Prostředí Prostředí = elementy viditelné až po vyrenderování (nejsou součástí goniometrie modelu a nejsou viditelné ani v oknech s pohledy) Nekonečná rovina = základna scény (rozpíná se všemi směry až k horizontu), renderuje se rychleji než velká NURBS plocha, lze ji přiřadit libovolný materiál Flaminga, zobrazí se pouze při raytracingu (ne v modelu ani při řešení radiozity) Pozadí = nekonečně velká koule, která obklopuje model ze všech stran Barva pozadí = pozadí může mít jednu barvu nebo může být tvořené gradientem 2 nebo 3 barev Automatic Sky = mění barvu pozadí v závislosti na nastavení Slunce a oblohy (řídí se časem a ročním obdobím) Solid Color = pozadí má jedinou barvu 2 Color Gradient nebo 3 Color Gradient (gradient = umožní vytvořit plynulý přechod dvou nebo tří barev na pozadí) Obrázek na pozadí = umístění modelu do reálného prostředí, obrázek lze namapovat různými způsoby: Rovinné promítání (na rovinnou plochu) Válcové promítání (na imaginární válec), např. panoramatické fotografie Sférické promítání (na kouli) dobré výsledky lze dosáhnout pouze se skutečným sférickým obrázkem Lze jej dlaždicově opakovat a zrcadlit (u válcové nebo sférické projekci je možné opakovat pouze v horizontálním směru), lze jej odsadit od počátku souřadnic Maskování obrázku maskování barev, maskování alfa kanálu (pouze u formátů, které podporují alfa kanály), nejlepších výsledků dosáhnete s obrázky ve vysokém rozlišení! Mraky = promítání matematicky vygenerovaných mraků na nekonečně velikou kouli v pozadí, slunce musí být zapnuté(!), jsou viditelné pouze v okně s perspektivní projekcí Typy mraků: 1. ploché mraky textura namapovaná na 2D rovině, která je umístěna nad 3D mraky 2. 3D mraky Mlha barva mlhy je určena barvou pozadí, čím je objekt dále od stanoviště pozorovatele, tím více je jeho barva ovlivněna barvou pozadí a tím více efekt mlhy vyniká. Nastavení mlhy je závislé na měřítku modelu, např. model hrnku (vyšší hodnoty), např. model budovy (menší hodnoty). Lze ji použít pouze v okně s perspektivním pohledem Vlny vlnění = speciální druh hrbolaté textury (vychází ze středu/zdroje ve formě soustředných vln), iluze zvlněného povrchu lze ji přiřadit jakémukoliv objektu Rhino: Úpravy / Vlastnosti objektů (F3) / Waves / Add Rostliny Každá rostlina je jedinečná (generování rostlin pomocí fraktálových algoritmů), rostlina je ve scéně reprezentována zjednodušeně soustavou lomených čar, které zhruba udávají její velikost a tvar. Rostlinný algoritmus Flaminga generuje přirozeně vypadající rostlinu až během renderování obrázku. Rostliny se chovají jako 3D objekty (vrhají stíny, objevují se v odrazech). Všem rostlinám ve scéně lze nastavit stejné roční období. Rhino: Knihovny rostlin -> náhled rostliny (výběr ročního období) -> zobrazení a vložení rostliny -> editace vlastností rostliny ve scéně (definice rostliny v knihovně tím zůstane nedotčena) -> nastavení globálního ročního období všechny rostliny budou podle něj generovány (nemají-li nastavené individuální roční období) -> tvorba nových rostlin -> změna tvaru rostliny z knihovny Flaminga.
Vlastnosti světelných zdrojů Režimy renderování Renderování metodou raytracingu změna nastavení raytracingu hloubka ostrosti renderovací výkon Renderování fotometrickým režimem změna nastavení fotometrického režimu využití radiozity ruční nastavení expozice Režim raytracingu Použití studiové scény (obrázky samostatných objektů), jednoduché scény, které nemusí vypadat realisticky. Nevýhody malý rozsah nasvícení (nerealistické prvky nasvícení zdůrazňující určitou část výrobku). Světelné hodnoty jsou počítány v obecných hodnotách, po výpočtu nelze měnit expozici obrázku Fotometrický režim Použití architektonické interiéry a exteriéry. Vytváření širokého spektra světelných efektů. Světelné zdroje definovány a počítány ve wattech, po výpočtu lze změnit expozici obrázku. Lze v něm počítat i tzv. radiozitu. Nasvícení scény Správné umístění světel a kompozice scény je důležitější než výpočet stínů nebo radiozity! Nasvícení pro renderování je