Aplikovaná informatika Přehled vybraných pokročilých metod úpravy, konverze, komprimace a vkládání grafických objektů ZEMÁNEK, Z.– PLUSKAL, D. – ŠUBRT,Z.
Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Inovace magisterského studijního programu Fakulty ekonomiky a managementu Registrační číslo projektu: CZ.1.07/2.2.00/28.0326
Přehled vybraných pokročilých metod úpravy, konverze, komprimace a vkládání grafických objektů 1. Grafické soubory a formáty 2. Pokročilé úpravy a konverze grafických souborů 3. Komprimace a využití grafických objektů v aplikacích
Cíle přednášky 1. 2. 3.
Objasnit význam využití grafických objektů. Charakterizovat pokročilé metody úprav, konverze a komprimace grafických objektů. Uvést doporučení pro využití grafického SW v úpravách dokumentů.
Grafika
umění psát v nejširším slova smyslu, tedy i kreslit a malovat;
projev pracující s čarou - kresba, tónovou plochou i barvami - malba;
tiskem rozmnožený obraz nebo písmo. „Více než polovinu informací přijímá člověk zrakem a obraz je velmi efektivním prostředkem pro komunikaci.“ [4]
Počítačová grafika Termín počítačová grafika se poprvé objevuje v roce 1960, kdy pracovníci firmy Boeing začali tímto pojmem označovat proces návrhu a realizace výkresové dokumentace pomocí počítače. [1]
Rozděluje ji podle dimenze na: - rovinnou, tedy plošnou (2D), - prostorovou (3D). Foto: inventor3dblog.cz
ZÍSKÁVÁNÍ GRAFICKÝCH DAT
[1]
„Počítačová grafika rozšiřuje a usnadňuje tvorbu obrázků tak, že je lze snadněji vytvářet i na profesionální úrovni.“
ZÍSKÁVÁNÍ GRAFICKÝCH DAT Vlastní tvorba v grafickém programu Skenování (tiskovin, vlastní kresby, fotografie,..) Digitální fotografie, video Sejmutí obrazovky Internet (databáze klipartů, obrázků a fotografií) Naprogramováním nebo zápisem kódu „ Při využití cizího zdroje ve svém díle, je třeba respektovat autorský zákon - Copyright .“
Grafický formát způsob organizace grafických dat, která popisují nějakou grafickou předlohu, ve formě grafického souboru, většina grafických programů implicitně ukládá grafický data do „svého“ formátu, ale umožňuje uložení do standardních formátů.
Grafický soubor
soubor v určitém grafickém formátu, obsahuje grafická data určená k uchování, konverzi, zpracování nebo zobrazení.
Grafické soubory • Obsahují: – grafická data, – informace k jejich interpretaci.
• Základní podmínkou pro práci s grafickým souborem je existence grafického programu: – který je schopen grafický soubor, popř. jeho formát dekódovat a zobrazit, – případně dále pracovat s jeho obsahem.
Typy formátů grafických souborů Základní – Bitmapové – Vektorové – Metasoubory grafická data tvořená bitmapou, vektory, či jinými typy dat z důvodu přenositelnosti
Další – animační, – scénové, – multimediální.
Příklady grafických souborů Bitmapa
Vektor
Metasoubor
Animační
Scénové (video)
BMP
CDR
WMF
GIF
MPEG 1, 2 a4
GIF
DXF
PDF
FLI
WMV
JPEG
DXB
EPS
PNG
ZMF
SVG
TIFF
AVI
Bitmapové grafické soubory Navzájem se v některých detailech značně liší, ale v podstatě je jejich struktura stejná. Struktura: – hlavička, – bitmapová data, – další informace (barevná paleta a další data).
Bitmapové grafické soubory Bitmapová data – Zabírají většinu místa v souboru. – V mnoha formátech jsou umístěna hned za hlavičkou. – Jsou uspořádána do pixelových hodnot.
– Pixely na výstupním zařízení jsou většinou uspořádány do vzorkovacích řádků zobrazovací plochy.
Další informace – Další datové struktury, které obvykle pomáhají zobrazovací aplikaci při manipulaci s daty.
Pixel
Obraz se skládá z mnoha obrazových prvků, tzv. pixelů, umístěných v jemné mřížce (mapě).
Fyzický pixel
počet pixelů obrazu = n × m
bod, který používá k zobrazování výstupní zařízení (velikost), přímo ovládaný hardwarem výstupního zařízení, obvykle složen z několika menších bodů. matematický bod, který specifikuje polohu (matematické souřadnice).
