Растер — формат растровой графики¶
Растр (растровое изображение) — способ представления графической информации в виде прямоугольной сетки пикселей (точек), упорядоченных по строкам и столбцам, каждому из которых присвоен определённый цвет или оттенок. Растровый формат — один из двух базовых принципов цифровой графики наряду с векторным; он лежит в основе фотографий, сканированных изображений, кадров видео и большинства изображений в интернете.
¶Принцип растрового представления
Растровое изображение описывается как матрица элементов — пикселей (от англ. pixel, picture element). Каждый пиксель хранит числовое значение, кодирующее его цвет. Совокупность таких значений образует битовую карту (bitmap), поэтому растровые форматы нередко называют битмапами.
Основные параметры растрового изображения:
- Разрешение — количество пикселей по горизонтали и вертикали (например, 1920 × 1080). Чем больше пикселей, тем выше детализация.
- Глубина цвета — число бит, отводимых на кодирование цвета одного пикселя (1 бит — чёрно-белое, 8 бит — 256 оттенков, 24 бита — около 16,7 млн цветов).
- Плотность (DPI/PPI) — число точек на дюйм, важное при печати.
- Цветовая модель — RGB для экранов, CMYK для полиграфии, оттенки серого и другие.
При увеличении растрового изображения отдельные пиксели становятся заметны, а контуры приобретают ступенчатый вид — этот эффект называется пикселизацией. Именно поэтому масштабирование растра без потери качества ограничено.
¶История
Идея растрового представления восходит к телевидению и первым ЭВМ. В телевидении изображение разбивалось на строки развёртки задолго до появления компьютеров. В вычислительной технике растровый принцип утвердился в 1960–1970-е годы, когда появились дисплеи с памятью на электронно-лучевых трубках, хранившие изображение в виде битовой карты.
В СССР и России развитие растровой графики связано с созданием отечественных ЭВМ (серия ЕС ЭВМ, машины для систем автоматизированного проектирования) и последующим распространением персональных компьютеров в 1980–1990-е годы. С появлением цифровой фотографии и интернета растровые форматы стали основным способом хранения и передачи изображений.
¶Основные растровые форматы
| Формат | Сжатие | Особенности |
|---|---|---|
| BMP | без сжатия | простой формат Windows, большие размеры файлов |
| JPEG | с потерями | эффективен для фотографий, не подходит для чертежей |
| PNG | без потерь | поддержка прозрачности, хорош для графики и текста |
| GIF | без потерь | ограничен 256 цветами, поддерживает анимацию |
| TIFF | без потерь или с потерями | применяется в полиграфии и сканировании |
| WebP | с потерями и без | современный веб-формат, сочетает качества JPEG и PNG |
Сжатие бывает с потерями (часть данных отбрасывается ради меньшего размера) и без потерь (данные восстанавливаются полностью). Выбор формата зависит от назначения: фотографии обычно хранят в JPEG, логотипы и схемы — в PNG или SVG, полиграфические материалы — в TIFF.
¶Устройство и обработка
Растр создаётся цифровыми камерами, сканерами, программами рисования и средствами трёхмерной визуализации. Обработка выполняется растровыми графическими редакторами, среди которых распространены Adobe Photoshop, GIMP, Krita, Paint. Основные операции: изменение размера и разрешения, цветокоррекция, ретушь, наложение слоёв, применение фильтров.
Для хранения изображений применяются также каналы (например, альфа-канал для прозрачности) и цветовые профили, обеспечивающие корректную передачу цвета на разных устройствах.
¶Применение
Растровая графика используется повсеместно:
- цифровая фотография и видеосъёмка;
- веб-сайты и интерфейсы программ;
- полиграфия и печать;
- медицинская и спутниковая визуализация;
- компьютерные игры и кино.
¶Сравнение с векторной графикой
Векторное изображение описывается математическими формулами (линиями, кривыми, фигурами) и свободно масштабируется без потери качества, но плохо подходит для передачи фотореалистичных сцен. Растр, напротив, точно передаёт плавные переходы цвета и текстуры, но требует больше памяти и теряет качество при увеличении. На практике оба подхода часто сочетаются: например, в картах, схемах и макетах.
¶Значение
Растровые форматы стали универсальным языком цифровых изображений. Их стандартизация обеспечила совместимость устройств, программ и сервисов по всему миру, а алгоритмы сжатия (JPEG, PNG, WebP) позволили эффективно хранить и передавать миллиарды изображений.
Источники: учебные пособия по компьютерной графике, документация по форматам изображений, материалы по истории вычислительной техники.