Меню

Сравнение возможностей растровых графических редакторов



VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2015

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ОБЗОР РАСТРОВЫХ И ВЕКТОРНЫХ РЕДАКТОРОВ

В настоящее время на рынке программного обеспечения представлено достаточно большое количество разнообразных графических редакторов, служащих для создания и обработки цифровых изображений.

Графические редакторы подразделяются:

По типу: нарастровые, векторные и 3D.

По цене:набесплатные, условно-бесплатные и платные.

По платформе: для определенной платформы и кроссплатформенные.

Возможности разных графических редакторов существенно различаются, при соблюдении только базового общего функционала. Те графические редакторы, которые обеспечивают наиболее полный функционал, обычно платные и довольно сложны в освоении, а простые и бесплатные могут не отвечать ряду требований пользователя. Целью данного обзора является обеспечение помощипри выборе графического редактора для решения той или иной распространенной задачи обработки растрового изображения.

Особенности растрового изображения.

Существует два способа обработки и хранения графической информации.

Векторное изображение состоит из набора т.н. графических примитивов – точек, линий, многоугольников и т.д. Каждый графический примитив является графическим изображением той или иной математической функции. Такой способ хранения графики не зависит от реального размера изображения. Благодаря этому,при любом масштабе векторное изображение выглядит аккуратно. В ряде случаев, это также означает малый размер файла, т.к. для векторной графики кодируется лишь числовые значения нескольких математических функций. Из недостатков векторной графики можно отметить большую сложность представления в векторе сложных изображений, высокую нагрузку на вычислительные мощности ПК и потерю преимуществ для маленьких изображений.

В отличие от векторной графики, растровое изображение состоит из матрицы простейших прямоугольных элементов – пикселей, каждый из которых имеет свой цвет. В растровом файле для каждого пикселя кодируется три значения – две его координаты по Xи Y, а также число, отвечающее за его цвет. Для кодирования координаты на экране более чем достаточно двухбайтового числа, т.к. мониторов, имеющих разрешение более чем 2 16 = 65536 точке, еще несуществует.Но для хранения цветовой составляющей, в зависимости от требуемой точности передачи цвета, может потребоваться значительные значения, которые при умножении на большое количество пикселей (типичное изображение имеет 1280×1024 пикселя) может дать значительные объемы требуемого дискового пространства. Кроме того, при увеличении растрового изображения, пиксели не масштабируются, а просто увеличиваются, что становится причиной появления неровностей изображения уже при небольших увеличениях или даже проявления его “ступенчатости” при больших. Но обработка самого растрового массива обычно не вызывает большой вычислительной сложности ПК.

Цветовые модели в растровом изображении.

Способ кодирования цвета в растровом изображении называется цветовой моделью. Большинство цветовых моделей кодирует цвет в виде кортежа из трех или четырех значений, называемых цветовыми компонентами или цветовыми координатами. Возможность представлять изображение в различных цветовых моделях – очень важная характеристика растрового графического редактора.

Индексированное изображение. В то время как в классической реализации цветовой модели используются раздельные цветовые координаты, существует способ экономии памяти, которую занимает изображение, существенно ограничивая доступную палитру цветов. При этом составляется индексированная таблица готовых цветов и оттенков, и в качестве единственной цветовой координаты изображения записывается код из данной таблицы. Сама таблица может быть после этого как встроена в заголовок файла изображения, так и быть унифицированной (например, универсальная таблица Web-цветов). Такой способ позволяет существенно снижать размер файла изображения, но делает ограниченным число доступных цветов. При малых индексированных таблицах это негативно влияет на качество изображения.

RGB – от лат. Red-Greed-Blue («Красный-Зеленый-Синий»). Цветовая модель, служащая для вывода изображения на экраны мониторов и других цифровых устройств. Модель RGB предполагает, что вся палитра цветов складываетсяиз светящихся точек, имеющих по три световые компоненты – красную, зеленую и синюю. На кодирование каждой компоненты выделяется 1 байт памяти (число от 0 до 255 в десятичной, или до FFв шестнадцатеричной системе счисления). Таким образом, RGBцвет кодируется 3 байтами и обеспечивает передачу более чем 16 миллионов цветов и оттенков (256x256x256). Черный цвет при этом считается не светящейся точкой, и все три его цветовые компоненты равны нулю, а белый – наиболее ярко светящаяся точка и все его цветовые компоненты равны FF (255). RGBпалитра широко используется в htmlи многих других системах задания цвета, для вывода его на экран цифрового устройства.

