2 POČÍTAČOVÁ GRAFIKA body a křivky aneb rastr a vektor To, co činí počítačovou grafiku zcela výjimečným médiem, není přínos pro zpracování tiskovin, ale zejména nové možnosti aktivního obsahu a multimediality. Široký záběr použití grafiky vytvořené na počítači od webových stránek přes vytištěný leták, multimediální CD (DVD), elektronický papír, displej mobilního telefonu až třeba k laserem řízené holografické projekci s sebou nese potřebu řady softwarových nástrojů, specifikací a norem. Čas ke studiu: 20 hodin Cíl Po prostudování této kapitoly budete umět: vymezit základní pravidla designu a kresby na počítači vysvětlit pojmy: kompozice, světlo a perspektiva, velikost a rozlišení vysvětlit pojmy: barevná hloubka a barevné modely RGB a CMYK popsat základní principy komprese dat charakterizovat nejčastěji používané formáty souborů s obrázky Výklad 2.1 Základní pravidla designu a kresby na počítači Simulace reálného světa na počítači je založena na stejných zákonitostech a pravidlech jako práce malíře nebo sochaře. V následujících částech si projdeme alespoň několik základních pilířů výstavby skladby obrazu, aby cesta od myšlenky (od zadání) k realizaci byla snadnější. Geometrická kompozice Hledání ideální kompozice a matematického řádu provází umění více než tisíc let. Stejně usilovně hledali matematici a umělci číselný poměr, který by byl ideálně harmonický. Výsledkem hledání je tzv. zlatý řez, který najdeme již v proporcích egyptských pyramid nebo řeckých chrámů. V moderním výtvarném umění se již mnoho umělců přesnou geometrickou konstrukcí nezabývá. Přesto na praktické uplatnění zlatého řezu narazíme poměrně často, stejně jako na jeho příklady v přírodě. Matematické vyjádření (Pro úsečku rozdělenou podle zlatého řezu platí, že poměr délek části x k menší části a-x se rovná poměru délky úsečky a k části x. V číselném vyjádření odpovídá tento poměr přibližně hodnotě 1:1,618. ) je patrné z obrázku č. 8. a x a-x A B C x a = a-x x Obr. 8 Matematické vyjádření tzv. zlatého řezu 14
Rozdělením obrazu podle zlatého řezu získáme také vhodné umístění pro hlavní motiv obrazu (na obrázku č. 9 bod A) nebo rozdělení jeho plochy. Dalším kompozičně zajímavým místem je například umístění vedlejšího motivu do bodu B. Toto řešení je většinou elegantnější než umístění motivu na střed obrazu. A B Obr. 9 Průsečíky přímek rozdělujících obraz podle zlatého řezu Kompozice na střed může být použita například pro zdůraznění klidu, vystižení symetrie, majestátnosti nebo jednoduchosti. Pokud ale není záměrem a nekoresponduje vhodně s obsahem, bývá většinou příliš statická a nepřesvědčivá. Zejména komponování horizontu u obrázků krajiny vede obvykle k nudnému výsledku. Proto dáváme přednost umístění horizontu do zlatého řezu nebo třetiny výšky formátu. Obr. 10 Umístění horizontu podle zlatého řezu V případě umístění složitějších tvarů do formátu, je nezbytné uvažovat další faktory. Zejména při komponování portrétu musíme brát v úvahu směr pohledu zobrazené osoby. Je psaným pravidlem, že prostor ve směru pohledu by měl být větší než prostor za hlavou (obrázek č. 11). Svůj pohled mohou mít samozřejmě i neživé objekty. Podobné pravidlo platí i při komponování pohybu. 15
Optický střed a psychologie vnímání Obr. 11 Správná kompozice portrétu Grafický prvek umístěný na přesný geometrický střed nepůsobí dobrým dojmem ( padá ), stejně neklidným dojmem působí i prvek, který je umístěný příliš blízko okraji. Za všechno muže naše oko, které není exaktním nástrojem a vše vnímá na základě zkušeností do hry vstupuje tíha a přitažlivost. Ve středu (trochu padá) Nahoře (vznáší se) Dole (upadl) Optický střed (OK!!!) Obr. 12 Vnímání polohy objektu Pro zkonstruování umístění objektu do ideální polohy optického středu můžeme použít osvědčenou metodu konstrukce uplatňovanou po staletí (obrázek č. 13) Obr. 13 Konstrukce optického středu Postup komponování začíná být samozřejmě složitější v momentě, kdy umístíme do formátu více objektů. Každý má svou tíži, každý působí na ostatní. Objekty se přitahují, některé tvary mohou jiné pohlcovat nebo se po sobě přelévat a pohybovat. Na stránce se tak odehrávají tisíce příběhů, které lidské oko podvědomě vnímá. 16
