Temat: Podział grafiki komputerowej

Transkrypt

1 Temat: Podział grafiki komputerowej 1. Grafika komputerowa - wywodzi się z informatyki, ma na celu wizualizację obiektów przy pomocy komputera. Polega to m.in. na tym, aby przedstawić martwą materię w sposób jak najbardziej przypominający rzeczywistość. 2. Grafikę komputerowa można podzielić na: a) rastrową - (zwaną również bitmapową), składa się ona z pojedynczych pikseli, które ostatecznie tworzą dwuwymiarową siatkę. Jakość obrazu rastrowego określana jest przez rozdzielczość i głębię kolorów. b) wektorową - ten rodzaj grafiki różni się znacząco od poprzedniej, ponieważ zamiast korzystać z pojedynczych pikseli do opisu obrazu, wykorzystuje tzw. prymitywy, do których należą linie, łuki, punkty, wielokąty itp. c) trójwymiarową (3D) - zajmuje się wizualizacją obiektów trójwymiarowych. Scena z grafiką 3D musi zostać zrenderowana i zrasteryzowana, ponieważ monitor jest wstanie wyświetlać tylko grafikę 2D. Proces tworzenia grafiki trójwymiarowej składa się z: modelowania - proces tworzenia i modyfikacji obiektów trójwymiarowych za pomocą specjalizowanego programu komputerowego, zwanego modelerem. Modeler dostarcza zestawu niezbędnych narzędzi, a także często zbioru podstawowych figur. utworzenia sceny - polega na wzajemnym poustawianiu względem siebie utworzonych w poprzednim etapie obiektów, określenie świateł oraz kamer. Renderingu - przeliczenie danej sceny i utworzenie pliku wyjściowego w formie obrazu statycznego lub animacji. Podczas renderingu wyliczane są m.in. odbicia, cienie, załamania światła, mgła, atmosfera, efekty wolumetryczne. Jest to bardzo czasochłonna operacja niewymagająca, poza przygotowaniem, żadnej ingerencji ze strony człowieka. Wyniku tych operacji otrzymujemy gotowy obraz do wyświetlenia na monitorze lub wydrukowania.

2 Temat: Grafika rastrowa 1. Grafika rastrowa - obraz zapisany w tej postaci stanowi układ barwnych (lub czarnych i białych) punktów pikseli (ang. pixel = picture element = element obrazu), wypełniających obszar, zwykle o kształcie prostokąta. Inaczej mówiąc w grafice rastrowej obrazy tworzone są z położonych blisko siebie punktów - pikseli o różnorodnym kolorze, które w efekcie stwarzają pozorny obraz ciągły. Kolor każdego piksela określany jest osobno. Na ekranie komputera kolory przedstawiane są w modelu kolorów RGB, w którym każdy kolor jest budowany z trzech kolorów bazowych (czerwonego (R), zielonego (G), niebieskiego (B)), a zatem każdy punkt piksmapy składa się z trzech kolorów bazowych. 2. Typowymi źródłami obrazów rastrowych są: programy do tworzenia i obróbki grafiki rastrowej: Adobe Photoshop, Corel PhotoPaint, Corel PaintShop Pro, Ulead PhotoImpact, GIMP, efekt końcowy procesu skanowania obrazu analogowego fotografia cyfrowa przechwytywanie zawartości okna ekranowego aplikacji ( zrzuty ekranowe ) 3. Sposób zapamiętania obrazu rastrowego to BITMAPA - dwuwymiarowa tablica pikseli. Bitmapę charakteryzują następujące właściwości: wysokość i szerokość bitmapy liczona jako liczba pikseli w pionie i w poziomie (rozdzielczość) liczba bitów na piksel opisująca liczbę możliwych do uzyskania kolorów (głębia kolorów) Atrybut przypisany pojedynczemu pikselowi w zapisie cyfrowym jest oczywiście liczbą, zaś podczas prezentacji zwykle wyraża się go za pomocą odpowiedniego koloru. Głębia n-bitowa daje możliwość reprezentowania 2 n różnych barw.