CMYK– отлат. Cyan, Magenta, Yellow, Key-color («Голубой — Пурпурный – Желтый — Ключевой». Эта цветовая модель наиболее предпочтительна для цветной печати, так как точнее отражает реальный физический механизм образования цвета. Дело в том, что реальные материалы (например, бумага) не светятся сами по себе, а только отражают свет. Поэтому гораздо удобнее вычитать из условно белого естественного света световые компоненты, отраженные покрашенной поверхностью, чем прибавлять цвета к абстрактному черному фону. Ключевой цвет (черный) при этом отображается в качестве эталонного черного цвета, вместо смешения трех основных компонент CMY, т.к. в реальных условиях получить глубокий черный цвет смешением этих компонент практически невозможно. Несмотря на то, что CMYKмодель кодируется более длинным двоичным числом, эта модель передает меньшее количество оттенков, чем RGB, и потому широко применяется только для вывода изображения на печать.

LABмодель. В этой модели числовое значение светлости цвета отделено от значений его хроматической составляющей (тон и насыщенность). Первая координата (L) в этой модели задает светлость цвета в диапазоне от 0 до 100.

А две остальные цветовые координаты (A и B) задают сам цвет в диапазоне от зеленого до пурпурного (A) и от синего до желтого (B).

Читайте также:  Bradex kz 0561 обзор сравнение

В отличие от моделей RGBи CMYK, которые задают, по сути, программные условия для воспроизведения цвета, модель LABоднозначно определяет сам цвет. Поэтому модель LABнашла широчайшее применение в растровых графических редакторах в качестве промежуточного цветового пространства, через которое происходит конвертирование цветов между другими цветовыми моделями (например, между RGBи LAB). Кроме того, свойства LABмодели делают ее мощным инструментом цветовой коррекции. Графические редакторы, поддерживающие обработку изображения в модели LAB, без труда позволяют скорректировать яркость изображения (например, цифровой фотографии), цветовой оттенок, произвести имитацию различного типа освещения при фотографировании, и успешно бороться с цветовым шумом на фотографиях.

HSB модель. Является аналогом RGB, но отличается от нее системой цветовых координат. В HSB модели любой цвет задается тремя составляющими – тоном (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brightness). Тон – это, собственно, сам цвет. Эта координата задает положение цвета по градиентной радужной шкале. Насыщенность определяет, сколько к данному тону добавляется белой краски, а яркость – процент примеси черной краски. Описание цветов в модели HSB не соответствует цветам, воспринимаемым глазом. Человеческий глаз воспринимает цвета, имеющие различную яркость. Но в HSBвсе основные цвета (канал Hue) считаются имеющими 100% яркость.

Модель HSBзаявлена как аппаратно-независимая, однако, строго говоря, это не совсем так. В любом случае, при печати изображение в HSBбудет конвертировано в CMYK, а для вывода на экран – в RGB. А поскольку любое конвертирование не обходится без потерь, HSBмодель применяется редко.

Основные форматы растровых изображений.

Метод организации и сжатия в файл готового массива пикселей, заданных координатами и цветом в той или иной модели, называется форматом изображения. Различные форматы появлялись в разное время, и имеют различную сложность и применимость. Поэтому важным показателем хорошего графического редактора является также то, какие форматы он поддерживает.

BMP(bitmap, битовая карта). В данном формате каждый пиксель кодируется группой координат – двумя координатами в пространстве на экране (Xи Y) и тремя цветовыми координатами в формате RGB. Причем формат RGBпозволяет выбирать длину двоичного слова, кодирующего каждую цветовую координату, таким образом, управляя размером палитры и качеством картинки. Длина кода цветовой координаты записывается в заголовке, поэтому сплошной массив двоичных данных в основном теле файла «разбирается» просмотрщиком или редактором как группы двоичных слов заданной длины.

