počítačová grafika I –bez teorie to nejde

Prezentace na téma: "počítačová grafika I –bez teorie to nejde"— Transkript prezentace:

1 počítačová grafika I –bez teorie to nejde
Centrum pro virtuální a moderní metody a formy vzdělávání na Obchodní akademii T.G. Masaryka, Kostelec nad Orlicí

2 počítačová grafika I – bez teorie to nejde
je z technického hlediska obor informatiky, který používá počítače k tvorbě umělých grafických objektů a dále také na úpravu zobrazitelných a prostorových informací, nasnímaných z reálného světa (například digitální fotografie a jejich úprava, filmové triky). Z hlediska umění jde o samostatnou kategorii grafiky. rastrová 2D grafika Diagonální linie zdůrazňují prostor. Ansel Adams, Farmáři a Mt. Williamson Konvice z Utahu, nejslavnější 3D model

3 počítačová grafika I – bez teorie to nejde
Historie William Fetter, designér firmy Boeing, je považován za autora slovního spojení „počítačová grafika“, které použil když v roce 1960 popisoval svoji práci. Na začátku grafických technologií byly projekty jako Whirlwind, což byl první počítač využívající CRT obrazovku pro výstup dat, který navíc umožňoval využití světelného pera jako vstupní jednotky. Významným krokem byl počítač TX-2 vyvinutý roku 1959 v Lincolnově laboratoři v Massachusetts Institute of Technology. V roce 1963 byl pro tento počítač naprogramován Ivanem Sutherlandem program Sketchpad, který byl prvním programem využívajícím grafické možnosti počítače a tedy i prvním programem s grafickým uživatelským rozhraním. Brzy se začaly významné počítačové firmy zajímat o grafiku a v roce 1965 uvedla firma IBM na trh grafický terminál IBM 2250, první komerčně dostupný grafický počítač. Na konci 70. let se začaly rozšiřovat možnosti osobních počítačů a s nimi i způsoby praktického využití počítačové grafiky. Na konci 80. let se 3D grafika stala skutečností na SGI počítačích, které byly později použity při tvorbě prvních počítačem tvořených krátkých filmů v Pixaru. Od 80. let se v počítačových systémech využívají symboly, ikony, obrázky a další grafické prvky (souhrnně označované jako grafické uživatelské rozhraní) pro usnadnění a zpříjemnění komunikace mezi uživatelem a počítačem. V 90. letech nastal růst popularity 3D grafiky díky počítačovým hrám a animovaným filmům. V roce 1995 byl uveden film Toy Story, první celovečerní 3D-animovaný film. V roce 1996 byla vydána hra Quake, jedna z prvních her probíhajících výhradně ve 3D prostředí.

4 počítačová grafika I – bez teorie to nejde
2D počítačová grafika Existují dva základní přístupy ke 2D grafice: vektorová a rastrová grafika. Vektorová grafika ukládá přesná geometrická data, například souřadnice bodů, propojení mezi body (úsečky a křivky) a vyplnění tvarů. Většina vektorových grafických systémů umožňuje použít standardní tvary jako kružnice, čtverce atd. Naopak základem rastrové grafiky je pravidelná síť pixelů, organizovaná jako dvourozměrná matice bodů. Každý pixel nese specifické informace, například o jasu, barvě, průhlednosti bodu, nebo kombinaci těchto hodnot. Obrázek v rastrové grafice má omezené rozlišení, které se udává počtem řádek a sloupců. Dnes se často kombinuje rastrová a vektorová grafika v souborových formátech jako PDF či SWF. Rastrový obrázek – malba Vektorový obrázek – kresba

