Vývoj počítačové grafiky Tereza Peukertová, Zuzana ježková

obsah Historie Pojmy ASCII art 2D grafika Rastrová grafika Vektorová grafika 3D grafika Vývoj grafiky PC her Budoucnost

Počítačová grafika Zabývá se zpracováním grafické informace pomocí PC Obecný pojem, v současnosti zahrnuje především: Prudký vývoj v 70. letech 20. století (Vznik CAD systémů) Algoritmy pro kresbu Zobrazení a uchování 2D a 3D vektorových obrázků Tvorbu grafických materiálů Zpracování rastrové a vektorové grafiky Simulace reálných dějů Modelování virtuální reality Atd.

Základní pojmy Rozlišení – počet pixelů umístěných v horizontálním a vertikálním směru Barevná hloubka – počet barev, které lze zároveň zobrazit na obrazovce Barevné modely – např. RGB, CMYK, HSV Obnovovací frekvence – rychlost, se kterou se obnovuje obraz na monitoru

Základní pojmy – barevná hloubka

Vstupní a výstupní zařízení Vstupní: myš, elektronická tužka, skener, digitální fotoaparát, tablet a další. Výstupní: monitory, LCD panely, tiskárny, plotry a další.

ASCII Art V grafice nejprve užívané pro vyjádření emocí (smajlíci) Poté přišly složitější obrázky (např. konec emailu) Vytvoření jedinečných animovaných filmů http://www.asciimation.co.nz/

ASCII animace

ASCII PC hry Ze začátku převážně textové adventury (později doplněné o vektorové obrázky) Dále rozvoj dalších žánrů

ASCII PC hry

ASCII PC hry

ASCII PC hry

ASCII PC hry

ASCII PC hry

Počítačová grafika 2D a 3D

Rastrová (bitmapová) grafika Celý 2D obrázek je popsán barevnými body (pixely), které jsou uspořádány do pravoúhlé mřížky Každý bod má svou specifickou polohu a barvu Používá nejčastěji televize nebo fotoaparát Kvalitu ovlivňuje rozlišení a barevná hloubka Pro převod fyzických předloh do rastrové grafiky slouží např. skener nebo fotoaparát

Rastrová (bitmapová) grafika Pro zobrazení na monitoru stačí 72 DPI a pro tisk 300 DPI DPI = počet bodů na palec Příklad: Když máme obrázek o rozlišení 3456 x 2304 px (8Mpx) a chceme ho vytisknout na inkoustové tiskárně s rozlišením 300 DPI Jak velký bude obrázek v centimetrech? 1 palec = 2,54 cm Jak by musel být velký monitor (72DPI) pro zobrazení celé fotky? (v cm) 3456 / 300 * 2,54 = 29,26 cm 2304 / 300 * 2,54 = 19,5 cm 3456 / 72 * 2,54 = 121,92 cm 2304 / 72 * 2,54 = 81,28 cm

Rastrová (bitmapová) grafika Formáty: BMP nepoužívá kompresi 24bit (32bit) - až 4 294 M barev ukládání jakýchkoliv rastrových informací – identické s předlohou velikost záleží na počtu pixelů GIF komprimovaný (bezztrátově) 8bit - nabízí jen 256 barev vhodný pro ikony, loga, velké barevné plochy webová grafika Umožňuje animace

Rastrová (bitmapová) grafika JPG komprimovaný (ztrátově) 24bit - 16,8 M barev informace ukládá v RGB užívá se ke kompresi fotografií, obrázků s přechodovými barvami Vysoká věrnost v detailech PNG Bezztrátová komprese 24 bit (až 48 bit) nejmladší formát od ikon až po fotografie, obsahuje automatickou detekci poškození

Rastrová (bitmapová) grafika TIFF 16,8 M barev nejsložitější nejpoužívanější k tisku (vysoká kvalita) Zachování kvality při mnohanásobném uložení RAW pouze data z čipu fotoaparátu JPEG 2000 bezztrátový JPEG až 48 bitů (281, 5 bilionů barev)

Rastrová (bitmapová) grafika Výhody: Vysoká realističnost obrazu Snadné pořízení Nevýhody: Náročná na paměť – užívají se kompresní formáty (JPEG, GIF, PNG, TIFF, BMP) Zvětšení jen do určité míry (kdy už je vidět rastr) Programy: Adobe Photoshop, Corel PhotoPaint, Corel Paint, GIM

Vektorová grafika Obrázek je složen ze základních geometrických útvarů (body, přímky, křivky, mnohoúhelníky Křivky spojují jednotlivé kotevní body a mohou mít definovanou výplň (barevná plocha nebo barevný přechod). Tyto čáry se nazývají Bézierovy křivky. Křivku lze popsat pomocí 4 bodů (2 krajní a 2 kotevní – určují tvar)

Vektorová grafika Výhody: Nevýhody: zvětšování/zmenšování bez ztráty kvality možnost oddělené práce s každým objektem paměťová náročnost obrázku je obvykle menší než u rastrové grafiky Nevýhody: složité pořizování obrázku (nelze fotoaparátem nebo scanerem) při překročení určité meze složitosti grafického objektu větší náročnost na procesor a operační paměť než je u rastrové grafiky