Этот формат разработан корпорацией Microsoft и является стандартным форматом по умолчанию для графического редактора Paint. Формат BMPне поддерживает хранение нескольких слоев изображения, а прозрачность поддерживается косвенно, и потому поддержка прозрачности для BMPформата отсутствует в большинстве растровых графических редакторов.

PCX. Этот формат использует несложный алгоритм сжатия изображений, который обеспечивает быструю передачу массива пикселей из файла в видеопамять и обратно. Это сделало данный формат одним из наиболее популярных форматов для сканеров и прочих цифровых устройств, обеспечивающих передачу растровых изображений. Также этот формат используют многие графические редакторы, включая Paint.

Для сжатия изображения формата PCXприменяется метод группового кодирования, при котором группа повторяющихся байт заменяется двумя байтовыми словами: байтом-повторителем и байтовым словом. Число повторений в этом алгоритме кодируется в байте-повторителе.

Формат GIF при довольно простой структуре файла используется более эффективный, чем PCX, алгоритм сжатия изображения. Кроме того, в этом формате поддерживается значительное число опциональных настроек изображения, создание индексной таблицы цветов, поддержку прозрачности, алгоритмчересстрочной развёрстки, обеспечивающий экономию памяти при незначительной визуальной потери качества. Все это делает формат GIFнаиболее популярным для размещения графических изображений в сети Internet.

TIF (Tag Image File Format). Основной областью применения данного формата является издательская деятельность, а сам формат широко используется в связанных с ней приложениях. Данный формат поддерживает множество атрибутов, позволяющих точно описать сложение изображения. Нередко данный формат используется для хранения отсканированных изображений, что обеспечивает возможность получить из единого «исходника» несколько вариантов.

Формат JPGиспользует специальный алгоритм сжатия изображения, который позволяет выбирать желаемую степень сжатия и качества. При этом качество изображения снижается. Кроме того, данный формат не поддерживает прозрачность. Но малый размер файла изображения в формате JPGделает его фактически стандартом для хранения больших банков художественных изображений и фотоархивов, а также популярным для размещения в сети Internet.

PNG формат (PortableNetworkGraphics) – формат сжатия изображения без потери качества, который разрабатывался как свободный формат для замены GIF. В отличие от GIF, PNGподдерживает двухмерную чересстрочную разверстку, практически неограниченную палитру и ряд других возможностей.

TGAформат – растровый графический формат, разработанный компанией TruevisionInc. для графических адаптеров собственного производства в 1984 г. В настоящее время этот формат стал популярным на многих платформах, но в основном в области обработки видео и анимации.

Существует и множество других форматов хранения растровых изображений. Например, графический редактор AdobePhotoshopвключает в себя собственный формат хранения изображений PSDбез потери качества и с поддержкой прозрачности и слоев. Однако большой размер файла в этом формате делает его пригодным только для хранения «исходников» различных графических работ, которые должны обеспечивать возможность вернуться впромежуточным результатам редактирования. Поддержка всех стандартных форматов и наличие собственных форматов, обеспечивающих хранение «исходников», это важные черты хороших графических редакторов.

Функциональные возможности растровых графических редакторов.

Практически все растровые графические редакторы позволяют выполнять ряд «ожидаемых» от них действий. Например:

Масштабирование, изменение размеров, поворот изображения.

Рисование на изображении графических примитивов.

Добавление и редактирование текста в растровом и/или векторном виде.

Поддержка инструментов рисования («карандаш», «кисть», «ластик»).

Читайте также:  Степени сравнения прилагательных во французском языке упражнения для начинающих

Выделение и копирование в буфер части изображения.

Поддержка хотя бы в 2-3 основных форматов файлов.

Вывод изображения на печать.

