Počítačová grafika

1. 2014, Brno Počítačová grafika

2. Grafické formáty • rastrové (bitmapové) • obraz uložen jako posloupnost bodů – pixelů • vektorové • posloupnost kreslících příkazů • metaformáty • vektorová i rastrová data • scénové, animační a multimediální

3. Barevné modely • množina základních barev, pravidel jejich míchání • RGB model – barevná obrazovka • CMYK model – tiskárna, LCD panel • HSV model – orientovaný na uživatele • mezi systémy existují převodní algoritmy

4. modrá[0,0,1] tyrkysová[0,1,1] bílá[1,1,1] fialová[1,0,1] zelená[0,1,0] černá[0,0,0] červená[1,0,0] žlutá[1,1,0] RGB model • výsledek složení tří složek • červená (R, red) • zelená (G, green) • modrá (B, blue) • aditivní skládání barev • čím více barev sečteme, tím světlejší je výsledek • rozsah složek 0 – 255 • 0 složka není zastoupena • 255 největší intenzita • bílá barva (255,255,255) • šedá (shodná intenzita) • 16 milionů barev - omezuje se • RGBA model • barevný obraz doplněn informací o průhlednosti

5. Aditivní skládání barev (RGB) Red Yellow Mag. White Cyan Green Blue

6. žlutá[0,0,1] červená[0,1,1] černá[1,1,1] zelená[1,0,1] fialová[0,1,0] bílá[0,0,0] tyrkysová[1,0,0] modrá[1,1,0] CMYK,CMY model • výsledek složení tří složek • tyrkysová (C, cyan) • fialová (M, magenta) • žlutá (Y, yellow) • subtraktivní skládání • složením všech barev vznikne černá (malíř) • při tisku nebývá černá barva kvalitní, proto se přidává černá barva • blacK • potřebuji vnější zdroj světla • pohlcování světla

7. Subtraktivní skládání barev (CMYK) Cyan Blue Green blacK Red Magenta Yellow

8. barevný tón (H, hue) sytost (S, saturation) jasová hodnota (V, value) vhodné pro uživatele barevný tón určuje převládající barvu 0° až 360° sytost příměs jiných barev 0 (bílá) až 1 (spektrální barva) jas množství bílého světla rozsah 0 (černá) až 1 HSV model

9. Rastrové obrázky • ručně namalované (program Malování) – malba • získané pomocí scaneru z předloh • fotografie z digitálního fotoaparátu • skládají se z jednotlivých bodů (pixelů) • body velmi malé – různé barvy • rozlišení obrázku – počet bodů na jednotku vzdálenosti • udává se v počtu bodů na palec DPI • pokud je rozlišení malé – obrázek je zrnitý • závislost velikosti a rozlišení

10. Jaké rozlišení potřebuji? • vždy záleží na využití obrázku • pro „počítač“ (WWW stránky) • hrubší rastr (1024 x 768) rozlišení asi 90dpi • stačil by fotoaparát s rozlišením 2Mpx (1600 x 1200 obrazových bodů) • pro tisk (minilab) • digitální minilab má rozlišení 300dpi • tady již potřebuji fotoaparát s větším rozlišením • 2Mpx snímek o velikosti 13,5 x 10,1 cm • 1600/300 * 2.54 x 1200/300 * 2.54 ~ 13,5 x 10,1 • 3Mpx (2048 x 1536) – 17,3 x 13 cm

11. Barevná hloubka • kolik barev dokáže zobrazit jeden bod (pixel) v obrázku • kolik bitů připadá na jeden pixel • 1 bit • 8 bitů • grayscale (šedá škála) • 24 bitů (True Color) • více bitů na jeden pixel – větší paměťová náročnost

12. Kapacita videopaměti • Kolik paměti budu potřebovat na zobrazení jednoho "snímku" ? 1280 x 1024 x 3 (TrueColor) ~ 3,75MB • ve skutečnosti náročnější (průhlednost, hrany, zobrazování 3D scén, …)

13. Grafické formáty • rastrové (bitmapové) • obraz uložen jako posloupnost bodů – pixelů • vektorové • posloupnost kreslících příkazů • metaformáty • vektorová i rastrová data • scénové, animační a multimediální

14. posloupnost pixelů rozlišujeme podle barev monochromatické ve stupnici šedi barevné formát se skládá hlavičky palety rastrových dat hlavička informace o uloženém obrazu rozměry, barevná hloubka informace o případné kompresi rastrová data informace o barvě jednotlivých pixelů při zvětšení se chybějící data musí dopočítat speciální metody použití ukládání předloh z reálného světa scannované obrázky, digitální fotografie snadný přenos na obrazovku, tiskárnu Rastrový formát

15. JPEG velká barevná hloubka ztrátová komprese s každým uložením se snižuje kvalita obrázku uživatel zadává kvalitu použití barevné fotografie pozor na opakované ukládání GIF komprese až 256 indexových barev více barev, větší soubor více barevných obrázků v jednom souboru animované obrázky použití obrázky s omezenými barvami WWW mapy loga Příklady