(0, 0) n pixelů
(n, 0)
m pixelů
Logický pixel
„Zajištění mapování mezi logickými a fyzickými pixely je programově.“ (0, m)
(n, m)
Bitmapová grafická data - pixel barva pixelu
barevná hloubka pixelu
počet bitů pro vyjádření barvy pixelu
Foto: autor
počet různých barev, který může zobrazit jeden pixel
Bitmapová grafická data Výhody:
(+) velmi dobře přenositelná na bodová výstupní zařízení (obrazovky, tiskárny…), (+) mohou být snadno vytvářena z existujících pixelových dat v paměti, (+) pixelové hodnoty mohou být snadno modifikovány.
Nevýhody: (-) velmi rozsáhlé, zvláště pří velkém počtu barev, (-) zmenšení dat kompresí může deformovat obraz, (-) změna měřítka (rozlišení) obrazu jej deformuje.
Vektorová grafická data Obraz se skládá z objektů – tzv. vektorů , které jsou umístěny v hladinách (vrstvách). Matematický popis vlastností vektorů (poloha, tvar, barva a síla čáry, barva výplně, ...). Vektor se chová jako samostatná, nezávislá jednotka (přesun, úpravy, skládání, ...).
klíčový bod
Čárové segmenty jsou definované pomocí barvy, počátečního bodu, směru a délky = přímky a křivky. „Definice přímek a křivek se používají pro definice vyšších geometrických útvarů.“
Vektorové grafické soubory Ve svém složení se velmi liší. Většina z nich však obsahuje stejnou základní strukturu: – hlavička, – paleta barev, – vektorová data. Jsou strukturálně jednodušší než řada bitmapových souborů. „Většina informací o obsahu souboru je uložena ve vlastních datech obrazu.“
Vektorové grafické soubory Výhody Vektorové soubory jsou užitečné při ukládání předloh založených na prvcích složených z čar. Jednoduché zvětšování a zmenšování a jednoduchá manipulace (aby co nejlépe vyhovovala požadavkům výstupního zařízení) s vektorovými daty. Možnost editace vektorových souborů, které obsahují pouze data v ASCII formátu, jednoduchými nástroji pro editování textu. Většinou je velmi jednoduché převést vektorová data do bitmapového formátu a takto je i uložit, stejná možnost existuje i pro převod do jiného vektorového formátu.
Vektorové grafické soubory Nevýhody Nehodí se pro ukládání příliš složitých předloh (fotografie – barvy jsou prioritou a jejich hodnoty se mohou měnit pixel od pixelu). Vzhled vektorových předloh se může podstatně změnit podle toho, jaká aplikace danou předlohu zpracovává (jde především o kompatibilitu zobrazovací a vytvářecí aplikace). Nejlepší zobrazení vektorových dat ¨ na vektorových výstupních zařízeních (plotry, vektorové displeje). Pro účinné zobrazení na jiných zařízeních je nutné použít rastrové displeje s vysokou rozlišovací schopností. Rekonstrukce vektorových dat může být podstatně delší než bitmapových stejné složitosti (každý prvek musí být vykreslen jednotlivě a po pořádku).
Srovnání
bitmapová grafická data
vektorová grafická data
Změna měřítka – srovnání
Programy pro práci s grafikou Programy pro práci s bitmapovou grafikou Malování, Paint.Net, Zoner Photo Studio, FastStone Image, Picpick, Gimp, Corel PhotoPaint, Adobe Photoshop, MS Paint, Aicon,... Vektorové programy OpenOffice Draw, Inkscape, Corel Draw, Adobe Illustrator, clker.com SVG Edit,… Animační programy GIF Animator, Pencil, Flash Develop, Adobe Flash, Synfig Studio,… CAD a 3D modelování Archicad 14, Autocad 12, Google SketchUp, Rhino 3D, Autodesk 3D Studio Max, Room Aranger,... Tvorba prezentací OpenOffice Impress, MS Powerpoint, iWork Keynote,… Tvorba publikací Adobe Indesign, Scribus, Quark Xpress, TEX,…
Pokročilé úpravy Umožňují nastavovat parametry úprav grafické předlohy na základě stanovených potřeb a nebo individuálního přístupu editora. Implementované nástroje využíváme k odstranění vad v grafické předloze, vylepšení, zvýraznění grafických dat předlohy…
Foto: autor
Nutnost konverze - převod dat z jednoho grafického formátu do jiného grafického formátu pro možnosti dalšího využití v daném prostředí. Nutnost komprese - (komprimace) dat rozumíme redukci fyzické velikosti souboru dat při zachování předem stanovené míry informace, která je v souboru obsažena, např. pro možnosti snadného přenosu.
Konverze grafických formátů Převod dat z jednoho grafického formátu do jiného grafického formátu (např. mapa.bmp na mapa.png) Může dojít k: zhoršení kvality obrazu, ztrátě dat (redukce počtu barev,..), není vždy je proveditelná.
„Pokud nemusíme, neděláme.“
Konverze grafických formátů Důvody: tisk, manipulace v určitém grafickém programu, velikost, …
Programy konverzní, grafické (export a import).
Konverze bitmapa metasoubor
vektor vektor
Nejobtížnější, málokdy se dosáhne přijatelného výsledku. Algoritmy musejí v bitmapové předloze najít všechny čáry a hrany a převést je na vektorové ekvivalenty (velmi náchylné k chybám). Ztráta barevnosti (vektorové formáty zobrazují málo barev).
Konverze vektor metasoubor
bitmapa bitmapa
Většinou velmi snadná. Vektorová předloha se převede na hodnoty pixelů (bitmapová předloha). Konečná kvalita bitmapové předlohy závisí na rozlišení zobrazované bitmapy a na složitosti (barva, hloubka pixelu a vlastnosti předlohy) původní vektorové předlohy. Zubatost (aliasing, zoubkování) oblouků a čar v šikmém tvaru.
Konverze bitmapa
bitmapa
Nejlepší výsledky. Data jsou převáděna pixel po pixelu. Převod s rozdílnou barevnou hloubkou (např. 24b na 4b). Změna velikosti původní předlohy (původní předloha je větší nebo menší).
24 b
4b
Konverze vektor vektor
vektor vektor
Velmi jednoduchá. Rozdílný počet a typ základních objektů používaných u různých vektorových formátů. Málokdy se dva formáty shodují v umístění a ve vzhledu i jednoduchých prvků předlohy. Problémy se stylem napojování čar a se stylem ukončování. Problémy s přesným středovým umístěním bodu nebo linky.
Komprese grafických dat Kompresí (komprimací) dat rozumíme redukci fyzické velikosti souboru dat při zachování předem stanovené míry informace, která je v souboru obsažena. V kompresi dat se setkáváme s těmito základními pojmy: hrubá data - data před kompresí (nezakódovaná), komprimovaná data - data po kompresi (zakódovaná), kompresní poměr = hrubá data/komprimovaná data Kompresi můžeme rozdělit i např. z hlediska ztráty informací na: Neztrátovou zakódovat daný obrázek úsporněji a efektivněji (odstranění redundancí- entropické kódování) Ztrátovou odstranění irelevance, kde se musí respektovat účel předlohy a technické zařízení
Typy kompresí grafických dat Typ RLE LZW Huffmanovo Kódování (CCITT) JPEG MPEG 1,2 a 4
Poznámka Kódování proudu znaků. Vytváření slovníku.
Neztrátová metoda
Ztrátová metoda
Nejpoužívanější metoda. Konvertuje znaky vstupního souboru do bitových řetězců různé délky dle četnosti výskytu – nejčetnější řetězec je vyjádřen nejmenším bitem. Možnost nastavení úrovně ztrátovosti dat. Komprese videa (scén).
Otázky a úkoly pro samostatnou práci Jaký má význam využití grafických objektů? Jaký barevný režim používají svítivé a nesvítivé zobrazovací zařízení? Charakterizujte problematiku konverzí jednotlivých grafických formátů mezi sebou navzájem? V rámci samostudia si vypracujte první část úkolů dle zadání na cvičení. Začněte pracovat na struktuře prezentace obhajoby dle uvedených zásad.
Zdroje – doplňující studijní literatura: [1] BARTONĚK, D. Počítačová grafika I: Teorie grafických formátů. 2005. vyd. VUT Brno, 2005, 120 s. Dostupné z: http://fast.darmy.net/opory-G2/GE09-Pocitacova_grafika_I--M01Teorie_grafickych_formatu.pdf [2] SOBOTA, B., MILIÁN, J. Grafické formáty. České Budějovice: Koop. 1996, 157 s. [3] HASHIMOTO, A. Velká kniha digitální grafiky a designu. Vyd. 1. Brno: Computer Press, 2008, 384 s. ISBN 978-80-251-2166-5. [4] MURRAY, J. D. van RYPER, W. Encyklopedie grafických formátů. 2. vyd. Praha: Computer Press, 1997, 922 s. ISBN 80-722-6033-2. [5] DPI. Wikipedie: Otevřená encyklopedie [online]. 9. 3. 2013 [cit. 2013-10-18]. Dostupné z:http://cs.wikipedia.org/wiki/DPI