téměř totožné jako nasvícení pro fotografování! Chcete-li zdokonalit nasvícení svého modelu, seznamte se nejprve se světlem a jeho účinky na různých plochách! V režimech Raytrace a Photometric se osvětlení chová rozdílně! Volba nasvícení vždy závisí na orientaci kamery vůči snímanému objektu! Studiové nasvícení pomocí tří světelných zdrojů: hlavní pod úhlem 30 až 40 stupňů, nad kamerou (45 stupňů u portrétů) pomocný nad kamerou, na opačné straně než hlavní (vykreslení detailů ve stínech) zadní za objektem a nad ním (zvýraznění obrysů, opticky odděluje objekt od pozadí a přidává do scény hloubku) Atributy světla: Kontrast rozdíl mezi nejsvětlejšími a nejtmavšími oblastmi ve scéně Trojrozměrná hloubka např. krychle bude působit prostorověji, pokud bude mít každá ze stěn vlivem nasvícení jinou světlost (horní bývá nejsvětlejší) Optické oddělení objektu od pozadí hrany předmětu musí být světlejší nebo tmavší než pozadí Tvrdé a měkké světlo tvrdé (přímé) vrhá stíny s ostrými okraji měkké (difuzní, rozptýlené) vrhá jemné, někdy téměř nerozeznatelné stíny Barva světla např. studené ranní světlo, teplé večerní světlo Světelné efekty např. čelní a boční osvětlení, osvětlení zespodu či zezadu Světelné zdroje Umělé světelné zdroje Vestavěné světelné zdroje Rhina
Kuželový světelný zdroj (Spot Light) Bodový světelný zdroj (Point Light) Směrový světelný zdroj (Directional Light) rovnoběžné paprsky (rovnoměrné nasvícení), nevhodné pro studiové nasvícení (působí ploše), vhodné pro velké objekty (např. budovy) Plošný světelný zdroj (Rectangular Light) jako soustava stropních zářivek (jemnější stíny) Lineární světelný zdroj (Linear Light) podélná a pravidelná distribuce světla Specifické světla Flaminga Goniometrický světelný zdroj na každý světelný zdroj je možné aplikovat tzv. IES data reálných svítidel (specifikují intenzitu a distribuci světla) Ambientní světlo (konstantní, všudypřítomné) Přirozené zdroje osvětlení Denní světlo skládá se ze dvou složek: přímé světlo vyzařované ze Slunce (musíme znát čas, datum a stanoviště) nepřímé světlo získané z oblohy, zemského povrchu a dalších objektů (jeho výpočet je složitý, v režimu Photometric se používají dva druhy výpočtů: Interior a Exterior) Pro osvětlení scény se využívá jako světelný zdroj Slunce. Interiéry v režimu Photometric do modelu vložíme tzv. zdroje denního světla okna (udávají, kudy do místnosti vstupuje sluneční světlo) Sluneční úhel Směr slunečního svitu lze zadat 2 způsoby: datem, časem a místem (kde stojí např. budova) přímým zadáním úhlů (pokud nejde o reálnou simulaci Slunce) Za sever je v modelu považován kladný směr osy y globálního souřadného systému Nastavení Slunce a oblohy míra oblačnosti, intenzita světla Slunce a oblohy, severní směr modelu Barvy Slunce a oblohy (barva světla, které vychází ze Slunce a z oblohy): barevná teplota, přímé zadání barev Denní světlo v interiérech: vložení zdroje denního světla (pravoúhlá okna ), do interiéru vstupuje rozptýlené denní světlo Ray-Tracing (metoda sledování paprsku) Paprsky se šíří od světelných zdrojů různými směry, některé zasáhnou povrch objektů ve scéně. Určení barevného složení paprsku, který dopadá na sítnici našeho oka je spojeno s vyhledáním trasy, kterou paprsek v prostoru scény prošel. Výsledná barva paprsku vznikne složením barev více paprsků, které přicházejí jak ze zdrojů světla, tak od těles, která světlo odrážejí. V PG proces šíření světla modelujeme obráceným postupem (tzv. zpětné sledování paprsku). Vržení paprsku (ray casting) = nalezení a zobrazení bodu na povrchu nejbližšího tělesa zasaženého paprskem Sledování paprsku vyššího řádu = sledování paprsku nekončí po nalezení nejbližšího tělesa, ale pokračuje sledováním dalších paprsků, odvozených podle odrazivosti a průhlednosti Raytracing Primární paprsek je vyslán z místa pozorovatele bodem obrazu. Sekundární paprsek je vytvořen po dopadu primárního nebo sekundárního paprsku na těleso. Stínový paprsek je vyslán z bodu, kam dopadl primární nebo sekundární paprsek, ke světelnému zdroji.