Rastrová vs. vektorová grafika Obě grafiky zaznamenávají 2D obraz Lidské oko pracuje na principu rastrové (bitmapové) grafiky, ale mozek zpracovává obraz jako vektorovou grafiku Vektorová Rastrová Základní objekty: Úsečka, křivka, bod,… Bod (pixel) Vlastnosti základních objektů: Matematický popis (počáteční a koncový bod) a jejich atributy Vlastnosti pixelu (barva, průhlednost,…) Výhody: Jednoduchost změn ve velikosti Snadný převod do rastru Pořízení Lepší možnost práce s barvou Nevýhody Složité pořizování obrázků Ztráta kvality při změně velikosti Velký nárůst objemu dat

První 2D PC hra Spacewar 1962 – studenti z MIT http://www.youtube.com/watch?v=UP2OaKHaDxM

2D PC hry

2D PC hry

2D PC hry

3D Grafika 3D grafika vychází z vektorové 2D grafiky, ale podstatným rozdílem je, že geometrická data se neukládají pouze v rovině, ale v prostorové (třídimenzionální) soustavě souřadnic Základním geometrickým útvarem jsou polygony – plošky, ze kterých jsou tvořeny všechny objekty

3D Grafika Základní pojmy: Mapování textur („pokrytí“ povrchu tělesa obrázkem) Algoritmy pro stínování těles – existují různé matematické modely pro stínování Gouraudovo stínování – pro iluzi zaboleného povrchu tělesa Phongovo stínování - je pomalejší, ale přesnější technika než gouradovo Metody osvětlení a vrhání stínů, užití textur pro změnu reliéfu povrchu RENDERING – tvorba reálného obrazu na základě 3D modelu RAY-TRACING – vykreslování metodou sledování paprsku INTERACTIVE RAYTRACING (IRT) – interaktivní sledování paprsku RASTERIZACE – využívá se DDA algoritmus, Bresenhamův algoritmus

3D Grafika - rendering Tvorba reálného obrazu na základě počítačového modelu, nejčastěji 3D Při renderování je nutné vykreslit scénu (vypočítat chování světel, stínů a odlesků) Využití: Filmové efekty, architektura, vojenství, simulace fyzikálních jevů a práce s virtuální realitou Brzdou ve vývoji 3D grafiky je vývoj zobrazovacích zařízení Náročné na výpočty i pomocí výpočetní techniky (CAD 3D Modely)

3D Grafika - ray-tracing Ray-tracing (metoda rendrování): Výpočetně náročná metoda, pomocí které lze dosáhnout velmi realistického zobrazení modelu Spočívá ve stopování odražených paprsků od modelu směrem k uživateli (Odrazy, odlesky, lom světla) Výhody: Obraz je živější, reálnější než při pouhé rasterizaci Jednoduchost programování Rychlejší vizuální efekt Možnost lepších vizuálních efektů

3D Grafika - ray-tracing Nevýhody: Složité zpracování odlesků pro dosažení reálného vzhledu (závisí na matematických modelech a na detailech materiálu, který světlo odráží) Dopad světla a stínu je s ostřejšími přechody

3D Grafika 3D grafická scéna skládající se z: objektů (se všemi jejich vlastnostmi) světelných zdrojů (pozice, barva) (případně: barva pozadí scény, vlastnosti prostředí)

3D Grafika – vývoj a budoucnost RAYTRACING – vykreslování metodou sledování paprsku INTERACTIVE RAYTRACING (IRT) – interaktivní sledování paprsku RASTERIZACE – využívá se DDA algoritmus, Bresenhamův algoritmus Kombinace speciálního GPU hardwaru a API rozhraní (DirectX a OpenGL) s výpočetní grafikou má své opodstatněné výhody

3D – budoucnost PC hry Moc odlesků Nové oči docílení realističnosti (spoustu odlesků kolem sebe) pokud chybí ve hře – působí umělohmotně většina realistických efektů je dána právě světlem (jak se odráží od předmětů a jaká je jeho intenzita) Nové oči v reálném světě se od bulvy odráží celá scéna a oko se leskne v závislosti na tom, jak do něj dopadá světlo oči také vyjadřují naše emoce podle toho, jak se kolem nich stahují svaly

3D – budoucnost PC hry Reálná atmosféra vytváření částicových efektů mlhy nebo ohně zobrazení dynamických stínů Drobné detaily, ale jejich kvalita zapříčiní, že dojem ze hry bude mnohem reálnější a tím pádem i lepší http://www.youtube.com/watch?v=oGvppTf5-b0

Grafický vývoj hry Grand Theft Auto

Grafický vývoj hry Need for Speed a vývoj akčních her https://www.youtube.com/watch?v=G5yohYZpoa4 http://www.youtube.com/watch?v=yMGsWR3ocZE

Děkujeme za pozornost