Графические форматы данных.

С появлением и широким распространением персональных ЭВМ, использующих растровые дисплеи и устройства документирования (лазерные и струйные принтеры и т.д.), для целей компактного хранения и транспортировки графической информации стали активно применяться различного рода растровые графические файлы. Используется более десятка различных типов растровых графических файлов. К наиболее известным относятся:

· TIFF (Tag Image File Format),

· GIF (Graphics Interchange Format),

· PIC,

· PCX,

· MAC (MacPaint),

· BMP (Bitmap),

×JPEG.

TIFF (Tag Image File Format)

Разработан корпорациями Aldus и Microsoft совместно с некоторыми фирмами, производящими сканеры и принтеры. Этот формат поддерживается целым рядом систем подготовки документации и является наиболее реальным претендентом на стандарт для хранения и транспортировки растровых изображений.

Основной концепцией формата TIFF является цветовая модель изображения. Под этим понимается набор характеристик изображения, определяющих способ представления цвета. Стандартизованы следующие цветовые модели:

· двух-уровневое изображение (bi-level image);

· монохромное изображение (gray-scale image);

· индексированное цветное изображение (paletted color image);

· полное цветное изображение (full RGB image).

TIFF является открытым форматом и позволяет создать любую модель изображения. Естественно, что выбор требуемой модели определяется решаемой задачей. Например, двух-уровневая модель наиболее удобна в системах подготовки документации. Индексированное цветное изображение совместимо с форматом хранения графической информации в наиболее распространенных в настоящее время растровых графических дисплеях.

Помимо информации о модели изображения формат TIFF содержит метрические характеристики, а именно: размеры изображения, плотность (количество пикселов на единицу длины), с которой создавалось изображение. Эти характеристики особенно полезны в системах подготовки документации. TIFF не накладывает практически никаких ограничений на параметры изображения. Так, например, размеры изображения могут достигать 4 миллиардов. Количество битов на пиксел ограничено этим же числом.

Формат TIFF позволяет хранить в одном файле любое количество изображений. Кроме того, есть возможность хранить несколько копий одного изображения с различными характеристиками. Так, например, можно иметь несколько вариантов изображения, отличающихся различной плотностью, что полезно опять же в издательских системах для работы с несколькими принтерами.

В формате TIFF имеется возможность упаковывать изображение различными методами. В том числе изображение может храниться и в неупакованном виде, что представляется удобным, так как, например, при создании изображения важен произвольный доступ к любому элементу изображения за достаточно малое время. Одним из методов кодирования является LZW (Lempel, Ziv & Welch), который дает высокий коэффициент сжатия.

GIF (Graphics Interchange Format)

Разработан в CompuServe Incorporation для хранения и транспортировки растровых изображений. GIF позволяет содержать в одном файле несколько изображений, не связанных между собой.

По сравнению с форматом TIFF он более прост. В GIF используется наиболее распространенная модель изображения – индексированное цветное изображение. Хотя это не мешает хранить в нем изображения двухуровневой и монохромной моделей. Это реализуется путем соответствующей настройки таблицы цветности. Модель полноцветного изображения с хранением для каждого пиксела компонент R, G и B принципиально не вписывается в формат GIF, так как существует ограничение на количество битов в пикселе - 8.

Достоинством формата GIF является наличие стандартизованного протокола передачи GIF-изображения по линии связи. Формат GIF, в отличие от TIFF, организован по принципу последовательного доступа. Т.е. он не содержит оглавлений или каких-либо ссылок внутри себя. Это делает его удобным при передаче изображений в распределенной графической системе.

GIF использует единственный метод кодирования изображений - LZW. Это свойство следует отнести к недостаткам формата, так как использование одного метода кодирования ограничивает область его применения. Кроме того, следует отметить, что не существует графических редакторов, понимающих формат GIF.

ZSoft (PCX)

Формат распространен на IBM PC и используется в графических редакторах (Paintbrush, EgaPaint) и системах подготовки документации (Ventura Deck Top Publisher, First Publisher).

