رسومات نقطية

الموسوعة الحرة
الوجه المبتسم في الزاوية العلوية اليسرى عبارة عن صورة نقطية. عند تكبيرها، تظهر كل بكسل على شكل مربعات. وعند تكبيرها أكثر، يمكن تحليل كل بكسل، حيث تتكون ألوانه من خلال دمج قيم الأحمر والأخضر والأزرق.

في مجال رسومات الحاسوب والتصوير الرقمي ، تُعرف الصورة النقطية بأنها صورة رقمية تتكون من شبكة مستطيلة من وحدات بكسل صغيرة ملونة (عادةً مربعة) . على عكس الرسومات المتجهة التي تستخدم معادلات رياضية لوصف الأشكال والخطوط، تخزن الصور النقطية اللون الدقيق لكل بكسل، مما يجعلها مثالية للصور الفوتوغرافية والصور ذات الألوان والتفاصيل المعقدة. تتميز الصور النقطية بأبعادها (العرض والارتفاع بالبكسل) وعمق اللون (عدد البتات لكل بكسل ). [ 1 ] يمكن عرضها على شاشات الحاسوب ، أو طباعتها على الورق ، أو مشاهدتها على وسائط أخرى، وتُخزن بتنسيقات ملفات صور متنوعة .

تُعرف صناعات الطباعة وما قبل الطباعة الرسومات النقطية باسم " الألوان المتصلة " ( contones ) . في المقابل، عادةً ما يتم تنفيذ الرسومات الخطية كرسومات متجهة في الأنظمة الرقمية. [ 2 ]

تحويل الصورة إلى تنظيم نقطي مخفي (وهي عملية مكلفة نسبيًا للتنسيقات المضغوطة التي تحتوي على أقل من بايت واحد لكل بكسل)؛ وتكوين انعكاس خط نقطي إضافي (شبه مجاني)، سواء قبل ذلك أو بعده، يصل إلى تدوير الصورة 90 درجة في اتجاه واحد أو آخر.

ترتبط العديد من عمليات معالجة الصور النقطية مباشرة بالصيغ الرياضية للجبر الخطي ، حيث تعتبر الكائنات الرياضية ذات بنية المصفوفة ذات أهمية مركزية.

قد تكون البيانات النقطية أو الشبكية نتيجة لعملية إنشاء شبكة .

أصل الكلمة

كلمة "raster" مشتقة من الكلمة اللاتينية rastrum (مجرفة)، والتي بدورها مشتقة من الفعل radere (يكشط). ​​وتعود أصولها إلى المسح النقطي لشاشات الفيديو ذات أنبوب أشعة الكاثود (CRT) ، والتي ترسم الصورة سطرًا بسطر عن طريق توجيه شعاع إلكتروني مركز مغناطيسيًا أو كهروستاتيكيًا . [ 3 ] ويمكن أن تشير أيضًا، بالمعنى المجازي، إلى شبكة مستطيلة من البكسلات. أما كلمة rastrum الحديثة فتشير إلى جهاز رسم خطوط المدرج الموسيقي.

نموذج البيانات

رسم بياني نقطي بسيط

تعتمد الاستراتيجية الأساسية لنموذج بيانات الصور النقطية على تقسيم سطح مستوٍ إلى مصفوفة ثنائية الأبعاد من المربعات، يُطلق على كل منها اسم خلية أو بكسل (من "عنصر الصورة"). في التصوير الرقمي ، يُمثل السطح المستوي المجال المرئي كما يُسقط على مستشعر الصورة ؛ وفي فنون الحاسوب ، يُمثل السطح المستوي لوحةً افتراضية؛ وفي نظم المعلومات الجغرافية ، يُمثل السطح المستوي إسقاطًا لسطح الأرض. حجم كل بكسل مربع، المعروف بالدقة أو الدعم ، ثابت عبر الشبكة.

