RNDr. Jana Štanclová, Ph.D. ZS 2/0 Z Obrázky (popř. slajdy) převzaty od RNDr. Josef Pelikán, CSc., KSVI MFF UK B_PPG PRINCIPY.

Prezentace na téma: "RNDr. Jana Štanclová, Ph.D. ZS 2/0 Z Obrázky (popř. slajdy) převzaty od RNDr. Josef Pelikán, CSc., KSVI MFF UK B_PPG PRINCIPY."— Transkript prezentace:

1 RNDr. Jana Štanclová, Ph.D. jana.stanclova@ruk.cuni.cz ZS 2/0 Z Obrázky (popř. slajdy) převzaty od RNDr. Josef Pelikán, CSc., KSVI MFF UK B_PPG PRINCIPY POČÍTAČOVÉ GRAFIKY

2 03.10.2011 [1]Barvy v počítačové grafice 10.10.2011 [2]Obraz a jeho reprezentace - obrazová funkce, kvantování, vzorkování 17.10.2011 [3]Reprezentace rastrového obrázku, komprese obrazu, grafické formáty 24.10.2011 [4]Algoritmy na kreslení čáry (DDA, Bresenhamův alg.) 31.11.2011 [5]Algoritmy na kreslení kružnice (DDA, Bresenhamův alg.) 07.11.2011 [6]Křivky a plochy (aproximační a interpolační) 14.11.2011 [7]Oblasti a jejich vyplňování 21.11.2011 [8]Úpravy obrazu – půltování, rozptylování 28.11.2011 [9]Reprezentace 3D scény 05.12.2011 [10]Zobrazování 3D scény 12.12.2011 [11]Zobrazování 3D scény 19.12.2011 [12]Zápočtová písemka Obsah seminářů 2/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

3 75% účast na semináři –účast na minimálně 9 z 12 seminářích –prezenční listina k dispozici max. 15 min po začátku semináře napsání zápočtového testu (ve formě písemky) minimálně na 50% –test na posledním semináři 19.12.2011 pokud není splněna minimální 75% účast na semináři → domácí úkol ve formě rešeršní práce na zvolené téma z oboru počítačové grafiky téma schvaluje vyučující → délka práce úměrná počtu absencí (viz tabulka) strana = normostrana !! Požadavky na získání zápočtu 3/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz # účastírešeršedélka 9 - 12NE 8ANO3 7 4 6 5 5 6 4 7 3 9 2 11 1ANO13 0ANO15

4 slajdy k přednášce –http://www.cuni.cz/~stancloj/ –mnoho slajdů převzato od RNDr. Josefa Pelikána (KSVI MFF UK) další slajdy –Josef Pelikán: Materiály k přednášce Počítačová grafika I http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca/lectures/ knihy –J. Žára, P. Felkel, B. Beneš, J. Sochor: Moderní počítacová grafika, Computer Press, 2005 –J. Žára a spol.: Počítačová grafika, principy a algoritmy, Grada, 1992 –J. Sochor, J. Žára: Algoritmy počítačové grafiky, skriptum ČVUT FEL –V. Skála: Algoritmy počítačové grafiky I-III, skriptum ZČU, Plzeň –Foley, Van Dam, Feiner, Hughes: Computer Graphics, Principles and Practice, Addison Wesley, 1990 Literatura 4/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

5 Počítačová grafika POČÍTAČOVÁ GRAFIKA 5/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

6 rozvoj od 70.let Popis objektů – model světa Obraz modelování zpracování obrazu počítačové vidění rekonstrukce zobrazování Počítačová grafika 6/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

7 použití –vytváření WWW stránek –zpracování videa –vytváření filmových triků –zpracování digitálních fotografií –.... Počítačová grafika 7/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

8 použití –vytváření WWW stránek –zpracování videa –vytváření filmových triků –zpracování digitálních fotografií –.... počítačová grafika využívá poznatky –matematika (teorie křivek,...) –teorie signálů (přechod od spojitého signálu k diskrétnímu) –počítačové vidění (zpracování obrazu pro snadnější pochopení) Počítačová grafika 8/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

