Created by Jindřich Zdráhal
Maturitní otázka č. 6 (šk. rok 2020/21) oboru IT (OA Veselí nad Moravou) --- vypracoval a kritiku (návrhy na zlepšení) přijímá Jindřich Zdráhal na zdrahal@oaveseli.cz
Počítačová grafika je z technického hlediska obor Výpočetní techniky, 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.
Zdroj: Wikipedia - počítačová grafika
PG se využívá téměř kdekoliv:
tiskoviny, reklama, televize, media, film, internet, 3D modeling, virtuální realita, průmysl (CAD/CAM), hry
Počítačovou grafiku můžeme rozdělit podle různých hledisek.
Grafika v ploše tvořené 2 osami.
Příklad: klasická fotografie, obrazy.
Důkladněji to je rozebrané v otázce CAD/CAM
Grafika v "prostoru", který tvoří 3 osy.
Příklad: 3D modely, počítačové hry, filmy...
Důkladněji to je rozebrané v otázce CAD/CAM
Plocha je rozdělená na mřížku (rastr) která je nejčastěji čtvercová. Může být i jiná například hexová. Objekt je pak složený z jednotlivých bodů. Tento bod se nazývá pixel = (picture element) a je to nejmenší jednotka rastrové grafiky. U pixelu známe jeho souřadnice a barvu.
Pixely se skládají zleva doprava a odshora dolů.
Výsledek rastrové grafiky se nazývá malba.
Víc pixelů = větší rozlišení = větší velikost dat
Výhody:
Nevýhody:
Objekt je složen z matematicky definovaných křivek a výplní určité barvy. Křivky mají počátek, konec, velikost, směr, barvu a matematický předpis.
Ukládají se tato data a ne barva jednotlivých bodů. Objektům říkáme kresba.
Výhody:
Nevýhody:
Kresba Jindřich Zdráhal licence CC0
Kombinace obou přístupů. Snaha o zkombinování výhod a odstranění nevýhod.
Například třeba když do vektorové grafiky (inkscape, sketchup) vložíme rastrový obraz. Nebo vkládání vektorových prvků do rastrových obrazů.
Z fyzikálního hlediska se jedná o elektromagnetické vlnění určitých vlnových délek. Každá barva odpovídá jiné vlnové délce/frekvenci.
Lidské oko vnímá barvy od červené po fialovou.
Bílá barva vlastně (fyzikálně) neexistuje, je to součet všech vlnových délek všech barev. Stejně jako černá, to je jen nedostatek světla.
Barevné modely jsou způsoby jak přesně definovat jednotlivé barvy tak, abychom byli schopni namíchat všechny možné odstíny a odpovídalo to co nejvíc realitě.
Česky bychom mohli říct "součtový model". Výchozí barva je černá. Čím víc barev přidáváme, tím víc se to přibližuje bílé barvě.
Tento model je jednodušší pro fyzikální pochopení barev a pro zařízení, které "svítí". Nesvítí = černá, čím víc svítí tím víc bílá.
Autor: Quark67(Modified color by Monami) – Image:Synthese+.svg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4798169
Barevné modely můžeme rozdělit na dvě velké skupiny podle toho, co se stane, když budeme barvy míchat.
Česky bychom řekli "odebírací model". Základní barvou je bílá. A od ní "odčítáme" nebo "odebíráme" další barvy a tím nám vznikne nakonec až černá.
Přirozenější model pro umělce. Čím víc barev přidávám, tím je to černější :)
Tento princip používají tiskárny - základní je bílá (barva papíru) a čím víc tam dám barvy/toneru tím je to tmavší.
Autor: Quark67 – SubtractiveColorMixing.png, CC BY-SA 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=818910
Barvy se skládají ze tří základních složek červené (Red), zelené (Green) a modré (Blue). Jedná se o aditivní skládání barev, takže určujeme kolik dané barvy se bude vyzařovat.
Používá se pro zobrazování na motitoru.
Někdy se k RGB přidává i informace o alfa kanálu (průhlednost) a pak je z toho RGBa
Graficky tak vzniká 3D barevný prostor reprezentovaný jednotkovou krychlí.
Autor: DaBler – (myself), Volné dílo, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2869337
Vrcholy krychle jsou:
Na diagonále mezi černou a bílou jsou stupně šedi (mají všechny tři složky stejně velké).
Je několik způsobů zápisu
Nejvíc odpovídá lidskému vnímání barev.
Skládá se ze 3 složek:
Autor: SharkD – Vlastní dílo. Source-code available at the POV-Ray Object Collection., CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8421538
Někdy se jako poslední hodnota používá:
Lightness - světlost pak model vypadá takto
Subtraktivní míchání barev. Používá se především u reprodukčních zařízení (tiskárny).
Jedná se o skládání 4 barevných složek:
Teoreticky by černá neměla být potřeba (maximum CMY dá teoreticky černou), ale prakticky je ta černá "málo černá" a navíc se používá nejčastěji.
Udává kolik bitů je použito k popisu barvy.
Větší hloubka = víc barev = větší barevná kvalita = větší objem dat
Např.:
Je snaha o to, aby barvy počítačové grafiky odpovídaly barvám v reálném světě.
