Počítačová grafika zdroj: ikate.ic.cz
Počítačová grafika „Počítačová grafika 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.“ 1
2D počítačová grafika Existují dva základní přístupy ke 2D grafice: vektorová a rastrová grafika. Vektorová grafika - vychází z použití základních geometrických tvarů (úsečky, lomené čáry, kružnice, elipsy, mnohoúhelníky, křivky, textové řetězce), - zaznamenány jsou informace o použitých prvcích, jejich souřadnice, - vektorová reprezentace obrazu je tedy matematický popis tvaru, - nevýhody: složitá tvorba obrazu, v určitých případech vysoké nároky na RAM a CPU, - výhody: nezkreslení obrazu při jeho zvětšení, matematicky přesný popis, snadné změny obrazu, menší paměťová náročnost, - použití: ilustrace, diagramy, počítačové animace, počítačová sazba, - formáty:
PDF
Portable Document Format,
AI
Adobe Illustrator Artwork,
CDR
CorelDRAW,
SVG
Scalable Vector Graphics,
ZMF
Zoner Callisto,
- programy: CorelDRAW, CAD/CAM systémy (obsahují 3D, Solid Edge, EdgeCAM, AutoCAD, RealCAD, ProgeCAD, Google SketchUp, Microstation, InRoad…), Adobe Illustrator, Quark XPress, Adobe InDesign, Zoner Callisto (CZE)… Rastrová (bitmapová) grafika - reprezentace obrazu pomocí pixelů (nejmenší nedělitelný bod se spojitou barvou a odstínem, nese informaci o jasu, barvě, průhlednosti); pixely jsou uspořádány do mřížky (= bitová mapa, bitmapa), při zvětšování obrazu dochází ke zhoršení kvality obrázku, - nevýhody: snížená kvalita obrazu, vysoké nároky na potřebnou paměť, - výhody: snadné provádění grafických efektů (fotomontáže, střihy…), elektronická archivace prací, snadné pořízení obrazu (digitální fotoaparát, skener), - formáty:
BMP
Microsoft Windows Bitmap,
GIF
Graphics Interchange Format,
JPEG Joint Photographic Experts Group (= název konsorcia, které tuto kompresi navrhlo), JPEG 2000, PNG
Portable Network Graphics,
TIFF
Tag Image File Format,
- programy: Malování (MS), KPaint (Linux), Adobe Photoshop, Inkspace, GIMP, Photo Filter Factory, Pixia a další programy pro úpravu fotografií.
1
Počítačová grafika. [online]. Poslední aktualizace: 2010-03-17. [cit. 2010-03-22]. Dostupné z WWW:
.
1/5
Počítačová grafika zdroj: ikate.ic.cz Obrazové formáty rastrové grafiky JPEG -
vhodný pro kódování fotografií, u nichž mají sousední pixely blízké barvy,
-
formát ztrátové komprese (paměťová úspora má za následek snížení kvality obrazu, která je dosažena potlačením rozdílů v blízkých barvách),
-
využívá nižší citlivosti lidského oka na změny barevných odstínů,
-
optimální úspora + přijatelný výsledek při 24 bitech na 1 pixel,
-
kvalitnějším nástupcem je formát JPEG 2000 (obsahuje bezeztrátovou kompresi, podpora průhlednosti, dokonalejší komprese).
GIF -
paleta max. 256 barev, 1 Byte na 1 pixel,
-
původně určen k přenosu po telefonních linkách (proto se projevuje složitou strukturou formátu),
-
nyní určen pro použití na webových stránkách,
-
může uchovávat více obrázků v 1 souboru, schopnost ukládat textové informace, uchování časové prodlevy mezi obrázky → animace.
PNG -
mladší grafický formát, je srovnáván s GIFem, umožňuje ukládat obrázky v rozlišení true color,
-
bezeztrátová komprese, minimální úspora velikosti, nemůže přenést více obrázků v 1 souboru.
TIFF, TIF -
složitý historický vývoj, schopen zapisovat obrazy v různých barevných modelech a rozlišeních,
-
vysoce univerzální, ale málokterý editor TIFF zobrazí,
-
umožňuje zápis více obrázků do 1 souboru,
-
vynikající kvalita, bezeztrátová komprese, využíván při přípravě profesionálních grafických tisků.