Metoda sledování paprsku dokáže zobrazit na povrchu tělesa zrcadlové obrazy jiných těles pomocí sekundárních paprsků a nakreslit vržené stíny pomocí stínových paprsků. Algoritmus má rekurzivní charakter barevné složení původního paprsku můžeme určit teprve po zjištění údajů o všech dílčích paprscích. Nedostatek: zpětným sledováním paprsku nelze nalézt všechny paprsky přispívající k osvětlení určitého bodu, většina metod není schopna řešit lom stínového paprsku, proto jej zanedbává Ukončení metody sledování paprsku: při opuštění scény, po dopadu do zdroje světla, po N odrazech a lomech, po uražení mezní vzdálenosti Obecné nevýhody: vržené stíny jsou ostré, osvětlovací model předpokládá pouze bodové zdroje světla, ne však plošné, zrcadla odrážejí obraz okolních těles, nejsou však využita pro odraz světla (nepřímé osvětlení), výpočet se provádí znovu při změně polohy pozorovatele nebo přidání nového tělesa do scény Zrychlení metody sledování paprsku Velká časová náročnost, nejnáročnější: hledání nejbližšího průsečíku paprsku s tělesy ve scéně (70-90 % celkového času) Urychlovací metody: urychlení výpočtů průsečíků snížení počtu paprsků sledování více paprsků naráz Renderování metodou raytracingu Raytracing počítá jas, průhlednost a odrazivost každého objektu ve scéně, postupné zjemňování při vykreslování. Render / Aktuální rendrovací modul / Flamingo Raytrace Nabídka Raytrace: Render, Render Window, Render Preview, Render Preview Window Hloubka ostrosti: oblast v prostoru, ve které mají zobrazované objekty přijatelnou ostrost, tato oblast je z obou stran ohraničena soustřednými koulemi se středem v čočce objektivu Přední hranice hloubky ostrosti: koule, která leží blíže k čočce, objekty před ní nebudou zaostřené Zadní hranice hloubky ostrosti: vzdálenější koule, objekty za ní nebudou zobrazeny ostře. Ohnisková vzdálenost vzdálenost od kamery, ve které se bod na scéně renderuje právě jako jeden bod v obrazové rovině Míra neurčitosti: menší hodnoty ostřejší obrázky, větší hodnoty obrázky jsou více rozmazané Renderovací výkon: Největší dopad na rychlost výpočtu obrázku při renderování mají: 1. měkké stíny, 2. hloubka ostrosti, 3. nastavení hustoty renderovací polygonové sítě: při renderování jsou NURBS objekty aproximovány polygonovou sítí (její kvalitu můžeme ovlivnit!) nízká kvalita polygonové sítě malý počet polygonů zubaté či hranaté objekty vysoká kvalita polygonové sítě vysoké nároky na paměť
Změna nastavení polygonové renderovací sítě: Raytrace nebo Photometric / Properties / Síť 4. Materiálové vlastnosti zejména průhledné a odrazivé materiály, hrbolaté textury 5. Nasvícení počet a typ světelných zdrojů (vrhající měkké stíny), používat zejména kuželové a bodové světelné zdroje! 6. Rostliny zabírají hodně paměti, parametr Detail úroveň detailů rostlin 7. Velikost modelu 8. Paměťové požadavky při výpočtu radiozity Radiozita vyzařovací metoda pro dosažení fotorealistické věrnosti renderovaných obrázků, která umožňuje simulovat šíření světla scénou z fyzikálního hlediska, globální výpočet osvětlení podle tepelného záření, časově náročnější než rekurzivní sledování paprsku Sledování paprsku na jejich dráze od zdrojů světla fyzikální princip světelných jevů termodynamické řešení osvětlení scény fotorealistická věrnost počítaných obrazů Základním prvkem je plocha, která dokáže světelnou energii přijímat, odrážet a vyzařovat Postup zobrazování scény má dvě části: 1. vyhodnocení šíření světla ze světelných zdrojů (plošných) a jeho odrazy na povrchu těles každá plocha je ohodnocena hodnotou osvětlení nezávislost na poloze pozorovatele (vlastnost scény) 2. použití libovolného zobrazovacího algoritmu, který řeší viditelnost scény scénu pak můžeme zobrazovat z různých pohledů bez nutnosti nových výpočtů Kdy použít radiozitu? pro architektonické interiéry pro zachycení nepřímého (difuzně odraženého) osvětlení (plné osvětlení s jemnými variacemi) výhody: kvalitní obrázky, reálné a přesné hodnoty osvětlení interiéru, libovolný počet světelných zdrojů Kdy nepoužít radiozitu? pro studiové snímky výrobků, exteriéry staveb (světlo se musí od něčeho odrážet) nevýhody: stíny nejsou tak přesné jako u raytracingu, nevhodné pro velké nebo příliš detailní modely, dlouho se počítá, zabírá hodně místa v paměti, nepočítá materiály, průhlednost a odrazy Renderování photometrickým způsobem Simulace reálného světla. Hodnoty osvětlení jsou uchovávány ve skutečných fyzikálních jednotkách. Přesnější obrázky, kvalitní a jemné světelné efekty. Ruční nastavení expozice: úpravy celkového jasu, kontrastu, vyvážení barev. Slunce potlačuje svou intenzitou všechny ostatní světelné zdroje Render / Aktuální rendrovací modul / Flamingo Photometric Nabídka Photometric: Render, Render Window, Render Preview, Render Preview Window Změna nastavení fotometrického režimu. Ruční nastavení expozice nasvícení s využitím radiozity (nepřímého osvětlení).
