Výukový materiál vytvořen v rámci projektu EU peníze školám "Inovace výuky" registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0585 Škola: Adresa: Autor: Gymnázium, Jablonec nad Nisou, U Balvanu 16, příspěvková organizace U Balvanu 16, 466 34 Jablonec nad Nisou Mgr. Radka Mrklasová Číslo šablony: Název materiálu: Předmět: Cílová skupina: III_2_10_04 Teorie a základní pojmy z oblasti HW a SW Informatika oktáva, 4. ročník Datum vytvoření: 3. 9. 2012 Téma: Cíl prezentace: Časová dotace: Anotace: Počítačová grafika Výkladová hodina 1 2 vyučovací hodiny Struktura celého dokumentu dává kostru především výkladové vyučovací hodiny. Žáci jsou v průběhu výuky seznámeni s historií i základními formáty počítačové grafiky. Charakterizovány jsou výhody i nevýhody uvedených formátů a jejich praktické použití. Výklad hodiny je vhodné doplnit základními ukázkami uváděných formátů. Výuka probíhá v učebně informatiky se standardním ICT vybavením. Tento výukový materiál vznikl v rámci Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost
Počítačová grafika Počítačová grafika je z technického hlediska obor informatiky, který používá počítače k tvorbě umělých grafických objektů a dále také na úpravu zobrazitelných a prostorových informací, nasnímaných z reálného světa (například digitální fotografie a jejich úprava, filmové triky). Z hlediska umění jde o samostatnou kategorii grafiky. Historie William Fetter, designér firmy Boeing, je považován za autora slovního spojení počítačová grafika, které použil, když v roce 1960 popisoval svoji práci. Na začátku grafických technologií byly projekty jako Whirlwind, což byl první počítač využívající CRT obrazovku pro výstup dat, který navíc umožňoval využití světelného pera jako vstupní jednotky. Brzy se začaly významné počítačové firmy zajímat o grafiku a v roce 1965 uvedla firma IBM na trh grafický terminál IBM 2250, první komerčně dostupný grafický počítač. Na konci 60. let se konaly první konference a vznikly první obecně přijímané standardy, především díky organizaci SIGGRAPH (A Special Interest Group in Graphics), která vznikla v roce 1969 z iniciativy ACM (Association for Computing Machinery). Od roku 1973 se konají pravidelné výroční konference SIGGRAPH, které se staly jakýmsi veletrhem novinek v oblasti počítačové grafiky, ať už jde o software či hardware. Na konci 70. let se začaly rozšiřovat možnosti osobních počítačů a s nimi i způsoby praktického využití počítačové grafiky. Na konci 80. let se 3D grafika stala skutečností na SGI počítačích, které byly později použity při tvorbě prvních počítačem tvořených krátkých filmů v Pixaru. Od 80. let se v počítačových systémech využívají symboly, ikony, obrázky a další grafické prvky (souhrnně označované jako grafické uživatelské rozhraní) pro usnadnění a zpříjemnění komunikace mezi uživatelem a počítačem. V 90. letech nastal růst popularity 3D grafiky díky počítačovým hrám a animovaným filmům. V roce 1995 byl uveden film Toy Story, první celovečerní 3D-animovaný film. V roce 1996 byla vydána hra Quake, jedna z prvních her probíhajících výhradně ve 3D prostředí. 2D počítačová grafika Existují dva základní přístupy ke 2D grafice: vektorová a rastrová grafika. Vektorová grafika ukládá přesná geometrická data. Vektorový obrázek je složen ze základních geometrických útvarů, jako jsou body, přímky, křivky a mnohoúhelníky 2
Naopak základem rastrové grafiky je pravidelná síť pixelů, organizovaná jako dvourozměrná matice bodů. Každý pixel nese specifické informace, například o jasu, barvě, průhlednosti bodu, nebo kombinaci těchto hodnot. Obrázek v rastrové grafice má omezené rozlišení, které se udává počtem řádek a sloupců. SWF. Dnes se často kombinuje rastrová a vektorová grafika v souborových formátech jako PDF či Vektorová grafika Vektorová grafika je jeden ze dvou základních způsobů reprezentace obrazových informací v počítačové grafice. Zatímco v rastrové grafice je celý obrázek popsán pomocí hodnot jednotlivých barevných bodů (pixelů) uspořádaných do pravoúhlé mřížky, vektorový obrázek je složen ze základních geometrických útvarů, jako jsou body, přímky, křivky a mnohoúhelníky. Výhody Vektorová grafika má proti rastrové grafice některé výhody: Je možné libovolné zmenšování nebo zvětšování obrázku bez ztráty kvality. Je možné pracovat s každým objektem v obrázku odděleně. Výsledná paměťová náročnost obrázku je obvykle mnohem menší než u rastrové grafiky. Nevýhody Oproti rastrové grafice zpravidla složitější