3D počítačová grafika Pracuje s trojrozměrnými geometrickými daty, která jsou do 2D rozměru převáděna pomocí renderingu. Rendering „Rendering je tvorba reálného obrazu na základě počítačového modelu, nejčastěji 3D. Rendering obsahuje v závislosti na softwaru mnoho parametrů a nastavení, kterými lze ovlivnit konečný vzhled scény. Jde o odvětví počítačové grafiky. Zabývá se tvorbou obrazů, napodobující reálný svět. Je to zvláštní způsob vizualizace dat. Data jsou parametry popisující reálný nebo imaginární svět s jeho objekty a jejich vlastnostmi. Úkolem syntézy obrazu je z tohoto počítačového modelu obraz, který je pokud možno nerozeznatelný od fotografie definovaného objektu v reálném světě. Syntéza obrazu je odvětví, které významně ovlivňuje tvorbu počítačových her, programů pro tvorbu grafiky a animaci a programů CAD/CAM. Realistické počítačové obrazy nacházejí uplatnění při tvorbě filmových efektů, architektuře, vojenství, při simulaci fyzikálních jevů nebo projektech pracující s virtuální realitou.“ 2 Programy pro 3D grafiku - Autodesk Maya, ZBrush, 3ds Max, Blender, LightWawe, SketchUp, - první tři 3D SW byly využity při tvorbě filmu Avatar.
2
Rendering. [online]. Poslední aktualizace: 2010-03-04. [cit. 2010-03-22] Dostupné z WWW: .
2/5
Počítačová grafika zdroj: ikate.ic.cz
Barvy počítačové grafiky Barvy v počítači jsou tvořeny kombinací základních barev. Barevný model RGB - monitor, dataprojektor používá základní barvy Red, Green, Blue, jednotlivé složky barev mohou nabývat celočíselných hodnot od 0 do 255, počet kombinací dosahuje 16 milionů (2563 možností = 4 Byte paměti na 1 pixel), - jedná se o aditivní (součtový) způsob míchání barev (míchání vyzařovaného světla, nepotřebuje vnější světlo, protože přístroj sám vydává světlo), - index color je rozlišení různých odstínů dvou barev (nejčastěji černá - bílá), 256 (28, 8 bitů) možností = 1 Byte paměti na 1 pixel, - hight color je použití 65 536 (216, 16 bitů) možností barev, což zabírá 2 Byte paměti na 1 pixel, - true color je použití 16 777 216 (224, 24 bitů) možností barev, což zabírá 3 Byte paměti na 1 pixel, ale ve skutečnosti je na jeden bod použito 32 bitů (4 Byte), protože oddělováním 3 B docházelo k vysokým ztrátám času; tímto nastavením jsou překonány rozlišovací schopnosti lidského oka.
Obrázek 1: Barevný model RGB; zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Bare vny_model_rgb.png
Barevný model CMY - „je barevný model založený na subtraktivním míchání barev (mícháním od sebe barvy odčítáme, tedy omezujeme barevné spektrum, které se odráží od povrchu), - CMYK se používá především u reprodukčních zařízení, která barvy tvoří mícháním pigmentů (např. inkoustová tiskárna)“ 3, - je složen z barev Cyan (tyrkysová), Magenta (purpurová), Yellow (žlutá) + doplňková blacK (černá; kvůli snížení ekonomických nákladů při tisku), - polotóny (rastrování) získáme tiskem barvy s vyšším rastrem, čím dosáhneme nižší sytosti základních barev; například z magenty tištěné se 20% rastrem vzniká růžová barva (oko vnímá drobounké tečky magenty a bílý papír mezi nimi jako zesvětlení, tedy méně nasycené barvou čistého inkoustu magenty).
Obrázek 2: Barevný model CMY; zdroj: vlastní
Barevný model HSV - místo krychle se používá šestiboký jehlan, - model umožňuje měnit jednu charakteristiku při zachování ostatních, - černá leží na vrcholu, čisté barvy leží na obvodu podstavy, - „HSV (Hue, Saturation, Value), také známý jako HSB (Hue, Saturation, Brightness), je barevný model, který vytvořil v roce 1978 Alvy Ray Smith, - tento barevný model nejvíce odpovídá lidskému vnímání barev,
3
CMYK. [online]. Poslední aktualizace: 2010-02-04. [cit. 2010-03-21]. Dostupný z WWW: .
3/5
Počítačová grafika zdroj: ikate.ic.cz - sestávající ze tří složek (nejsou to základní barvy), u nichž je nutno hlídat hodnoty (možné nesmyslné kombinace)“ 4, -
Hue (barevný tón, odstín) - barva odražená nebo procházející objektem, měří se jako poloha na standardním barevném kole (0° až 360°),
-
Saturation (sytost barvy, chroma, síla nebo čistota barvy) množství šedi v poměru k odstínu, měří se v procentech od 0% (šedá) do 100% (plně sytá barva),
-
Value (hodnota jasu, množství bílého světla) - relativní světlost nebo tmavost barvy, kolik světla barva odráží,
Omezení barevného prostoru -
omezení (redukce) barevného prostoru je nutná při výstupu s omezeným počtem barev, a to v těchto případech: -
tisk na černobílé tiskárně,
-
zobrazení na displeji s např. 256 barvami,
-
zobrazení na displeji s 256 stupni šedi,
-
komprese obrazových dat omezením počtu barev,
Obrázek 3: Barevný model HSV; zdroj: vlastní
-
při převodu vždy dochází ke ztrátě dat,
-
při omezení barevného prostoru spoléháme na integrační schopnost lidského oka, které si z několika blízkých barevných bodů vytvoří barevný odstín, např.: -
kombinace černých a bílých bodů dává stupně šedi,
-
kombinace R, G, B bodů dává barevné odstíny,
-
achromatické obrazy (barevné obrazy složené ze dvou barev, např. z černé a bílé barvy) jsou obrazy ve stupních šedi; teoreticky mají 256 stupňů, prakticky stačí 32 – 64 stupňů (citlivost oka),
-
monochromatické obrazy (barevné obrazy složené z jedné barvy, většinou z černé) jsou černobílé obrazy (dvě úrovně: černá / bílá).
