | заголовок файла |
| colour depth/ˈkʌlə depθ/ | глубина цвета |
| image resolution/ˈɪmɪdʒ ˌrezəˈluːʃn/ | разрешение изображения |
| screen resolution/skriːn ˌrezəˈluːʃn/ | разрешение экрана |
| frame/freɪm/ | кадр |
| frame rate/freɪm reɪt/ | частота кадров |
| drawing list/ˈdrɔːɪŋ lɪst/ | список рисования |
| drawing objects/ˈdrɔːɪŋ ˈɒbdʒekts/ | объекты рисования |
| primitives/ˈprɪmɪtɪvz/ | примитивы |
| properties/ˈprɒpətiz/ | свойства |
| render/ˈrendə/ | рендеринг |
Почему логотип на рекламном щите не является фотографией
- Логотип компании появляется на визитке шириной два сантиметра и на дорожном щите шириной шесть метров. Это один и тот же файл, и он четок в обоих случаях.
- Если увеличить фотографию тем же способом, она превратится в блоки. С фотографией все в порядке; эти два файла отвечают на разные вопросы.
- Фотография хранит какой цвет находится в каждой точке. Логотип хранит какие фигуры нужно нарисовать. Увеличение первого расширяет фиксированное количество точек; увеличение второго перерисовывает фигуры в новом размере.
- Этот урок посвящен растровым и векторным изображениям, вычислению размера файла по требованиям экзамена и обоснованию выбора.
Как кодируется растровое изображение
- Растровое (битовое) изображение хранит цвет каждого пикселя в сетке, строка за строкой.
- В начале файла заголовок файла фиксирует метаданные, необходимые программному обеспечению для чтения последующих пикселей: ширину, высоту и глубину цвета.
- Разрешение изображения — это собственный размер изображения в пикселях, ширина на высоту. Разрешение экрана — это то, что может показать дисплей. Изображение больше экрана масштабируется вниз для размещения; низкоразрешающее изображение, растянутое на высокоразрешающем экране, выглядит блочным.
- Глубина цвета (битовая глубина) — это количество бит, используемых для хранения цвета одного пикселя: 1 бит дает черно-белый цвет, 8 бит дают 256 цветов, 24 бит дают 16.7 миллионов, называемых истинным цветом.
Меньше пикселей, больше блоков
Лаборатория вычислительных концепций
Классифицируйте конкретные примеры по вычислительной идее, которую они демонстрируют.
Глубина цвета (разрешающая способность) растрового изображения равна:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Глубина цвета — это биты на пиксель: больше бит означает больше возможных цветов (8 бит → 256, 24 бита → 16,7 млн).
Сколько бит глубины цвета требуется для хранения 256 различных цветов?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$2^8 = 256$, поэтому 8 бит на пиксель дают 256 цветов.
Что хранит заголовок файла растрового изображения?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Заголовок содержит метаданные: без ширины и глубины цвета байты пикселей невозможно разделить на строки и пиксели. Список рисования относится к векторному файлу.
Размер файла растрового изображения
- Разделите на 8 для получения байтов, затем на 1000 или 1024 в зависимости от того, какой семейство префиксов вы используете, и укажите которое. Добавьте заголовок, если вопрос указывает его размер.
- Изображение размера $3000 \times 2000$ при глубине 24 бит на пиксель составляет $1.44 \times 10^8$ бит, что равно 18.0 МБ при использовании десятичных префиксов или 17.2 МиБ при использовании двоичных. Оба варианта принимаются, если в решении показано, какой именно был использован.
Изображение с $100 \times 100$ пикселем имеет глубину цвета 24 бита. Каков размер его файла в битах?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
размер $=$ ширина $\times$ высота $\times$ глубина $= 100 \times 100 \times 24 = 240\,000$ бит.
Разбор примера: вычисление размера фотографии, затем видео
- Фотография имеет размер $4000 \times 3000$ пикселей с глубиной цвета 24 бита. Найдите ее размер файла в МиБ.
- $4000 \times 3000 \times 24 = 2.88 \times 10^8$ бит. Разделить на 8: $3.6 \times 10^7$ байт. Разделить на $1024^2$: 34.3 МиБ.
- Видео — это последовательность растровых кадров. Его uncompressed размер равен одному кадру $\times$ умноженному на частоту кадров $\times$ умноженную на продолжительность. При 30 кадрах в секунду, $1920 \times 1080$, 24 бита: $30 \times 1920 \times 1080 \times 24 \approx 1.5 \times 10^9$ бит, около 187 МБ, в секунду. Вот почему видео всегда сжимается.