В PCX используется очень неэффективный метод кодирования, он дает низкий коэффициент сжатия. Однако время, используемое на кодирование/декодирование практически равно времени кодирования без всякой упаковки. Это дает преимущества при использовании этого формата в интерактивных системах с быстрой сменой изображений.

MacPaint (MAC)

Является основным форматом в системах подготовки документации и графических редакторах на персональных компьютерах фирмы Apple (Macintosh, Lisa).

BitMap (BMP)

Является одним из основных форматов представления растровых изображений в системе Windows. Файл имеет достаточно простую структуру и сохраняет единственное изображение с одним, четырьмя, восемью и двадцатью четырьмя битами на пиксел. Одно-, четырех- и восьмибитное представления соответствуют индексированному цветному изображению. Для таких изображений в заголовке BMP-файла хранится таблица цветности. Изображение может быть сжато с использованием кодированием длин серий для четырех- и восьмибитных изображений.

JPEG

Самый распространенный метод упаковки графических изображений, основанный на дискретном косинусном преобразовании. Изображение разделяется на форматы 8x8 и к каждому фрагменту применяется дискретное косинусное преобразование.

Наряду с перечисленными имеется еще ряд форматов для хранения растровых файлов, используемых в отдельных системах, но не получивших широкого распространения. Их применение может оказаться целесообразным в случае использования соответствующих систем.

8.2.1.8.Задачи, решаемые средствами компьютерной графики:

Визуализация производимого машиностроительного оборудования ещё на этапе проектирования и возможность внесения коррективов для улучшения внешнего вида, тактико-технических характеристик, простоты и удобства обслуживания.

Возможность разработчику-конструктору увидеть результат своего труда задолго до того, как будет получен первый опытный образец. Возможность внесения изменений в чертёжно-конструкторскую документацию на этапе проектирования.

Возможность продемонстрировать заказчику производимое для него машиностроительное оборудование, скорректировать внешний вид, ряд важнейших технических характеристик ещё на этапе разработки документации на оборудование.

Анонсирование выхода готового изделия, производство технической и эксплуатационной документации, рекламных материалов: проспектов, буклетов, плакатов, рекламных роликов.

Производство научных и рекламных видеофильмов с элементами компьютерной графики, направленных на ознакомление с выпускаемым оборудованием, принципами работы, научными и революционными достижениями, использованными при производстве того или иного машиностроительного оборудования, для широкого круга потребителей.

Работа с компьютерной графикой – огромная и постоянно развивающаяся область. И вывод из данного обзора один: используйте для конкретных целей программы, соответствующее стоящим перед вами задачам.

Перспективы развития компьютерной графики

Различными проблемами обработки изображений занимается много групп ученых Национальной Академии наук Беларуси (НАН Беларуси). Ниже приведены основные коллективы и направления их работ в области обработки изображений.

Институт технической кибернетики (ИТК) занимается:

обработка графических изображений (карт, чертежей, документов);

обработка данных дистанционного зондирования, цифровая картография;

обработка снимков земной поверхности, медицинских снимков с применением методов математической морфологии;

цифровая обработка сигналов на базе быстрых преобразований;

создание устройств ввода-вывода графической информации.

Институт физики разрабатывает средства фотометрической коррекции данных дистанционного зондирования земной поверхности.

Институт математики занимается теоретическими проблемами геометрического моделирования.

Научно-технический центр «Экомир» – экологические приложения данных дистанционного зондирования и цифровой картографии.

Могилевский институт прикладной оптики разрабатывает оптические процессоры для обработки изображений.

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники работает в направлениях: распознавание рукописного текста, подписей; параллельная обработка изображений; сегментация изображений с приложениями в обработке изображений земной поверхности, интегральных микросхем; разработка и применение параллельных и систолических архитектур для обработки изображений; тестирование технических средств обработки изображений; цифровая обработка сигналов.