plik


Grafika komputerowa Adam Wojciechowski Grafika komputerowa Grafika komputerowa podstawowe pojcia i zastosowania Grafika komputerowa - definicja Grafika komputerowa - dziaB informatyki zajmujcy si wykorzystaniem komputerw do generowania obrazw oraz wizualizacj rzeczywistych danych. Grafika komputerowa jest obecnie narzdziem stosowanym powszechnie w nauce, technice, kulturze oraz rozrywce. Grafika komputerowa - podziaB Technika tworzenia obrazw " Grafika rastrowa - obraz jest budowany z prostoktnej siatki le|cych blisko siebie punktw (tzw. pikseli). GBwnym parametrem w przypadku grafiki rastrowej jest wielko[ bitmapy, czyli liczba pikseli, podawana na ogB jako wymiary prostokta " Grafika wektorowa - obraz jest rysowany za pomoc kresek lub Bukw Grafika komputerowa - podziaB Charakter przedstawianych danych " Grafika dwuwymiarowa 2D - wszystkie obiekty s pBaskie (w szczeglno[ci ka|dy obraz rastrowy wpada do tej kategorii). " Grafika trjwymiarowa 3D - obiekty s umieszczone w przestrzeni trjwymiarowej i celem programu komputerowego jest przede wszystkim przedstawienie trjwymiarowego [wiata na dwuwymiarowym obrazie. Cykl generacji obrazu " Grafika nieinterakcyjna " Grafika interakcyjna " Grafika czasu rzeczywistego Grafika - zastosowania Wizualizacja naukowa Grafika - zastosowania Obrbka obrazw - usuwanie szumw (analiza Fouriera) Powierzchnia monokrysztaBu Au Grafika - zastosowania Obrbka obrazw - wzmacnianie krawdzi (transformata Laplace a) przed po przed po - szukanie krawdzi (metoda gradientw) Grafika - zastosowania Edukacja - wizualizacja: - ksztaBtw bryB i powierzchni (matematyka) - zwizkw chemicznych (chemia) - mapy topograficzne i struktury geologiczne (geografia) Grafika - zastosowania Wizualizacja medyczna - tomografia komputerowa, rezonans magnetyczny Grafika - zastosowania Projektowanie komputerowe CAD Grafika - zastosowania Film i rozrywka Pixar: Toy story 1995 Universal: Jurassic Park 1993 Grafika - zastosowania Gry komputerowe stymuluj rozwj oprogramowania i sprztu Microsoft: Age of Empire 1 Grafika - oczekiwania a mo|liwo[ci Oczekiwania Mo|liwo[ uzyskania najwierniejszego odtworzenia rzeczywisto[ci w mo|liwie najkrtszym czasie Zrodki Komputery Oprogramowanie Grafika komputerowa Teoria [wiatBa i barwy ZwiatBo ZwiatBo Spektrum [wiatBa biaBego: 400nm 700nm fiolet - niebieski - cyan - zielony - |Bty - pomaraDczowy - czerwony ZwiatBo biaBe skBada si ze wszystkich dBugo[ci fal elektromagnetycznych z zakresu widzialnego (400nm 700nm), wystpujcych w nim w rwnych ilo[ciach. Powstawanie wra|enia barwy 1. Od zrdBa [wiatBa do czBowieka ZwiatBo mo|e dociera do oka bezpo[rednio ze zrdBa [wiatBa lub po odbiciu od obiektu. Postrzegana barwa obiektu zale|y od barwy [wiatBa i od tego, ktre dBugo[ci fal potrafi odbija. 