Vlastnosti objektů a materiály Vlastnosti objektů: Průhlednost a vrhání stínů, Mapování materiálů, Samolepky, Vlny Materiály Editor materiálů: Procedurální hrbolaté textury, Procedurální materiály Typ průhlednosti Thin = objekt, který neuzavírá objem a je průhledný (např. tabule skla = obdélníková plocha), objekt bude při výpočtu lomu světla považován za oboustranný Thick = těleso, jehož normály míří směrem ven, každá z ploch tělesa je považována za jednostrannou, těleso pak láme světlo tak, jako by bylo vyrobeno z jednoho kusu materiálu Materiál = souhrn vlastností, které určují, jak bude objekt vypadat ve výsledném renderu, nese informaci o barvě, textuře, odrazech, průhlednosti a vzorech, lze je přiřadit objektům či vrstvám (všem objektům, které se v této vrstvě nachází), materiál objektu má vyšší váhu než materiál vrstvy! Je to generovaná procedura nebo obrázek, některé materiály jsou směrově závislé, vzory mají někde v prostoru svůj počátek a osy, podle kterých se orientují Knihovny materiálů: standardní knihovny Flaminga, prázdná uživatelská knihovna (USER), nová materiálová knihovna bude uložena do adresáře Flamingo \ Librarie, (soubor s materiálovou knihovnou má koncovku.mlib) Tvorba a editace materiálů v okně Material Editor umožňuje: změnu barvy a odrazivosti definovat drsnost a textury plochy aplikovat vzory, které imitují vzhled komplexních materiálů (např. mramor, žula nebo dřevo) zahrnout do materiálu fotografie, počítačem generované obrázky nebo naskenované skutečné materiály (např. koberec, tapetu) Poznámka: Změny neukládejte do standardní knihovny, neboť mohou být přepsány budoucí verzí Flaminga. vlastní materiály ukládejte vždy do knihovny USER nebo do jiné, nově vytvořené knihovny. Editor materiálů: Procedures = procedury použité k vytvoření daného materiálu Panely s materiálovými vlastnostmi: Základní základní barva, lesklý lak a svítivost Průsvitnost index lomu: vakuum: 1.0, vzduch: 1.00029, diamant: 2.417, sklo: 1.52 až 1.8, led: 1.309, voda: 1.33 Mapování obrázku textury, procedurální hrbolaté textury (výška -1 až 1) -> ideální jsou černobílé obrázky Procedurální materiály Procedurální materiály jsou tvořeny kombinací dvou nebo více materiálových složek. Procedura pomocí určitého matematického vztahu kombinuje své materiálové potomky Procedury: Mramor Žula (např. rez, povrch planety, skvrny dalmatinů) Dřevo (např. lesklé hedvábí) Dlaždice Maska Mísení - k základnímu materiálu se přimíchá doplňková barva Čirý lak (např. porcelán, keramika, lakované dřevo, automobilový lak)
Úhlově závislé mísení změna vlastností v závislosti na úhlu pohledu pozorovatele Mapování materiálů Mapování = způsob, jakým je materiál nanášen a umístěn na daný objekt, má význam u materiálů, které mají definovaný směr nebo vytváří obrazce a vzory, namapovaný materiál Flaminga se automaticky přizpůsobí přesouvání, otáčení i změně velikosti objektu Výhoda = materiál orientovaný podle určitých bodů na objektu Způsoby mapování: výchozí stejné jako kubické, ale nelze měnit orientaci a počátek (na souřadnici 0,0,0), materiál mapován podle globálních os, nemusí pasovat na objekt rovinné materiál nemění na bočních stěnách orientaci (efekt protažení) kubické vzorky jsou mapovány ortograficky, počátek na obálkovém kvádru objektu, lze měnit počátek a orientaci materiálu válcové lze měnit počátek, natočení a osy mapování, lze použít buď velikost materiálu nebo zadat počet opakování vzorků ve směru parametru U sférické lze použít buď velikost materiálu nebo nastavit počet opakování vzorků ve směru parametrů U a V Samolepky Jsou to obrázky, které jsou přímo umístěny na vymezenou část objektu, nevyplňují celou plochu objektu. Samolepka je tvořena jediným obrázkem, který není cyklicky opakován. Počet současně aplikovaných samolepek na objekt není omezen! Více samolepek je aplikováno v pořadí seznamu (poslední bude ležet nahoře). Lze pomoci nich lokálně měnit barvu, odrazivost nebo hrbolatost Umístění závisí na zvoleném mapování rovinné rovina samolepky musí ležet na ploše nebo za ní, samolepka je promítána ze své roviny směrem vzhůru válcovité zakřivení plochy v jednom směru (např. viněta láhve), mapovací válec samolepky se musí nacházet uvnitř, projekce probíhá směrem ven z válce sférické poloměr mapovací koule je vhodné nastavit menší než je poloměr objektu (koule je do objektu zanořená), projekce probíhá směrem ven z koule UV roztáhne obrázek po celé ploše objektu, směry U a V určují, jakým směrem bude samolepka aplikována, vhodné pro organické tvary (např. kůže, rostliny), nejsou zobrazeny při řešení radiozity! Použití: obrázky na zdech interiérů, umístění loga na povrch výrobku či jiné značky na výrobcích, tvorba oken z barevného skla (např. mozaiky v kostelech) Vlastnosti samolepek: způsob mapování (maskování) síla barvy a hrbolaté textury povrchová úprava samolepky (odrazivost, průhlednost) stejné fyzikální vlastnosti jako u definice materiálu Počítačová animace = věrná kopie klasické animace (dynamická scéna je snímána (vzorkována) v diskrétních časových krocích kamerou) Libovolná časově závislá scéna není k dispozici jednotný popis všech forem pohybu (existuje řada algoritmů, které řeší dílčí úlohy počítačové animace)