16. TIFF bezztrátová komprese přídavné informace např. vrstvy, náhled, rozlišení ... generují ho scannery EPS postscript můžu pracovat s náhledem dokáže pracovat i s vektory umí hodně, ale je nesmírně složitý vhodné pro profesionální tisk BMP interní formát MS Windows konverze mezi programovými produkty stálá struktura velký objem dat PCX zastaralý formát „dosovský“ nepříliš dobrá komprese stabilní, neměnil se Příklady

17. Rastrové editory • zpracování rastrového obrazu • napodobení ručního kreslení • tužka, guma, štětce • základní geometrické tvary • výřezy, otáčení, převracení • úprava obrazu • změna jasu, kontrastu, změna palety • retušování, rozmazávání, zaostřování • různé efekty

18. Malování rastrových obrázků • program Malování • Základní postup • rozmyslet si (načrtnout, co budu malovat) • potřebuji tablet? • nastavení rozměru obrázku (nezapomenout na konci upravit) • uložení obrázku (necháváme bmp formát) • namalování obrázku (používat lupu), pomocné kresby • nemáme vrstvy – lze odkládat • závěrečné úpravy, volba dalšího formátu

19. Vektorové formáty • prvky vektorových obrazů (entity), závislé na formátu • úsečka, výplň, oblouk, kružnice, elipsa, křivka, písmeno, příkaz • vlastnosti • pozice, rozměry, barva, tloušťka čáry • nižší paměťové nároky • lze snadno upravovat • využívám rozlišení výstupního zařízení • obrázek musím převést do rastrové podoby

20. Vektorové formáty – rozdělení • podle entit • SLD pouze úsečka a výplň • různé tvary např. úsečka, oblouk, kružnice, elipsa, křivka, písmeno (CDR, ...) • příkazy programovacího jazyka (PostScript, SVG, VRML) • podle dimenze • 2D • 3D • kombinace, 3D plocha jeden z typů entity

21. Vektorové formáty – rozdělení • formáty pro popis tiskových stránek • PostScript • PDF • HPGL Hewlett-Packard GraphicsLanguage • především pro plotery • metaformáty • kombinace vektorových a rastrových formátů • PDF  (Portable DocumentFormat) • WMF (Windows Metafile) • EMF (Enhanced Windows Metafile)

22. Technologie zobrazovacích zařízení Monitory můžemepodlepoužívanýchtechnologiírozdělitna: • CRT (Cathoderay tube) • LCD (Liquidcrystal display) • Plazma obrazovky, • OLED (Organiclight-emittingdiode) • SED (surface-conductionelectron-emitter display) • projektory Monitor je většinoupropojen s grafickoukartou (PC), k jiným zařízením, nebo je do nichpřímointegrován (PDA).

23. Základní parametry monitorů • úhlopříčka – udávaná v palcích, 10" až 27" • rozlišení (v bodech) – u LCD se jedná o skutečnýpočetbodů • obnovovací/vertikálnífrekvence (Hz) • dobaodezvy (ms) – doba, zakterou se bod na LCD monitorurozsvítí a zhasne • početzobrazitelnýchbarevna bod (u LCD limit barev) • vstupy –D-sub, DVI, HDMI, (některé monitory mohoumítještěoddělené RGB (analogové) vstupy) • elektrickáspotřeba[W], u LCD je polovičníažtřetinová • rozměry • pozorovacíúhly • hmotnost http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/47/DSubminiatures.svg/250px-DSubminiatures.svg.png http://www.cqham.ru/images/dsub9.gif https://forums.lenovo.com/t5/image/serverpage/image-id/13611i85823D50731521FC/image-size/original?v=mpbl-1&px=-1 http://interlink-static1.tsbohemia.cz/kabel-dvi-vga-kabel-3m_ien74333.jpg http://www.sharkoon.com/sites/default/files/products/cables/big_DVI-D_HDMI.jpg

24. CRT – Cathode Ray Tube • Obraz se vytváří pomocí svazku 3 elektronových paprsků (všechny paprsky stejné, neexistují žádné barevné elektrony) • Barevné body (RGB) vznikají po dopadu elektronového paprsku na daný fosforový bod (luminofor) • Barevné CRT obrazovky potřebují tzv. masku (delta, trinitron, štěrbinová) http://extrahardware.cnews.cz/jak-funguji-monitory-crt-lcd-plazma http://fyzika.jreichl.com/data/optika/33_opticke_pristroje_soubory/image097.jpg

25. LCD – Liquid Crystal Display • Liquid Crystal Display –displej z kapalných krystalů • Kapalné krystaly jsou látky, u kterých není zřetelná hranice mezi jejich pevným a kapalným skupenstvím • U objevu kapalných krystalů stál rakouský botanik F. Reinitzer, který si v roce 1888 všiml podivného chování cholesterylbenzolu • První displeje s kapalnými krystaly se objevily teprve začátkem 70. let minulého století v kalkulačkách a digitálních hodinkách • Využití slabého elektrického pole, které stáčí rovinu polarizace procházejícího světla. Stačí k tomu jen nepatrná energie

