2014, Brno Počítačová grafika

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

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

RGB model výsledek složení tří složek aditivní skládání barev 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 modrá [0,0,1] tyrkysová [0,1,1] fialová [1,0,1] červená [1,0,0] žlutá [1,1,0] zelená [0,1,0] černá [0,0,0] bílá [1,1,1] barevný obraz doplněn informací o průhlednosti

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

CMYK,CMY model výsledek složení tří složek subtraktivní skládání modrá [1,1,0] tyrkysová [1,0,0] fialová [0,1,0] červená [0,1,1] žlutá [0,0,1] zelená [1,0,1] černá [1,1,1] bílá [0,0,0] 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

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

HSV model vhodné pro uživatele barevný tón sytost jas 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

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

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

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

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

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

Rastrový formát rastrová data posloupnost pixelů 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 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

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

Příklady TIFF EPS BMP PCX 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

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

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

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

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 PostScript, který je založen na programovacím jazyku inspirovaném Forthem. Vlastnosti Forthu jsou v této aplikační doméně zjevné: jazyk je jednoduchý na prvotní zpracování (parsing) i interpretaci, samotný interpreter je tak jednoduchý, že je ho možné uložit do několika kilobytů paměti a i rychlost zpracování je dostatečně vysoká, což umožňuje implementaci PostScriptu přímo v tiskárnách (dnes, kdy je procesor s desítkami milionů tranzistorů obvyklou součástkou, nám to nemusí připadat nijak divné, ovšem PostScript bylo možné provozovat i na šestnáctibitových mikrořadičích).

Vektorové formáty – rozdělení formáty pro popis tiskových stránek PostScript PDF HPGL Hewlett-Packard Graphics Language především pro plotery metaformáty kombinace vektorových a rastrových formátů PDF  (Portable Document Format) WMF (Windows Metafile) EMF (Enhanced Windows Metafile) PostScript, který je založen na programovacím jazyku inspirovaném Forthem. Vlastnosti Forthu jsou v této aplikační doméně zjevné: jazyk je jednoduchý na prvotní zpracování (parsing) i interpretaci, samotný interpreter je tak jednoduchý, že je ho možné uložit do několika kilobytů paměti a i rychlost zpracování je dostatečně vysoká, což umožňuje implementaci PostScriptu přímo v tiskárnách (dnes, kdy je procesor s desítkami milionů tranzistorů obvyklou součástkou, nám to nemusí připadat nijak divné, ovšem PostScript bylo možné provozovat i na šestnáctibitových mikrořadičích).

Technologie zobrazovacích zařízení Monitory můžeme podle používaných technologií rozdělit na: CRT (Cathode ray tube) LCD (Liquid crystal display) Plazma obrazovky, OLED (Organic light-emitting diode) SED (surface-conduction electron-emitter display) projektory Monitor je většinou propojen s grafickou kartou (PC), k jiným zařízením, nebo je do nich přímo integrován (PDA).

Základní parametry monitorů úhlopříčka – udávaná v palcích, 10" až 27" rozlišení (v bodech) – u LCD se jedná o skutečný počet bodů obnovovací/vertikální frekvence (Hz) doba odezvy (ms) – doba, za kterou se bod na LCD monitoru rozsvítí a zhasne počet zobrazitelných barev na bod (u LCD limit barev) vstupy – D-sub, DVI, HDMI, (některé monitory mohou mít ještě oddělené RGB (analogové) vstupy) elektrická spotřeba [W], u LCD je poloviční až třetinová rozměry pozorovací úhly 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

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

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

LCD – typy mřížek RGB RGBW RGBG RGB – střídání složek R, G, B 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)

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

Monitory – rozlišení a značení Krátký přehled v historii používaných rozlišení a jejich označení Typická rozlišení pro různé úhlopříčky Označení karty Textový režim (počet znaků) Grafický režim (počet bodů) Počet barev MDA 80 × 25 – mono (1 bit) CGA 40 × 25 320 × 200 4 (2 bity) 640 × 200 Hercules 720 × 384 EGA 80 × 43 16 (4 bity) 132 × 43 640 × 350 VGA 80 × 50 640 × 480 16 777 216 (24 bitů) SVGA 132 × 50 800 × 600 65 536 (16 bitů) 256 (8 bitů) 1024 × 768 TIGA 1280 × 1024 Úhlopříčka Rozlišení Poměr stran 15" 1024 × 768 4:3 17" 1280 × 1024 5:4 19" 1440 × 900 16:10 20" 1600 × 1200 1680 × 1050 21" 21,5" 1920 × 1080 16:9 22" 23" 24" 1920 × 1200 26" 27"  30" 2 560 × 1600 http://extrahardware.cnews.cz/jak-funguji-monitory-crt-lcd-plazma

Digitální projektory LCD (Liquid Crystal Display) DLP (Digital Light Processing)

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

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

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

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

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/

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