Нежатое видео имеет размер 1920 x 1080 пикселей, 24-битную глубину цвета и 30 кадров в секунду. Сколько бит требуется для ОДНОЙ секунды? Запишите ответ в виде степени числа 10 с точностью до двух значащих цифр, например: 1.5e9.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
1920 x 1080 x 24 = 4.98e7 бит на кадр, умножить на 30 кадров = 1.5e9 бит, около 187 МБ за каждую секунду. Именно поэтому видео всегда сжимается.
Изменение настроек
- Нижнее разрешение изображения: меньше пикселей, значит меньший файл, но меньше деталей; при увеличении картинка выглядит блочной, так как каждый пиксель занимает больше места на экране.
- Нижняя глубина цвета: меньше бит на пиксель, значит меньший файл, но плавные переходы показывают полосатость, видимые ступени там, где должно быть градиент.
- Выше любого из них: больший файл и лучшее качество. Отвечайте терминами этой программы, а не «картинка становится хуже».
Сопоставьте каждое изменение с его эффектом на изображение.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Отвечайте терминами учебной программы: ступенчатость и пикселизация, а не «картинка становится хуже».
Как кодируется векторная графика
- Векторная графика хранит инструкции для рисования изображения в виде списка рисования: упорядоченного списка объектов рисования, которые являются геометрическими примитивами, такими как линии, кривые, прямоугольники, многоугольники и круги.
- Каждый объект рисования содержит свойства: его положение или координаты, цвет и ширину линии, цвет заливки, радиус и так далее.
- Для отображения программа рендерит список рисования в любом необходимом размере, поэтому он масштабируется без потери качества. Она не может описать произвольную пиксельную деталь, поэтому не подходит для фотографии.
Список фигур и их свойств, а не сетка точек
Векторный логотип размывается при сильном увеличении.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Векторы перерисовываются по инструкциям любого размера, поэтому остаются четкими. Размытие при увеличении характерно для растровых изображений.
Главное преимущество векторной графики заключается в том, что она:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Поскольку она рисуется по инструкциям, вектор масштабируется без размытия — идеально подходит для логотипов и схем (но не для фотографий).
Решенный пример: обоснуйте выбор
- Логотип должен появляться на визитке и на рекламном щите. Какой формат и почему? [3]
- Векторная графика. Она хранится как объекты рисования со свойствами, поэтому программа перерисовывает ее в любом требуемом размере, и края остаются четкими.
- Растровое изображение имеет фиксированное количество пикселей, поэтому увеличение его до размера щита сделало бы каждый пиксель видимым, и логотип выглядел бы блочным.
- А для фотографии? Растровое: у фотографии нет геометрических фигур для описания, поэтому цвет каждого пикселя должен храниться отдельно.
Какие термины описывают кодирование векторной графики? Выберите все подходящие варианты.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Упорядоченный список объектов рисования, каждый из которых имеет свойства. Глубина цвета — термин растровой графики, биты на пиксель.
Выбор между ними
| Задача | Выбор | Причина |
|---|---|---|
| фотография | растровое | пиксельная детализация не может быть описана формами |
| логотип, иконка, дорожный знак | векторное | четкое в любом размере, маленький файл |
| технический чертеж | векторное | точная геометрия, точное масштабирование |
| картина, текстура | растровое | плавная тональная детализация по площади |
Какой формат лучше подходит для хранения фотографии?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Фотография имеет сложную детализацию на уровне пикселей, которую нельзя описать формами, поэтому правильный выбор — растровый формат.
Потерянные баллы
- Работайте в битах, разделите на 8 один раз и укажите, использовали ли вы 1000 или 1024. Смешивание битов и байтов посередине — обычная потеря балла.
- Разрешение изображения — это пиксели изображения; разрешение экрана — это дисплея. Вопрос упоминает одно из них.
- Вектор — это список рисования объектов со свойствами, а не «картинка, составленная из линий». Используйте три термина.
- Ответ «обоснуйте» связывает формат с задачей: щитом, фотографией. Одного определения недостаточно для обоснования.
Вы поняли
- Растровое изображение хранит цвет каждого пикселя после заголовка файла; разрешение изображения — его размер в пикселях, глубина цвета — биты на пиксель
- размер в битах = ширина $\times$ высота $\times$ глубина цвета; видео добавляет $\times$ частоту кадров $\times$ продолжительность
- пониженное разрешение означает блочность, пониженная глубина цвета означает полосатость; оба означают меньший файл
- векторная графика — это список объектов рисования с свойствами, который отображается в любом размере, поэтому он масштабируется без потери качества, но не может хранить фотографию