26. LCD – typy mřížek RGB RGBW RGBG http://www.svethardware.cz/technologie-lcd-panelu/14465-2 RGB – střídání složek R, G, B RGBW (PenTile) – každý druhý pixel je zelený (méně ostrý obraz) RGBG – střídání bílého polymeru, zvyšuje jas a životnost (OLED televize)

27. LCD – druhy panelů TFT – Thin Film Transistor Soudobé LCD panely, tranzistory ovládají subpixely přímo Omezené pozorovací úhly, pomalá odezva, horší podání černé (kontrast) TN – Twisted Nematic Nízké náklady, rychlá odezva, jen 6bitové barvy, následná interpolace Pro kancelářské aplikace (ne grafika) a přenosné počítače (levné sestavy) IPS - In Plane Switching (Super TFT, Hitachi 1996), 1998 S-IPS, lepší kontrast a odezva, drahé VA – Vertical Aligment (Fujitsu, 1998), náhrada drahého IPS a nedokonalosti TN, PVA a S-PVA (Samsung a Sony) http://i1.ytimg.com/vi/UNxEWyrsiHw/maxresdefault.jpg

28. Monitory – rozlišení a značení Typická rozlišení pro různé úhlopříčky Krátký přehled v historii používaných rozlišení a jejich označení http://extrahardware.cnews.cz/jak-funguji-monitory-crt-lcd-plazma

29. Digitální projektory LCD (Liquid Crystal Display)DLP (Digital LightProcessing)

30. Tiskárny – technologie Tiskárna je výstupní zařízení počítače, převádějící informace zaznamenané v elektronické podobě (text, obrázky) na papír Běžně používané typy jehličkové – jsou srovnatelné s obyčejným psacím strojem, kdy řada 9 nebo 24 jehliček vyťukává přes barvící pásku na papír jemné body (pixely), hlučné, pomalý tisk, slábnoucí barva

31. Tiskárny – technologie • termální (tepelné) – tiskne se pomocí tepla • přímý tisk – tisková hlava je tvořena malými odpory s malou tepelnou setrvačností – tisk na papír, malá stabilita tisku, cena papíru • termotransferové– sublimační tisk, princip je stejný jako u přímého termálního tisku, jen je mezi hlavou a papírem speciální termotransferová fólie, ze které se barva teplem přenese na potiskované medium, kterým může být běžný papír. Jedno- i vícebarevný tisk (potisk štítků, plastových karet, tisk foto ve vysoké kvalitě) http://www.vvvsystem.cz/cab/a4.htm

32. Tiskárny – technologie • inkoustové – tisková hlava tryská z několika desítek mikroskopických trysek na papír miniaturní kapičky inkoustu. • termické – tisková hlava pracuje s tepelnými tělísky, které zahřívají inkoust. Při zahřátí vznikne v trysce bublina, která vymrští inkoustovou kapku na papír. • piezoelektrické – tisková hlava pracuje s piezoelektrickými krystaly. Krystal je destička, která je schopna měnit svůj tvar, funguje jako mikroskopická pumpička, která je schopna vystřelit kapku na papír. • voskové (tuhý inkoust) – princip se velmi blíží klasické inkoustové tiskárně, ale místo tekutého inkoustu se používá speciální vosk, který se po natavení vystřikuje mikrotryskami na papír. Tyto tiskárny jsou specifické tím, že dokáží namíchat barvu bodu i bez překryvných rastrů. Mají velmi živé podání barev a vyznačují se vysokou kvalitou výtisku. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/22/Obr%C3%A1zek1.jpg/220px-Obr%C3%A1zek1.jpg http://static.squarespace.com/static/502946d984aeb1ecbffa3930/t/50a3b791e4b054fef63e5491/1352906641159/HP%20indigo%20Technologie.jpg

33. Tiskárny – technologie laserové – pracují na stejném principu jako kopírky: laserový paprsek vykresluje obrázek na fotocitlivý a polovodivý, obvykle selenový válec, na jehož povrch se poté nanáší toner; toner se uchytí jen na osvětlených místech, obtiskne se na papír a na závěr je k papíru tepelně fixován (zažehlen teplem cca 180 °C a tlakem). http://home.zcu.cz/~milora/obrazky/laserova1.jpg http://www.fi.muni.cz/usr/pelikan/ARCHIT/PICTURES/TISK/LPRINT.JPG

34. Tiskárny – technologie http://www.14220.cz/wp-content/uploads/2013/05/3D-tisk-2-1.jpg http://i.idnes.cz/13/031/cl6/NH49bb7e_elschmidt_ditavonteese_albertsanchez.jpg http://www.easycnc.cz/obrazek/2/fabbster-main-large-jpg/

35. Použitá literatura • Žára Jiří, Beneš Bedřich, Felkel Peter, Moderní počítačová grafika, Computer Press,1998 • http://www.grafika.cz/art/poradna/ • Roubal Pavel: Počítačová grafika pro úplné začátečníky, Computer Press 2003 • Koutná M. Vektorová a rastrová grafika na PC, on-line, http://distancne.obaka-orlova.cz/PDF/VRG.pdf