Barevná kompozice Při výstavbě barevné skladby obrazu se můžeme opřít o několik principů vycházejících ze stavby lidského oka a fyziologie vnímání. Samotné vnímání a interpretace jednotlivých barev je do značné míry ovlivněna také osobní zkušeností a kulturou. Nezanedbatelná je také geografická rozmanitost. Existuje však řada všeobecně přijímaných principů daných fyzikálními zákony nebo zmíněnou fyziologií oka. Například zatónováním objektů na pozadí obrazu do modrých odstínů získáme iluzi větší vzdálenosti a hloubky (koule vlevo). Pokud použijeme teplé barvy objektu na pozadí studených, získáme iluzi, že koule je blíž a z obrazu vystupuje (koule vpravo). Obr. 14 Iluze prostoru a hloubky Vnímání daného barevného tónu ovlivňuje barvy v sousedství, někdy do té míry, že není problém oko a mozek "oblafnout". Objekty obrázku můžeme naservírovat tak, aby pozorovatel vnímal to, co chceme a ne to, co na obrázku opravdu je. Příkladem mohou být velmi jednoduché optické paradoxy a klamy, které jsou dobře popsány a demonstrují jednotlivé funkce dvojice oko-mozek. Střední pruh následujícího obrázku je v celé své délce stejně šedý většina z nás ho ale uvidí jako přechod od světle šedé (vlevo) do tmavší šedé (vpravo). Je to vliv okolní plochy. Obr. 15 Jednoduchý optický klam U mnoha barev a barevných kombinací vstupuje na scénu opisování od přírody například použití kombinace černých a žlutých pruhů pro vyznačení nebezpečí. Obr. 16 Tuto kombinaci používá zaběhlý grafický signalizační systém 17
Také střídání teplých a studených barev je důležitým prostředkem pro modelaci tvarů. Na stránkách Internetu (např.: http://colorschemedesigner.com ) existují generátory barevných schémat, kde vybereme základní barvu, u které pak můžeme ladit odstín, sytost a jas. Obr. 17 Generátor barevných schémat Dalším významným prostředkem barevné kompozice je užití doplňkových (komplementárních) barev, které se navzájem zesilují ve svém působení. Obr. 18 Doplňkové barvy viditelného světla Komplementární odstíny leží naproti sobě vůči ose barevného kruhu a jsou často využívány pro vytvoření výrazného barevného schématu. Jejich znalost můžeme využít také při korigování barevnosti v jednotlivých barevných kanálech. Světlo Světlo je elektromagnetické záření. Zní to možná neuvěřitelně, ale má tutéž fyzikální podstatu, jako mikrovlny, kterými ohříváme jídlo v mikrovlnce, nebo rentgenové paprsky, používané v lékařství. 18
Elektromagnetického záření je množství druhů a používá se k nejrůznějším účelům. Základní členění je znázorněno na následujícím obrázku. Obr. 19 Elektromagnetické spektrum Kvalita, barva a intenzita světla mají zásadní vliv na vnímání jakékoliv scény nebo objektu. Drtivá většina kreseb imitujících realitu proto vychází z důrazu na správné zobrazení světelných poměrů a efektů. Vnímaní světelných poměrů je důležité nejen ve fotografii nebo při tvorbě realistických 3D-scén, ale také při hodnocení výsledků jakékoliv grafické práce. Fyzikální základy světla I když detailní fyzika týkající se světla není klíčem k dobré fotografii, řada alespoň povrchních znalostí se bude extrémně hodit v praktických situacích, kde způsob záznamu světla digitálním senzorem i reprezentace světla a barev v počítači se o fyziku přímo opírá. Spektrum světla Podle definice je světlo viditelná část elektromagnetického záření. Člověk je však schopen registrovat jen velmi malou část na zemi existujícího záření a ještě menší část záření existujícího ve vesmíru. Celkem logicky však se člověk vyvinul tak, že jeho schopnost vnímat záření jako světlo je určena světlem naší životodárné hvězdy Sluncem. Budeme-li ještě přesnější, na vývoj zraku mělo vliv světlo Slunce a prostupnost zemské atmosféry. Obr. 20 Lidský vizuální svět 19