Výhody: scénu nemusíme mít fyzicky k dispozici, nemusíme stavět kulisy, ani chodit do exteriérů Rozdělení počítačové animace z hlediska reprezentace pohybu: nízkoúrovňová reprezentace pohybu, jeho rychlosti, orientace a směru objektu po spojité dráze, rychlost objektu, jeho orientace a směr vysokoúrovňová skládá se z nízkoúrovňových maker, detekce kolizí (např. chodidlo vs. hrbolatá podložka), možnost vytváření knihovny pohybů (např. knihovna gest či kroků), silný rozvoj ve filmovém průmyslu (animace tzv. syntetických herců) Nízkoúrovňová Klíčování = zadávání klíčových pozic a automatické generování mezipoloh (týká se to také úhlů, barev, textur, průhlednosti atd.), pojem pochází z dílen Walta Disneye, kde měl nejdůležitější úlohu hlavní animátor. Malování celé sekvence je zdlouhavé a rutinní, hlavní animátor vytváří pouze nejdůležitější (klíčové) snímky, zbývající mezisnímky malovali průměrní animátoři. První snahy vedly k odstranění ručního malování mezisnímků. Animační křivky Animátor zadá klíčové polohy a program tyto polohy interpoluje animační křivkou, způsob interpolace (např. spojitost křivek, hladkost, změna rychlosti atd.) určuje tvář celé animace, křivky se používají pro určení dráhy objektů Určení pohybu se skládá ze tří kroků: definice dráhy objektu -> specifikace změny rychlosti -> orientace objektu Vysokoúrovňová Oblast kinematiky studuje pohyb nezávisle na silách, které ho způsobují, zabývá se: polohou, rychlostí a zrychlením; oproti tomu dynamika se zabývá studiem vzájemného působení sil a objektů Segmentová struktura = posloupnost pevných částí, které jsou mezi sebou spojeny a v každém spojení lze s oběma segmenty otáčet (např. lidská paže), na jednom konci bývá pevně zakotvena, druhý konec je volný (prsty tvoří tzv. koncový efektor). Stavový prostor všechny možné stavy, ve kterých může daná segmentová struktura být. Tvorba animací ve Flamingu Omezené nástroje, které umožňují: pohybovat s kamerou / sluncem Nástroje pro pohybování s objekty nejsou k dispozici. Flamingo vytvoří posloupnost statických snímků, jako součást se generuje také náhledová HTML stránka s animací Druhy animací: studie osvětlení během dne či ročního období, otočný stůl, pohyb po trase, průlet Snímky lze pak sloučit do souboru s animací pomocí externích programů Nástroje pro kompilaci statických snímků do souboru s animací: Adobe Premiere, Animation Shop Pro, Bink, Platypus, QuickTime Pro, TMPGenc, Video Mach, Adobe After Effects Studie osvětlení během dne Sledujeme osvětlení a vržený stín slunce, které se pohybuje po obloze během dne. Kam bude v určité části dne dopadat stín? Nepohybuje se kamera ani cíl, pohybuje se pouze Slunce! Nelze ji kombinovat s jinými typy animací.
Studie osvětlení během ročního období Dlouhodobější studie, která sleduje změnu slunečního osvětlení ve stejnou hodinu v rozsahu týdne, měsíce či roku. Kam bude v určité části roku dopadat stín? Nepohybuje se kamera ani cíl, pohybuje se pouze Slunce! Nelze ji kombinovat s jinými typy animací Otočný stůl Nejjednodušší, kamera jednou obletí objekt a zachytí požadovaný počet snímků, rotuje kolem pevného cíle. Průlet Při průletu se kamera dívá ve směru trasy. Cíl a kamera se pohybují po stejné trase. Směr pohybu kamery bude odvozen z orientace (směru) křivky. Pohyb po trase Pomocí trasy lze měnit vzdálenost mezi kamerou a cílem, do kterého se kamera dívá. Kamera i cíl mohou sledovat samostatné trasy, nebo se mohou nacházet na pevném stanovišti. To umožní vytvářet tři typy animací: pohyb kamery s pevným cílem pevná kamera a pohyblivý cíl pohyb kamery s pohyblivým cílem Náhled a výpočet animace Prohlížení animace v drátovém zobrazení pomocí nástrojové palety s tlačítky. Náhled animace v okně s pohledem, rychlost přehrávání nelze ovlivnit, krokování mezi jednotlivými snímky, zaznamenání náhledu animace (pomocí příkazu RenderPreview) rychlejší, ale méně kvalitní Výpočet snímků animace po vyrenderování všech snímků se zobrazí náhled animace ve webovém prohlížeči Digitální video obecné pojmy: Video = sekvence obrázků jdoucích rychle za sebou, frekvence vyšší než 16 Hz (iluze pohybu), video má nižší vzorkovací frekvenci než zvuk Klíčování = zadávání klíčových poloh snímků a generování mezipoloh Streamování stream = datový proud (signál), vysílání na Internetu, přenos dat směrem ke klientovi tak, že data jsou přehrávána přímo ze sítě, aniž by došlo k jejich uložení na disk, zástupci formátů: Real Video, Apple Quicktime, Microsoft Streaming Media, Adobe Flash Televizní normy Jako televizní norma se označuje souhrn standardů kódování signálu pro televizní vysílání. PAL většina Evropy včetně ČR a SR, rozlišení 720x576, FPS: 25 NTSC Severní Amerika, rozlišení 720x480, FPS: 29.97 SECAM Francie a Rusko HD Rozlišení: 1280x720 Full HD Rozlišení: 1920x1080 HDV Rozlišení: 1440x1080 Komprimace videa Zvláštnosti potřeba poměrně velkého prostoru pro uložení, nutno zajistit určitý minimální tok informace tak, aby byl výsledný dojem přirozený, komprimace pomocí tzv. kodeků (KOmpresor + DEKompresor)