5 počítačová grafika I – bez teorie to nejde
3D počítačová grafika 3D grafika je příbuzná vektorové 2D grafice. Také pracuje se souřadnicemi bodů a informacemi o úsečkách, křivkách a plochách, ale data jsou uložena ve trojrozměrném souřadnicovém systému. Z těchto trojrozměrných dat reprezentujících tělesa je potom renderován 2D obrázek. Různými technikami se dají ve 3D grafice vytvořit velmi realisticky vypadající obrázky díky věrné simulaci světelných a optických jevů jako jsou stíny, odrazy, lom světla či kaustika (běžným příkladem kaustiky je sklenice s vodou, na kterou svítí slunce. Sklenice vrhá stín a zároveň vytváří zakřivenou oblast velice jasného světla). Pokročilé vývojové nástroje umožňují i realistické animace včetně pohybů oděvu, vlasů, vodní hladiny a simulace fyzikálních jevů jako je gravitace a odrazy. Ve trojrozměrné grafice je možné dosáhnout velmi realistických výsledků

6 počítačová grafika I – bez teorie to nejde
Rastrová grafika nebo také bitmapová grafika je jeden ze dvou základních způsobů, jakým počítače ukládají a zpracovávají obrazové informace. Spolu s vektorovou grafikou představují dva základní způsoby ukládání obrázků. V bitmapové grafice je celý obrázek popsán pomocí jednotlivých barevných bodů (pixelů). Body jsou uspořádány do mřížky. Každý bod má určen svou přesnou polohu a barvu (např. RGB). Tento způsob popisu obrázků používá např. televize nebo digitální fotoaparát. Kvalitu záznamu obrázku ovlivňuje především rozlišení a barevná hloubka. Rozmístění a počet barevných bodů obvykle odpovídají zařízení, na kterém se obrázek zobrazuje (monitor, papír). Pokud se obrázek zobrazuje na monitoru, stačí rozlišení 100 až 120 DPI, pro tisk na tiskárně 300 DPI. Pro převod obrazových předloh (klasické fotografie, kreseb a dalších) do bitmapové grafiky slouží zařízení nazývané skener nebo digitální fotoaparát. Rozlišení Počtu bodů na jednotku délky se říká rozlišení. Jednotkou délky je bohužel jeden palec (cca 2,5 cm), jednotka se nazývá DPI (dý pí aj, Dot Per Inch, bodů na palec). Obrázek s rozlišením 300 DPI obsahuje na každý palec 300 bodů. Rozlišení musí být „přiměřené“. Malé rozlišení: zrnitý obrázek. Velké rozlišení: obrovský soubor.

7 počítačová grafika I – bez teorie to nejde
Barevná hloubka je počet barev, který může nabývat každý bod obrázku Barevné fotografie většinou obsahují 16,7 miliónu barev (barevná hloubka 24 bitů na bod), grafické prvky na webu 256 barev (barevná hloubka 8 bitů na bod). Obrázky určené pro tisk na černobílé laserové tiskárně můžeme převést do 256 stupňů šedi. grafické prvky 16,7 mil. barev v 256 barvách v 256 stupních šedi 256 barev

8 počítačová grafika I – bez teorie to nejde
Počet bodů obrázku Pozor na změny velikosti rastrů: velký obrázek můžeme zmenšit, malý zvětšovat nelze! Rastrový obrázek má určitý počet bodů. Pokud jich je hodně, můžeme nějaké vypustit bez výrazné ztráty kvality, tj. zmenšit ho můžeme. Pokud je jich málo, program se je pokusí dopočítat, což většinou nedopadne dobře. Změně počtu bodů se často říká převzorkování obrázku. Z teorie plyne, že vždy dochází ke snižování kvality obrázku. Často však velký počet bodů nepotřebujeme (web, text s ilustračním obrázkem), takže umět snížit počet bodů je důležitá dovednost. Pokud do textu vložíme 5 obrázků nafocených 3 Mpx digitálem, bude mít výsledný soubor klidně 10 MB. Nepůjde ho nikam poslat a práce s ním bude pomalá. Při stejné kvalitě po převzorkování obrázků na třetinovou velikost bude mít soubor cca 1 MB. Původní obrázek má 100 x 98 bodů. Zvýšíme-li počet bodů na 300 x 294, dojde ke ztrátě kvality.