2. Z oka do mzgu " Na siatkwce oka tworzony jest pomniejszony i odwrcony obraz obserwowanego obiektu. " Receptory siatkwki przeksztaBcaj informacj o nat|eniu [wiatBa i dBugo[ci fal [wietlnych na impulsy, ktre przez nerw wzrokowy przesyBane s do mzgu. " Mzg interpretuje te informacje jako jasno[ i barw. Rodzaje receptorw siatkwki: Prciki (120 milionw) rozpoznaj poziomy jasno[ci i odpowiadaj za widzenie o zmroku. Czopki (6,5 miliona) reaguj na kolor. Istniej trzy typy czopkw, przy czym ka|dy osiga wysok czuBo[ dla innego zakresu widma optycznego. Funkcja czuBo[ci czopkw na kolor [FOLE95] Trzecie prawo Grassmana Ka|d dowolnie wybran barw mo|na otrzyma za pomoc trzech liniowo niezale|nych barw. Trzy barwy tworz ukBad niezale|nych liniowo barw, je|eli dowolne zsumowanie dwch z nich nie mo|e da trzeciej barwy ukBadu. Cyan G B Yellow Magenta R CzuBo[ oka na jasno[ [wiatBa Zmienia si wraz z dBugo[ci fali L = 0,299R + 0,587G + 0,114B Krzywa fotometryczna CIE. Statystyczny wynik eksperymentu dopasowania jaskrawo[ci [wiatBa pochodzcego ze zrdBa monochromatycznego do r|nych dBugo[ci fali (1924r., 100 obserwatorw) e2 e1 Atrybuty barwy Atrybuty barwy  OdcieD barwy (kolor, ton, Hue) - r|nica jako[ciowa barwy (np. czerwony, zielony), okre[lana w fizyce przez dominujc dBugo[ fali. Nasycenie (Saturation) - odstpstwo barwy od bieli (np. czerwieD, r|, biel), okre[lane w fizyce przez czysto[ pobudzenia (e2-e1) Jasno[ (warto[, Value) - wskazuje czy barwa jest bli|sza bieli czy czerni (np. czysta biel, szaro[ci, czerD), w fizyce jest proporcjonalna do caBki z widmowego rozkBadu energii. Grafika komputerowa Modele barw  Je|eli w grafice komputerowej chcemy korzysta z barw w sposb precyzyjny, to musimy umie je okre[li i mierzy. J. Foley 1. Model barw RGB Ukierunkowany jest na sprzt tworzcy barw w wyniku emisji [wiatBa: monitory, skanery, cyfrowe aparaty fotograficzne. Spektrum monitora: czerwony (Red) - zielony (Green) - niebieski (Blue) Grupa trzech plamek luminoforw emituje [wiatBo o barwach R, G, B. Barwa piksela jest addytywn mieszanin tych barw. B B Barwa piksela = (r,g,b) 1 1 R = (1,0,0) G = (0,1,0) B = (0,0,1) 1 1 G G 0 0 C = (0,1,1) M = (1,0,1) 1 1 Y = (1,1,0) czarna = (0,0,0) R R biaBa = (1,1,1) neutralna 50% szaro[ = (0.5, 0.5, 0.5) Sprztowe tryby barwy RGB Sprztowe tryby barwy RGB Warto[ barwy - liczbowa reprezentacja barwy piksela. GBboko[ bitowa - liczba bitw przeznaczona w danym trybie RGB do zapisu warto[ci barwy. Obraz dwubarwny: Obraz dwubarwny: " liczba mo|liwych do uzyskania barw: 2, " warto[ barwy: { 0, 1}, " gBboko[ bitowa: 1. Obraz w skali Obraz w skali szaro[ci szaro[ci (256 odcieni) (256 odcieni) Skale szaro[ci: 28 = 256 25 = 32 24 = 16 23 = 8 22 = 4 21 = 2 Paleta barw: Paleta barw: " liczba mo|liwych do uzyskania barw: wybrana z okre[lonej gamy barw, np. 28 = 256, " warto[ barwy: { 0, 1, 2, ..., 255 }, " gBboko[ bitowa: 8. RAMDAC = LUT + DAC DAC (Digital to Analog Converter) 111111 111111 00000 ZamieD sygnaB cyfrowy na analogowy x 255 . ekran . . y 19 111111111111000000 19 Pami obrazu 0 o gBboko[ci Tabela barw LUT (Look-Up Table) 8 bitw/piksel wskazywana indeksem 8-bitowym True Color: True Color: " liczba mo|liwych do uzyskania barw: 2 83 = 16 777216, " warto[ barwy: { R, G, B }, gdzie R, G, B "<0,255>, " gBboko[ bitowa: 24. Palety po[rednie: Palety po[rednie: " liczba mo|liwych