Kodek videa = algoritmus pro kompresi a dekompresi obrazu Umístění kodeků integrace do různých HW; standardní či doplňková část OS; jako samostatný produkt Způsob komprese: Metody komprimace obrazu a videa bezztrátové (např. HuffYUV) ztrátové (všechny kodeky MPEG a jejich odvozeniny jako DivX, XviD, H.264, Real Video apod.) Proces komprese + proces dekomprese komponují se společně do jednoho modulu, definováno jednotné programové rozhraní, pro komunikaci modulu s programy (konfigurace parametrů kodeku datový tok, kvalita, rychlost komprese atd.) Bezztrátové metody komprese Kompresní poměry 2:1 nebo 4:1 (vůči nekomprimovanému materiálu) Algoritmy založené na redukci redundance: RLE Run Length Enconding Huffmanovo kódování (tzv. neadaptivní slovníková komprese) LZW Lempel-Ziv-Welch (tzv. adaptivní slovníková komprese) Ztrátové metody komprese Kompresní poměry v závislosti na kvalitě od 7:1 a více. Komprimují se informace o pohybu, které se v následujících oknech jeví jako statické Výhoda: vyšší kompresní poměry (snadno oklamatelné lidské smysly) Nevýhody: ztráta kvality, náročnost dekomprese Ztrátové algoritmy využívající nedokonalosti lidského oka (některé informace oko není schopno zpracovat a proto je zbytečné je dále přenášet): Transformační komprese analýza obsahu obrazu: 1) rozklad na složky podle prostorové frekvence (např. DCT nebo wavelet) 2) redukce jednotlivých složek (např. změna bitové hloubky) DCT Diskrétní kosinova transformace (obrázek zpracován po malých čtvercových blocích) Wavelet 1) algoritmus založený na vlnkových transformacích 2) nejlepší kompresní algoritmus, který se v praxi používá Fraktálová komprese Založena na soběpodobnosti (teorie fraktálů), soběpodobná množina sestává z kopií sebe samé, vyhledání a záznam vzorů a jejich transformací. Interframe komprese Všechny doposud zmiňované metody byly tzv. intraframe (intra = uvnitř) pro dekompresi jednoho snímku stačí znát komprimovaná data pouze pro tento snímek. Interframe (inter = mezi). Vlastnost videa: následující snímky jsou více či méně podobné těm předchozím, postačí zakódovat pouze změnu mezi jednotlivými snímky (ne snímky celé), používají ji všechny moderní kodeky (např. MPEG, DivX, XviD apod.)
Nevýhody: prodloužení doby komprese, prodloužení doby dekomprese (při dekompresi jednoho snímku je nutné dekomprimovat i několik předcházejících snímků), nejsou vhodné pro střih videa! Interframe komprese MPEG ½ Je založen na 3 typech snímků: I (intra coded) samostatný snímek, který ke kompresi či dekompresi nepotřebuje žádný jiný snímek P (forward predicted) snímek, který potřebuje jeden předcházející snímek (I nebo P) B (forward and backward predicted) snímek, který je odvozen jak od předchozího (I nebo P), tak i od následujícího snímku (I nebo P) P-snímky a B-snímky jsou interframes (využívají informace z jiných snímků), několik P-snímků může být mezi dvěma I-snímky, B-snímky mohou být mezi dvěma I/P snímky GOP (Group of Pictures) shluk snímků mezi dvěma I-snímky, je pro něj definována maximální délka, přehrávání začíná vždy na I-snímku Bezztrátové kodeky HuffYUV rychlý, bezztrátový, vhodný především pro kompresi formátů YUV (prostor pro přenos televizních signálů), komprimační metody obdobné algoritmu ZIP RAW nejde přímo o kodek, ale o samotný nekomprimovaný formát LCL (Loss-Less Codec Library) vhodný pro digitální animace, má větší kompresní schopnost než HuffYUV, ale není tak rychlý Ztrátové kodeky WMV (Windows Media Video) ideální pro malý datový tok, kratší záznamy nebo streamování (ASF), není vhodný např. pro kódóvání celovečerního filmu MPEG-1 (Motion Pictures Experts Group) 1992 přijat jako norma ISO/IEC-11172, norma pro záznam pohyblivého obrazu na CD, nehodí se pro střih videa z důvodu vzdálených klíčových snímků MPEG-2 1994 standardem pro kompresi digit. videa, podpora proměnlivého i konstantního datového toku MPEG-4 formální označení: ISO/IEC 14496 (jako standard byl přijat v březnu 1999), nejde o přesnou definici komprese a kompresních algoritmů, množina parametrů a vlastností, které musí kompresor splňovat, aby byl MPEG-4 kompatibilní, různé implementace MPEG-4, které vybírají z definice vždy to, co je pro daný formát vhodné (např. Microsoft MPEG-4 v1, v2, v3, DivX 4, DivX5, XviD a další) H.264 oficiálně