Нули и единицы

Прежде всего, эта книга не о картинках, не о рабочем процессе и даже не о компьютерах, а о нулях и единицах. Как говаривал Лори Андерсон, "никто не хочет быть нулем – каждый норовит стать первым" (по крайней мере в Америке). Цифровой мир построен исключительно на взаимоотношениях между этими двумя величинами.

Мир, в котором нули и единицы, состояния "включено" и "выключено", белое и черное не соревнуются, а сотрудничают, не столь сложен, как кажется на первый взгляд. И, как показывает практика, не получив хотя бы элементарного представления о его внутреннем строении, эффективно работать с цифровыми изображениями просто невозможно. Эта лекция поможет вам заглянуть в этот мир. Вероятно, многое в ней покажется вам самим собой разумеющимся, но мы все равно рекомендуем внимательно ее прочесть. Как ни странно, но многие элементарные вещи способны поставить в тупик иного "квалифицированного пользователя" – и все из-за того, что он плохо себе представляет поведение цифровых изображений.

Растровая и векторная графика

При всем величии методов формирования изображений на компьютере существует лишь два вида графики: растровая и векторная.

Растровые изображения. Растровые изображения состоят из массива маленьких точек (пикселов), размещенных в большой сетке. Пикселы могут иметь разный цвет, их количество также может быть разным. Независимо от того, что представляет собой изображение – картину художника или фотографию вашей бабушки – оно всегда состоит из множества точек. Это единственный способ передачи мельчайших деталей и плавных цветовых переходов фотореалистичного изображения.

Практически все растровые изображения формируются на основе информации, поступающей из трех источников: устройств ввода видеосигнала (сканеры, видеокамеры или цифровые камеры), рисовальных программ и графических редакторов (таких, как Photoshop) и программ для создания снимков экрана (таких, как Exposure Pro, System и др.). Изображения, созданные с помощью одного из таких средств, относятся к растровой графике.

Векторная графика. По сравнению с растровой, векторная, или, как ее еще называют, объектно-ориентированная, графика и сложнее, и проще одновременно. Например, вместо того, чтобы формировать прямоугольник из тысяч или миллионов пикселов, векторная программа обходится одной фразой, которая в переложении на понятный язык будет выглядеть примерно так: "Начертить прямоугольник такого-то размера и поместить его туда-то". Подобный способ описания изображений гораздо эффективнее и экономнее. В то же время векторное изображение может включать множество разнотипных объектов – линий, прямоугольников, кругов, кривых, многоугольников и текстовых блоков, – и каждый из них имеет собственный набор атрибутов, таких как толщина линии, цвет заливки, цвета градиентов, особенности форматирования текста и т. д.

Разницу между тем, как описывают изображения программы объектно-ориентированной и растровой графики, поможет понять следующая аналогия. На вопрос, как пройти к такому-то месту, первая ответит: "Пройдите три квартала, у дома №7 сверните налево и пройдите еще пять кварталов". А программа растровой графики ответит так: "Сделайте шаг, потом еще один, потом еще...". Работая в Photoshop 6, мы имеем дело с растровыми изображениями (хотя можно создавать и векторную графику, а также пользоваться методами векторной графики при создании выделений и масок).

Как правило, векторная графика создается программами двух категорий: иллюстрационными (FreeHand, Canvas, Illustrator и др.) и программами автоматизированного проектирования. С векторной графикой работают также программы построения диаграмм и некоторые другие.

Растровые изображения как объекты. Граница между растровой и векторной графикой иногда принимает несколько размытые очертания. Так, векторная графика может включать растровые изображения как самостоятельные объекты. Скажем, в иллюстрацию, созданную в Adobe Illustrator, можно поместить сканированное изображение. Оно будет вести себя как объект – прямоугольник или овал. Его можно поворачивать и масштабировать, но пикселы изображения уже недоступны для редактирования.

Заметьте, что файл векторной графики может включать растровое изображение как единственный объект. В этом случае файл является растровым изображением, которое можно открывать и редактировать в рисовальной программе или графическом редакторе. Файлы Photoshop в формате EPS (Encaplulated PostScript) – хороший тому пример. Обычно этот формат используется для векторной графики, но в Photoshop можно создавать растровые EPS-изображения.

Векторы в растровой графике. Oтметим, что Photoshop допускает включение в растровые изображения векторных объектов, таких как обтравочные контуры или текст. Обтравочный контур невидим и выполняет роль острого ножа, которым вырезают силуэты. Этот эффект часто встречается в рекламе, где предметы парят на фоне облаков (см. раздел "Обтравочные контуры", лекции 16, "Сохранение изображений").

Растровые изображения

Photoshop предназначен для работы с растровыми изображениями. Поэтому, чтобы получить от программы максимальную отдачу, вы должны досконально разбираться во всех тонкостях растровой графики.