يتم تخزين قيمة عددية واحدة لكل بكسل. في معظم الصور، تكون هذه القيمة لونًا مرئيًا، ولكن توجد قياسات أخرى ممكنة، حتى رموز عددية للفئات النوعية. لكل شبكة نقطية تنسيق بكسل محدد ، وهو نوع البيانات لكل رقم. تنسيقات البكسل الشائعة هي الثنائي ، وتدرج الرمادي ، والألوان المتدرجة ، والألوان الكاملة ، حيث يحدد عمق اللون [ 4 ] دقة الألوان المُمثلة، ويحدد فضاء اللون نطاق تغطية اللون (والذي غالبًا ما يكون أقل من النطاق الكامل لرؤية الألوان البشرية ). تُمثل معظم تنسيقات الصور النقطية الملونة الحديثة اللون باستخدام 24  بت (أكثر من 16  مليون لون مميز)، مع 8  بت (قيم من 0 إلى 255) لكل قناة لونية (الأحمر والأخضر والأزرق). غالبًا ما تكون المستشعرات الرقمية المستخدمة في الاستشعار عن بُعد وعلم الفلك قادرة على اكتشاف وتخزين أطوال موجية تتجاوز الطيف المرئي . يلتقط مستشعر CCD الكبير ذو الصور النقطية في مرصد فيرا سي روبين  3.2 جيجابكسل في صورة واحدة (6.4  جيجابايت خام )، عبر ست قنوات لونية تتجاوز النطاق الطيفي لرؤية الألوان البشرية.

الاستخدامات

تخزين الصور

استخدام صورة نقطية لتلخيص نمط نقطي

تُخزَّن معظم صور الحاسوب بتنسيقات الرسومات النقطية أو بصيغ مضغوطة، مثل GIF و JPEG و PNG ، وهي شائعة الاستخدام على شبكة الإنترنت العالمية . [ 4 ] [ 5 ] تعتمد بنية البيانات النقطية على تقسيم السطح ثنائي الأبعاد إلى خلايا (عادةً مستطيلة أو مربعة) ، تحتوي كل منها على قيمة واحدة. ولتخزين البيانات في ملف، يجب تسلسل المصفوفة ثنائية الأبعاد. الطريقة الأكثر شيوعًا لذلك هي التنسيق الصفّي ، حيث تُدرج خلايا الصف الأول (عادةً العلوي) من اليسار إلى اليمين، متبوعةً مباشرةً بخلايا الصف الثاني، وهكذا.

في المثال على اليمين، تُوضع خلايا التبليط A فوق نمط النقاط B، مما ينتج عنه مصفوفة C من أعداد الأرباع التي تمثل عدد النقاط في كل خلية. ولأغراض التوضيح، استُخدم جدول بحث لتلوين كل خلية في الصورة D. فيما يلي الأرقام كمصفوفة تسلسلية مرتبة حسب الصفوف:

1 3 0 0 1 12 8 0 1 4 3 3 0 2 0 2 1 7 4 1 5 4 2 2 0 3 1 2 2 2 2 3 0 5 1 9 3 3 3 4 5 0 8 0 2 4 3 2 8 4 3 2 2 7 2 3 2 10 1 5 2 1 3 7

لإعادة بناء الشبكة ثنائية الأبعاد، يجب أن يتضمن الملف قسمًا رأسيًا في بدايته يحتوي على الأقل على عدد الأعمدة ونوع بيانات البكسل (وخاصةً عدد البتات أو البايتات لكل قيمة) لكي يعرف القارئ أين تنتهي كل قيمة ليبدأ قراءة القيمة التالية. قد تتضمن الرؤوس أيضًا عدد الصفوف، ومعلمات الإسناد الجغرافي للبيانات الجغرافية، أو علامات بيانات وصفية أخرى ، مثل تلك المحددة في معيار Exif .

ضغط

تحتوي شبكات الصور النقطية عالية الدقة على عدد كبير من البكسلات، وبالتالي تستهلك مساحة تخزين كبيرة. وقد أدى ذلك إلى ظهور طرق متعددة لضغط حجم البيانات إلى ملفات أصغر. وتتمثل الاستراتيجية الأكثر شيوعًا في البحث عن أنماط أو اتجاهات في قيم البكسلات، ثم تخزين شكل مُعَلم من النمط بدلًا من البيانات الأصلية. تشمل خوارزميات ضغط الصور النقطية الشائعة ترميز طول التشغيل (RLE)، و JPEG ، وLZ (الأساس لـ PNG و ZIP )، و Lempel-Ziv-Welch (الأساس لـ GIF )، وغيرها.

على سبيل المثال، يبحث ترميز طول التشغيل عن القيم المتكررة في المصفوفة، ويستبدلها بالقيمة وعدد مرات ظهورها. وبالتالي، سيتم تمثيل الصورة النقطية أعلاه على النحو التالي:

قيم13011280143...
الأطوال1121111112...