schválený kodek, který je součástí standardu MPEG-4, navržen pro zpracování videa s vysokým rozlišením, vybrán jako standard pro mobilní sítě třetí generace, HD-DVD a BlueRay, progresivní hlavně do budoucna DivX 3.11a Alpha nelegální a upravená verze kodeku Microsoft MPEG-4 v3 (která v beta verzi umožňovala ukládat video do formátu AVI), umožňuje kompresi do formátu AVI, zahýbal světem digitálního videa na počítačích DivX 4, DivX 5 první verze DivX 4 vyšla z projektu OpenDivX (dostupná i se zdrojovými kódy, ale kvalita nebyla jako u DivX 3.11a), od verze DivX 5 jde již o uzavřený kodek, kompatibilní s MPEG-4, vysoká kvalita obrazu při nízkém datovém toku, v posledních verzích je plná verze licence placená XviD vychází také z OpenDivXu, vysoká kvalita mnohdy převyšující DivX, MPEG-4 kompatibilní, nulová cena
Souborové formáty digitálního videa MPEG soubory (Moving Picture Experts Group),.MPG (nejjednodušší forma),.dat (video CD),.VOB (souborový formát MPEG na DVD) AVI soubory (Audio Video Interleaved) navrženy Microsoftem, používaný pro MPEG-4 (DivX, XviD, atd.), snaha Microsoftu o jeho nahrazení formáty ASF (Active Streaming Format) v současné době s příponami.wmv (video) a.wma (audio) Apple QuickTime kodek i přehrávač (kvalitní, ale poměrně náročný na hardware), používají ho na webu např. HBO, CNN, BBC, Pixar, Disney,.QT nebo.mov soubory Microsoft Windows Media platformová příslušnost k PC s OS Windows, formáty WMA, WMV a ASF nahrazuje MS formát AVI, ASF (Active Streaming Format) v1, v2 (v1 používána nástroji Media Player a Media Encoder),.WMV (Windows Media Video) soubory MKV (Matroska) Open source kontejner, je možné v něm uložit video, audio, obrázky a titulky, hodně používán pro videa v HD a FullHD Typy geodat Rastry: modely pokrytí (2D/3D), letecké/satelitní snímky, formáty: TIFF, Geo JPEG, PNG, MrSID, DEM, aj. klasické formáty doplněné o souřadný systém a souřadnice, někdy také o pyramidy. Vektory: body, linie, polygony, TIN: ESRI Shapefile SHP, Autocad - DWG, Google KML, GML1 modely budov a jiných objektů, Google SketchUp SKP, COLLADA, aj. Komplexní scény s různými geodaty: projektové soubory ArcScene, ArcGlobe, aj. VRML (bez informací o poloze), Google KMZ. Zdroje geodat Soubory: viz předchozí slide Mapové servery: OpenGIS služby 2 : WMS (Web Map Service), WFS (Web Feature Service), WCS (Web Coverage Service) ESRI: ArcIMS (jazyk ArcXML), ArcGIS Server, často propojeno s geodatabází (ArcSDE, PostGIS, aj.). Pokrytí není jen nadmořská výška Digitální výškový model (Digital Elevation Model), digitální model terénu (Digital Terrain Model). Geografickáhydrometerologická data: předpověď počasí, vlhkost, typy půdy Socio-ekonomická: nákupy, migrace obyvatel, Lékařská: očkování, nemoci Ruční sběr dat Měření pomocí běžných ručních přístrojů: pouze ruční GPS, Korekční signály WAAS/EGNOS, stop-and-go. Diferenciální GPS: základna + rover (cca 1.5 mil), permanentní stanice (Geodis), on-line RTK (real time kinematic), postprocesing.
Automatizovaný sběr Laserové skenování z letadel a automobilů: letadlo má Inertial Measurement Unit (GPS, gyroskopy, akcelerometry), vysílá laserový paprsek (LIght Detect. And Ranging), problémy s odrazy, opět využití DGPS. Analýza již pořízených dat odvozování (dnes často i Google Earth). Skupiny stacionárních stanic (meterologická data). Reprezentace pokrytí Rastrově: Množina bodů, které od sebe mají konstantní vzdálenost. Každý bod obsahuje informaci o výšce (nebo obecně hodnotě proměnné) v daném místě. Rastrový model: Soubory jsou doplněny o informace o umístění. Zvolit rozlišení, naměřit část hodnot a zbytek aproximovat. Rozlišení/přesnost je konstantní (rovina vs. zlom). Vektorově: Nepravidelná množina bodů propojených hranami, kterou tvoří síť trojúhelníků. Vektorový model: TIN - trianguled irregular network, proměnlivá přesnost, relativně malý objem dat, ostré přechody mezi regiony. Principy aproximace Naměřené hodnoty spolu prostorově souvisí. Místa blízko u sebe mají s vysokou pravděpodobností podobnou charakteristiku (když sněží na jedné straně ulice, sněží zřejmě i na druhé straně). Čím více máme naměřených hodnot (a čím rovnoměrněji jsou naměřeny), tím přesnější budou výsledky interpolace. Aproximační metody Geometrické metody Inverse Distance Weighted (interpolační), Natural Neighbours (interpolační), Spline (interpolační). Geostatistické metody Kriging (interpolační). Poznámka: To, jestli je metoda aproximační či interpolační je dáno implementací. Třeba spliny jsou obecně aproximační křivky, ale v ESRI je to interpolační metoda Inverse Distance Weigted Hodnoty jsou počítány pomocí váženého průměru kde váhou je vzdálenost. Vliv na interpolované hodnoty každého naměřeného bodu se vzdáleností klesá. Uvažujeme tři parametry: Síla: Vliv naměřeného bodu na interpolovanou hodnotu v její blízkosti. Pokud je