Растровое изображение характеризуют три основных признака: размер, глубина пикселов и цветовая модель (которая в Photoshop называется цветовым режимом изображения).

Размер

Растровые изображения представляют собой большую сетку с маленькими квадратными ячейками (см. рис. 3.1), наподобие шахматной доски или кафельной стены в ванной. Размер изображения определяется количеством пикселов по его ширине и высоте. Шахматная доска имеет восемь клеток в ширину и восемь в высоту. Размер сетки компьютерного экрана могут составлять 640 на 480 пикселов.

Пиксельный размер растрового изображения может быть любым и ограничивается лишь возможностями устройства видеоввода, объемом дискового пространства и пределами вашего терпения – чем больше пикселов в изображении, тем больше памяти оно требует и тем медленнее реакция программы на ваши действия.

Следует отметить, что размер растрового изображения не имеет ничего общего с физическим размером изображения в дюймах или сантиметрах. Растровые изображения в их исходной цифровой форме не имеют физического размера – это просто массив данных. Они существуют, как платонический идеал, ожидающий своего воплощения в физической форме. Как бы вы ни увеличивали и ни уменьшали цифровое изображение, количество его пикселов остается неизменным.

На печати цифровое изображение получается в виде оттиска заданного размера. Отношение между этим размером и количеством пикселов изображения называется его разрешением. Очень важно понимать, что разрешение не является врожденным свойством цифрового изображения – величина эта относительная и изменяется она в зависимости от физического размера изображения, в котором вы его воспроизводите. Далее в этой лекции разрешение будет рассмотрено более подробно.

Глубина пикселов

Каждый пиксел цифрового изображения представлен неким количеством нулей и единиц. Это количество называется глубиной пиксела или битовой глубиной (один бит может быть представлен либо нулем, либо единицей). Количество нулей и единиц определяет диапазон возможных значений для каждого пиксела и, следовательно, общее количество цветов (или оттенков серого) в изображении.

Однобитовое изображение, где каждый пиксел представлен одним битом, может содержать только черный и белый цвета. Если пиксел определяется двумя битами информации, возможны четыре комбинации (00, 01, 10 и 11), то есть четыре разных значения (2²), а значит, четыре цвета или оттенка серого (см. рис. 3.2 ). Восемь бит информации дают 256 цветов (2⁸), а 24 бита – 16 млн. цветов. В 24-битовых RGB-изображениях каждый пиксел имеет фактически по три 8-битовых величины – по одной на красный, зеленый и синий каналы, см. рис. 3.3.

Однобитовые изображения мы называем плоскими, а изображения, пикселы которых определяются двумя и более битами информации – глубокими (см. рис. 3.4).

Photoshop также позволяет использовать изображения с 16-ю битами на канал. Шестнадцать битов информации (2¹⁶) могут описывать 65536 возможных значений. 48-битовые RGB-изображения дают почти 3 миллиарда возможных цветов, причем каждый экземпляр состоит из трех 16-битовых значений. Такое количество может показаться излишним, особенно если учесть, что хотя мы можем отобразить 16,7 миллионов возможных цветов на наших мониторах, мы можем видеть, в лучшем случае, семь или восемь миллионов отдельных цветов и печатать лишь несколько десятков тысяч цветов, используя самые лучшие из доступных печатных процессов. Тем не менее, 16-битовые каналы – это совсем не излишество.

Большинство современных устройств считывания изображений (сканеры и цифровые камеры) записывают больше 8 битов на канал. 10-битовое считанное изображение дает 1024 возможных значения, 12-битовое – 4096 возможных значений и 14-битовое – 16384 отдельных уровней серого. Photoshop обрабатывает все, что превышает 8 битов на канал, как 16-битовый канал, поскольку биты намного проще обрабатывать 8-разрядными группами (их называют байтами), а недостающие значения заполнять нулями, чем создавать отдельные процедуры для обработки 10, 12 или 14 битов на канал. Мы называем любое изображение, содержащее больше 8 битов на канал "многобитовым" изображением, чтобы не гадать, сколько реально битов информации оно содержит – четырнадцать или только десять. В любом случае Photoshop обрабатывает все многобитовые изображения как изображения с 16 битами на один канал.

Зачем считывать больше цветов, чем можно напечатать или даже увидеть? Здесь есть простой ответ: большее количество битов намного увеличивает гибкость редактирования. Если вы начинаете только с 256 уровней, то каждое редактирование неизбежно приводит к снижению этого числа. Как вы увидите в разделе "Растяжение и сжатие битов" лекции 6, "Коррекция тонов", каждое редактирование приводит к разрывам между соседними значениями пикселов и сжатию других, что снижает общее количество уровней.

