B_PPG PRINCIPY POČÍTAČOVÉ GRAFIKY RNDr. Jana Štanclová, Ph.D. jana.stanclova@ruk.cuni.cz ZS 2/0 Z Obrázky (popř. slajdy) převzaty od RNDr. Josef Pelikán, CSc., KSVI MFF UK
Obsah seminářů 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 2/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 domácí úkol ve formě rešeršní práce na zvolené téma z oboru počítačové grafiky téma schvaluje vyučující délka práce úměrná počtu absencí (viz tabulka) strana = normostrana!! # účastí rešerše délka 9-12 NE 8 ANO 3 7 ANO 4 6 ANO 5 5 ANO 6 4 ANO 7 3 ANO 9 2 ANO 11 1 ANO 13 0 ANO 15 3/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Počítačová grafika POČÍTAČOVÁ GRAFIKA 5/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Počítačová grafika rozvoj od 70.let modelování Popis objektů model světa zobrazování rekonstrukce počítačové vidění Obraz zpracování obrazu 6/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Počítačová grafika použití vytváření WWW stránek zpracování videa vytváření filmových triků zpracování digitálních fotografií... 7/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Počítačová grafika 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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Počítačová grafika BARVY V POČÍTAČOVÉ GRAFICE 9/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Barvy v počítačové grafice I nejčastější reprezentace barev: 1-bitová informace 8-bitové číslo určující stupeň šedi zápisy barevných složek 10/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Barvy v počítačové grafice II různé zápisy barevných složek True color každá složka je jedno celé číslo v rozsahu 0-255 255 255 0 R G B proč právě hodnoty 0-255? kolik různých barev takto získáme? co to je za barvu, která je uvedena na příkladu? 12/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Barvy v počítačové grafice II různé zápisy barevných složek True color každá složka je jedno celé číslo v rozsahu 0-255 255 255 0 R G B proč právě hodnoty 0-255? kolik různých barev takto získáme? co to je za barvu, která je uvedena na příkladu? High color každá barevná složka je číslo v rozsahu 0-31 proč právě hodnoty 0-31? kolik různých barev získáme? 13/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Barvy v počítačové grafice II různé zápisy barevných složek True color každá složka je jedno celé číslo v rozsahu 0-255 255 255 0 R G B proč právě hodnoty 0-255? kolik různých barev takto získáme? co to je za barvu, která je uvedena na příkladu? 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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Barevné modely základní barevné modely RGB model CMY(K) model HSV model HLS model 15/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Aditivní skládání barev v modelu RGB 18/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
RGB krychle 21/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
RGB krychle 22/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Převod barev RGB na odstíny šedi máme základní barvy R, G a B jak z těchto barev uděláme odstín šedi? 23/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Převod barev RGB na odstíny šedi 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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Převod barev RGB na odstíny šedi 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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Pojem RGBA barevný obraz v RGB doplněn o??? 26/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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) 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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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) 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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Subtraktivní skládání barev v modelu CMY 31/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Převod barev mezi CMY a RGB modely RGB a CMY navzájem duální jaký je převod mezi těmito modely? 34/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Barevný model CMY(K) tisk: obrazy jako soutisk tří obrazů tvořených barvami C, M a Y barevné pigmenty nesmí být dokonale krycí?? 36/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Barevný model CMY(K) 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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Barevný model CMY(K) 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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Barevné tiskárny barevné tiskárny kromě CMY(K) mají více barevných tonerů pro vytváření pastelových barev například 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... 39/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Barevný model HSV trojice složek (!ne barev!) H... barevný tón (hue) S... sytost (saturation) V... jas (value) význam složek?? 41/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 jaké těleso popíše HSV model? 42/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Zobrazení modelu HSV pro zobrazení se používá kužel barevný tón H... úhel sytost S... vzdálenost od osy kužele jas V... od vrcholu k podstavě kde jsou základní barvy? 43/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Barevný model HSV 44/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Barevný model HSV 45/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 pro zobrazení se používá dvojitý kužel 47/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Barevný model HLS jaké souřadnice mají čisté nejjasnější barvy? 48/52 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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 Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Počítačová grafika DOPLNĚK: Princip dataprojektorů Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
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/ Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Dataprojektor DLP obrázky převzaty z http://www.uzs.tul.cz Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz
Dataprojektor LCD obrázky převzaty z http://www.uzs.tul.cz/ Jana Štanclová, jana.stanclova@ruk.cuni.cz