hodnota malá, působí na bod i vzdálenější místa a povrch je rovnoměrnější. Typ okolí: Je dán pevný poloměr nebo minimální počet hodnot. Překážky: Křivka nebo polygon, který bude reprezentovat Přírodní překážku. Klíčové vlastnosti IDW Interpolovaná maxima, resp. minima leží v intervalu naměřených hodnot (tj. pokud není extrém přímo naměřen, není vypočítán). Pokud nejsou data rovnoměrně rozložena, mohou se objevovat kruhová okolí býčí oči. S rostoucím okolím se vyhlazuje povrch. Není ideální pokud jsou data velmi nerovnoměrná (např. při vytváření povrchu z vrstevnic). Často používáno pro vygenerování DEM z LiDARových dat, atp. Natural Neighbours Dva/Tři pozorovatelé jsou přirození sousedé, pokud existuje pozice nebo oblast, ke které mají stejně daleko a neexistuje žádný další pozorovatel, který by byl blíže. U tří pozorovatelů
se to dá zjistit opsanou kružnicí. Tyto trojce tvoří síť TINu. Těžiště trojúhelníků tvoří Thiessenovy (Dirichletovy, Voronoiovy) polygony. Vhodné pro data, která nemají pravidelné rozložení. Splines Thin Plate Splines Kategorie aproximačních metod založená na teorii mat. ploch. Spliny vytváří plochu s minimálním zakřivením. Zásadní výhodou Splinů oproti předchozím je schopnost aproximovat hodnoty mimo naměřený rozsah. Obecně se jedná o aproximační plochy, ale implementace ve Spatial Analystu je interpolační. Tension Spline TPS with tension Čím více vstupních bodů zvolíme, tím větší vliv na interpolovanou hodnotu budou mít vzdálené body a tím plynulejší bude povrch. Určuje, zda se bude chovat plocha jako elastická membrána nebo tuhý povrch. Přířazujeme hodnoty mezi 0 a 1 0, 0.01, 0.1, 0.5... (normalizovaný tvar). Čím větší váha (přirozená čísla), tím hrubější povrch. Regularized spline Completely Reg. Spline Speciální verze TPS with Tension. Váha ovlivňuje křivost povrchu čím větší váha bodů, tím má bod širší okolí vlivu a vzniká menší křivost. Otázkou je srovnání CRS a TPS with Tension. U TPS roste průměrná chyba s počtem vzorků 4 U CRS je vyšší, ale s počtem vzorků klesá. Maximální/minimální chyba je však u CRS výrazně menší. Stejně tak standardní odchylka je u CRS ve výledku menší. Shrnutí: CRS vytváří obvykle hladší plochy. Další metody založené na Splines NURBS V čem se liší NURBS od B-Splines? Lze tuto vlastnost využít pro aproximaci pokrytí? Geostatistické metody Geostatistické metody jsou založeny na myšlence, že v přírodních vědách není možné sestavit obvykle deterministický model chování. Proto je det. model nahrazen pravděpodobnostním (statistickým) modelem. Kriging Metoda podobná v prvním kroku IDW. V IDW váha závisí pouze na vzdálenosti od interpolovaného bodu. V metodě Kriging závisí na této vzdálenosti, ale také na určitých vlivech, které nelze deterministicky definovat. První krok prostorová autokorelace pro popis časoprostorových vztahů používány korelogram, kovarian. fce a semivariogram. Druhý krok samotný výpočet neznámých hodnot. Variogram 2D graf, kde na ose x je vynesena vzdálenost 2 bodů a na ose y její semivariance. Čím jsou si dva body blíže, tím více by se měly ovlivňovat a tím menší semivariance by měla být. Semivariogramu je nutné přiřadit vhodný model (sférický, exponenciální, ). Z něj pak odečteme neznámé hodnoty. Výpočet semivariogramu:
Zvolíme pevný nebo variabilní poloměr, minimální počet bodů pro interpolaci. Tento postup se jmenuje Ordinary Kriging. Pokud nemáme zásadní důvod učinit jinak, použijeme OK. Druhá metoda je Universal Kriging. Je používána v případě. že víme, že v našich datech se vyskytuje vliv (třeba proud větru), který lze popsat deterministickou (polynomiální) funkcí. Existuje řada dalších variant Krigingu (Siple kr., Cokriging, Median polish kriging, aj.) Vektorové modely TIN Zdroj dat tvorbu TINu: body, křivky i polygony. Základním objektem při tvorbě TIN modelu jsou mass points. TIN model umožňuje popisovat prostředí s různou přesností. TIN neaproximuje, jen propojí nejbližší body pomocí DeLaunayovské triangulace. Delaunay Triangulation Kružnice opsaná trojúhelníku Delaunayovské sítě nesmí obsahovat žádný vrchol. Breaklines Křivky (či spíše zlomové čáry - breaklines) mohou, ale nemusí obsahovat informaci o výšce. V TIN modelu se z nich sávají posloupnosti hran několika trojúhelníků. Obvykle reprezentují přírodní jevy jako potoky nebo stavby jako silnice, železnice a podobně. Typy breaklines: Hard breaklines Označují změnu ve sklonu terénu (koryta potoků, řek...). Soft breaklines Pomáhají popsat tvar modelovaného povrchu, ale neoznačují změnu sklonu. Plochy - Hulls Clip polygons Body, které jsou mimo polygon do ní nejsou zahrnuty. Erase polygons Body, které jsou v polygonu do ní nejsou zahrnuty. Replace polygons Nahrazují výšky jednou hodnotou (např. jezera) Fill polygons Přířadí všem trojúhelníkům spadajícím do tohoto polygonu stejnou celočíselnou identifikační hodnotu.