تُعد هذه التقنية فعالة للغاية عندما تكون هناك مساحات كبيرة ذات قيم متطابقة، مثل الرسم الخطي، ولكن في صورة فوتوغرافية حيث تكون وحدات البكسل عادةً مختلفة قليلاً عن جيرانها، فإن ملف RLE سيكون حجمه ضعف حجم الملف الأصلي.

بعض خوارزميات الضغط، مثل RLE وLZW، لا تُفقد البيانات، حيث يمكن استعادة قيم البكسل الأصلية بدقة تامة من البيانات المضغوطة. أما خوارزميات أخرى، مثل JPEG، فتُفقد البيانات ، لأن الأنماط المُعَلمة تُمثل تقريبًا لقيم البكسل الأصلية، وبالتالي لا يمكن تقدير هذه القيم إلا من البيانات المضغوطة.

تحويل الصور النقطية إلى صور متجهة

يمكن تحويل الصور المتجهة (الخطوط) إلى صور نقطية (بكسلات)، وتحويل الصور النقطية إلى صور متجهة (رسومات متجهة)، باستخدام البرامج. في كلتا الحالتين، تُفقد بعض المعلومات، على الرغم من أن بعض عمليات التحويل إلى صور متجهة يمكنها استعادة المعلومات المهمة، كما هو الحال في تقنية التعرف الضوئي على الأحرف .

شاشات العرض

استخدمت أجهزة التلفزيون الميكانيكية المبكرة التي طُوّرت في عشرينيات القرن الماضي مبادئ التنميط النقطي. أما أجهزة التلفزيون الإلكترونية التي تعتمد على شاشات أنبوب أشعة الكاثود ، فتُمسح ضوئياً نقطياً، حيث تُرسَم الخطوط النقطية الأفقية من اليسار إلى اليمين، وتُرسَم خطوط التنميط النقطي من الأعلى إلى الأسفل.

لا تزال شاشات العرض المسطحة الحديثة، مثل شاشات LED، تستخدم تقنية المسح النقطي. كل بكسل على الشاشة يقابله عدد قليل من البتات في الذاكرة. [ 6 ] يتم تحديث الشاشة ببساطة عن طريق مسح البكسلات وتلوينها وفقًا لكل مجموعة من البتات. ونظرًا لأهمية سرعة التحديث، غالبًا ما يتم تنفيذه بواسطة دوائر مخصصة، عادةً كجزء من وحدة معالجة الرسومات .

باستخدام هذا النهج، يحتوي الحاسوب على منطقة ذاكرة تخزن جميع البيانات المراد عرضها. يقوم المعالج المركزي بكتابة البيانات في هذه المنطقة من الذاكرة، ويقوم متحكم الفيديو بجمعها منها. ترتبط بتات البيانات المخزنة في هذه الكتلة من الذاكرة بالنمط النهائي للبكسلات التي ستُستخدم لإنشاء صورة على الشاشة. [ 7 ]

تم اختراع شاشة عرض ممسوحة ضوئياً بتقنية رسومات الحاسوب النقطية في أواخر الستينيات من القرن الماضي على يد أ. مايكل نول في مختبرات بيل ، [ 8 ] ولكن تم التخلي عن طلب براءة الاختراع المقدم في 5 فبراير 1970 في المحكمة العليا عام 1977 بسبب مسألة قابلية برامج الحاسوب للحصول على براءة اختراع. [ 9 ]

الطباعة

خلال سبعينيات وثمانينيات القرن الماضي، كانت أجهزة الرسم بالقلم ، التي تستخدم الرسومات المتجهة ، شائعة لإنشاء رسومات دقيقة، خاصةً على الورق كبير الحجم. مع ذلك، ومنذ ذلك الحين، تقوم جميع الطابعات تقريبًا بإنشاء الصورة المطبوعة كشبكة نقطية، بما في ذلك طابعات الليزر والحبر النفاث . عندما تكون المعلومات المصدرية متجهة، تُستخدم مواصفات العرض وبرامج مثل PostScript لإنشاء الصورة النقطية.