9 počítačová grafika I – bez teorie to nejde
Jak je to s obrazovkama? Obrazovka 17“ má většinou 1024 x 768 bodů. Snímek z 3 Mpx digitálního fotoaparátu má 1538 x 2048 bodů. Je tedy pro zobrazení na obrazovce zbytečně velký. Navíc zabere při uložení v JPG formátu cca 1 MB a posílat přes Internet se bude cca 3,5 minuty. Po převzorkování na 800 x 600 bodů bude na obrazovce výborně viditelný, zabere pouze cca 0,150 MB a přes Internet se (domů) přenese za 30 vteřin. A ještě jedna důležitá věc pro papírovou fotografii potřebujeme kvalitu rozlišení 300 DPI a pro monitory stačí 100 DPI!

10 počítačová grafika I – bez teorie to nejde
KALIBRACE Již víme, že monitory vytvářejí barvy v režimu RGB a tiskárny v režimu CMYK, navíc všechna zařízení jsou nedokonalá. Výsledek: obrázek na monitoru se liší od snímané předlohy a výtisk na tiskárně bude mít opět trochu jiné barvy. Zajistit co nejlepší barevnou věrnost můžeme např. kalibrací monitoru a tiskárny. Objednáme si kalibrační výtisk a stáhneme si soubor se stejným obrázkem. Potom se pomocí ovládacích prvků monitoru pokusíme zajistit co nejlepší barevnou shodu. Poznámka: Profesionálové používají přesnou kalibraci pomocí měřicích sond a barevné profily jednotlivých zařízení (tzv. ICC profily).

11 počítačová grafika I – bez teorie to nejde
Vektorová grafika V případě vektorové grafiky je obraz reprezentován pomocí geometrických objektů (body, přímky, křivky, polygony). Zatímco vektorový obrázek je složen z jednoduchých geometrických objektů jako jsou body, přímky, křivky a mnohoúhelníky, lidské oko pracuje na principu bitmapové grafiky, neboť sítnice představuje bitmapový rastr. Mozek ale zpracovává obraz jako vektorovou grafiku. Vektorová grafika má proti rastrové grafice některé výhody: je možné libovolné zmenšování nebo zvětšování obrázku bez ztráty kvality je možné pracovat s každým objektem v obrázku odděleně výsledná paměťová náročnost obrázku je obvykle mnohem menší než u rastrové grafiky Nevýhody: oproti rastrové grafice zpravidla složitější pořízení obrázku. V rastrové grafice lze obrázek snadno pořídit pomocí fotografie. překročí-li složitost grafického objektu určitou mez, začne být vektorová grafika náročnější na paměť, procesor, velikost disku než grafika bitmapová.

12 počítačová grafika I – bez teorie to nejde
Ukázka efektivity vektorové grafiky při zvětšování: (a) originální vektorový obrázek; (b) zvětšeno 8× jako vektorový obrázek; (c) zvětšeno 8x jako rastrový obrázek.

13 počítačová grafika I – bez teorie to nejde
Bézierova křivka Základem vektorové grafiky je matematika. Obrázek není složen z jednotlivých bodů, ale z křivek - vektorů. Křivky spojují jednotlivé kotevní body a mohou mít definovanou výplň (barevná plocha nebo barevný přechod). Tyto čáry se nazývají Bézierovy křivky. Francouzský matematik Pierre Bézier vyvinul metodu, díky které je schopen popsat pomocí čtyř bodů libovolný úsek křivky. Křivka je popsána pomocí dvou krajních bodů (tzv. kotevní body) a dvou bodů, které určují tvar křivky (tzv. kontrolní body). Spojnice mezi kontrolním bodem a kotevním bodem je tečnou k výsledné křivce. Bézierova křivka

14 počítačová grafika I – bez teorie to nejde
Centrum pro virtuální a moderní metody a formy vzdělávání na Obchodní akademii T.G. Masaryka, Kostelec nad Orlicí Použité materiály, obrázky a parametry o 2D grafice jsou čerpány z www stránek: „jsi.cz“ „digineff.cz“ „grafika.cz“ „svethardware.cz“ „cs.wikipedia.org“