9 Počítačová grafika BARVY V POČÍTAČOVÉ GRAFICE 9/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

10 nejčastější reprezentace barev: –1-bitová informace –8-bitové číslo určující stupeň šedi –zápisy barevných složek Barvy v počítačové grafice I 10/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

11 nejčastější reprezentace barev: –1-bitová informace rozlišující černou a bílou barvu 0... bílá, 1... černá –8-bitové číslo určující stupeň šedi 0... bílá : 255... černá –zápisy barevných složek různé barvy se tvoří jako kombinace několika základních barev např. na obrazovce barvy vznikají složením základních barev RGB Barvy v počítačové grafice I 11/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

12 různé zápisy barevných složek –True color každá složka je jedno celé číslo v rozsahu 0-255 proč právě hodnoty 0-255? kolik různých barev takto získáme? co to je za barvu, která je uvedena na příkladu? 255 0 RG B Barvy v počítačové grafice II 12/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

13 různé zápisy barevných složek –True color každá složka je jedno celé číslo v rozsahu 0-255 proč právě hodnoty 0-255? kolik různých barev takto získáme? co to je za barvu, která je uvedena na příkladu? –High color každá barevná složka je číslo v rozsahu 0-31 proč právě hodnoty 0-31? kolik různých barev získáme? Barvy v počítačové grafice II 13/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz 255 0 RG B

14 různé zápisy barevných složek –True color každá složka je jedno celé číslo v rozsahu 0-255 proč právě hodnoty 0-255? kolik různých barev takto získáme? co to je za barvu, která je uvedena na příkladu? –High color každá barevná složka je číslo v rozsahu 0-31 proč právě hodnoty 0-31? kolik různých barev získáme? –každá složka je číslo z intervalu Barvy v počítačové grafice II 14/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz 255 0 RG B

15 základní barevné modely –RGB – model –CMY(K) – model –HSV – model –HLS – model Barevné modely 15/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

16 základní barvy –R... červená (red) –G... zelená (green) –B... modrá (blue) volba barev je dána technickými vlastnostmi monitorů –barva luminiscenčních prvků, které převádějí elektrický impuls na vyzářený paprsek Barevný model RGB 16/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

17 základní barvy –R... červená (red) –G... zelená (green) –B... modrá (blue) volba barev je dána technickými vlastnostmi monitorů –barva luminiscenčních prvků, které převádějí elektrický impuls na vyzářený paprsek vlastností modelu je součtové (aditivní) sládání barev –čím více barev sečteme, tím světlejší nebo tmavší barvu dostaneme? –složením červené, zelené a modré dostaneme jakou barvu? –jak lze ověřit, jakou barvu dostaneme složením červené, zelené a modré? Barevný model RGB 17/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

18 Aditivní skládání barev v modelu RGB 18/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

19 barevný rozsah v RGB modelu → lze zobrazit jako jednotkovou krychli umístěnou v osách r, g, b –umístěte správné barvy k jednotlivým vrcholům RGB krychle 19/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

20 barevný rozsah v RGB modelu → lze zobrazit jako jednotkovou krychli umístěnou v osách r, g, b –bílá = červená + zelená + modrá –fialová = ??? –kde jsou v krychli umístěny odstíny šedi ??? RGB krychle 20/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

21 RGB krychle 21/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

22 RGB krychle 22/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

23 máme základní barvy R, G a B → jak z těchto barev uděláme odstín šedi? Převod barev RGB na odstíny šedi 23/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

24 máme základní barvy R, G a B → jak z těchto barev uděláme odstín šedi? –nelze udělat aritmetický průměr jednotlivých složek !! I = (R+G+B) / 3 lidské oko vnímá různým způsobem intenzitu jednotlivých barevných složek např. nejcitlivější je lidské oko na zelenou Převod barev RGB na odstíny šedi 24/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

25 máme základní barvy R, G a B → jak z těchto barev uděláme odstín šedi? –nelze udělat aritmetický průměr jednotlivých složek !! I = (R+G+B) / 3 lidské oko vnímá různým způsobem intenzitu jednotlivých barevných složek např. nejcitlivější je lidské oko na zelenou odstín šedi je třeba vyjádřit: Y = 0,299*R + 0,587*G + 0,114*B Převod barev RGB na odstíny šedi 25/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