Jinak zobrazuje barvy monitor (RGB) a jinak tiskárna (CMYK) a tak dochází k různému barevnému zkreslení, které se snažíme odstraňovat.
Při převodu z digitálního do reálného světa nebo naopak občas udáváme rozlišení jednotkou DPI (dot per inch) a je to vlastně citlivost a jemnost zařízení (skener, tiskárna, myš).
Udává kolik pixelů (bodů) dokáže dané zařízení rozlišit/natisknout na jeden palec (2,54 cm).
Monitory (kolem) 96 DPI, skenery 150 - 900 DPI, tiskárny 300 - 1200 DPI
Rozlišení obrázku/fotografie se udává jako množství pixelů, kterými je reprezentován na šířku a na výšku. Ale může být třeba i jako počet pixelů (např.: digitální fotoaparát - 50 Mpx)
Vyšší rozlišení = větší kvalita/velikost = větší objem dat.
U zobrazovacích zařízení (monitor) se v současné době používají převážně tato rozlišení (nicméně se může i lišit, např. notebooky, mobily atd.):
Dřív bylo standardem:
K tomuto pojmu se taky váže pojem poměr stran (ratio) nejčastější bývá:
Obecně mívá větší kompresní poměr než bezztrátová (víc to zmenší objem), ale dochází ke ztrátě dat (detailů, kvality).
Snažíme se vymazat taková data, jejichž ztráta nepovede k (velké) ztrátě kvality. Nebo ji používáme tam, kde je pro nás důležitější zmenšení objemu dat než kvality.
Vzrůstající kvalita počítačové grafiky a videa a z toho vyplívající objemy dat vedou k potřebě šetřit místo při ukládání / posílání / streamování a tady přichází ke slovu komprese.
Komprese = zmenšení objemu dat
Kompresní poměr je poměr původního objemu dat : komprimovanému objemu dat. Tzn.: čím vyšší tím vyšší úspora dat.
Komprese která nevede ke snížení kvality obrázku, případně komprese která umí původní obrázek obnovit = nedochází ke ztrátě dat.
Založená na různých postupech, které zahrnuji např.: náhradu opakujících se sekvencí, paletě barev nebo matematických výpočtech.
Např.:
RLE - místo toho, aby se zaznamenala barva každého pixelu zvlášť, tak se zaznamenává barva a počet po sobě jdoucích pixelů, který tuto barvu má. Úspora tam, kde jsou velké barevné plochy.
Barevná paleta - vyberou se jen barvy, které jsou v obrázku použity, pro ty se připraví paleta a pak se neodkazuje na barvu podle barevného modelu, ale podle palety. Tím se může snížit barevná hloubka.
Základní zařízení jehož výpočetní výkon a grafickou kartu využíváme při práci s grafikou. Tato zařízení potřebujeme pro práci s grafikou.
Výkon je ovlivněný hlavně velikostí paměti na grafické kartě (GRAM), procesorem grafické karty, případně procesorem samotného počítače a množstvím RAMky.
Pro grafiku je důležité pracovat naráz s velkým množstvím dat (RAM, GRAM) a při zpracování videí potřebujeme množství dat i načítat a ukládat (rychlost a kapacita ukládacího prostoru HDD/SSD/karty)
Různé zařízení (PC/notebook/mobil/...) mají různé zobrazovací zařízení (monitor, obrazovka, displej, dataprojektor...). Potřebujeme je, abychom se na grafiku mohli dívat.
Rozlišujeme u nich především tyto parametry:
Stejně jako u zobrazovacích zařízení i tato zařízení používáme pro zobrazení grafiky, ale tato nám umožní zobrazení trvalejší. Jsou to různé tiskárny a plottery.
Parametry, které by nás mohly zajímat jsou:
Nic počítačového se neobejde bez vhodného HW. Počítačová grafika na tom není jinak.
Nebudeme se tady moc pouštět do popisů jednotlivých HW součástí, protože věřím, že to umíte z předmětu HW
U monitoru i tiskárny dochází k barevnému zkreslení. Pokud potřebujeme barevnou věrnost, tak je musíme správně nakalibrovat.
Provádí se jednak z důvodu stárnutí zařízení (změna jasu, zobrazování) a z důvodů změny papíru / inkoustu.
Uživatelská kalibrace se provádí za pomocí kalibračních listů - list s přesnými barvami se porovnává s tím, co máme a upravují se parametry.
K profesionální kalibraci se používají kalibrační sondy. Sonda se umístí na monitor a podle toho, co sonda "vidí" upravuje přes SW nastavení.
Při tvorbě a editaci grafiky potřebujeme vhodné polohovací zařízení. Ať už jsou to myši nebo grafické tablety.
U myší nás nejvíc zajímá rozlišení DPI u tabletů je to je jak velikost aktivní plochy, tak i rozlišení DPI a úrovně citlivost přitlačení atd.
Pro věrné pořízení grafických dat potřebujeme i speciální zařízení.
Ta bychom si mohli rozlišit na 2D a 3D.
Podle účelu můžeme SW rozlišit v zásadě na:
SW pro grafiku můžeme rozdělit podle typu grafiky např na tyto:
Veškerá díla (i grafická) podléhají autorskému zákonu (zákon č. 121/2000 Sb.)
V podstatě říká (není to ani konečný výčet, ani přesný):