3 W modelu RGB o 8-bitowej reprezentacji barw czystych mamy zatem do czynienia z głębią 24-bitową. W obrazie z 256-barwną paletą głębia wynosi 8 bez względu na to, jakie barwy zawiera paleta. Kolor pikseli może wyrażać nie tylko barwę przedmiotu (czyli cechy światła odbitego). Za pomocą barw można przedstawiać informacje dotyczące dowolnej mierzalnej wielkości (np. temperatury, prędkości, wieku, nachylenia, elastyczności, naprężeń, koncentracji zanieczyszczeń itp.) Zależnie od użytej w danym obrazie liczby kolorów (związanej m.in. z głębią obrazu) obraz może lepiej lub gorzej oddawać rzeczywistość. Przy jednakowej siatce rastra, obrazy o mniejszej głębi zawierają mniej informacji i ogląda się je z pewnym dyskomfortem. Mimo to trzeba przyznać, że nawet obrazy czarno-białe dostarczają sporo istotnej informacji. W końcu nie tak dawno druk, fotografia, kino i telewizja oferowały wyłącznie obrazy czarno-białe lub z odcieniami szarości, zaś mechanizmy rozpoznawania obrazu w mózgu doskonalą się od milionów lat. Zalety: bogactwo barw swobodne dobieranie kontrastu, jasności, nasycenia barw możliwość stosowania złożonych narzędzi do obróbki cyfrowych fotografii możliwość retuszu, korekcji, różnych form montażu (fotomontażu) Wady: duża objętość plików (zwłaszcza kolorowych obrazów) niemożność skalowania bez utraty jakości, niska jakość obrazu przy dużych powiększeniach 4. Zastosowanie: obróbka obrazów, zdjęć cyfrowych tworzenie obrazów, kolorowych dokumentów, ulotek znakomicie sprawdza się w przypadku zapisywania zdjęć i realistycznych obrazów (każdy punkt może mieć inną barwę i

4 nasycenie) - jest bardziej użyteczna od wektorowej, gdyż trudno jest "przełożyć na krzywe" obraz rzeczywisty jaki widzimy w danym momencie.

5 Temat: Kompresja 1. Zadaniem kompresji danych jest umożliwienie zapisania stosunkowo dużej ilości danych w stosunkowo małej przestrzeni (czyli za pomocą małej liczby znaków). 2. Przy zapisie obrazu bez kompresji informacje o barwie poszczególnych punktów następują jedna po drugiej w ustalonej kolejności. Zapis taki obowiązuje np. w plikach formatów xpm, ppm i bmp. 3. Prymitywna kompresja polega na zastąpieniu powtarzającego się znaku (ciągu znaków) jego jednym egzemplarzem i adnotacją o liczbie powtórzeń. Jest ona realizowana np. w plikach formatu pcx. Zdarza się, że zapis skompresowany jest dłuższy od zapisu tych samych danych bez kompresji. Jednak w typowych sytuacjach występowania rozległych obszarów jednobarwnych udaje się zaoszczędzić sporo miejsca. 4. Kompresja bezstratna gwarantuje możliwość odtworzenia informacji z postaci skompresowanej do postaci pierwotnej. W kompresji tej prowadzona jest analiza częstości występowania ciągów znaków (najczęściej dotyczy to ciągów bitów, czyli cyfr dwójkowych). Ciągi często występujące są zastępowane krótszymi zamiennikami. Metoda ta znajduje zastosowanie nie tylko w zapisie obrazu, ale także przy archiwizowaniu danych dowolnego typu. Z metody tej korzysta się np. w formatach plików gif i png. 5. Kompresja stratna (nieodwracalna) wykorzystuje to, że wprowadzenie pewnych zmian w układzie punktów barwnych na fotografii może być niezauważalne dla odbiorcy, lecz istotne dla zmniejszenia rozmiaru pliku. Z zapisu stratnego nie można wiernie odtworzyć pierwowzoru informacji. Format jpeg zapisu obrazów korzysta z kompresji nieodwracalnej. Jest to format świetny do fotografii, lecz zupełnie nie nadaje się do rysunków technicznych ani do wykresów. 6. Rodzaje kompresji wykorzystywane w plikach graficznych: ppm (Portable PixMap), zapis bez kompresji.

