Działy grafiki komputerowej

• Sposób tworzenia

– Grafika rastrowa
– Grafika wektorowa
– Animacja

• Przestrzeń

– Grafika 2D
– Grafika 3D

• Animacja

Grafika wektorowa

Grafika wektorowa (obiektowa) – rodzaj grafiki, w której obraz opisany jest za
pomoc

ą figur geometrycznych – obiektów (w przypadku grafiki

dwuwymiarowej – odcinek, elipsa, prostok

ąt, krzywa, tekst) lub brył

geometrycznych (w przypadku grafiki trójwymiarowej), umiejscowionych w
matematycznie zdefiniowanym uk

ładzie współrzędnych, odpowiednio dwu-

lub trójwymiarowym. Ka

żdy z elementów, wchodzących w skład rysunku

wektorowego jest opisany i zapisany w postaci równa

ń matematycznych i

sekwencyjnych dotycz

ących ich komend. Linie i kształty reprezentowane są

zarówno w dwóch, jak i trzech wymiarach, z naniesionym kolorem lub bez
niego.
Ka

żdy obiekt stanowi niezależną część obrazu, zdefiniowaną za pomocą

takich w

łaściwości (standardowe atrybuty) jak: grubość i kolor linii rysowania,

kontur, wielko

ść i położenie na rysunku, kolor wypełnienia lub wypełnienie

gradientem lub wzorem, zaokr

ąglenia rogów oraz ich przekształcenia takie jak

konwersja figur elementarnych w krzywce, czy narz

ędzie „strzępienia”

krzywej, stopie

ń przeźroczystości.

Grafika wektorowa
Podstawowe korzy

ści wynikające ze stosowania matematycznego opisu

obrazów wektorowych to:
·

Ma

ły rozmiar plików,

·

Dobra jako

ść przeskalowanego obrazu, co oznacza, iż obrazy wektorowe

mo

żna nieograniczenie powiększać oraz zmieniać ich proporcję bez

uszczerbku na jako

ści.

·

Wektorowy obraz w odró

żnieniu od rastrowego nie utraci nic na jakości,

gdy zostanie powi

ększony (albo pomniejszony) kilka czy kilkanaście razy.

·

Nie ma

żadnego znaczenia to, że początkowo rysunek mieścił się na

kartce formatu A4 , a po powi

ększeniu ma zająć arkusz A0 – dane potrzebne

do zapisania informacji o grafice w obu przypadkach z

łożą się na plik o takiej

samej wielko

ści.

·

Du

ża możliwość modyfikacji poszczególnych elementów obrazu.

Poszczególne obiekty sk

ładające się na obrazek można dowolnie powiększać,

grupowa

ć, łączyć ze sobą itp.

Grafika wektorowa

•

Wykorzystuje obiekty geometryczne

•

Jakość przy skalowaniu

•

Języki opisu obrazu

– HPGL o pierwotny język obsługi

drukarki

stosowany w

ploterach

firmy

Hewlett-Packard

. Obecnie jest standardem dla prawie wszystkich

ploterów. W pewnym zakresie został wbudowany do

PCL

dla drukarek

laserowych.

Język ten składa się z serii dwuliterowych kodów oraz następujących po

nich opcjonalnych parametrów.

– PCL

– PostScript uniwersalny język opisu strony opracowany przez firmę

Adobe Systems

, będący obecnie standardem w zastosowaniach

poligraficznych

.

Pozwala on więc nie tylko opisać precyzyjnie wygląd strony, ale także

wykonywać złożone operacje na dostarczonych danych (np. wykonywanie

rozbarwień

)

•

Urządzenie wektorowe

– Ploter

• Oprogramowanie

– Corel Draw, Freehand, Illustrator

– AutoCAD

– Flash

– 3D Studio i podobne

• Formaty plików

– Własne programów wektorowych

– EPS, WMF, WPG, ?

– DXF, 3DS... .

