Informatika Počítačová grafika Mgr. Jan Jílek (v.11/12) Počítačová grafika

Transkript

1 Počítačová grafika - obor informatiky zabývající se zpracováním grafické informace (př. obrázky, videa, fotografie, informační plakáty, reklamy, konstrukční plány, návrhy, virtuální světy, hry aj.) První PC pracující s grafikou v 60. letech 20.stol. (Whirlwind, IBM 2250, Sketchpad) Prudký rozvoj s rostoucím výkonem PC (velké objemy složitých výpočtů) a vývojem zobrazovacích technologií (CRT monitory). Grafické informace (obrázky, videa aj.): 1. virtuální (umělé) vytvořené pomocí graf. programů, př. poč. hry, klipart 2. reálné obrazy zachycené z reálného světa (př. fotky, skeny, natočená videa) Rozdělení počítačové grafiky: 2D jeden obraz zobrazen na 2 osách x a y 3D trojrozměrný souřadnicový systém (3osy), zobratitelný 2D obraz se z něj vytváří renderováním Zobrazení grafické informace (př. na monitoru): 2D celkový obraz tvoří rastr (mřížku) tvořenou obrovským počtem bodů (pixelů) podle rozlišení př. 1024x768, každý pixel má svoji barvu a jas 3D 2 obrazy 2D (pro každé oko jiný), spec. brýle je od sebe oddělují Cvičení: 1. Vyhledej na Internetu různé možnosti konkrétního využití práce s počítačovou grafikou? 2. Pokus se zjistit informace o těchto pojmech (Whirlwind, IBM 2250, Sketchpad, SIGGRAPH), s čím souvisí?

2 Grafický HW 1. Grafická karta provádí veškeré grafické operace, výsledkem je obraz na monitoru Vlastnosti: - GPU (grafický procesor, čip) - př. NVIDIA GeForce GTX 570, 780MHz - Grafická paměť (rychlost a kapacita) př. 1GB, GDDR3 - Sběrnice: dnes PCI-E 3, dříve AGP - připojení graf. karty do MB - Konektory: VGA, DVI, HDMI - připojení zobraz. zařízení ke graf. kartě 2. Zobrazovací zařízení - monitor (CRT, LCD) - televize (LCD, plazma, LED, laser) - další displeje (mobily, kapesní PC, tablety) 3. Tisková zařízení - tiskárny inkoustové, laserové - plottery velkoformátový tisk 4. Zařizení pro pořizování grafické informace - skener - digitální fotoaparát (kamera) - dig. pero 5. Zařízení pro 3D technologie zobrazení práce se 2 obrazy současně - 3D fotoaparát, kamera 2x objektiv a 2x data - 3D televize + 3D brýle oddělení 2 obrazů pro každé oko Cvičení: 1. Vytvoř si databázi grafického HW na svém disku H:, a stáhni si do nich obrázky jednotlivých HW komponent. 01. Grafické karty 02. Zobrazovací zařízení 03. Zařízení pro zachycení obrazu 04. Tisková zařízení 05. Zařízení pro 3D technologie 06. Ostatní - dig. pera apod. 2. Projdi si v Internetových obchodech základní vlastnosti současného HW pro grafiku.

3 Digitální zpracování grafické informace Vektorová grafika obrazová informace je zapsána matematicky v podobě úseček (vektory), popř křivek, obrázek je tvořen množstvím různě složitých objektů (úsečky, křivky, geomet. tvary, polygony ) Vektor = směrová úsečka definovaná pozicí počátečního bodu, směrem a délkou (koncový bod), je základem všech objektů vektorové grafiky 3D obraz - 3rozměrný vektorový obraz tvořen polygony Použití vektorové grafiky 1. Programy pro konstrukci a návrhářské systémy (CAD-systémy) 2. Kartografické systémy (GIS, mapy,...) 3. Reklamní studia, agentury, návrháři, atd. (DTP systémy) 4. Virtuální světy, 3D hry Rastrová grafika obrázek je uložený bod po bodu, každý bod (pixel) má svou barvu, jas a kontrast, celkový obraz je tvořen obrovským počtem bodů podle rozlišení př. 800x600, 1024x768, 1280x960 Použití rastrové grafiky 1. Zachycení obrazů reálného světa - digitální fotografie, natočené video, sken, př. jejich archivace v dig. podobě 3. Umělecká tvorba - malování 4. Internetová grafika př. pohyblivé obrázky, textury

4 Opakovací test: 1. Charakterizuj grafické informace a uveď příklady? 2. Charakterizuj 2D a 3D počítačovou grafiku? 3. Vyjmenuj HW zařízení pro práci s počítačovou grafikou? 4. Vyjmenuj základní vlastnosti grafické karty? 5. Vysvětli rastrové a vektorové zpracování graf. informace?