6 xpm (X-Window PixMap), zapis znakowy bez kompresji, z paletą barw dowolnego rozmiaru. bmp (Bitmap), zapis bez kompresji lub z prymitywną kompresją. pcx (Paintbrush), zapis z prymitywną kompresją. gif (Graphics Interchange Format), zapis z kompresją, z paletą do 256 barw. jpeg (Joint Photo Expert Group), zapis z kompresją stratną, z bezpośrednim kodowaniem barw pikseli (bez palety). j2 (Joint Photo Expert Group 2000), zapis z kompresją stratną albo bezstratną, z bezpośrednim kodowaniem barw pikseli. png (Portable Network Graphics), zapis z kompresją. tif (Tag Image File Format), otwarty format roboczy grafiki rastrowej dla urządzeń (np. skanerów) i edytorów graficznych. djvu (Deja Vu), format zaawansowanej kompresji stratnej do przechowywania zeskanowanych wydawnictw, opracowany przez AT&T. Temat: Grafika wektorowa 1. Grafika wektorowa (grafika geometryczna) jest to obraz zapisany elektronicznie w postaci figur geometrycznych opisanych wzorami matematycznymi. Dzięki temu zapisowi, można pozwolić sobie na zmiany rozmiaru pliku wynikowego. Dodatkowo można dowolnie skalować obraz bez utraty jego jakości. W uzasadnionych przypadkach istnieje możliwość konwersji grafiki wektorowej do postaci grafiki rastrowej. Grafika wektorowa sprawdza się najlepiej, gdy zachodzi potrzeba stworzenia grafiki mającej stosunkowo małą ilość szczegółów, nie zaś zachowaniu fotorealizmu obecnego w obrazach. 2. Przykładowe programy do grafiki wektorowej: CorelDraw, Adobe Illustrator, Inkscape. 3. Zalety: skalowalność prostota opisu możliwość zmiany parametrów obrazu

7 opis przestrzeni trójwymiarowych możliwość użycia ploterów zgodnie z metodą ich pracy dobra konwersja do grafiki rastrowej 4. Wady: duża złożoność pamięciowa dla obrazów fotorealistycznych w przypadku skomplikowanych obrazach rastrowych nieopłacalność obliczeniowa konwersji (poprzez wektoryzację) do formy wektorowej 5. Przykłady użycia grafiki wektorowej: logo, herby, flagi, godła schematy naukowe i techniczne mapy i plany różnego typu znaki, np. drogowe część graficznej twórczości artystycznej (np. komiksy) fonty gry komputerowe 6. Formaty zapisu grafiki wektorowej Formaty publicznie dostępne i przenośne a. svg - Scalable Vector Graphics. Zaprojektowany w roku 2000 z myślą o bezpośrednim umieszczaniu rysunków w dokumentach internetowych, okazał się wygodną platformą do wymiany informacji graficznej między różnymi środowiskami. Oprogramowanie umożliwiające interaktywną edycję oraz oglądanie takiej grafiki jest ogólnie dostępne. b. pdf i ps (PostScript) PostScript jest to stworzony w 1984 r. przez firmę Adobe Inc. język wektorowego opisu wydruku, rozumiany bezpośrednio przez wysokiej klasy drukarki. Zapis w postaci plików PostScript jest odpowiedni zwłaszcza dla gotowych dokumentów nie przeznaczonych do dalszej edycji, na etapie pomiędzy edycją a wydrukiem lub do rozpowszechniania w formie elektronicznej. Do tego samego celu służy pokrewny format PDF (Portable Document Format), opracowany w roku c. eps (Encapsulated PostScript) format plików, będący podzbiorem języka PostScript, służący do przechowywania pojedynczych stron grafiki wektorowej w postaci umożliwiającej osadzanie ich w innych dokumentach. Użytecznym rozszerzeniem tego formatu jest format EPSI (Encapsulated PostScript Interchange), zawierający

8 dodatkowo informacje ułatwiające wyświetlenie szybkiego podglądu grafiki zapisanej w zasadniczej części pliku. Przykładowe formaty robocze poszczególnych aplikacji użytkowych ai - Adobe Illustrator cdr - Corel DRAW! dgn - CAD (Bentley) dwg - CAD (AutoDesk) sda - Sun StarDraw sxd - OpenOffice Draw swf - format prezentacyjny grafiki Flash wmf - format wymiany grafiki w systemach Windows

9