الصور النقطية ثلاثية الأبعاد

تُستخدم رسومات فوكسل ثلاثية الأبعاد في ألعاب الفيديو، كما تُستخدم أيضًا في التصوير الطبي مثل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي . [ 10 ]

نظم المعلومات الجغرافية

تُمثَّل الظواهر الجغرافية عادةً بصيغة نقطية في نظم المعلومات الجغرافية . تُربط الشبكة النقطية جغرافيًا ، بحيث يُمثِّل كل بكسل (يُسمى عادةً خلية في نظم المعلومات الجغرافية لأن كلمة "صورة" في "بكسل" غير ذات صلة) منطقة مربعة من الفضاء الجغرافي. [ 11 ] تُمثِّل قيمة كل خلية خاصية قابلة للقياس ( نوعية أو كمية ) لتلك المنطقة، والتي تُصنَّف عادةً على أنها حقل . من أمثلة الحقول التي تُمثَّل عادةً في الصور النقطية: درجة الحرارة، والكثافة السكانية، ورطوبة التربة، والغطاء الأرضي، وارتفاع السطح، وما إلى ذلك. يُستخدم نموذجان لأخذ العينات لاستخلاص قيم الخلايا من الحقل: في الشبكة ، تُقاس القيمة عند النقطة المركزية لكل خلية؛ وفي الشبكة ، تكون القيمة عبارة عن ملخص (عادةً ما يكون المتوسط ​​أو المنوال) للقيمة على كامل الخلية.

دقة

تعتمد الرسومات النقطية على الدقة، أي أنها لا تستطيع التوسع إلى دقة معينة دون فقدان الجودة الظاهرة . وتتناقض هذه الخاصية مع إمكانيات الرسومات المتجهة، التي تتكيف بسهولة مع جودة الجهاز الذي يعرضها . تُستخدم الرسومات النقطية بشكل عملي أكثر من الرسومات المتجهة مع الصور الفوتوغرافية والصور الواقعية، بينما تُعد الرسومات المتجهة أفضل في كثير من الأحيان للتنضيد أو التصميم الجرافيكي . تعرض شاشات الكمبيوتر الحديثة عادةً ما بين 72 و130 بكسل لكل بوصة (PPI)، ويمكن لبعض طابعات المستهلك الحديثة عرض 2400 نقطة لكل بوصة (DPI) أو أكثر؛ وقد يُمثل تحديد دقة الصورة الأنسب لدقة طابعة معينة تحديًا، نظرًا لأن المخرجات المطبوعة قد تحتوي على مستوى تفاصيل أعلى مما يستطيع المشاهد تمييزه على الشاشة. عادةً ما تكون دقة 150 إلى 300 بكسل لكل بوصة مناسبة للطباعة بأربعة ألوان ( CMYK ).

مع ذلك، بالنسبة لتقنيات الطباعة التي تُجري مزج الألوان عبر التظليل ( التنقيط النصفي ) بدلاً من الطباعة المتراكبة (جميع طابعات الحبر والليزر المنزلية والمكتبية تقريبًا)، فإن دقة الطباعة (DPI) ودقة الصورة (PPI) لهما معنى مختلف تمامًا، وقد يكون هذا مُضللاً. فبما أن الطابعة، من خلال عملية التظليل، تُنشئ بكسلًا واحدًا للصورة من عدة نقاط مطبوعة لزيادة عمق اللون ، يجب ضبط إعداد DPI للطابعة على قيمة أعلى بكثير من PPI المطلوبة لضمان عمق لون كافٍ دون التضحية بدقة الصورة. وبالتالي، على سبيل المثال، قد تتطلب طباعة صورة بدقة 250 PPI في الواقع إعداد طابعة بدقة 1200 DPI. [ 12 ]

