Принципы представления изображения в памяти компьютера

Изображения растровой, векторной и фрактальной графики имеют свои характерные особенности и внешне легко отличаются друг от друга. Но прежде всего они различаются способом представления изображения в памяти компьютера.

Как вы уже знаете, документы фрактальной графики не хранят в памяти компьютера информацию об отдельных элементах изображения, а значит, не нуждаются в специальном её представлении. Фрактальная картинка выстраивается по сохранённой в документе формуле. Таким образом, уместно говорить, что в компьютерной графике существуют два подхода к представлению (кодированию) графической информации – растровый и векторный.

Суть растрового подхода заключается в том, что всякое изображение рассматривается как совокупность точек разного цвета и, следовательно, представление в цифровом виде растрового изображения сводится к кодированию информации о цвете каждого пикселя.

Векторный подход представляет изображение как совокупность простых элементов: прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников и пр., которые называются графическими примитивами. Кодирование векторного изображения предполагает однозначное определение (задание) положения, формы а также цветовых характеристик всех графических примитивов, составляющих рисунок.

Можно рассмотреть разницу в кодировании графической информации на примере представления одного и того же фрагмента изображения в растровом или векторном виде. Пусть для изображения буквы «К» используется «маленький монитор» с растровой сеткой размером 10x10 и черно-белым изображением (рис. 15).

Рис. 15. Имитация изображения буквы на экране, где каждая клетка соответствует одному пикселю

Представим этот код в виде битовой матрицы, в которой строки и столбцы соответствуют строкам и столбцам растровой сетки. Пусть «1» обозначает чёрный пиксель, а «0» – белый. В итоге матрица изображения будет выглядеть следующим образом:

0000000000.

Поскольку первым элементом матрицы обычно считается элемент первой строки первого столбца, то положение пикселей всех растровых изображений (в том числе и на экране монитора) задаётся в системе графических координат, где начало координат расположено в верхнем левом углу экрана, горизонтальная ось X направлена слева направо, а вертикальная ось Y – сверху вниз.

В отличие от пиксельной модели, в векторной модели структуры данных соответствуют не пикселям, а более крупным и семантически нагруженным объектам изображения. В векторном представлении буква «К» – это три линии. Всякая прямая линия описывается указанием координат ее концов в таком виде:

ПРЯМАЯ ЛИНИЯ (X1, Y1, X2, Y2).

Таким образом, изображение буквы «К» можно описать так:

ПРЯМАЯ (4, 2, 4, 8)

ПРЯМАЯ (5, 5, 8, 2)

ПРЯМАЯ (5, 5, 8, 8).

При выполнении построений в программах векторной графики положение и форма графических примитивов задаются в системе графических координат, где, как правило, начало координат находится в нижнем левом углу изображения, горизонтальная ось X направлена слева направо, а вертикальная ось Y – снизу вверх.

Безусловно, при создании изображений в программах растровой или векторной графики пользователь не составляет никаких матриц и уравнений, графические редакторы автоматически преобразовывают созданное пользователем изображение в соответствующую форму для обработки и хранения в памяти компьютера. Совокупность значений параметров, фиксирующих цвет пикселя или свойства векторного объекта, составляет дескриптор. Совокупность дескрипторов, соответствующих всем элементам изображения, приведённых в фиксированной последовательности, образует информационную модель изображения. Объём и количество дескрипторов, содержащих полную информацию об изображении, в конечном итоге определяют размер файла графического документа.

В построении информационной модели растрового изображения решающую роль играет выбор цветовой модели, соответствующей типу изображения. Именно её выбор в значительной степени определяет внешний вид документа и влияет на размер файла изображения.

Дескрипторы объектов, составляющих векторную модель, неодинаковы – их структура и размеры зависят от типа объекта, которому соответствует дескриптор, и значений его атрибутов. Например, описание контура, проходящего через три точки, займёт в памяти меньше места, чем описание контура, проходящего через триста точек. Для назначения цвета векторным объектам используются те же принципы представления цвета, что и для растровой модели, но цветовые характеристики изображения практически не оказывают влияния на размер его векторной модели.