Základní charakteristiky světla: Vlnová délka, intenzita, polarizace. Rychlost (frekvenci) kmitání světelného vlnění vnímá člověk jako barvu. Pomalejší vlnění (s delší vlnovou délkou) vnímá jako červenou, kdežto rychlejší vlnění vnímá jako modrou až fialovou (viz. obrázek č. 18). Výška vlny (amplituda) odpovídá intenzitě světla, zjednodušeně řečeno tedy jeho jasu. Polarizace určuje směr kmitání. Spektrální barvy Obr. 21 Základní charakteristiky světla Jak již bylo zmíněno, různé vlnové délky světla si lidé pojmenovali jako barvu světla. Každá jedna konkrétní vlnová délka světla bude okem vnímána jako jedna konkrétní barva. Barvy, které je takto možné vytvořit, jsou tzv. spektrální barvy. Spektrální barvy vytvoří známou barevnou stupnici od červené, což je barva světla, které do okem viditelné části vstupuje směrem od pomalých limitů, tedy dlouhé vlnové délky, přes žlutou a zelenou až po fialovou, kde spektrum vystupuje z viditelného rozsahu. Obr. 22 Spojité spektrum viditelného světla Člověk vnímá světlo zhruba od 400 do 700 nm, a tudíž vidí jen velmi malou část celkového elektromagnetického spektra. Avšak i uvnitř tohoto z fyzikálního pohledu úzkého spektra rozlišuje úžasné množství barev, jen pár z nich si ale i pojmenoval. Barva v lidském smyslu Většina reálných zdrojů světla nevysílá jen záření jedné jediné vlnové délky, ale směs různých vlnových délek. Lidské vidění přitom není schopné samostatně rozlišit jednotlivé složky spektra. Skvěle ale dokáže vnímat směs mnoha vlnových délek jako jednu barvu (metametrie = schopnost lidského zraku vidět barvy a jejich odstíny i pomocí rastrů složených ze základních barev). Směs 20
všech barev dohromady potom lidské oko vnímá jako bílou (denní světlo), tedy neutrální barvu, která žádné vlnové délce "nenadržuje". Celé kouzlo vzniku barev je tedy v tom, že dopadající denní světlo, jevící se jako bílé, má už všechny barvy v sobě. Pokud dopadne na bílý předmět, je beze změny odraženo. Pokud dopadne na černý předmět, je pohlceno a mění se na tepelnou energii. V případě žlutého předmětu dojde k tomu, že se část světla pohltí a část odrazí. Pohlcena bude modrá oblast spektra, čímž získá odražené světlo žlutou barvu. Nespektrální barvy Různým mícháním vlnových délek vzniká řada barev, které nikdy nemohou být vytvořeny jednou vlnovou délkou. Ty se nazývají nespektrální, protože nejsou obsaženy v čistém spektru světla. Typickými nespektrálními barvami jsou například desaturované barvy, jako je šedá či bílá a např. růžová či purpurová, které jsou směsí červené a fialové z opačných konců spektra. Chromatická teplota světla Chromatická teplota popisuje jednu ze základních charakteristik světla, kterou si můžeme snadno ověřit pokusem, který provedl britský fyzik William Kelvin. Ten postupně v peci zahříval uhlík a zjistil, že vyzařované světlo mění svoji barvu v závislosti na měnící se teplotě. Při tomto pokusu bude zpočátku barva světla obsahovat velmi teplé tóny převážně červené barvy, které se zvyšující se teplotou přejdou až k bílým odstínům. Dalším zvýšením teploty dojde k posunu vyzařovaného světla až do modrého zbarvení. Obr. 23 Chromatická teplota světla (měří se v Kelvinech) Příklady barevných teplot různých světelných zdrojů: 1200 