Rastry w druku wielkoformatowym

Pojęcie obrazu lub formatu rastrowego stosowane jest również w grafice komputerowej w odniesieniu do formatu mapy bitowej, składającej się z małych cząstek - pikseli. Nie ma ono nic wspólnego z rastrem drukarskim, wprowadzając nieco zamieszania terminologicznego. Najczęstszym błędem jest mylenie rozdzielczości obrazu rastrowego (pliku bitmapowego) z gęstością rastra drukarskiego, przy użyciu którego można go wydrukować.

Rastry o zmiennej wielkości plamek
W chwili pojawienia się cyfrowych urządzeń drukujących, w tradycyjnej poligrafii królował raster złożony z plamek rozłożonych regularnie na płaszczyźnie obrazu. Rysunek rastra na kliszy fotograficznej uzyskiwany był przy pomocy tafli szklanej z naciętymi w regularnych odstępach rowkami. Jedynym zmiennym elementem kształtującym jasność obrazu jest w takim wypadku wielkość plamki, z której płynnym kształtowaniem nie było kłopotów - proces miał przecież analogowy charakter.
Jednak nawet analogowa technika nie była sobie w stanie poradzić z pewnym mankamentem wynikającym wprost z praw fizyki, a związanym z regularnym rozłożeniem plamek. Mora to efekt powstający przez nałożenie się regularnych, powtarzających się wzorów. Pojawia się najczęściej w druku wielobarwnym, gdy nakłada się na siebie kilka zrastrowanych obrazów w różnych kolorach. Pomimo bardzo zaawansowanych technik zmierzających do minimalizacji tego zjawiska, jak odpowiednie ustawienia kątów rastra oraz modyfikowanie samych plamek - mora pozostanie na zawsze związana z rastrem o regularnej siatce plamek.

Rastry regularne, stosowane np. w druku offsetowym, nie pozwalają uniknąć mory. Nawet zminimalizowana poprzez odpowiednio dobrane kąty rastra na wyciągach barwnych - jest ona nadal widoczna jako wyraźna struktura - tzw. rozetka. Raster stochastyczny rozkłada się równomiernie - plamki nie łączą się w pogarszającą jakość obrazu strukturę wyższego rzędu.Po lewej: powiększony wydruk offsetowy przy rastrze o gęstości 150 lpi, po prawej: wydruk ploterowy w tej samej skali wykonany z rozdzielczością druku 720 dpi

Era cyfrowa i poziomy szarości
Tymczasem pojawiły się cyfrowe urządzenia drukujące. Pomimo wszystkich swych zalet mają one jeden podstawowy mankament - potrafią drukować tylko jedną, stałą wielkość plamki zależną od rozdzielczości urządzenia. Drukarka laserowa mająca za zadanie wydrukować obraz przy pomocy rastra o regularnej siatce i zmiennej wielkości plamki, może co najwyżej "udawać" że to robi, składając plamki rastra z owych najmniejszych plamek "drukarkowych", które jest w stanie wygenerować. Wraz z nastaniem ery cyfrowej plamka rastra nabrała "ziarnistego" charakteru i pojawiły się kłopoty z płynnym kształtowaniem jej wielkości.
Jakie są tego konsekwencje? Skoro wielkość plamki jest jedynym czynnikiem kształtującym jasność, skokowa zmiana tej wielkości musi skutkować skokową zmianą jasności obrazu - przejścia tonalne tracą płynność. Na szczęście w praktyce dla naszego oka wystarczy lubiana przez urządzenia cyfrowe ilość 256 poziomów szarości, aby skala od bieli do czerni widziana była jako płynne przejście tonalne. A zatem jeśli uda się złożyć plamkę rastra z 256 małych plamek drukarkowych, uzyskamy 257 poziomów szarości, oszukując w sposób całkowicie wystarczający nasze zmysły.

Kiedy spodziewać się kłopotów? Gęstość rastra determinuje wielkość pola, na którym urządzenie drukujące może budować plamkę rastrową - im gęstsza siatka rastra, tym gorzej. Powyżej pewnej gęstości oczka rastra staną się zbyt małe, aby "upchnąć" w nich 256 plamek drukarkowych, a ilość poziomów szarości spadnie poniżej wymaganego przez nasze oko minimum.Zjawisko to znamy doskonale z wydruków na drukarkach laserowych. Dochodzi do niego, gdy przy danej rozdzielczości urządzenia gęstość rastra jest zbyt duża. Gęstość rastrów, czyli inaczej liniaturę, wyrażamy w jednostkach lpi - lines per inch. Im więcej lpi, tym większa wymagana rozdzielczość urządzenia, potrzebna do wydrukowania płynnego przejścia tonalnego.

Im niższa rozdzielczość, tym trudniej zbudować plamkę rastra z ilości elementów wystarczającej do oddania pełnej skali przejścia tonalnego.

