3. Základní pojmy o grafice a rastrová grafika 3.1
Vnímání barev a barevné modely Světlo které pozorujeme je ve své podstatě elektromagnetické záření. Barva je pak světlo určité vlnové délky (spektrum vlnových délek) λ (lambda). Barva kterou vidíme je však subjektivní záležitostí vnímání lidského oka. Oko – tedy jakýsi snímač snímá viditelné světlo (asi 400 až 800 nm). snímačem
jsou
tyčinky
Hlavním
rozeznávající
stupně šedi – tedy intenzitu světla a čípky rozeznávající barvy. I podle spektra je zřejmé, že oko je nejvíce citlivé na zelenou barvu a nejméně na barvu modrou (spektrální citlivost). Pro vyjádření barev se využívají různé tzv. barevné modely. Tyto modely se do značné míry liší stejně jako jejich využití. V praxi se využívá aditivního nebo subtraktivního skládání barev. 3.1.1 Přehled základních barevných modelů: Barevné moduly nám určují kombinaci ostatních barev pro získání jiných odstínů ze základních barev. Dělíme je na: •
Aditivní barevný model – v tomto modelu přidáváme barvy do barvy černé. Model si můžeme představit jako tři shodné kruhy různých barev vnořené do sebe (průnikem všech barev je barva bílá). Nejtypičtějším aditivním modelem je RGB(Red, Green, Blue). S tímto barevným modelem typicky pracuje monitor.
•
Subtraktivní barevný model – v tomto modelu odečítáme barvy od barvy bílé. Barvy pohlcují části spektra, bílá barva odráží světlo a černá jej pohlcuje. Nejtypičtějším aditivním modelem je CMYK (Cyan Magenta Yellow Key). S tímto barevným modelem typicky pracuje tiskárna. 11
Mimo dva základní barevné systémy se můžeme setkat i s jinými jako jsou například: •
HSV - Hue Saturation Value Pro zobrazení barev v modelu HSV se používá šestiboký jehlan umístěný do souřadnicového systému tak, že vrchol jehlanu se nachází v počátku a osa jehlanu je shodná se svislou osou, která zároveň znázorňuje změny úrovně jasu. Model HSV má dva základní nedostatky: přechod mezi černou a bílou barvou není plynulý pohyb barevného tónu se neodehrává po kružnici, ale po šestiúhelníku (změna barevného tónu také není plynulá).
12
•
HLS – Hue turation Lightness Model je velice podobný modelu HSV. Tvar modelu odpovídá skutečnosti – schopnost rozlišování barevných odstínů skutečně klesá se ztavováním a zesvětlováním základní čisté barvy, zvyšování a snižování světlosti barvy skutečně spočívá v přidávání světlého nebo tmavého pigmentu. Modely HSV a HLS bývají někdy nazývány modely psychologickými a psychofyzikálními. Model HLS i HSV, na rozdíl od RGB a CMY, umožňují měnit jeden parametr barvy, zatímco ostatní dva zůstanou zachovány - tato možnost je důležitá pro počítačové grafiky, tiskaře i kartografy.
•
YUV Je barevný model používaný v televizním vysílání. Model k popisu barvy používá tříprvkový vektor [Y,U,V], kde Y je jasová složka, U a V jsou barevné složky. Barevné složky se používají v rozsahu od -0,5 do 0,5. Jasová složka má od 0 do 1.
•
CIE – Commision International Illumination. Základem barevného modelu CIE je chromatický diagram. Prvním chromatickým diagramem definovaným CIE byl model vzniklý v roce 1931 - CIE 1931 (x,y), někdy je známý pod označením CIE xy. Hodnota Y popisuje jas, ovšem zbylé dvě hodnoty jsou spíše matematickými popisy než aby označovaly nějakou konkrétní vlastnost barvy.
13
Chromatický diagram CIExy umožňuje nanesení barev slunečního spektra – locus barev. Obsahuje tak všechny existující barvy. Pokud do diagramu vložíme určitý obrazec (trojúhelník) vyznačíme tak podmnožinu locu – gamut. Každé zařízení má jiné barevné možnosti a proto je nutné pro různá zařízení přepočítávat barvy.
