Počítačová grafika

Vnímání barev Všechny naše vizuální vjemy mají jediného společného jmenovatele – světlo. Světlo = elektromagnetické záření. Přirozeným zdrojem světla je slunce. Sluneční světlo = achromatické (bílé, bezbarvé). Na rozhraní různých prostředí se světlo může lámat, odrážet, pohlcovat, případně ohýbat. Např. na rozhraní sklo-vzduch můžeme pozorovat lom světla.

Podobný jev – duhu – můžeme pozorovat v přírodě na rozhraní kapiček vody a vzduchu.) Takto se dá ukázat, že přirozené světlo (achromatické) je směsí světel s vlnovými délkami v rozpětí cca 380 - 780 mn. Rozklad směsi světel různých barev na monochromatická světla nazýváme spektrum.

Chromatický diagram Obsahuje barvy, které jsme schopni vnímat. Všechny tyto barvy však není schopno zobrazit žádné výstupní zařízení. Maxwellův trojúhelník – obsahuje barvy reálně zobrazitelné výstupním zařízením (gamut).

Barevné modely Určují: ze kterých základních barev se budou ostatní skládat jaký bude poměr jednotlivých základních barev jakým způsobem se budou základní barvy míchat

Aditivní barevný model typicky RGB — Red, Green, Blue (červená, zelená, modrá) barvy jsou vytvářeny přidáváním barvy do černé čím více barev se přidá, tím více se blíží bílé barevné prostředí nepotřebuje vnější světlo (např. barvy na monitoru) Ukázka

Subtraktivní barevný model typicky CMY — Cyan, Magenta, Yellow (azurová, purpurová, žlutá) základní barvy jsou odečítány od bílé, čím více přidám, tím více se blížím černé (každá barva vlastně pohltí část spektra - černá je absolutní pohlcovač světla) subtraktivní prostředí je prostředí, které odráží světlo, a proto potřebuje vnější zdroj světla (jakákoliv předloha zobrazená na papíře je příkladem subtraktivního modelu) používá se: v tiskárnách, plotrech, ...

Další barevné modely HSV - Hue (odstín), Saturation (sytost), Value (intenzita, jas) Jas je stupeň zářivosti barvy, tj. kolik světla odráží - barva s malou intenzitou je tmavá Nejvíce přibližuje systému používanému malíři a jinými umělci, neboť ti vytvářejí nové odstíny barev přidáváním bílé a černé do jiných barev, aby vytvořili jejich nádechy.

Fyzické pixely body, které používá k zobrazování výstupní zařízení tyto prvky jsou přímo ovládány hardwarem výstupního zařízení (v praxi obrazové zařízení překrývá nebo skládá vedle sebe několik menších bodů tak, aby vytvořily jeden pixel) obrazovka — několik malých bodů vysvítí jeden pixel inkoustová tiskárna — velikost pixelu odpovídá velikosti kapičky barvy laserová tiskárna — velikost bodu odpovídá několika zrnkům toneru

Rozlišení Rozlišení monitoru nebo displeje je počet pixelů , které mohou být zobrazeny.  DPI  je anglická zkratka pro dots per inch – bodů na palec. Nejčastěji se používá jako informace při tisku – udává, kolik obrazových bodů (pixelů) obrázku se vytiskne na jeden palec (2,54 cm).

Barevná hloubka pixelu počet bitů, které reprezentují daný pixel určuje počet barev, kterých může pixel nabýt čím větší počet bitů, tím větší i možný počet barev více bitů na jeden pixel také znamená větší paměťovou náročnost uložení grafické informace

Barevná hloubka

Pravé barvy většina moderních zobrazovacích zařízení dokáže zobrazit více než 16,7 miliónů barev - odpovídá 24 bitům na barvu jednoho pixelu jsou schopné zobrazovat tzv. pravé barvy (TrueColor)

Formáty pro přenos a ukládání grafické informace rastrové (bitmapové) vektorové metaformáty scénové, animační a multimediální formáty

Rastrové (bitmapové) formáty • ukládají obraz jako posloupnost grafických elementů, bodů, pixelů (pixel = picture element) • každý pixel má jako svůj atribut barvu

Klady jsou speciálně určeny pro ukládání předloh z reálného světa (scanované obrázky, digitální fotografie) smohou být snadno přenášeny na rastrová výstupní zařízení jako jsou obrazovka a tiskárna

Zápory problémy se změnou jejich velikosti jsou většinou velmi rozsáhlé a to zejména tehdy, když je v předloze velké množství barev datová komprese sice může objem barev zmenšit, ale před dalším použitím musí být data dekomprimována (snižuje se rychlost čtecího a zobrazovacího procesu) - zmenšení - mizí tenké čáry - zvětšení - snížení kvality

Příklady BMP (Microsoft Windows Bitmap) mono, 4, 8, 24 bity; vytvořen pro Microsoft Windows nehodí se pro ukládání dat s velkou barevnou hloubkou a pestrostí (je velký) GIF (Graphics Interchange Format) univerzální, nezávislý na platformě, hojně využíván v internetu, rychlý, snadno čitelný, umí „průhlednou“ barvu, případně i animace JPEG, JPG (Joint Photographic experts Group) metoda pro přenos grafických údajů i název formátu, užívaný v internetu, ztrátová komprimační metoda PNG (portable network graphics) umožňuje bezeztrátovou kompresi, alfa průhlednost, 32 bitů (8+24)

Animovaný obrázek ve formátu GIF

Vektorové formáty popisují obraz v podobě zakódované posloupnosti kreslících příkazů postupným provedením těchto příkazů na obrazovce nebo jiném výstupním zařízení se vykreslí výsledný obraz prvky vektorových obrazů úsečka oblouk, kružnice, elipsa, křivka písmeno,... mají atributy jako pozice a rozměry, barva, tloušťka čáry, výplň apod.

Klady paměťové nároky v zásadě odpovídají složitosti obrázku (počtu objektů) a jsou v praxi většinou nižší než u obdobných rastrových vektorový popis obrázku lze snadno editovat (upravovat) při zobrazování a tisku je využíváno rozlišení daného zařízení kvalita závisí pouze na tom, jak kvalitní je např. tiskárna vektorový obrázek je nutné před tiskem převést do rastrové podoby (tzv. rasterizace) dělá se to až těsně před tiskem a v takovém rozlišení, jaké je potřeba

Zápory omezená oblast použití, složitý převod do vektorové podoby třeba fotografie (Picasa) obtížné rozpoznávání osob v metru, na letišti apod. potřeba velmi rychlého zpracování obrovského množství dat (funkcí)

Příklady DXF (Data eXchange Format) světový standard pro výměnu mezi CAD systémy VML (Vector Markup Language) navrhovaný formát pro vektorovou a čárovou grafiku, který by měl být zahrnut v internetových prohlížečích soubory jednotlivých vektorových grafických programů například: DWG (AutoCAD), CDR (Corel Draw), AI (Adobe Illustrator)

Metaformáty • mohou obsahovat současně vektorová a rastrová data příklady: WMF (Windows Metafile) používají ho všechny aplikace pod Microsoft Windows. EMF (Enhanced Windows Metafile) EPS (Encapsulated PostScript) tiskové soubory pro tiskárny, osvitové jednotky apod., PDF – Portable Document Format

Formáty 3D grafiky prostorové objekty, stínování (shade), nastavení světel, povrchových vlastností objektů, pozadí rendering = fotorealistické zobrazení scény

Příklady 3DS (3D Studio File Format) - navržený firmou AutoDesk pro popis trojrozměrných scén vytvářených v programu 3D Studio