Отсутствие у программы работы с графикой этих возможностей заставляет подвергнуть сомнению ее принадлежность к классу графических редакторов и отнести ее к классу программ попроще – просмотрщиков, грабберов и т.д. Тем более что некоторые из современных развитых просмотрщиковпозволяют выполнять эти действия не хуже редакторов, что стирает грань между этими двумя классами программ. Поэтому важным показателем хорошего графического редактора становится поддержка следующих развитых функций, наличие которых является критическим требованием для ряда задач и категорий пользователей:

Выборочное редактирование – это возможность редактировать, применять фильтры, цветокоррекцию и прочие функции не ко всему изображению целиком, а только к выделенной его части.

Поддержка слоев – возможность совмещать на едином поле изображения несколько взаимно-перекрываемых слоев (отдельных изображений), которые могут обладать свойствами прозрачности (отсутствия части изображения),полу-прозрачности, наложения цвета и свечения. Поддерживающий слои графический редактор должен позволять рассчитывать итоговое изображение (проекцию), учитывая влияние каждого слоя, позволять отключать, редактировать по отдельности и менять взаимное расположение слоев относительно друг друга.

Построение гистограммы. Гистограмма – это график статистического распределения элементов цифрового изображения с различной яркостью, в котором по горизонтальной оси представлена яркость, а по вертикали — относительноечисло пикселов с конкретным значением яркости.

Гистограмма является бесценным инструментом для фотографов. Изучив ее, можно получить общее представление о правильности экспозиции, контрасте и цветовом насыщении снимка. Оценить требуемую коррекцию при обработке изображения в графическом редакторе.

Поддержка скриптов. В хорошем графическом редакторе может быть встроен высокоуровневый язык программирования для написания сценариев – последовательностей команд, задающих действия, которые редактор должен выполнить над одним изображением или их группой в пакетном режиме.

ПоддержкаHDR (High Dynamic Range Imaging). Этот термин обозначает технологию обработки изображений, имеющих диапазон яркости, превышающий максимально допустимый для ряда устаревших форматов.

Например, стандарт sRGB, основанный на модели RGB, позволяет задать максимальное отношение самого яркого пикселя к самому темному (но еще не полностью черному) примерно 3000:1, в то время как реальные сцены могут иметь это отношение порядка 1000000:1, и при этом человеческий глаз еще будет различать детали в темных участках. Технология HDRпозволяет графическому редактору устранить это историческое ограничение форматов.

Ретуширование изображения – встроенные инструменты для мелкой, косметической коррекции деталей изображения, позволяющие убрать дефекты кожи на фото, пыль на объективе, эффект красных глаз и так далее.

Кадрирование изображения – возможность изменить размеры холста изображения, убрав лишние области по краям. Кроме того, кадрирование включает в себя математические алгоритмы, позволяющие менять размер изображения и число содержащихся в нем пикселов.

Подавление шума. В серьезном графическом редакторе могут присутствовать алгоритмы для удаления или уменьшения шума. К нему относятся шумы, появляющиеся в результате несовершенства объектива, графические артефакты из-за потерь качества различных форматов или сильного сжатия, зерно и т.д.

Исправление дисторсии. Дисторсия (от лат. Distorsio – искривление) – искажение изображения, полученного при помощи оптических систем, при которых линейное увеличение изменяется по полю зрения. При этом нарушается геометрическое подобие между объектом и его изображением и возникает эффект «вогнутости» или «выгнутости» изображения. Дисторсия возникает из-за низкого качества объектива фотоаппарата и неправильного подбора линз.

Подготовка изображения к публикации и печати. У каждого устройства вывода (монитор, принтер, офсетная печатная машинка) есть свои возможности по цветовому охвату, градации оттенков и яркости выводимого изображения. Подготовка изображения к печати или иной публикации заключается приведении его к техническим возможностям адресата, при наиболее полном сохранении идеи и первоначального вида изображения. Зачастую этот процесс переходит в разряд творчества и требует специализированного инструментария в графическом редакторе.

Увеличение резкости – возможность использовать технологический прием обработки изображения, который позволяет добиться эффекта большего ощущения резкости за счет усиления контрастов на переходах между тонами.