14
3.2
Základní pojmy
3.2.1 DPI (dots per inch) … počet obrazových bodů na palec, které laserová tiskárna nebo osvitová jednotka vytváří. Běžné tiskárny tisknou v rozlišení 300 DPI a více (t.j. 300 bodů na palec). Obrázky na webu zobrazujeme většinou v 72 DPI, ale i víc. 3.2.2
LPI
(lines per inch) … počet linek na palec, které se vytisknou na plochu 2,54 cm. Tedy to, co vidíme zrakem na obrázku při výstupu z tiskárny (tzv. rastrová frekvence). Pro běžný tisk se používá 159LPI, pro kvalitnější 175LPI. 3.2.3
OSVITOVÁ JEDNOTKA
Počítačové zařízení na výrobu CMYK filmů, které využívají tzv. výtažky – separace pro další použití v profesionálních tiskárnách. Pro každou barvu je jedna stránka, při nebarevném tisku je pouze jeden film pro tiskovou sazbu. 3.2.4
ROZLIŠENÍ OBRAZU
Rozlišení se používá jak u hw zařízení jako jsou monitory apod. Tak i u samotných obrázků. Rozlišení udává (většinou ve 2D) kolik obrazových bodů (pixelů) na kolik obrazových bodů daný obrázek má (nebo je schopno zařízení zobrazit, fotoaparát či scanner sejmout, atd.). Tedy např. 800x600, 1280x1024, 1600x1200, atd. U klasických CRT monitorů lze využít více různých rozlišení podle možností konkrétního modelu. U LCD panelů pak jen jedno nativní dané konstrukci (menší rozlišení jsou schopny interpolovat). Pokud je obrázek získán v určitém rozlišení je sice možné jej měnit, ale jeho zvětšováním dochází v obraze díky přepočítávání ke snižování kvality.
3.2.4.1 BAREVNÁ HLOUBKA Jak již bylo výše uvedeno, v počítačové grafice se pracuje s omezeným spektrem barev podle konkrétního zařízení. Platí ale i další neméně důležití omezení. Barevná hloubka udává jemnost rozlišení barev, tedy kolik odstínů základních barev (např. RGB) může zařízení rozlišit. Barevnou hloubku udáváme buď v konkrétním počtu barev (např. 256, 16,7mil, …) nebo v počtech bitů (24b, 48b). 15
3.3 3.3.1
Formáty grafických souborů JPEG
(Joint Picture Expert Group) – Rastrový formát s rekordní ztrátovou kompresí (větší než u TIFF nebo GIF). Je nevhodný pro ukládání obrázků s jednobarevnými plochami, u nichž dochází k nedokonalé reprodukci. Tomuto formátu rovněž nesvědčí opakované ukládání obrázků, což snižuje při každém uložení kvalitu zobrazení. Používá se pro Internet, protože je optimalizován pro mnohobarevné obrázky (fotografie), které zobrazuje kvalitně. I při nízké hodnotě 72dpi nelze okem rozpoznat rozdíly mezi originálem a kopií. Formát je výhodný pro uchování snímků ze skenerů a digitálních fotoaparátů a přednost má také v tom, že velikost komprimace můžeme měnit podle výsledku zobrazení. 3.3.2
GIF
(Graphic Interchange Format) – Formát má výhodu v bezztrátové kompresi, tudíž se komprimací (4:1) nesnižuje kvalita obrázku. Po dekomprimaci vypadá obrázek stejně jako původní originál. Tento formát je možné opakovaně ukládat bez degradace obrazové kvality. Jde o nejpoužívanější formát na www stránkách. Snaží se „ušetřit“ na detailech, které lidské oko nepostřehne. Výsledný obrázek po kompresi vypadá stejně jako originál! Ovšem něco za něco – má omezení na 256 zobrazitelných barev, protože pracuje s 8bitovou hloubkou barev. Není proto vhodný pro ukládání fotografií v DTP! Na druhé straně jeho výhodou je vynikající poměr velikosti souboru k jeho skutečným rozměrům, což vyhovuje Internetu. Rovněž výhodné je načítání po řádcích, takže uživatel Internetu již v prvním okamžiku zobrazování získá představu o obrázku a nemusí tedy čekat na jeho úplné zobrazení. Výhodou tohoto formátu je rovněž podpora animovaných obrázků. 3.3.3
PNG
(Portable Network Graphics) – Používá silnou neztrátovou kompresi, což přináší optimální výslednou velikost souboru. V poslední době se prosazuje na Internetu. Jeho obrovskou výhodou je skutečnost, že může být uložen v 8, 24 nebo 32bitové barevné hloubce! Používá gamma korekci, takže obrázky v tomto formátu mají stejný jas i kontrast ve všech platformách OS. Všechny funkce tohoto formátu však webové prohlížeče (browsery) nepodporují. Formát zachovává plnou transparentnost a věrohodnou barevnost. Má před sebou určitě velkou budoucnost, avšak jeho náročnost zatím způsobuje, že se i přes svou flexibilitu na Internetu prosazuje pomalu.