Grafika wektorowa

Grafika wektorowa

Poniżej wymienione zostały główne cechy najbardziej znanych programów

opartych na grafice wektorowej:
• opis przestrzeni trójwymiarowych,
• elementarne figury: prostokąt, okrąg, łuk, wielokąt foremny, wielokąt

gwiaździsty, spirala, krzywe Béziera (czytaj: krzywe beziejj”),
• standardowe atrybuty: grubość i kolor linii rysowania, kolor wypełnienia

lub wypełnienie gradientem lub wzorem, zaokrąglenie rogów oraz ich

przekształcenia takie jak konwersacja figur elementarnych w krzywe, czy

narzędzie „strzępienia” krzywej, stopień przeźroczystości,
• grupowanie oraz scalanie obiektów ze sobą, operacje boolowskie między

obiektami (przycinanie, część wspólna itd.),
• wstawianie obrazu rastrowego (bez wektoryzacji) z możliwością

przekształcania go jako całość, import grafik wektorowych oraz wektoryzacji

grafik rastrowych,
•

biblioteka

obiektów pozwalająca na zapamiętanie ogólnego wzoru

obiektu, a następnie stosowanie poprzez odwołania do niego przy

podawaniu przekształceń dotyczących konkretnego egzemplarza,
• prowadnice (linie pomocnicze), siatki oraz linijki pomagające w dokładnym

umieszczaniu obiektów,
• podział obrazu na warstwy.

Grafika rastrowa

Obraz rastrowy traktowany jest jako zbiór punktów tej samej wielkości

(pikseli), uporządkowanych w wierszach i kolumnach. Opis obrazu

wykonanego za pomocą techniki rastrowej obejmuje zestaw

parametrów (położenie i kolor) określających poszczególne piksele.

Rozdzielczość określa dokładność, z jaką obrazek zostanie zapisany

w pliku, a także dokładność, którą można osiągnąć przy obróbce

obrazka zarówno przez urządzenia wejściowe (skaner, cyfrowy aparat

fotograficzny), jak i wyjściowe (drukarka). Rozdzielczość wpływa

zarówno na jakość obrazka rastrowego, jak i na rozmiar pliku, w

którym obraz jest zapamiętany.

Miarą rozdzielczości jest :
•

Liczba pikseli (ppi),

•

Punktów (dpi),

•

Linii (lpi)

przypadających na cal.

W przypadku skanowania wartości ppi i dpi jednakowo określają

jakość obrazu. Jeśli mówimy o rozdzielczości 300dpi, to oznacza to,

że skaner rozróżnia 300 punktów lub pikseli na cal.

Grafika rastrowa

• Nie wymaga konwersji do bufora

• Utrata jakości przy skalowaniu

• Związana z urządzeniem i położeniem

• Rozmiar piksela

• Antialiasing·

zespó

ł technik w

informatyce

s

łużących

zmniejszeniu b

łędów zniekształceniowych, powstających

przy reprezentacji obrazu lub sygna

łu o wysokiej

rozdzielczo

ści

w rozdzielczo

ści mniejszej.

• Operacje rastrowe (filtrowanie)

Grafika rastrowa

•

Oprogramowanie

•

Photoshop, PaintShop Pro, GIMP, ...

•

Formaty plików

Bezstratne:

- BMP – format bez kompresji co powoduje duże rozmiary pliku przechowującego

obraz,

- GIF – format powszechnie stosowany w publikacjach w Internecie:
256 kolorów,
wysoka kompresja,
przeplot,
animacja,
przeźroczyste tło,

- PNG – przewiduje tryby o niskiej ilości kolorów (paletowe od 2 do 256 oraz tryb

skali szarości), przydatne w sytuacjach, gdy nadmiarowa informacja jest

niewskazana (tj. gdy ważniejsza od subiektywnej wierności oryginałowi jest treść

obrazu),

- TIFF – istnieje wiele różnych sposobów zapisu obrazu w tym formacie, obraz

poddawany jest kompresji (bezstratnej), według zróżnicowanych metod,

Z kompresją: JPEG – format powszechnie stosowany w publikacjach w

internecie, charakteryzujący się bardzo dużą kompresją,
•

Postprodukcja

– AfterEffects

Etapy tworzenia grafiki

• Modelowanie

• Oświetlenie i cieniowanie

• Usuwanie powierzchni niewidocznych

• Tekstura

• Efekty specjalne

• Rendering

• Post-produkcja

• Inne

Modelowanie 1

Modelowanie — w

grafice 3D

proces tworzenia i modyfikacji

obiektów trójwymiarowych

za pomoc

ą specjalizowanego programu komputerowego, zwanego modelerem. Modeler

dostarcza zestawu niezb

ędnych narzędzi, a także często zbioru podstawowych figur

np.

prostopad

łościanów

,

kul

,

torusów

i innych, które mo

żna wykorzystać od razu przy

budowaniu obiektów.

Obiekty 3D są przeważnie budowane z

siatek wielokątów

lub definiowane przy pomocy

krzywych parametrycznych (np.