Впрочем, этот прием не повышает резкость изображения на самом деле. Он не может восстановить детали, потерянные на разных этапах создания изображения. Этот прием только усиливает локальный контраст изображения на тех участках, на которых изначально присутствовали резкие градации цвета. Благодаря этому изображение визуально воспринимается как более резкое.

Этот прием пришел из пленочной фотографии, и является обязательной функциональной возможностью профессионального графического редактора.

Цветокоррекция – внесение изменений в цвет оригинала. При этом новый цвет каждого пикселя зависит от его старого цвета, но не зависит от окружающих его пикселей. В основном, цветокоррекцию приходится делать по следующей причине. Человеческий глаз имеет способность адаптироваться к освещению таким образом, что сохраняет восприятие цвета в большинстве случаев, внезависимости от спектрального состава освещения. Камера же фиксирует цвет без адаптации, в результате чего при просмотре фотографии цвета на ней могут существенно отличаться от того, что мы видели, когда фотографировали. Также могут возникнуть проблемы с контрастом изображения, появлением вуали, выцветанием фото и прочие. Для устранения этих проблемы в графических редакторах используются алгоритмы настройки белого цвета, смещения цветовых тонов по отдельным каналам и другие механизмы цветокоррекции.

Организация изображений. Встроенный инструментарий для организации электронных фотоальбомов, фотокниг, банков фотографий. Сюда же можно отнести шаблоны для создания коллажей, возможность создать gif-анимацию, видео или слайд-шоу из серии изображений.

Поддержка плагинов. Плагин – это независимо скомпилированный программный модуль, динамически подключаемый к основной программе и расширяющий ее функциональные возможности. Серьезные графические редакторы имеют большие библиотеки плагинов, пополняемых как разработчиками редактора, так и различными сообществами. Плагины могут выполнять любые функции – добавлять различные фильтры, кисти, инструменты, средства автоматической обработки фотографий и многое другое.

Читайте также:  Google sheets диаграмма сравнения

AdobePhotoshop.Многофункциональный графический редактор, разработанный фирмой AdobeSystems. Основной его функционал связан с растровой графикой, однако имеются и некоторые векторные инструменты. Photoshopявляется лидером рынка коммерческих графических редакторов для работы с растровой графикой и наиболее известным продуктом фирмы Adobe. Он доступен для операционных систем Windows, OSX, Android, iOS и WindowsPhone.

Хотя Photoshopпрактически монополизировал профессиональный рынок, его высокая цена привела к появлению продуктов, занимающих среднюю и низшую ценовую нишу рынка. Некоторые из его конкурентов (например, GIMP) – полностью бесплатны. Для завоевания нижней ниши рынка, а также для противодействия высочайшим показателям нелегального использования, фирма Adobeразработала программы среднего и низшего классов – PhotoshopElementsи PhotoshopAlbum. Первая из них является платной урезанной версией Photoshop,а вторая бесплатна и служит для организации архивов фотографий. Но PhotoshopElements имеет так много ограничений, что практически непригоден для профессиональной работы и подготовки изображения к печати, а PhotoshopAlbumне является полноценным графическим редактором. В то же время, функциональные возможности конкурентов (в том числе, бесплатных) постоянно растут.

CorelPhoto-Paint. Растровый графический редактор, разработанный корпорацией Corel (Канада). Он не может похвастаться той же популярность, что и AdobePhotoshop, хотя и вплотную приближается к нему по техническим возможностям.Photo-Paint теряется в тени своего «старшего брата» – профессионального векторного графического редактора CorelDraw, который, как и Photoshop, является доминирующим лидером на рынке коммерческих векторных графических редакторов. CorelPhoto-Paintдаже не продается отдельно, а поставляется в комплекте с CorelDrawв пакете CorelGraphicsSuite.

Доступен на платформах Windows, MacOS.

Fotografix.Бесплатный легковесный и не требующий установки растровый графический редактор, предназначенный для быстрого редактирования изображений. Он имеет богатые функциональные возможности и предназначен, прежде всего, для редактирования графики. Его преимуществами является бесплатность, малый вес, нетребовательность к системным ресурсам компьютера, при наличии полного комплекта инструментов, требующихся для выполнения всех основных манипуляций с изображением.