برامج تحرير الصور النقطية

تعتمد برامج تحرير الصور النقطية، مثل PaintShop Pro و Corel Painter و Adobe Photoshop و Paint.NET و Microsoft Paint و Krita و GIMP ، على تحرير وحدات البكسل ، على عكس برامج تحرير الصور المتجهة، مثل Xfig و CorelDRAW و Adobe Illustrator و Inkscape ، التي تعتمد على تحرير الخطوط والأشكال (المتجهات). عند معالجة صورة في برنامج تحرير صور نقطي، تتكون الصورة من ملايين البكسلات. ويعمل هذا البرنامج أساسًا من خلال معالجة كل بكسل على حدة. [ 5 ] تستخدم معظم برامج تحرير الصور النقطية [ 13 ] نموذج ألوان RGB ، ولكن بعضها يسمح أيضًا باستخدام نماذج ألوان أخرى، مثل نموذج ألوان CMYK . [ 14 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "مقدمة في رسومات الحاسوب، القسم 1.1 - الرسم والتلوين" . math.hws.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25-08-2024 .
  2. ↑ "براءة الاختراع الأمريكية رقم US6469805 - ضوابط معالجة الصور النقطية لطباعة الصور الرقمية الملونة" . Google.nl. مؤرشفة من الأصل في 5 ديسمبر 2014. تم الاطلاع عليها في 30 نوفمبر 2014 .
  3. ↑ باخ، مايكل؛ ميجن، توماس؛ ستراسبورغر، هانز (1997). "أنابيب أشعة الكاثود ذات المسح النقطي لأبحاث الرؤية - حدود الدقة في المكان والزمان والشدة، وبعض الحلول". الرؤية المكانية . 10 (4): 403-414 . doi : 10.1163/156856897X00311 . PMID 9176948 . 
  4. 1 2 " أنواع الصور النقطية" . وثائق مايكروسوفت . مايكروسوفت. 29 مارس 2017. مؤرشف من الأصل في 2 يناير 2019. تم الاسترجاع في 1 يناير 2019. يحدد عدد البتات المخصصة لكل بكسل عدد الألوان التي يمكن تعيينها لهذا البكسل. على سبيل المثال، إذا تم تمثيل كل بكسل بـ 4 بتات، فيمكن تعيين لون واحد من بين 16 لونًا مختلفًا لكل بكسل (2^4 = 16).
  5. ١ ٢ "الصور النقطية مقابل الصور المتجهة" . تحويلات غوميز غرافيكس المتجهة. مؤرشف من الأصل في ٥ يناير ٢٠١٩. تم الاسترجاع في ١ يناير ٢٠١٩. تُنشأ الصور النقطية باستخدام برامج تعتمد على البكسل أو تُلتقط بواسطة كاميرا أو ماسح ضوئي. وهي أكثر شيوعًا بشكل عام، مثل jpg و gif و png، وتُستخدم على نطاق واسع على الإنترنت.
  6. ↑ "عرض الصور النقطية" . FOLDOC. 15-05-2002. مؤرشف من الأصل في 16 يونيو 2018. تم الاسترجاع في 30 نوفمبر 2014 .
  7. ↑ موراي، ستيفن. " الأجهزة الرسومية ". علوم الحاسوب ، تحرير روجر ر. فلين، المجلد 2: البرمجيات والأجهزة، ماكميلان ريفرنس يو إس إيه، 2002، الصفحات 81-83. كتب غيل الإلكترونية . تاريخ الوصول: 3 أغسطس 2020.
  8. ↑ نول، أ. مايكل (مارس 1971). "رسومات الحاسوب ذات العرض الممسوح ضوئيًا" . اتصالات رابطة آلات الحوسبة . 14 (3): 143-150 . doi : 10.1145/362566.362567 . S2CID 2210619 . 
  9. ↑ "براءات الاختراع" . Noll.uscannenberg.org. مؤرشف من الأصل بتاريخ 22 فبراير 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 نوفمبر 2014 .
  10. ↑ "الفصل الأول" . Cis.rit.edu. مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 ديسمبر 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 نوفمبر 2014 .
  11. ↑ بولستاد، بول (2008). أساسيات نظم المعلومات الجغرافية: نص تمهيدي حول نظم المعلومات الجغرافية ( الطبعة الثالثة). دار إيدر للنشر. ص 42.  
  12. ↑ فولتون، واين (10 أبريل 2010). "دقة طابعة الألوان" . بعض نصائح المسح الضوئي . مؤرشف من الأصل في 5 أغسطس 2011. تم الاطلاع عليه في 21 أغسطس 2011 .
  13. ↑ توكر، لوغان (2022-02-02). "فوتوشوب مقابل كوريل درو: أيهما أفضل لمحرري الرسومات؟" . MUO . تم الاسترجاع في 2024-07-13 .
  14. ↑ "أساسيات الطباعة: RGB مقابل CMYK" . HP Tech Takes . HP. ١٢ يونيو ٢٠١٨. مؤرشف من الأصل في ٢ يناير ٢٠١٩. تم الاطلاع عليه في ١ يناير ٢٠١٩. إذا كان المستخدمون سيشاهدون الصورة على شاشة كمبيوتر، فاختر RGB. أما إذا كنت ستطبعها، فاستخدم CMYK. (نصيحة: في Adobe® Photoshop®، يمكنك الاختيار بين قنوات ألوان RGB وCMYK بالانتقال إلى قائمة "صورة" ثم تحديد "الوضع").