NURBS

), modelery używają obu reprezentacji. Siatka

wielokątów ma tę przewagę, że łatwo można deformować obiekt (np. skręcać, wyginać,
stosować system kości), z kolei krzywe parametryczne w naturalny sposób tworzą
gładkie powierzchnie.

Modelowanie 2

• Figury obrotowe

• Transformacje geometryczne

• Swobodne deformacje

Oświetlenie i cieniowanie

• Optyka !
• Źródła światła

– Punktowe, stożkowe
– Światło otoczenie (odbite)
– Światło kolorowe

• Model Phonga
• Obliczanie normalnej
• Cieniowanie wielokątowe

Optyka

to dział

fizyki

, zajmujący się badaniem natury

ś

wiatła

, prawami opisującymi jego

emisję

,

rozchodzenie się, oddziaływanie z

materią

oraz

pochłanianie przez materię. Optyka
wypracowała specyficzne metody pierwotnie
przeznaczone do badania światła widzialnego

O

O

O

Ośśśświetlenia

wietlenia

wietlenia

wietlenia Phonga

Phonga

Phonga

Phonga - model oświetlenia stosowany w

grafice komputerowej

służący do modelowania odbić

zwierciadlanych od nieidealnych obiektów.

Model ten przyjmuje, że powierzchnia obiektu jest pokryta

bardzo cienką przezroczystą warstwą, na której zachodzi

odbicie zwierciadlane, tzn. światło nie zmienia swojej barwy,

natomiast na powierzchni znajdującej się pod tą warstwą

następuję

odbicie rozproszone

, które zabarwia światło na

kolor przypisany do obiektu. W świecie rzeczywistym takimi

właściwościami cechują się np. błyszczące

plastiki

czy

powierzchnie pomalowane bezbarwnym lakierem.

Usuwanie powierzchni niewidocznych

• Z- bufor (bufor g

łę

łę

łę

łębokośśśści) - wykorzystywany w systemach wyświetlających

obrazy trójwymiarowe, przechowuje wspó

łrzędną Z (głębokość, odległość od

obserwatora) dla ka

żdego

piksela

obrazu. Dzi

ęki temu uzyskuje się poprawny

obraz, tzn. taki, w którym obiekty trójwymiarowe s

ą prezentowane zgodnie z

ich wzajemnymi relacjami przes

łaniania.

• Ray tracing technika generowania fotorealistycznych obrazów scen

trójwymiarowych

• Metody dla figur wypuk

łłłłych (sześśśścian)

Tekstura

Tekstura

Tekstura

Tekstura

Tekstura ---- w sensie ogólnym oznacza cechę powierzchni przedmiotu,

wrażenie, które odczuwa się za pomocą

dotyku

dotyku

dotyku

dotyku

. Teksturą nazywa się

też charakterystyczne dla danego materiału powtarzalne wzory na

powierzchni przedmiotów, jak np.

ssssłłłłoje

oje

oje

oje

drewna.

•••• Tekstury 2D

Tekstury 2D

Tekstury 2D

Tekstury 2D

•••• Generowanie tekstur

Generowanie tekstur

Generowanie tekstur

Generowanie tekstur

•••• Tekstury proceduralne

Tekstury proceduralne

Tekstury proceduralne

Tekstury proceduralne to w

grafice komputerowej

(głównie w

grafice 3D

)

nazwa

tekstur

, które są tworzone na podstawie określonych procedur

matematycznych (

algorytmów

). Tekstury proceduralne charakteryzuje

praktycznie nieskończona dokładność, bowiem w odróżnieniu od

tekstur bitmapowych, kolor punktu jest funkcją współrzędnych

rzeczywistych, a nie całkowitych. Możliwe jest więc dowolne

powiększanie takiej tekstury - oczywiście na tyle, na ile pozwala

precyzja obliczeń.

• Tekstury 3D

Tekstury 3D

Tekstury 3D

Tekstury 3D

Proces nakładania tekstury

Tekstura

• Mapowanie nierównośśśści przyporządkowanie jednych zasobów

systemowych do drugich, Mapowanie pozwala na

emulacj

ę

sprz

ętu,

wzrost szybko

ści systemu, komfortu i rozszerzenie funkcjonalności.

• Próbkowanie zwykle kojarzone jest z jednym z etapów przetwarzania

np. sygna

łu analogowego na

cyfrowy

.

• Operacje logiczne na buforze (XOR, OR, AND)

• Przeźroczystość

Efekty specjalne

• Efekty atmosferyczne

– Mgła, tęcza

• Efekty przestrzenne

– Dym, ogień ,pochłanianie...

• Inne

Rendering

Rendering

Rendering

Rendering---- (lub obrazowanie) - to w

grafice 3D

przeliczenie danej sceny i utworzenie pliku wyjściowego

w formie obrazu statycznego lub animacji. Podczas

renderowania wyliczane są m.in. odbicia, cienie,

załamania światła, mgła, atmosfera, efekty

wolumetryczne. Jest to bardzo czasochłonna operacja

nie wymagająca, poza przygotowaniem, żadnej

ingerencji ze strony człowieka.

• 3D do 2D
• Okno – obcinanie
• Rzutowania
• Perspektywa
• Usuwanie linii i powierzchni niewidocznych
• Cieniowanie

Post

Post

Post

Post----produkcja

produkcja

produkcja

produkcja

• Filtrowanie – wykrywanie krawędzi, gradienty
• Filtry artystyczne
• Obróbka obrazu – kontrast, kolorystyka, usuwania/

dodawania szumu
• Efekty wideo
• Kompozycja

Animacja - oprogramowanie

• Popularne programy

– 3D Studio MAX, Lightwave, Maya, Softimage

• Programy firmowe

• Systemy do animacji

• PIXAR (RenderMan – BMRT)

• Języki opisu animacji

• Animacja 2D (kreskówki)

Animacja - tworzenie

• Model (Grafika 3D lub 2D)

• Materiał

• Światło

• Ruch

• Post-produkcja

•

Animacja tradycyjna (poklatkowa)

animacja

stworzona na podstawie

klatek

będących

zdjęciami

.Animator do zrobienia każdej klatki

przekształca nieznacznie obiekty - zmienia położenie względem
nieruchomego tła lub innych animowanych obiektów (obiektem może
być dowolny kształt linearny, płaski, albo przestrzenny). Po połączeniu
klatek animowane obiekty wyświetlane w formie

filmu

sprawiają

wrażenie

ruchu

•

Klatki kluczoweelement łączący

klatki pośrednie

w procesie

animacji

.

Klatka kluczowa zawiera kluczową dla danej sekwencji ruchu

informację na temat pozy (w przypadku animacji człowieka) lub
rozmieszczenia elementów danej

sceny

(w przypadku animacji

obiektów). Występuje co określoną, ale nie koniecznie stałą, liczbę
zwykłych klatek pośrednich - uwarunkowane jest to typem danej
animacji.

Animacja – tworzenie (2)

Animacja – tworzenie (2)

• Automatyczne generowania ruchu

• Kinematyka i kinematyka odwrotna

• Modele fizyczne (dynamika)

System graficzny

 Procesor
 Pamięć
 Bufor to obszar pamięci służący do przechowywania danych
do komunikacji pomi

ędzy dwoma systemami, bufor

karty

graficznej

– to co ma zosta

ć wyświetlone na

ekranie

.Bufory

umo

żliwiają asynchroniczną komunikację między systemami.

 Urządzenia wyjściowe
 Urządzenia wejściowe

Procesor

• Główny procesor komputera

• Procesory graficzne

• Przetwarzanie informacji

• Obsługa urządzeń zewnętrznych

• Szyna danych

• Programowa symulacja

• Systemy wieloprocesorowe

Pamięć

• Rozmiar

• Czas dostępu

• Adresowanie

• Pamięć grafiki

• Pamięć ogólnego przeznaczenia

• Pamięć karty graficznej

Bufor

• Systemy komputerowe – rastrowe

• Frame buffer (zawiera piksele do

wyświetlenia)

• Głębokość bufora – liczba bitów na piksel

obrazu (RGB, 24 lub 32 – alpha)

• Rozdzielczość – liczba pikseli w buforze

• Rasteryzacja wykonywana „do bufora”

Urządzenia wejściowe

• Klawiatura
• Wskaźniki, mysz i podobne
• Tablet graficzny
• Pióro świetlne
• Monitory dotykowe
• Wejście 3D
• Skaner
• Aparat cyfrowy
• Głos ?

Urządzenia wyjściowe

• Monitor (CRT)

– Przeplot

– Odświeżanie

• Ploter

• Drukarka

• Urządzenia pomiarowe

• Co to jest

- program służącym do ray tracingu

(technika generowania fotorealistycznych
obrazów scen trójwymiarowych).
Wykorzystywany jest g

łównie do tworzenia

grafiki trójwymiarowej.

• www.povray.org
• www.irtc.org
• Megapov
• Modelery vs. Język opisu
• Przykłady

POV - Ray

Przykłady