do uzyskania barw: 23 5 = 32 768 lub 2(5+6+5) = 65 536, " warto[ barwy: { R, G, B }, " gBboko[ bitowa: 15 lub 16. Obliczenie wielko[ci pamici obrazu: Obliczenie wielko[ci pamici obrazu: m n (nm) gBboko[ bitowa barwy Obraz dwubarwny: 800600 bitw = 60000B = 60000/1024 KB = 58,6KB Obraz True Color: 80060024 = 1,37 MB, 102476824 = 2,25 MB 1B = 8 bitw, 1KB = 1024B, 1MB = 1024KB 2. Model barw CMY 2. Model barw CMY Ukierunkowany jest na sprzt drukujcy: drukarki, maszyny drukarskie. Barwy podstawowe: Cyan - Magenta - Yellow Pigment farb/atramentw pochBania okre[lone dBugo[ci fali, a odbija pozostaBe. Dlatego farby druku C, M, Y nazywa si subtraktywnymi. Y Y 1 1 Barwa piksela = (c,m,y) C = (1,0,0) M = (0,1,0) 1 1 Y = (0,0,1) M M 0 0 R = (0,1,1) G = (1,0,1) 1 1 B = (1,1,0) C C czarna = (1,1,1) biaBa = (0,0,0) neutralna 50% szaro[ = (0.5, 0.5, 0.5) 3. Model barw CMYK 3. Model barw CMYK W modelu CMY rwne ilo[ci trzech barw podstawowych (c=m=y) tworz neutraln szaro[, ktra w modelu CMYK jest generowana przez czwart barw podstawow K (blacK - czarny). C M Y C M Y K ( 0.2 0.5 ) ( 0.2 0.5 ) + + ( 0.4 0.4 0.4 ) ( 0.4 ) ( 0.4 0.6 0.9 ) ( 0.2 0.5 0.4 ) CMY = (c, m, y) ! CMYK = (c - k, m - k, y - k, k) kmax = {c, m, y}min Reprodukcja barwy CMYK Reprodukcja barwy CMYK 1. Drukarki komputerowe 1. Drukarki komputerowe Drukarki komputerowe drukuj na rastrze maBe punkty o staBej wielko[ci. Aby uzyska odcienie koloru stosuje si rastrowanie bazujace na mikrowzorach lub stochastyczne. Mikrowzory po lewo, rastrowanie stochastyczne po prawo (powikszenie) [ The theory and practice of color , dokumentacja drukarki Epson Stylus Color]. 2. Maszyny drukarskie 2. Maszyny drukarskie Maszyny drukarskie drukuj w oczkach rastra punkty o r|nej wielko[ci, nazywane pBtonami. Kolorowe materiaBy ilustracyjne CMYK rozbija si dla druku nakBadowego na cztery obrazy, tzw. wycigi (separacje) barwne. Ka|dy wycig jest utworzony na oddzielnym rastrze. [FOLE95] 3. Podsumowanie 3. Podsumowanie 1. Ze wzgldu na zanieczyszczenie atramentw 1. wydrukowana barwa CMYK r|ni si od barwy CMY. 2. Drukarki stosuj wBasne procedury generowania czerni, 2. wic nie mamy kontroli nad tym procesem. Uzyskuje si j przy tworzeniu wycigw barwnych dla druku w drukarni: UCR (Under Color Removal) - odtwarza neutraln szaro[ jedynie przy pomocy czarnego atramentu, k=kmax: CMY = (0.4, 0.6, 0.9), kmax = 0.4, CMYK = (0.0, 0.2, 0.5, 0.4) ilo[ atramentu: CMY = 40%+60%+90% = 190% CMYK = 0%+20%+50%+40% = 110% GCR (Gray Component Replacement) - zamienia na GCR atrament K tylko cz[ szarego skBadnika, k<kmax 3. CzerD dodaje si tylko do ciemnych obszarw obrazu. 3. 