Fotografixдоступен только для операционной системы MSWindows.

GIMP (GNUImageManipulationProgram) – бесплатный растровый графический редактор, с частичной поддержкой векторной графики. Проект былоснован в 1995 г., как дипломный проект Спенсера Кимбелла и Питера Маттиса,но в настоящее время GIMP поддерживается и развивается большим сообществом энтузиастов. По мнению пользователей, GIMPявляется прямым конкурентом AdobePhotoshop, хотя сами создатели проекта так не считают.

Долгое время GIMPразвивался как свободный проект с открытым кодом, для которого каждый программист мог создавать различные модули. При этом интерфейс программы разрабатывался без привлечения специалистов по эргономике. Для улучшения ситуации, GIMPбыл зарегистрирован как участник программы OpenUsability, что позволило прийти к единому видению функционала и сферы применения программы. В результате GIMPбыл определен как свободный, высококачественный, легко-расширяемый при помощи плагинов пакет для создания и редактирования экранной и веб-графики.

GIMPвходит в «поставку из коробки» операционной системы AltLinux (претендующей на роль российской национальной ОС), а также поддерживается и на других платформах: Linux, OSX, Windows, FreeBSD, Solaris, AmigaOS.

IrfanView.Это не полноценный графический редактор, а компактная по размеру программа для просмотра графических, видео и аудиофайлов. Однако набор возможностей по редактированию графических файлов вплотную приближает ее к классу графических редакторов. Программа бесплатна для некоммерческого использования. Она поддерживает практически все существующие форматы графических файлов. По утверждениям разработчиков, с 2003 года, ее загружают каждый месяц свыше миллиона пользователей. По состоянию на май 2012 года, программа была скачена более 62 миллионов раз.

Работает в среде Windowsи ReactOS.

KolourPaint.Бесплатный, свободно распространяемый простой редактор растровой графики для среды KDE, схожий по возможностям и интерфейсу с MicrosoftPaint, но выгодно отличающийся от него рядом дополнительных функций (например, поддержкой прозрачности). При создании программы одной из целей ставилась простота использования и наборы инструментов, подходящих для большинства пользователей.

Работает на Linuxи Windows (часть проекта KDEWindows).

MicrosoftPaint. Многофункциональный и простой растровый графический редактор, созданный компанией Microsoft и входящий в состав всех ОС семейства Windows, начиная с самых первых версий. Поддерживает все основные форматы графических файлов, хотя наиболее «заточен» под BMP и PCX. Из-за простоты и доступности известен практически каждому пользователю системы Windows, но из-за ряда функциональных ограничений практически не пригоден для ретуширования и серьезного редактирования графики. Используется, в основном для простого рисования мышкой.

Paint.NET.Бесплатный растровый графический редактор, написанный на языке C# под платформу .NetFramework. Первоначально распространялся с открытым кодом, но из-за нарушений чужих лицензий, был пере лицензирован и стал поставляться с закрытым кодом, хотя так и остался бесплатным. Работает под операционными системами Windowsи WindowsNT, однако, был перенесен на Mono (открытую реализацию .Net Framework), что дало возможность запустить его под Linux.

Picasa. Бесплатная программа для работы с цифровыми фотографиями, созданная компаниеLifescapeв 2002 г. В 2004 г. эта компания и все ее продукты были приобретены корпорацией Google, и программа Picasaбыла интегрирована в продукты Google – фотохостингPicasaWebAlbums, Blogger, Gmail,YouTube, GoogleEarth. Работает под операционными системами Windows, MacOSX, Linux(для последней выложен открытый код).

Pixelmator.Это многофункциональный графический редактор, разработанный для MacOSX. Распространяется на коммерческой основе. Стал первым коммерческим редактором, поддерживающим формат файлов WebPдля Macintosh. Pixelmatorиспользует OpenGLтехнологии, которые применяются в видеокартах Macintoshдля обработки изображений. Его набор инструментов позволяет отнести его к профессиональным редакторам растровой графики. Он поддерживает многие возможности и более сотни форматов файлов.

Источник