pořízení obrázku. V rastrové grafice lze obrázek snadno pořídit pomocí fotoaparátu nebo skeneru. Překročí-li složitost grafického objektu určitou mez, začne být vektorová grafika náročnější na operační paměť a procesor než grafika bitmapová. Použití Vektorová grafika se používá zejména pro počítačovou sazbu, tvorbu ilustrací, přesných konstrukčních výkresů, diagramů a počítačových animací. Pro práci s vektorovou grafikou se používají vektorové editory (např. Adobe Illustrator, CorelDraw, Inkscape, Sodipodi, Zoner Callisto). Teoretickým základem vektorové grafiky je analytická geometrie. Obrázek není složen z jednotlivých bodů, ale z křivek vektorů. Křivky spojují jednotlivé kotevní body a mohou mít definovanou výplň (barevná plocha nebo barevný přechod). Tyto čáry se nazývají Bézierovy křivky. Francouzský matematik Pierre Bézier vyvinul metodu, díky které je schopen popsat pomocí čtyř bodů libovolný úsek křivky. Křivka je popsána pomocí dvou krajních bodů (tzv. kotevní body) a dvou bodů, 3
které určují tvar křivky (tzv. kontrolní body). Spojnice mezi kontrolním bodem a kotevním bodem je tečnou k výsledné křivce. Formáty vektorové grafiky.eps,.ps PostScript.AI Adobe Illustrator Artwork.SVG Scalable Vector Graphics.PDF Portable Document Format.CDR Corel Draw.ZMF Zoner Callisto Rastrová grafika Bitmapová grafika (rastrová grafika) je jeden ze dvou základních způsobů, jakým počítače ukládají a zpracovávají obrazové informace. Spolu s vektorovou grafikou představují dva základní způsoby ukládání obrázků. V bitmapové grafice je celý obrázek popsán pomocí jednotlivých barevných bodů (pixelů). Body jsou uspořádány do mřížky. Každý bod má určen svou přesnou polohu a barvu v nějakém barevném modelu (např. RGB). Tento způsob popisu obrázků používá např. televize nebo digitální fotoaparát. Kvalitu záznamu obrázku ovlivňuje především rozlišení a barevná hloubka. Rozmístění a počet barevných bodů obvykle odpovídají zařízení, na kterém se obrázek zobrazuje (monitor, papír). Pokud se obrázek zobrazuje na monitoru, stačí rozlišení 72 DPI, pro tisk na tiskárně 300 DPI. Pro převod obrazových předloh (klasické fotografie, kreseb a dalších) do bitmapové grafiky slouží skener nebo digitální fotoaparát. Nevýhody bitmapové grafiky velké nároky na zdroje (při vysokém rozlišení a barevné hloubce velikost obrázku dosahuje i jednotek megabytů, v profesionální grafice se běžně operuje i s podklady o desítkách megabytů) změna velikosti (zvětšování nebo zmenšování) vede ke zhoršení obrazové kvality obrázku zvětšování obrázku je možné jen v omezené míře, neboť při větším zvětšení je na výsledném obrázku patrný rastr Výhody bitmapové grafiky pořízení obrázku je velmi snadné (fotografie, pomocí skeneru) práce s bitmapou bývá do velké míry jednodušší než práce v prostředí vektorových editorů. 4
Formáty Používané formáty souborů rozlišujeme jako nekomprimované a komprimované, komprimované pak na formáty s bezeztrátovou či ztrátovou kompresí: APNG BMP GIF HDP JPEG JPEG 2000 MNG PCX PNG TIFF WBMP XPM 3D počítačová grafika 3D grafika je příbuzná vektorové 2D grafice. Také pracuje se souřadnicemi bodů a informacemi o úsečkách, křivkách a plochách, ale data jsou uložena ve trojrozměrném souřadnicovém systému. Z těchto trojrozměrných dat reprezentujících tělesa je potom renderován 2D obrázek. Různými technikami se dají ve 3D grafice vytvořit velmi realisticky vypadající obrázky díky věrné simulaci světelných a optických jevů jako jsou stíny, odrazy, lom světla či kaustika. Pokročilé vývojové nástroje umožňují i realistické animace včetně pohybů oděvu, vlasů, vodní hladiny a simulace fyzikálních jevů jako je gravitace a odrazy. V trojrozměrné grafice je možné dosáhnout velmi realistických výsledků ASCII art ASCII art je jedním z nejstarších odvětví počítačové grafiky. Spočívá v reprezentaci obrázků a dalších grafických prvků pomocí písmen a znaků tabulky ASCII. Základy této umělecké disciplíny vznikly již v 19. století s prvními psacími stroji a od 60. let se ASCII art vyvíjel i na poli počítačů. 5
Zdroje: Texty z internetu: http://cs.wikipedia.org/wiki/po%c4%8d%c3%adta%c4%8dov%c3%a1_grafika, 3.9.2012 http://cs.wikipedia.org/wiki/vektorov%c3%a1_grafika, 3.9.2012 http://cs.wikipedia.org/wiki/bitmapov%c3%a1_grafika, 3.9.2012 Obrázky z internetu: http://cs.wikipedia.org/wiki/soubor:bezierova_krivka.png, 3.9.2012 http://cs.wikipedia.org/wiki/soubor:rastervrp.png, 3.9.2012 http://hardline.ru/download/4070/ascii_pm_001.jpg, 3.9.2012 6