5 Grafické formáty - různé způsoby uložení grafické informace v souborech Kompresní metody snaha o zmenšení velikosti graf. informace př. 1. pixely se stejnými vlastnostmi se ukládají pouze jednou bezztrátová komprese 2. informaci nese pouze každý 2 pixel a pixely mezi nimi mají průměrné vlastnosti (př. dig. fotky formát jpg) ztrátová komprese Přípony souborů (formáty) s vektorovými daty: - rozkládají se na jednotlivé objekty *.ai (AdobeIlustrator) *.dwg; *.dxf *.plt, *.hgl *.wmf *.emf *.zmf - využívaný hlavně pro výměnu mezi studii - výkresy systému CAD - výkresy pro plottery - (Windows Metafile) standard pro Win, nejpoužívanější, snadné načítání, křivky rozbity na úsečky - podobný jako, ale ukládá i křivky - formát pro Zoner Callisto Přípony souborů (formáty) s bitmapovými daty: - jsou jako jeden objekt *.bmp *.gif *.ico *.jpg *.tif (tiff) - (Windows Bitmap), standardní formát pro Win, bez komprimace (největší) - (Graphic Interchange Format), velmi používaný pro Internetovou grafiku, barevná hloubka jen 256 barev - ikony pro Windows (File Interchange Format), nejpoužívanější pro Internetovou grafiku a fotografie, využívá ztrátovou kompresní metodu (snížení kvality) - nejpoužívanější v profesionální grafice, různé barevné hloubky a kompresní metody

6 Barvy v počítačové grafice Barevná hloubka obrázku - je číslo, které udává kolik informací (možných barev) nese jeden pixel. Udává se v bitech. 1. Odstíny šedi každý bod je reprezentován jedinou hodnotou jasem, který nabývá 256 hodnot (0 černá, 255 bílá), př. černobílá fotka 1pixel = 256 odstínů černé = 2 8 (8bitů) = 1B 2. Model RGB (red, green, blue) barvu každého bodu (pixelu) určuje kombinace těchto 3 barev, využití u svítících zařízení (monitor, projektor apod.), lze získat všechny lidským okem viditelné barvy plně barevný obrázek Na každou barevnou hodnotu kanálů (R-G-B) připadá 8 bitů (=1B). Kombinací všech 3 barev dostáváme asi 16,7 miliónů zobrazitelných barev (256 3 =?), př. barevná digitální fotografie 1pixel = barev = 3 8bitů = 3 1B = 3B) R=255 G=255 B=255 bílý pixel R=0 G=0 B=0 černý (pixel nesvítí vůbec) 2. Model CMY(K) - (azurové-cyan, fialové-magenta, žlutá-yellow). Bez použití barev vidíme barvu podložky=bílý papír, při použití všech tří s maximální intenzitou vzniká černá. Tento model používají tiskárny. Z úsporných důvodů se do nich přidává ještě zásobník černé (black) barvy. 3. Indexovaný používá se omezené množství barev (často 256), tyto barvy tvoří paletu, ze které se barva přiřazuje každému bodu, využití pro úsporu paměti (př. webová grafika - formát gif) Kanál alfa představuje průhlednost (0 zcela průhledný bod: barvu určí podklad, 255 neprůhledný bod) Převody mezi barevnými režimy mohou způsobit ztrátu barevné informace!!!

7 24 bitová reprezentace Barvená hloubka: 8/16/24/32 žlutá (255,255,0) zelená (0,255,0) azurová (0,255,255) (0, 0, 0) je černá (255, 255, 255) je bílá (255, 0, 0) je červená (0, 255, 0) je zelená (0, 0, 255) je modrá (255, 255, 0) je žlutá (0, 255, 255) je azurová (255, 0, 255) je purpurová červená (255,0,0) modrá (0,0,255) červená (255,0,0) purpurová (255,0,255) Cvičení: 1. Vypočítej, kolik místa v paměti spotřebuje: a) černobílá fotka v odstínech šedi, rozlišení 640x480 b) barevná fotka v RGB, rozlišení 640x480 c) srovnej velikost fotek ve školním fotoarchivu ve stejném rozlišení a výpočtu v bodu b), vysvětli rozdíl 2. Vypočítej, kolik místa v paměti spotřebuje teoreticky fotka vyfocená fotoaparátem s 10Mpix snímačem v plném rozlišení v modelu: a) odstíny šedi b) RGB c) je tato velikost reálná v praxi, pokud ne, tak proč? 3. Kdy využijeme kanál alfa a proč s ním nepracuje formát pro dig. fotografie (jpg)? 4. Proč ve vlastnostech monitoru (nastavení obrazovky) je uvedené kvalita barev (barevná hloubka) 32bit, když pro plně viditelné barvy lidským okem stačí 24bit?