26 barevný obraz v RGB doplněn o ??? Pojem RGBA 26/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

27 barevný obraz v RGB doplněn o informaci o průhlednosti –složka A.... α kanál barevný bod takového obrazu → údaj z intervalu –poměr, v jakém se barva bodu smíchá s barvou pozadí 0... neprůhledný barevný bod 1... zcela průhledný bod složka A nemá význam při zobrazení samotného obrazu –jen při kombinaci více obrazů do jednoho celku Pojem RGBA 27/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

28 RGB model vhodný pro displeje → lidská zkušenost s mícháním barev je jiná –malíř... nové barvy mísením jednotlivých barev –více barev dohromady → tmavší barva –smíchání všech barev → černá (tj. opak k aditivnímu skládání barev) Barevný model CMY(K) 28/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

29 RGB model vhodný pro displeje → lidská zkušenost s mícháním barev je jiná –malíř... nové barvy mísením jednotlivých barev –více barev dohromady → tmavší barva –smíchání všech barev → černá (tj. opak k aditivnímu skládání barev) míchání barev typické i pro tiskařské techniky → CMY(K) model –barevný dojem vzniká pohlcením některých složek bílého světla základní barvy –C... ?? –M... ?? –Y... ?? Barevný model CMY(K) 29/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

30 RGB model vhodný pro displeje → lidská zkušenost s mícháním barev je jiná –malíř... nové barvy mísením jednotlivých barev –více barev dohromady → tmavší barva –smíchání všech barev → černá (tj. opak k aditivnímu skládání barev) míchání barev typické i pro tiskařské techniky → CMY(K) model –barevný dojem vzniká pohlcením některých složek bílého světla základní barvy –C... tyrkysová/modrozelená (cyan) –M... fialová (magenta) –Y... žlutá (yellow) Barevný model CMY(K) 30/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

31 31/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz Subtraktivní skládání barev v modelu CMY

32 barevný rozsah v CMY modelu → lze zobrazit jako jednotkovou krychli umístěnou v osách c, m, y –umístěte správné barvy k jednotlivým vrcholům CMY krychle 32/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

33 barevný rozsah v CMY modelu → lze zobrazit jako jednotkovou krychli umístěnou v osách c, m, y –černá = tyrkysová + fialová + žlutá –červená = ??? CMY krychle 33/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

34 modely RGB a CMY navzájem duální –jaký je převod mezi těmito modely? Převod barev mezi CMY a RGB 34/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

35 modely RGB a CMY navzájem duální –jaký je převod mezi těmito modely? C = 1 – R M = 1 – G Y = 1 – B Převod barev mezi CMY a RGB 35/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

36 tisk: obrazy jako soutisk tří obrazů tvořených barvami C, M a Y –barevné pigmenty nesmí být dokonale krycí → ?? Barevný model CMY(K) 36/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

37 tisk: obrazy jako soutisk tří obrazů tvořených barvami C, M a Y –barevné pigmenty nesmí být dokonale krycí → nové barvy vzájemným překrýváním –praxe: složení všech barev = špinavě hnědá (ne černá) Barevný model CMY(K) 37/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

38 tisk: obrazy jako soutisk tří obrazů tvořených barvami C, M a Y –barevné pigmenty nesmí být dokonale krycí → nové barvy vzájemným překrýváním –praxe: složení všech barev = špinavě hnědá (ne černá) → černá barva se tiskne jako samostatná barva –černý inkoust (toner) mnohem levnější –černá ke ztmavení barev → v polygrafii model CMYK –černá barva (blacK) se přidá jako čtvrtá základní barva Barevný model CMY(K) 38/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

39 barevné tiskárny –kromě CMY(K) mají více barevných tonerů → pro vytváření pastelových barev –například dva černé tonery → jeden na text, druhý na míchání barev toner G a R → na pastelové barvy toner PM (photomagenta) a PC (photocyan) → na lepší barvy obličejů... Barevné tiskárny 39/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