Problem polega na tym, że obniżając liniaturę zmniejszamy również precyzję obrazu. Standard, do jakiego przyzwyczaiły nas tradycyjne techniki poligraficzne, wymagałby użycia olbrzymich rozdzielczości, aby przy wysokich liniaturach urządzenia cyfrowe dawały sobie radę z płynnością obrazu. W praktyce oznaczałoby to nie tylko wzrost kosztów samych urządzeń, ale także kłopoty z przygotowaniem prac, które wymagałyby np. skanowania z wysokimi rozdzielczościami itd. Na szczęście znalazł się sposób na ominięcie tego i wielu innych problemów rastra o zmiennej wielkości plamek.

Rastry o zmiennej częstotliwości plamek
Szczerość popłaca - choć nie wszyscy wierzą w tę prawdę, znalazła ona potwierdzenie w wypadku cyfrowych urządzeń drukujących. Po co udawać zmienną wielkość plamki? Zamiast tego drukujmy to, co umiemy najlepiej - plamkę o stałej wielkości, określonej rozdzielczością urządzenia!Tym razem za kształtowanie poziomów szarości odpowiadać będzie położenie plamek, ściślej mówiąc odstępy między nimi - im ciemniej, tym gęściej umieszczamy plamki. Budowanie skali odbywa się teraz na całej powierzchni obrazu, a nie - jak poprzednio - w mikroskopijnych oczkach siatki rastra, w obrębie których musieliśmy oddać 256 rozmiarów plamki. Oto powód, dla którego rastry o zmiennej częstotliwości plamki są w praktyce odporne na utratę płynności obrazu przy małych rozdzielczościach. Niska rozdzielczość nie przeszkadza przecież w odpowiednim rozmieszczaniu plamek na powierzchni obrazu.

Niższa rozdzielczość nie przeszkadza swobodnie kształtować poziomów szarości przy pomocy odpowiedniego rozmieszczania plamek rastra modulowanego częstotliwościowo.

Na tym jednak nie koniec. Jeżeli będziemy rozkładali plamki w sposób nieregularny, unikając powtarzających się wzorów, ominiemy podstawowy problem rastrów opartych o regularną siatkę - morę! W praktyce stosuje się wiele algorytmów układania plamek w niepowtarzalne układy - od całkowicie przypadkowych, poprzez stochastyczne (oparte na rachunku prawdopodobieństwa), aż po zorganizowane układy typu Dither, a nawet łączenie wzorów przypadkowych i regularnych - jak np. nieregularne rozmieszczanie plamek wzdłuż regularnie rozłożonych linii. Oprogramowanie obsługujące cyfrowe urządzenia drukujące dysponuje często specjalnymi algorytmami dostosowanymi do specyfiki druku.

Jest jednak pewien mankament tego typu rozwiązań. Skoro o jasności decyduje gęstość plamek, w jasnych miejscach będzie ich bardzo niewiele, co nie poprawia na pewno estetyki wydruku - zwłaszcza przy niskiej rozdzielczości. Z tego właśnie powodu urządzenia stosujące rastry modulowane częstotliwościowo, takie jak plotery drukujące czy drukarki atramentowe, posługują się często większą ilością kolorów w druku. Jasne partie można wtedy wydrukować np. jasnym atramentem, stawiając plamki równie gęsto jak w partiach ciemnych. Typowym przykładem jest zestaw atramentów CMYK+Lc+Lm (Light cyan, Light magenta).

Jakim rastrem drukować?
Dzisiejsze plotery są najczęściej w stanie drukować z bardzo wysoką rozdzielczością i teoretycznie możliwe jest uzyskanie na nich dobrej jakości rastra o regularnej siatce i zmieniającej się wielkości plamki - takiego, jak np. w druku offsetowym. Jak jednak pokazaliśmy, raster taki jest dla urządzeń cyfrowych zupełnie nienaturalny - wymaga większej rozdzielczości druku, podnosi koszty i utrudnia przygotowanie prac, których objętości rosną przy dużym formacie do przekraczających zdrowy rozsądek rozmiarów. W praktyce w druku wielkoformatowym stosuje się wyłącznie odmiany rastrów o zmiennej częstotliwości, takie jak rastry stochastyczne.

Czy raster modulowany częstotliwościowo to jakiś "gorszy" rodzaj rastra stosowany w cyfrowych technikach małonakładowych? Wręcz przeciwnie - znajduje on coraz częściej zastosowanie również w tradycyjnej poligrafii, chociaż w wypadku technik poligraficznych wykorzystujących formy drukujące (zwłaszcza w druku pośrednim jak offset), zbudowany malutkich plamek raster stochastyczny okazuje się często zbyt wymagający.
Zwróćmy jeszcze uwagę, że w wypadku rastrów częstotliwościowych nie ma sensu używanie pojęcia liniatury (gęstości) - ich precyzję określa wielkość plamki, wynikająca wprost z rozdzielczości druku.