16
3.3.4
TIFF
(Tagged Image File Format) – Jde o rastrový formát (pracuje s ním např. Adobe Illustrator). Ukládá obraz bezztrátovou kompresí, takže velikost souboru se po uložení může několikrát zmenšit. Pro grafiky je skvělý proto, že dokáže ukládat souběžně s obrázkem i kanály a cesty. Ovšem největší komprese závisí hodně na obsahu obrázku. Tuto bitovou grafiku lze, jako jedinou, uložit téměř s libovolným rozlišením DPI; s 256 barvami (8 bity na bod) a také s 16,7 miliony barev (24 bity na bod). Formát lze přenášet na Linux a Macintosh. 3.3.5
BMP
(Windows Bitmap) – Další rastrový formát. Jeho nevýhodou je velká velikost souboru. Patří k jednoduchým bitmapovým formátům. Formát používají některé aplikace Windows a je vhodný k přenášení obrázků v rámci aplikací, které využívají tento operační systém. V programu Malování můžete obraz ve formátu BMP otočit či převrátit a také roztáhnout či zkosit. Doporučuje se však provádět tyto operace v malém rozsahu. Tento formát je nazýván také jako „device independent“ (nezávislý na zařízení na němž je provozován). Používá se nejčastěji u softwarově sejmutých obrazovek (náhledů) aplikací Windows. 3.3.6
WMF
(Windows Metafile) – Vektorový grafický formát. Je spolehlivý v černobílé grafice, nevhodný pro barevnou grafiku. Je velmi praktické jej rovněž využít pro přenos grafické informace v rámci schránky Windows. Do tohoto formátu lze umístit bitmapy, což patří k jeho přednostem. Nevýhodou je, že tento formát neakceptuje bitmapové ani vektorové výplně. 3.3.7
AI
(Adobe Illustrator) – Vektorový grafický formát, který používá známý kreslič vektorových obrázků Adobe Illustrator. Jde o zřejmě nejkvalitnější formát svého druhu se spolehlivým PostScriptovým výstupem pro tiskárny. Program bohužel příliš nesnáší jiné grafické programy, u nichž je výstup většinou nekvalitní.
