Potaov grafika(vybran problmy)

Eduard Sojka

vod do inform. technologi 2005/6VB Technick univerzita Ostrava

Hlavn tmata potaov grafiky (I)2D grafika: Reprezentace a zobrazovn dvojrozmrnch tvar: Zkladnch geometrickch prvk, schmat, ilustrac, prvk GUI, fotografi, videa atd.

Hlavn tmata potaov grafiky (II)3D grafika: Reprezentace, vrn a rychl zobrazovn trojrozmrnch scn. Vyvinuly se metody, kter pracuj bu rychle a nebo naopak pomalu ale zato dvaj pknj obrzky.

Hlavn tmata potaov grafiky (III)

Program dnen pednkyMetody popisu 2D obrzk: Rastrov vektorov popisReprezentace barev v obrazechPouvn barev: fyziologick a psychologick hlediskaKomprese 2D obrzk

Metody popisu 2D obrzk(rastrov vektorov popis)

Metody popisu 2D obrzk (I)Pinejmenm tsn ped vykreslenm nap. na monitoru je obrzek vdy reprezentovn jako pole obrazovch bod. Kad prvek pole nese informaci o barv jednoho obrazovho bodu.Otzkou zstv, zda m bt obrzek reprezentovn za kadch okolnost a v kadm okamiku prv jen takto.

Metody popisu 2D obrzk (II)Dv hlavn metody:rastrov popisvektorov popis

Rastrov popis obrzku (I)Obrzek je reprezentovn jako pole svch bod (pixel). Uchovv se jen informace o tom, jakou barvou maj bt nakonec rozsvceny jednotliv body.Tato reprezentace je zcela podzena potebm zvrenho vykreslovn. Z nkterch zdroj, vznikaj obrzky pmo a jen v rastrov podob (nap. fotografick pstroje nebo kamery).

Rastrov popis obrzku (II)Obrzky majc jin pvod ne rastrov vstupn zazen lze takto reprezentovat tak (nkdy s problmy). Nap.: Trojhelnk P1, P2, P3 bude rastrov reprezentovn tak, e se odpovdajc barvou rozsvt vechny body obrzku, kter trojhelnk zaujm. Pozdji u ale nebude k dispozici explicitn informace o tom, e tyto body pat k sob a dohromady tvo njak geometrick objekt.

Vektorov popis obrzku (I)Obrzek = { seka: potek = (xp,yp)), konec = (xk,yk)), barva = (r,g,b); krunice: sted = (xs,ys)), r = 3, barva = (r,g,b); znak: A, poloha = (xp,yp)), barva = (r,g,b); }Obsah obrzku je v tomto ppad popsn seznamem objekt, kter se v obrzku nachzej (pp. datovou strukturou umoujc zachytit i hierarchick lenn). Nap.:AB

Vektorov popis obrzku (II)Znak A = { polygon: bod1 = (xb1, yb1)), bod2 = (xb2, yb2)), ; polygon: bod1 = (xb1, yb1)), bod2 = (xb2, yb2)), ;}Tak i tvary znak mohou bt popsny vektorov pomoc sv hranice.

Vektorov popis obrzku (III)Vektorov pomoc sv hranice a informace o svm eventulnm vybarven mohou bt popsny i pomrn sloit objekty. Zde je hranice popsna jako posloupnost na sebe navazujcch kivek.

Rastrov vektorov popis (I)Vtina souasnch zobrazovacch zazench pracuje s rastrovm popisem. Vjimkou jsou perov plotry, kter zpracovvaj pmo popis vektorov.Pevod z vektorovho do rastrovho tvaru je obvykle vcelku jednoduch a lze jej provst vdy, kdy je zapoteb obrzek reprezentovan vykreslit.Pevod z rastrovho tvaru do vektorovho bv velmi obtn a vsledek je nejist. Nutno pout metod analzy obrazu.

Rastrov vektorov popis (II)Obrzky popsan vektorov lze pozdji vykreslit s libovolnou pesnost (libovolnm rozlienm). Zvten obrzku pi vektorov (nahoe) a rastrov (dole) reprezentaci.

Rastrov vektorov popis (III)Vektorov popis obrzku je mon chpat jako kompresn metodu (na tomto principu je zaloena komprese MPEG 4)Obrzky popsan vektorov lze pozdji snadno modifikovat (editovat).Vykreslen obrzku popsanho vektorov trv vdy o nco dle ne vykreslen obrzku reprezentovanho rastrov.

Rastrov vektorov popis (IV)Vektorov popis je zejmna vhodn pro obrzky, jejich obsah byl vytvoen lovkem (nen snmn kamerou). Pouije-li se pro reprezentaci nap. prodnch vtvor, pak mohou obrzky psobit dosti umle.

Rastrov vektorov popis (V)Pro fotografii a video je rozumn pouvat reprezentace rastrov.Je-li obrzek vytven lovkem a je-li pedpoklad, e obrzek bude pozdji zobrazovn s rznm rozlienm nebo editovn, je radno pouvat takovch nstroj a formt, kter zajist vektorovou reprezentaci obrazu.Zvry:

Rastrov vektorov popis (VI)Paint programs: Microsoft Paint, Adobe Photoshop, Ulead PhotoImpact ,Draw programs: AutoCAD, MS Word, Inkscape, Macromedia Free Hand, Flash, Sketsa SVG, Xara X, Adobe Ilustrator, Soubory: JPEG, MPEG, PNG, TIFF, GIF, BMP, PCX, Konvertory: AutoTrace, VectorEye

Soubory: SVG (scalable vector graphics), DXF, PS, EPS, PDF, WMF (ty ale mohou obsahovat i bitmapy)

O reprezentaci barev

Reprezentace barevZrakov vjem je zpsoben tm, e svtlo dopad na stnici naeho oka. Barva pak zvis na tom, jak jsou ve svtle zastoupeny jednotliv vlnov dlky. Barva je tak zcela popsna funkcemi podobnmi jako na obrzku vlevo. Jen vjimen se setkvme se svtlem monochromatickm.

Reprezentace barev: RGB model (I)Pro praktick pouit je popis barvy pomoc funkce pli sloit (pro kad obrazov bod by musela bt jedna funkce). Ji dlouho se ale v, e barvy lze mchat. Vtinu barev lze zskat smchnm t zkladnch barev: erven, zelen a modr. Barevn reprezentace RGB udv, jak je zapoteb zkladn barvy smchat, aby bylo dosaeno barvy poadovan. Obvykle je kad sloka reprezentovna na 1 byte.

Reprezentace barev: RGB model (II)Zadvn barev pomoc sloek RGB naleznete ve vech grafickch systmech. Bv ale obtn nalzt takovou kombinaci barevnch sloek, abyste dostali prv tu barvu, kterou si pedstavujete. Pomoci vm mohou rzn tabulky barev.

Reprezentace barev: RGB model (III)Ped asem vznikl termn web-safe colours . Pedpokldalo se, e vtina grafickch karet m monost pracovat jen s 256 barvami. Paleta web-safe obsahuje 216 vybranch barev. O tom, e byl vbr trochu uml, svd i vznam kdovn. Nap. kd f3c zna barvu ff33cc. Nicmn paleta se ujala a dodnes se s termnem mete setkat. Vznam dnes u ale velmi poklesl.

Reprezentace barev: HSV model (I)Protoe me bt pouvn modelu RGB v praxi ponkud obtn, pouvaj se i modely jin. Jednm z nich je model HSV (hue-odstn, saturation-sytost, value-jas). Nastaven barevnho odstnu se provede volbou hodnot H, S, V, co me bt asto snaz a pjemnj ne hledn odpovdajcch hodnot R, G, B.

Reprezentace barev: HSV model (II)Podvme-li se na podstavu kuele z pedchozho snmku, zskme tzv. barevn kruh - vlevo (vme, e podl vky kuele u se mn pouze jas smrem k vrcholu kuele odstny tmavnou).

Reprezentace barev: Jin modely (I)Barevnch model existuje jet vce. Zde jet uvedeme model CMY (cyan, magenta, yellow), kterho se pouv pi tisku na bl papr. Je to model subtraktivn. Jednotliv jeho barvy blokuj odraz zkladnch barev RGB od blho papru.

Pouvn barev (z hledisek fyziologickch a psychologickch)

Pouvn barevV elektronickch prezentacch (na rozdl od tisku) meme barev pouvat snadno (nap. bez nklad na barevn tisk). Volba barev vak nebv jednoduch.Co vzt pi volb barev v vahu?Fyziologick monosti lidskho zraku.Psychologick, estetick a kulturn aspekty, tradice, Uvate tak, e cca 8% populace trp poruchou barevnho vidn.

Barvy: Schopnosti lovka (I)Udlejte inventuru veker komunikace vaeho programu suivatelem. Rozdlte komunikaci na sti, kter budou tvoit jednotliv menu, dialogov okna, ppadn strnky.Udlejte inventuru veker komunikace vaeho programu suivatelem. Rozdlte komunikaci na sti, kter budou tvoit jednotliv menu, dialogov okna, ppadn strnky. Udlejte inventuru veker komunikace vaeho programu suivatelem. Rozdlte komunikaci na sti, kter budou tvoit jednotliv menu, dialogov okna, ppadn strnky. Kteroupak barvu vidte nejlpe?

Barvy: Schopnosti lovka (II)Barvu vnmaj ti druhy pk (celkem cca 6 mil.). Nejvce je pk zachycujcch barvu ervenou, mn je pk zachycujcch barvu zelenou a jen velmi mlo zachycuje barvu modrou. Svtlo je dle vnmno tyinkami. Tch je mnohem vce, asi 120 mil, ale nevid barevn.

Barvy: Schopnosti lovka (III)tyinkypky na modroupky na zelenou nebo ervenouJet jednou tyinky a pky. Povimnte si jejich skuten rozdlnch koncentrac.

Barvy: Schopnosti lovka (IV)Rozdly v mnostv pk jsou sten kompenzovny dalmi vlivy. Vslednou citlivost R, G, B pk pak popisuj kivky vlevo. Lidsk zrak je proto nejcitlivj na barvu lutou, kter vznik sloenm barvy zelen a erven.

Barvy: Schopnosti lovka (V)Takovou barevnou kombinaci urit dn uivatel nevydr pli dlouho, tebae jinak je ve v podku. Zkuste zaostit na erven a na modr psmo souasn. Podailo se vm to?Udlejte inventuru veker komunikace vaeho programu suivatelem. Rozdlte komunikaci na sti, kter budou tvoit jednotliv menu, dialogov okna, ppadn strnky.

Barvy: Schopnosti lovka (VI)Obrzek ukazuje, pro nemete barvy z opanch konc spektra vidt oste souasn.Udlejte inventuru veker komunikace vaeho programu suivatelem. Rozdlte komunikaci na sti, kter budou tvoit jednotliv menu, dialogov okna, ppadn strnky.

Barvy: Schopnosti lovka (VII)Co konen kte na toto? Jak se vm te?Udlejte inventuru veker komunikace vaeho programu. Udlejte inventuru veker komunikace vaeho programu. Udlejte inventuru veker komunikace vaeho programu. Udlejte inventuru veker komunikace vaeho programu. Udlejte inventuru veker komunikace vaeho programu. Udlejte inventuru veker komunikace vaeho programu.

Barvy: Schopnosti lovka (VIII)Podobn test. Dvat se asi 30 s a pak zavt oi.

Barvy: Schopnosti lovka (IX)Pedchoz experiment ml vysvtlit, pro lovk patn vid nco podobnho, jako je nahoe. Vizuln apart m pamov efekt, kter je tm vt, m vce je stimulovn. Kdy pi ten pejdte zrakem po dku, tak jednodue nestihnete barvu rozpoznvat tak rychle, jak by ten vyadovalo. een je jedin mn stimulovat. Nap. mn agresivn pozad.Udlejte inventuru veker komunikace vaeho programu. Udlejte inventuru veker komunikace vaeho programu.

Barvy: Schopnosti lovka (X)Mon se vm pedchoz ukzky zdly pehnan. Zde je sporn kombinace barev v praxi: erven a modr. Natst jde jen o nadpisy a efekt je ztlumen blm pozadm.

Barvy: Jak volit? (I)Non oekvte praktick rady. Protoe je volba barev velmi obtn, jsou zkladn rady nsledujc.Jestlie si v otzce barev nejste zcela jisti, pak jich pouvejte co nejmn.Poute se od jinch (proda, vtvarn umn, webov strnky, ) a pouvejte osvden barevn schmata.

Barvy: Jak volit? (II)Pipomeme HSV model, abychom vdli, jak st nsledujc obrzky (H=odstn, S=sytost, V=jas).Mlo syt barvy. Nejsou mon barevn kontrasty. Psob vdy harmonicky (pi pouit jakchkoli odstn). Vsledek me vypadat velmi decentn.

Barvy: Jak volit? (III)

Barvy: Jak volit? (IV)Marc Chagall, Les Amants Sur Le Toit Monochrom. - modrVarianta s jednou barvou. Ta vak me mt rznou sytost (me pechzet a do bl) a rzn jas (me pechzet a do ern), co jsou prostedky k vytvoen kontrastu. Praktick varianta pi jejm pouit neudlte chybu.

Barvy: Jak volit? (V)

Barvy: Jak volit? (VI)Vincent van Gogh, The Iris, 1889 Analogick barvy (lut, zelen)Varianta s blzkmi barvami. Opt nebv konfliktn. Jedinm problmem je najt pkn odstny, kter vyjaduj to, co chcete.

Barvy: Jak volit? (VII)Blzk barvy a podobn sytost. Ovem s vjimkou reklamy, kde je vyuito barevnho kontrastu.

Barvy: Jak volit? (VIII)Paul Cezanne, La Montage Saint Victoire, 1886-88. Komplementrn barvy modr a oranov. Komplementrn barvy. Jsou na barevnm kruhu nejvzdlenj. Je proto nebezpe problm (nap. itelnost), budou-li umstny tsn vedle sebe. Jinak ale bvaj vnmny pozitivn. Pomoc tohoto modelu u lze vytvoit i velmi razantn nvrhy.

Barvy: Jak volit? (IX)

O kompresi obrazu (zejmna ztrtov)

Komprese obrazu - motivaceMme-li obrzky nebo zvukov nahrvky, pak je asto chceme uchovvat, transportovat po sti atd. Proto by soubory mly bt mal.V ppad obraz, video sekvenc a zvuku je uiten komprese ztrtov.Tm vlun se komprimuj obrazy popsan rastrov.

Komprese obrazuVyuv se zejmna nsledujcch technik:

RLC komprese (bezeztrtov)Komprese kvadrantovmi stromyRedukce potu vzork barevnch sloekIndexovn jasu/barvyOdstrann podrobnost

Komprese obrazu: Metoda RLCNap. msto toho, aby se pro kad z osmi obrazovch bod na obrzku vlevo opakovala informace, e jejich barva je modr, zape se do souboru jednodue 8modr. Jedn se o kompresi bezeztrtovou. Pouv ji PCX. Je t obsaena v JPEG, MPEG. (RLC= run length encoding.)

Komprese obrazu: Kvadrantov stromyOdraz se rekurzivn dl na tvrtiny tak dlouho, dokud nevzniknou plochy konstantn barvy nebo dokud nen dosaeno zvolen maximln hloubky dlen (rekurze). Obraz se pak reprezentuje stromem, kter dlen popisuje. V jeho listech jsou daje o barv oblast. Objekty sloitho tvaru jsou reprezentovny jen piblin.

Komprese obrazu: Podvzorkovn barvyRGB se pevede na reprezentaci, v n je v jedn sloce vyjden jas a ve zbvajcch dvou barvy, nap. YUV (Y je jas). Je Y = 0.3R + 0.59G + 0.11B, U = 0.57(BY), V = 0.71(RY). Informace o barv se uchovv jen v kadm druhm dku a sloupci, protoe zrak je mn citliv na barvu. Pouv se v kompresi JPEG, MPEG.RGBYUVizen barvy

Komprese obrazu: Indexovn jas/barevKdy se v obraze pouv ne mnoho rznch barev, je mon pouvan barvy oslovat (indexovat) a pipojit tabulku specifikujc, jak barva se pod kterm slem skrv. Index bv reprezentovn na 1 byte. Metodu pouv nap. PCX, GIF.

Komprese obrazu: Odstrann podrobnostObraz se rozdl na bloky 88. Jas/barvy kadho bloku se vyjd jako linern kombinace (zjednodueno):Msto hodnot jasu/barev se uchovvaj koeficienty ckl. Pro vy hodnoty k, l (vysok frekvence) se uchovvaj jen dosti hrub hodnoty koeficient (jinak pesnj). Pouv se v JPEG, MPEG.

Komprese obrazu: JPEG (I)Vyuv nsledujcch technik:

Redukce potu vzork barevnch sloekOdstrann podrobnostRLC komprese (bezeztrtov)Huffmanovo kdovn

Komprese obrazu: JPEG (II)Obrzky tohoto typu jsou pro JPEG kompresi vhodn. Vysok frekvence nejsou zastoupeny pli vznamn. Nepesnosti vznikl kompres jsou maskovny lenitost obrazu.Pvodn obrazKomprimovno 20 : 1

Komprese obrazu: JPEG (III)U tohoto typu obraz jsou nectnosti komprese JPEG patrn jen u extrmn vysokch kompres a pi velmi detailnm zkoumn.

Komprese obrazu: JPEG (IV)V podobnch ppadech bv komprese JPEG nevhodn, a to zejmna, je-li vysok. Vysok frekvence jsou zde vznamn (nemly by se proto idit). Nen zde ani lenit pozad, kter by mohlo chyby vznikl kompres zamaskovat .Pvodn obrazKomprimovno 40 : 1

Komprese obrazu: JPEG (IV)Pvodn obrazKomprimovno 40 : 1

Resume o em jsme mluviliMetody popisu 2D obrzk: Rastrov vektorov popisReprezentace barev v obrazechPouvn barev: fyziologick a psychologick hlediskaKomprese 2D obrzk

Bonus: Komprese zvuku MP3 (I)Zaloena na vyuit nsledujcch nedokonalost lidskho ucha:Rzn citlivost v zvislosti na frekvenci.Frekvenn maskovn.Temporln maskovn.

Komprese zvuku MP3 (II)Nem cenu penet, co ucho nesly.Penme-li u, pak nen teba kdovat podrobnji, ne je rozliovac schopnost ucha.Citlivost sluchu

Komprese zvuku MP3 (III)Frekvenn maskovnSiln znjc tn zpsob podstatn snen citlivosti ucha na blzkch frekvencch. Eventuln blzk tny nen pak zapoteb vbec penet nebo sta jen hrub kdovn.

Komprese zvuku MP3 (IV)Temporln maskovnPo skonen silnho tnu se navrac citlivost ucha pozvolna. V tto dob nen opt nutn nkter jin tny penet.