Это отбрасывание данных является обычной и неизбежной частью редактирования изображений, но мы всегда являлись сторонниками использования максимального возможного количества данных, если имеется такая возможность. Начиная работу с изображением 16 битов на канал, вы можете отредактировать ваше изображение с гораздо меньшим риском потери деталей или появления постеризации либо полосчатости, чем для изображений с 8 битами на канал. В некоторых случаях вы можете увеличить возможности редактирования 8-битового изображения, преобразовав его в 16-битовое, что не приведет к увеличению количества информации в изображении, но даст больше места для перемещения точек на графике.

Глубина пикселов тесно связана с качеством изображения. Далее в этой лекции это будет рассмотрено более подробно.

Цветовой режим изображения

Сама по себе глубина пикселов не несет никакой информации об отдельных цветах (их числовых значениях). С однобитовыми изображениями все просто: каждый отдельный пиксел может быть либо включен, либо выключен. Изображение при этом не обязано быть черно-белым. Если исхитриться, его можно сделать оранжево-синим.

Как мы уже знаем, каждому пикселу 8-битового изображения может быть присвоено одно из 256 значений. Но что это будет означать? 256 оттенков серого, 256 цветов, или что-нибудь еще? Откроем вам маленький секрет. Компьютер совершенно не различает цветов – одни лишь нули и единицы. (Многие пользователи рано или поздно понимают это сами.)

Цветовая модель, или цветовой режим изображения, и есть то самое недостающее звено в цепи – магический преобразователь, помогающий переводить числовые значения пикселов в цвет или оттенок серого. В принципе, цветовая модель и цветовой режим – это не одно и то же, но связь между ними настолько тесна, что различия можно игнорировать.

Если в подменю Mode (в меню Image) выбран режим Grayscale, значения каждого пиксела показывают градации серого: 0 – черный, 255 – белый. Если указан Indexed Color, то каждое значение привязывается к определенному цвету, который вы можете выбрать сами. В этом случае изображение может содержать не более 256 цветов (см. раздел "Индексированные цвета" далее в этой лекции).

В режиме RGB, Lab или CMYK цвет каждого пиксела определяется несколькими 8-битовыми величинами. Например, в RGB-изображении каждый пиксел описан тремя значениями, каждое из которых показывает уровень яркости красного, зеленого и синего каналов (см. рис. 3.3). В режиме CMYK изображение состоит из четырех 8-битовых каналов.

Открыв любой из каналов, вы увидите изображения в градациях серого. Цветное изображение получается в результате закраски каналов соответствующими цветами и наложения их друг на друга.

В обычных условиях вам не надо указывать программе, какой из цветовых режимов использовать в каждом конкретном случае: форматы файла, которые распознает Photoshop, имеют встроенный декодер, определяющий цветовой режим изображения автоматически. Но если вы хотите сделать свою работу в Photoshop осмысленной, вы должны разбираться в цветовых режимах и соответствующих им цветовых моделях. (Цветовые модели подробно рассмотрены в лекции 4, "Основы работы с цветом").

Далее в этой лекции мы рассмотрим каждый из цветовых режимов Photoshop и их назначение.

Разрешение

Разрешение – это один из самых распространенных терминов в сфере настольных издательских систем, вместе с тем вызывающий наибольшее недопонимание. Его употребляют, говоря о сканерах и принтерах, изображениях и мониторах, полутоновых растрах и множестве других вещей, какие только можно притянуть к этой теме. А потом удивляются, откуда путаница. Не бойтесь: разрешение – это просто.

Как уже отмечалось, растровое изображение в его исходном цифровом состоянии не имеет физического размера – это всего лишь набор пикселов. Но без расшифровки нулей и единиц увидеть его невозможно. Когда вы придаете изображению осязаемую форму – пусть это будет эфемерное представление на экране или печатная копия, – оно обретает физический размер. А физический размер влечет за собой разрешение.

Разрешение растрового изображения – это количество пикселов на единицу измерения. Если вы пользуетесь дюймами, значит речь идет о пикселах на дюйм (ppi) – часто именно это имеют в виду те, кто говорят о количестве "точек на дюйм" (dpi).

Изображение в 72 пиксела на дюйм с шириной и высотой по 72 пиксела представляет собой квадрат со стороной в один дюйм. Если его напечатать в половинном размере, количество пикселов все равно останется тем же, но они будут уменьшены, уместившись в половину прежнего пространства, и тогда на дюйм придется 144 пиксела. Если разрешение понизить до 36 пикселов на дюйм, размер изображения составит 2 х 2 дюйма – число пикселов останется тем же, но каждый станет вдвое больше (см. рис. 3.5).

Масштаб и разрешение