3.4 3.4.1
Grafické formáty pro www BMP
Nejstarší a zároveň nejjednodušší formát bitmapového obrázku a možná obrázku vůbec. Formát BMP (BitMaP) vymyslela zřejmě společnost Microsoft v roce 1986, což ale není
17
zcela jisté. Obrázek může obsahovat 2,16,256 nebo 16777216 barev a je vždy v barevném systému RGB. Lze zde použít kódování RLE. Použitelnost na webu je však poměrně špatná a tento formát se již v podstatě na stránkách Internetu nepoužívá. Hlavním důvodem jeho nepoužívání je nesporně velikost výsledných souborů, které mají mít přijatelnou kvalitu a velikost. Mnohdy nepomůže ani zmíněná komprese. 3.4.2
GIF
Též CompuServe Bitmap, autorem je společnost CompuServe a formát pochází z roku 1987. Je to opět víceméně jednoduchý formát s 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 nebo 256 barvami v systému RGB, komprimovaný pomocí LZW komprese. Tento formát se však, oproti BMP, používá poměrně často, hlavně na menší obrázky, například loga apod. Mimo jiné podporuje animované obrázky a transparentní pozadí, což se, jak známo, mnohdy hodí. Příliš se nepoužívá v DTP jednak kvůli malému počtu barev a jednak kvůli „bitmapovosti“. 3.4.3
TIFF
Tagged Image File Format je plodem firmy Adobe, tedy dříve spíše Aldus, kde vznikl v roce 1987. Je to plně bitmapový formát s obrovskými barevnými možnostmi, které jej předurčují k výměnám obsáhlých dat v rámce předtiskové přípravy, ale zároveň jej v jeho nejlepší podobě téměř vylučují z použití na webových stránkách. Důvod je zřejmý, velikost souboru a tudíž čas nutný ke stažení apod. Výhodou formátu TIFF je fakt, že může uvnitř obsahovat víceméně cokoliv, míněno libovolný typ bitmapového obrazu. 3.4.4
PICT
Původcem formátu PICT je společnost Apple Computer, která jej poprvé použila v roce 1984. Je to kombinovaný bitmapově-vektorový soubor, který se již stává přežitým. PICT ostatně nebyl nikdy k publikování na webu používán a navíce, firma Apple pro svůj operační systém Mac OS X doporučila a také provedla náhradu formátu PICT formátem PDF, který bude zmíněn dále. Tento metaformát je nebo spíše byl používán počítači Apple Macintosh pro výměnu grafických dat, obvykle mimo pre-press proces. V současné době na webu téměř k nevidění. 3.4.5
JPEG
Na konec bitmapových souborů, které jsem chtěl představit a ukázat jejich použití jak mimo web, tak na něm je formát JPEG. Na konci je proto, že v současné době zcela vede, co se 18
rozšíření na webu týče. On by se formát JPEG měl správně jmenovat JFIF (JPEG File Interchange Format), neboť autorem tohoto formátu je standardizační komise Joint Photographic Experts Group, tedy JPEG, někdy na počátku devadesátých let 20.století. Ale vžilo se poměrně časté označení JPEG, takže jej budu užívat i nadále. Formát JPEG je pouze bitmapový formát, umožňující ukládání grafických dat v 256, 16777216 nebo 4294967296 barvách. Barevné systémy, které umí využívat jsou grayscale, RGB, YcbCr nebo CMYK. Jeho jednoznačné cílové určení je, i díky užité kompresní metodě (diskrétní kosinová transformace), která je velmi efektivní, internetové publikování. Jednak fotografií, které lze takto ve velmi přijatelné kvalitě komprimovat do poměrně malých souborů,například ve srovnání s formátem TIFF nebo BMP, kde je rozdíl zcela nediskutovatelný. V současné době již existuje i návrh formátu JPEG pracující s wavelet transformací, který se zatím ale ještě dostatečně nerozšířil ani mimo webové prostředí.
3.5
Otázky
1. 2. 3. 4.
3.6
Jak dělíme barevné moduly, které nám pomáhají získávat jiné odstíny základních barev a co o nich víte? Jaké znáte formáty grafických souborů a co o nich víte? Jaké znáte grafických formáty pro WWW a co o nich víte? O jakých základních pojmech se dá hovořit v grafice?
Doporučená literatura ke studiu
•
ROUBAL, P. Počítače pro úplné začátečníky. Praha: ComputerPress, 2002. 220 s.
•
ROUBAL, P. Počítačová grafika pro úplné začátečníky. Brno: ComputerPress, 2003.
•
KOVÁŘOVÁ, L. Počítačová grafika na základní škole. Kralice na Hané: Computer Media, 2004. HORA, V. Souhrnné zpracování tématu – Počítačová grafika, přehledný kompilát
•
shrnující celé téma. Studijní opory: •
E-learning KTeIV Pdf MU: DOSEDLA, M. - HORA, V. Aplikace počítačové grafiky.
19