40 práce s barvami v počítači –modely RGB a CMY → snadná reprezentace a dobrý a rychlý výpočet co když chce barvy zadat uživatel? –RGB nebo CMY model → těžší představa, jaká barva vznikne smícháním základních barev → není snadné odhadnout, jak změnit pro danou barvu její odstín → modely HSV a HLS –blízké intuitivnímu zadávání barev –využití: filmařství (snadná úprava filmů – změna osvětlení scény atd.) Barevné modely HSV a HLS 40/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

41 trojice složek (!ne barev!) –H... barevný tón (hue) –S... sytost (saturation) –V... jas (value) význam složek –?? Barevný model HSV 41/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

42 trojice složek (!ne barev!) –H... barevný tón (hue) –S... sytost (saturation) –V... jas (value) význam složek –H... základní spektrální barva rozsah 0º - 360º –S... sytost, čistota barvy poměr čisté barvy a bílé barvy rozsah 0 – 1 0... bílá barva, 1... spektrální barva –V... jas, intenzita množství světla základní spektrální barva rozsah 0 – 1 0... černá, 1... bílá jaké těleso popíše HSV model? Barevný model HSV 42/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

43 pro zobrazení se používá kužel –barevný tón H... úhel –sytost S... vzdálenost od osy kužele –jas V... od vrcholu k podstavě kde jsou základní barvy? Zobrazení modelu HSV 43/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

44 Barevný model HSV 44/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

45 Barevný model HSV 45/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

46 model HSV nesymetrický z hlediska jasu (svislá osa) → model HLS složky –barevný tón H (hue) úhel 0º - 360º –světlost L (lightness) od spodního vrcholu nahoru 0...černá – 1...bílá –sytost S (saturation) 0... osa – 1.. povrch Barevný model HLS 46/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

47 model HSV nesymetrický z hlediska jasu (svislá osa) → model HLS složky –barevný tón H (hue) úhel 0º - 360º –světlost L (lightness) od spodního vrcholu nahoru 0...černá – 1...bílá –sytost S (saturation) 0... osa – 1.. povrch pro zobrazení se používá dvojitý kužel Barevný model HLS 47/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

48 jaké souřadnice mají čisté nejjasnější barvy? Barevný model HLS 48/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

49 jaké souřadnice mají čisté nejjasnější barvy? –barvy na obvodu podstavy H ∈ <0,360)... na obvodu L = 0.5... v podstavě S = 1... na krajích Barevný model HLS 49/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

50 model HLS odpovídá skutečnosti –nejvíce různých barev vnímáme při „průměrné“ světlosti oblast podstav –schopnost rozlišit barvy klesá při velkém ztmavení i přesvětlení oblasti vrcholů kuželů Barevný model HLS 50/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

51 netriviální převod mezi HLS, HSV a RGB –není jednoduchý vzorec –charakter algoritmu –lze najít v literatuře převod není prosté zobrazení –proč ??? Převod mezi HLS, HSV a RGB 51/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

52 netriviální převod mezi HLS, HSV a RGB –není jednoduchý vzorec –charakter algoritmu –lze najít v literatuře převod není prosté zobrazení –barvy na ose kužele (resp. dvojkužele)... není H jednoznačně určeno → hodnota „nedefinováno“ 52/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz Převod mezi HLS, HSV a RGB

53 Počítačová grafika DOPLNĚK: Princip dataprojektorů Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

54 projektor DLP (Digital Light Processing) –tisíce zrcátek mikroskopických rozměrů (1 zrcátko = 1 odrazový bod) –zrcátka nakláněna a odráží světlo na objektiv a přes něj na plátno → černobílý obraz –barevný obraz vytvořen pomocí barevného rotujícího kotouče –otáčením kotouče a současným natáčením zrcátek se na plátně objevuje obraz střídavě po jednotlivých barevných složkách v rychlosti, díky které je lidským okem vnímán najednou a jako barevný projektor LCD (Liquid Crystal Display) –vyšší ostrost obrazu –použity 3 LCD displeje zdroj informací – http://www.uzs.tul.cz/ Dataprojektory Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

55 Dataprojektor DLP obrázky převzaty z http://www.uzs.tul.cz Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz

56 Dataprojektor LCD obrázky převzaty z http://www.uzs.tul.cz/ Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz