B_PPG PRINCIPY POČÍTAČOVÉ GRAFIKY

B_PPG PRINCIPY POČÍTAČOVÉ GRAFIKY

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

Obsah seminářů

2/52

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

Jana Štanclová, [email protected]

Požadavky na získání zápočtu •

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 # účastí → domácí úkol ve formě rešeršní práce 9 - 12 na zvolené téma z oboru počítačové 8 grafiky 7 • téma schvaluje vyučující

→ délka práce úměrná počtu absencí (viz tabulka) • strana = normostrana !!

3/52

rešerše

délka

NE ANO

3

ANO

4

6

ANO

5

5

ANO

6

4

ANO

7

3

ANO

9

2

ANO

11

1

ANO

13

0

ANO

15


Literatura •

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

4/52


Počítačová grafika

POČÍTAČOVÁ GRAFIKA

5/52



•

rozvoj od 70.let

modelování Popis objektů – model světa

zobrazování

zpracování obrazu Obraz

rekonstrukce

počítačové vidění

6/52



•

použití – – – – –

7/52

vytváření WWW stránek zpracování videa vytváření filmových triků zpracování digitálních fotografií ....



•

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)

8/52



BARVY V POČÍTAČOVÉ GRAFICE

9/52


Barvy v počítačové grafice I

•

nejčastější reprezentace barev: – 1-bitová informace

– 8-bitové číslo určující stupeň šedi

– zápisy barevných složek

10/52


Barvy v počítačové grafice I

•

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

11/52


Barvy v počítačové grafice II

•

různé zápisy barevných složek – True color • každá složka je jedno celé číslo v rozsahu 0-255

R

255

G

255

B

0

• proč právě hodnoty 0-255? • kolik různých barev takto získáme? • co to je za barvu, která je uvedena na příkladu?

12/52



•


R

255

G

255

B

0


– High color • každá barevná složka je číslo v rozsahu 0-31 • proč právě hodnoty 0-31? • kolik různých barev získáme?

13/52



•


R

255

G

255

B

0


– 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 <0,1>

14/52


Barevné modely

•

základní barevné modely – – – –

15/52

RGB – model CMY(K) – model HSV – model HLS – model


Barevný model RGB

•

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

16/52


Barevný model RGB

•

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?

17/52


Aditivní skládání barev v modelu RGB

18/52


RGB krychle

•

barevný rozsah v RGB modelu → lze zobrazit jako jednotkovou krychli umístěnou v osách r, g, b

– umístěte správné barvy k jednotlivým vrcholům

19/52


RGB krychle

•

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 ??? 20/52


RGB krychle

21/52


RGB krychle

22/52


Převod barev RGB na odstíny šedi

•

máme základní barvy R, G a B → jak z těchto barev uděláme odstín šedi?

23/52



•

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

24/52



•

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

25/52


Pojem RGBA

•

26/52

barevný obraz v RGB doplněn o ???


Pojem RGBA

•

barevný obraz v RGB doplněn o informaci o průhlednosti – složka A .... α kanál

•

barevný bod takového obrazu → údaj z intervalu <0,1> – 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

27/52


Barevný model CMY(K)

•

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)

28/52



•


•

míchání barev typické i pro tiskařské techniky → CMY(K) model – barevný dojem vzniká pohlcením některých složek bílého světla

•

základní barvy – C ... ?? – M ... ?? – Y ... ??

29/52



•


•

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)

30/52


Subtraktivní skládání barev v modelu CMY

31/52


CMY krychle

•

barevný rozsah v CMY modelu → lze zobrazit jako jednotkovou krychli umístěnou v osách c, m, y

– umístěte správné barvy k jednotlivým vrcholům

32/52


CMY krychle

•

barevný rozsah v CMY modelu → lze zobrazit jako jednotkovou krychli umístěnou v osách c, m, y

– černá = tyrkysová + fialová + žlutá – červená = ???

33/52


Převod barev mezi CMY a RGB

•

modely RGB a CMY navzájem duální – jaký je převod mezi těmito modely?

34/52


Převod barev mezi CMY a RGB

•

modely RGB a CMY navzájem duální – jaký je převod mezi těmito modely? C= 1–R M=1–G Y= 1–B

35/52



•

tisk: obrazy jako soutisk tří obrazů tvořených barvami C, M a Y – barevné pigmenty nesmí být dokonale krycí → ??

36/52



•

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)

37/52



•

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

38/52


Barevné tiskárny

•

barevné tiskárny – kromě CMY(K) mají více barevných tonerů → pro vytváření pastelových barev – například • • • •

39/52

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 modely HSV a HLS

•

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.)

40/52


Barevný model HSV •

trojice složek (!ne barev!) – H ... barevný tón (hue) – S ... sytost (saturation) – V ... jas (value)

•

význam složek – ??

41/52


Barevný model HSV •

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

• 42/52

jaké těleso popíše HSV model? Jana Štanclová, [email protected]

Zobrazení modelu HSV •

pro zobrazení se používá kužel – barevný tón H ... úhel – sytost S ... vzdálenost od osy kužele – jas V ... od vrcholu k podstavě

• 43/52

kde jsou základní barvy? Jana Štanclová, [email protected]

Barevný model HSV

44/52


Barevný model HSV

45/52


Barevný model HLS

•

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

46/52


Barevný model HLS

•

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

•

47/52

pro zobrazení se používá dvojitý kužel


Barevný model HLS

•

48/52

jaké souřadnice mají čisté nejjasnější barvy?


Barevný model HLS

•

jaké souřadnice mají čisté nejjasnější barvy? – barvy na obvodu podstavy H ∈ <0,360) ... na obvodu L = 0.5 ... v podstavě S=1 ... na krajích

49/52


Barevný model HLS

•

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

50/52


Převod mezi HLS, HSV a RGB

•

netriviální převod mezi HLS, HSV a RGB – není jednoduchý vzorec – charakter algoritmu – lze najít v literatuře

•

převod není prosté zobrazení – proč ???

51/52


Převod mezi HLS, HSV a RGB

•

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



DOPLNĚK: Princip dataprojektorů


Dataprojektory

•

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/


Dataprojektor DLP

obrázky převzaty z http://www.uzs.tul.cz Jana Štanclová, [email protected]

Dataprojektor LCD

obrázky převzaty z http://www.uzs.tul.cz/ Jana Štanclová, [email protected]

B_PPG PRINCIPY POČÍTAČOVÉ GRAFIKY

Recommend Documents