Používané algoritmy -
dithering (tónování, rozklad)
-
„dithering (rozklad, rozptylování) je proces, při němž dojde k nahrazení barevné plochy sítí bodů základních barev, které díky nedokonalosti vnímání lidského oka vytvoří prostřednictvím optického míchání barev dojem barvy původní“ 5, „metoda, kdy s omezeným počtem barev simulujeme v obrázku barvy, které nemáme bezprostředně k dispozici, funguje tak, že do blízkého okolí se umístí několik různobarevných teček, jejichž celkové barevné vyznění vede k požadované barvě, tuto metodu využívali v klasickém umění pointilisté (nejznámější jsou George Seurat a Paul Signac), v dnešní době se s ní setkáte u barevného tisku - podívejte se lupou na barevnou fotografii v časopise či knize,
4
HSV. [online]. Poslední aktualizace: 2009-12-22. [cit. 2010-03-25]. Dostupný z WWW: . 5
Barva jako kartografický vyjadřovací prostředek. [online]. [cit. 2010-03-25]. Dostupný z WWW: .
4/5
Počítačová grafika zdroj: ikate.ic.cz
-
cílem ditheringu je odstranit nežádoucí linie, ke kterým dochází u plynulých barevných přechodů při omezování počtu barev“ 6,
-
základní metody pro dithering jsou thresholding (prahování), náhodné rozptýlení, maticové rozptýlení a distribuce chyby,
- halftoning (polotónování) -
„halftoning (polotónování) je specifickou metodou ditheringu (rozkladu). Při dvoubarevném tisku je intenzita barvy daná velikostí procenta pokrytí plochy barvou. Obvykle je použita pravidelná síť bodů, při vícebarevném tisku jsou sítě jednotlivých barev potřebných k vytvoření efektu barvy výsledné natočeny v určitém úhlu a to tak, aby nedocházelo ke vzniku nepravidelných rušivých vzorků.“ 7,
-
slouží pro výstup na tiskárnu,
-
zvětšuje rozměry obrazu, protože pixel je nahrazen vzorem pixelů podle dané metody.
Další pojmy pixel (picture element, obrazový prvek; někdy též pel, zkracováno na px) je nejmenší jednotka digitální rastrové (bitmapové) grafiky, DPI (dots per inch) je údaj určující, kolik obrazových bodů (pixelů) se vejde do délky jednoho palce; jeden palec (anglicky inch) je 2,54 cm, PPI (pixels per inch) je údaj určující, kolik obrazových bodů (pixelů) se vejde do délky jednoho palce, DTP (desktop publishing) je tvorba tištěného dokumentu za pomoci počítače; tvorbu vykonává DTP operátor nebo grafik pomocí sázecího počítačového programu, TEX je sazební systém vyvinutý v roce 1983 Donaldem Ervinem Knuthem na Standforské univerzitě, LaTEX je soubor maker definujících styl jednotlivých dokumentů; obsahuje předdefinované styly.
Použité zdroje informací HSV [online]. Poslední aktualizace: 2009-12-22. [cit. 2010-03-25]. Dostupný z WWW: . Barva jako kartografický vyjadřovací prostředek [online]. [cit. 2010-03-25]. Dostupný z WWW: . Polotón [online]. Poslední aktualizace: 2009-04-29. [cit. 2010-03-25]. Dostupný z WWW: . CMYK [online]. Poslední aktualizace: 2010-02-04. [cit. 2010-03-21]. Dostupný z WWW: . Rendering [online]. Poslední aktualizace: 2010-03-04. [cit. 2010-03-22] Dostupné z WWW: . Počítačová grafika [online]. Poslední aktualizace: 2010-03-17. [cit. 2010-03-22]. Dostupné z WWW: . SATRAPA, Pavel. Dithering [online]. [cit. 2010-03-25]. Dostupný z WWW: .
6
SATRAPA, Pavel. Dithering. [online]. [cit. 2010-03-25]. Dostupný z WWW: .
7
Barva jako kartografický vyjadřovací prostředek. [online]. [cit. 2010-03-25]. Dostupný z WWW: .
5/5