4. Przy tworzeniu koloru neutralnego urzdzenia drukujce 4. posBuguj si krzywymi mieszania atramentw uwzgldniajcymi ich zanieczyszczenie. Hue - Saturation - Value 4. Model barw HSV 4. Model barw HSV V S s=0.3 v=0.8 h=0=const. Barwa HSV = (0, 0.3, 0.8) Corel Draw 3D studio max 5. Model barw CIE 5. Model barw CIE Dowolna barwa C jest dodatnio wa|on sum barw X, Y, Z. X, Y, Z - standardowe barwy zdefiniowane w 1931r. przez Midzynarodow Komisj O[wietleniow, Y - z zaBo|enia luminancja, ktra jest fizyczn miar jasno[ci barwy. X Y Z Niech x = , y = , z = X + Y + Z X + Y + Z X + Y + Z punkty (x,y,z) le| na pBaszczyznie X + Y + Z = 1 Trjkt na pBaszczyznie X + Y + Z = 1, fragment przestrzeni CIE wycitej przez trjkt, widok trjkta z frontu i po zrzutowaniu na pBaszczyzn XY (wykres chromatyczno[ci) [FOLE95]. Wykres chromatyczno[ci Wykres chromatyczno[ci Warto[ci wspBrzdnych x, y barwy zale| tylko od odcienia barwy (H) i nasycenia (S). Nasycenie barwy A: S = AC / BC. A Barw A mo|na otrzyma jako A mieszanin standardowego [wiatBa biaBego (iluminant C - temperatura barwowa 6774K) i czystego spektralnego [wiatBa z punktu B. B DopeBniajce barwy D, E mog by zmieszane w celu D E uzyskania C. C F jest barw niespektraln. F Zastosowania wykresu chromatyczno[ci 1. Definiowanie gamy barw 1. urzdzenia. 2. Porwnywanie gamy barw 2. r|nych urzdzeD w celu ograniczenia gamy barw urzdzenia wej[ciowego do gamy barw urzdzenia wyj[ciowego (np. drukarki). [FOLE95] 3. Rendering barw w celu przeksztaBcenia wszystkich barw obrazu 3. do gamy urzdzenia wyj[ciowego. a) b) c) d) a) nasyceniowa, b) percepcyjna, c) absolutna kalorymetrycznie, d) wzgldna kalorymetrycznie [KAMI99]. 6. Model barw La*b* 6. Model barw La*b* Zawiera najszersz zdefiniowan matematycznie przestrzeD barw, ktra powstaBa w wyniku transformacji matematycznej krzywoliniowego sto|ka CIE. Najwa|niejszy model barw grafiki komputerowej, wykorzystywany do obliczeD na barwach przez systemy zarzdzania barwami CMS (Color Management System). CMS - system zarzdzania barwami CMS - system zarzdzania barwami (Color Management System) (Color Management System) Elementy CMS: Elementy CMS: " niezale|na od urzdzenia przestrzeD barw (CIE La*b*), " profile barwowe urzdzeD - zawieraj informacj o modelu barw i gamie barw urzdzenia oraz o odchyleniu barw od standardowego wzorca i sposobie ich korekcji do poprawnych warto[ci, " dopasowanie barw (Color Matching Method)  mechanizm zarzdzania zbiorem profili barwowych urzdzeD oraz dokonywanie konwersji z jednego modelu barw do drugiego, " algorytmy renderowania barw - przeksztaBcaj barwy obrazu do gamy barw urzdzenia wyj[ciowego. PrzepByw danych PrzepByw danych Monitor Obraz RGB Profil CMS monitora Obraz Obraz CMYK RGB Profil Profil Drukarka Skaner skanera drukarki La*b* Literatura: Literatura: [FOLE95] Foley, van Dam, Feiner, Hughes:  Wprowadzenie do grafiki komputerowej , PWN 1995. [KAMI99] B. KamiDski:  Cyfrowy prepress, drukowanie i procesy wykoDczeniowe , Translator s.c. 1999.

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Sieci komputerowe wyklady dr Furtak
Wykład 05 Opadanie i fluidyzacja
WYKŁAD 1 Wprowadzenie do biotechnologii farmaceutycznej
mo3 wykladyJJ
ZARZĄDZANIE WARTOŚCIĄ PRZEDSIĘBIORSTWA Z DNIA 26 MARZEC 2011 WYKŁAD NR 3
Wyklad 2 PNOP 08 9 zaoczne
Wyklad studport 8
Kryptografia wyklad
Budownictwo Ogolne II zaoczne wyklad 13 ppoz
wyklad09
Sporzadzanie rachunku przepływów pienieżnych wykład 1 i 2
fcs wyklad 5
Wyklad08 Zaopatrz wWode

więcej podobnych podstron