K: svíčka 2800 K: žárovka, slunce při východu a západu 3000 K: studiové osvětlení 5000 K: obvyklé denní světlo, zářivky 5500 K: ideální denní světlo (ale také fotografické blesky, výbojky) 6000 K: jasné polední světlo 6500 K: standardizované denní světlo 7000 K: lehce zamračená obloha 8000 K: oblačno, mlhavo (mraky zabarvují světlo do modra) 10 000 K: silně zamračená obloha nebo jen modré nebe bez Slunce Světlo určité barevné teploty má tedy barvu tepelného záření vydávané černým tělesem, zahřátým na tuto teplotu. Vyvážení bílé barvy S chromatickou teplotou světla je úzce spjat termín vyvážení bílé barvy. Vyvážení bílé (v angličtině White Balance WB) je ve fotografii nebo kinematografii označení pro úkon spočívající v barevném 21
vyvážení předmětu snímání (a jeho světelným podmínkám) tak, aby se zachycený obraz co nejlépe shodoval s podáním barev, tak jak je vidí lidské oko. Světelné podmínky mohou být různé, každý světelný zdroj může mít jinou barevnou teplotu a zatímco lidské oko se těmto podmínkám umí do značné míry subjektivně přizpůsobit, u filmu nebo digitálního světlocitlivého čipu tomu tak není a odchylka od světelných podmínek, na které je přístroj v ten který okamžik nastaven, se výrazně projeví. Obr. 24 Různé příklady vyvážení bílé Zrak člověka má schopnost barevnou teplotu subjektivně přizpůsobovat světelným podmínkám bílý papír vnímá jako bílý, i když je vlivem osvětlení zabarvený. Fotoaparáty a kamery se naproti tomu musí na barevnou teplotu nastavovat ( vyvažovat ) moderní digitální fotoaparáty jsou též zpravidla schopny vyvážení bílé odhadnout automaticky, ale v některých situacích je výhodné prostředí napevno nastavit často se tak dá předejít například oranžovému zabarvení snímků pořízených v žárovkovém osvětlení nebo naopak modrému nádechu u fotek při zatažené obloze. Zajímavosti Teplota na povrchu Slunce činí asi 5 800 K, proto ho lidé vnímají jako žluté (i když maximum jeho vyzařování je v zelené části viditelného spektra). Slunce je viděno ze Země jako červené jen při svém východu a západu. Tedy tehdy, kdy je nízko nad obzorem a sluneční světlo na Zemi dorazí až poté, co vykonalo dlouhou cestu nižší a hustší vrstvou atmosféry. Molekuly vzduchu absorbují více kratší vlnové délky světla (modré světlo), takže pozorovateli zůstane převážně červená (tzv. červánky). Při běžném pozorování (mimo východ a západ slunce) naopak molekuly vzduchu kratší vlnové délky světla rozptylují a díky takto rozptýlenému světlu se jeví obloha jako modrá. Obsahuje-li ovšem atmosféra velké množství vodních par, dojde k absorpci i vlnových délek odpovídajících modré barvě a na obloze tak vznikají mraky, které mají bílou, šedou až černou barvu. 22
Perspektiva Perspektiva vznikla z latinského perspicere, což znamená prohlédnutí skrz něco. Je to jeden z prostředků, jimiž se zobrazuje na dvourozměrné ploše trojrozměrný objekt. Toto zobrazení zachovává ve své základní podobě prostor, objekty a jejich vzájemné vztahy tak, jak je vidí oko. Perspektiva je ve své podstatě optický jev, jenž způsobuje například to: - že se vzdálené objekty jeví zdánlivě menší než objekty blízké, - že u stejných objektů postavených za sebou do jedné řady se objekty vzdálenější od pozorovatele jeví blíže u sebe (optické zkracování linií), - že dvě či více rovnoběžných linií (např. koleje) se směrem k horizontu opticky zužují. Bod, kde se obě rovnoběžné linie setkávají, se nazývá úběžník. (Jedná se však pouze o myšlené čáry a myšlené body, které v reálném světě fakticky neexistují.) Rozdělení perspektivy: a) lineární (centrální, renesanční) zkreslení linií a tvarů b) vzdušná (atmosférická) změny odstínu a nasycení barev Obr. 25 Jednoduchý nákres ulice příklad lineární perspektivy 23