Elementy grafiki komputerowej
© M. Siemaszko 2011
Rok akademicki 2010/2011– semestr letni
Elementy grafiki komputerowej
© M. Siemaszko 2011
Rok akademicki 2010/2011– semestr letni
Grafika komputerowa – definicja
Grafika komputerowa – dział informatyki zajmujący
się wykorzystaniem komputerów do generowania
obrazów oraz wizualizacją rzeczywistych danych
Wikipedia
Wikipedia
Grafika komputerowa jest obecnie narzędziem powszechnie
stosowanym w nauce, technice, kulturze oraz rozrywce
Elementy grafiki komputerowej
Grafika komputerowa – zastosowania
Przykładowe zastosowania grafiki komputerowej:
•
interfejsy graficzne systemów operacyjnych i aplikacji
•
wizualizacja symulacji komputerowych
•
wizualizacja danych pomiarowych
•
diagnostyka medyczna
Elementy grafiki komputerowej
•
diagnostyka medyczna
•
projektowanie wspomagane komputerowo (CAD)
•
przygotowanie publikacji do druku (DTP)
•
kartografia
•
fotografia cyfrowa
•
efekty specjalne w filmach
•
gry komputerowe
Grafika komputerowa – klasyfikacja (1)
Podział ze względu na technikę tworzenia obrazu:
•
grafika wektorowa
obraz rysowany jest za pomocą odcinków i łuków (plotery kreślące,
specjalne monitory CRT)
•
grafika rastrowa
obraz budowany jest z siatki blisko siebie leŜących punktów (pikseli)
w celu wyświetlenia na monitorze lub wydrukowania na drukarce
Elementy grafiki komputerowej
Grafika komputerowa – klasyfikacja (2)
Podział ze względu na sposób reprezentacji danych w programach
komputerowych:
•
grafika wektorowa
obraz składa się z figur geometrycznych, które zakodowane są w postaci
obraz składa się z figur geometrycznych, które zakodowane są w postaci
parametrycznej
zaletą tej reprezentacji jest moŜliwość dowolnego powiększania obrazów,
bez utraty ich jakości
•
grafika rastrowa
do zapamiętania obrazu rastrowego potrzebna jest dwuwymiarowa tablica
pikseli tzw. mapa bitowa (bitmapa)
Elementy grafiki komputerowej
Grafika komputerowa – klasyfikacja (3)
Podział ze względu na charakter danych:
•
grafika dwuwymiarowa (grafika 2D)
wszystkie elementy składające się na obraz są obiektami dwuwymiarowymi
wszystkie elementy składające się na obraz są obiektami dwuwymiarowymi
(płaskimi)
•
grafika trójwymiarowa (grafika 3D)
obiekty są umieszczone w przestrzeni trójwymiarowej, a celem programu
komputerowego jest przedstawienie tego trójwymiarowego świata (tzw. sceny)
na dwuwymiarowym obrazie (np. ekranie monitora)
Elementy grafiki komputerowej
Grafika komputerowa – klasyfikacja (4)
Podział ze względu na cykl generacji obrazu:
•
grafika nieinterakcyjna
program wczytuje uprzednio przygotowane dane i na ich podstawie tworzy
wynikowy obraz
•
grafika interakcyjna
program na bieŜąco uaktualnia obraz w zaleŜności od działań uŜytkownika,
dzięki temu uŜytkownik moŜe od razu ocenić skutki swoich działań (niezbędny
jest krótki czas odświeŜania obrazu)
•
grafika czasu rzeczywistego
program musi bardzo szybko (kilkadziesiąt razy na sekundę) regenerować obraz,
aby wszelkie zmiany były natychmiast uwidocznione (np. symulatory lotu,
gry komputerowe)
Elementy grafiki komputerowej
Światło widzialne
Światło widzialne – promieniowanie elektromagnetyczne rejestrowane przez ludzkie oko
Zakres długości fal światła widzialnego
od ok. 380nm (fiolet)
do ok. 700nm (czerwień)
1 nm=10
–9
m
Elementy grafiki komputerowej
Budowa ludzkiego oka
Twardówka
Gałka oczna
średnica: 16 mm (noworodek), 24 mm (dorosły człowiek)
Twardówka
biała, nieprzeźroczysta warstwa ochronna, nadająca kształt
gałce ocznej, grubość 0,5–1,0 mm
Rogówka
przeźroczysta część twardówki
Siatkówka
receptory (czopki i pręciki)
Plamka Ŝółta składa się tylko z czopków, średnica plamki 2–3 mm
Soczewka
ogniskowa 19–23 mm, n=1,41
Tęczówka
pełni rolę przysłony
Ciało szkliste n=1,33
Elementy grafiki komputerowej
Oko – percepcja obrazu
Obraz (odwrócony) powstaje na siatkówce
Percepcja obrazu następuje dzięki receptorom dwóch rodzajów:
•
czopki (ok. 6 mln) są odpowiedzialne za widzenie dzienne
czopki pozwalają na rejestracją wraŜeń barwnych i rozróŜnianie odcieni barwnych
– do pobudzenia wymagają duŜej ilości światła
•
pręciki (ok. 120 mln) są odpowiedzialne za widzenie w złych
warunkach oświetlenia (widzenie nocne)
pręciki pozwalają na rejestrację tylko odcieni szarości – do pobudzenia wystarczy
im wielokrotnie mniej światła w porównaniu z czopkami
Czopki i pręciki zostały odkryte przez Maxa Schultza w 1866 roku
Elementy grafiki komputerowej
Oko – akomodacja
Akomodacja oka – proces przystosowania się oka do
uzyskania najlepszego odbioru obrazu polegający na:
•
zmianie ułoŜenia gałki ocznej tak, by obraz
•
zmianie ułoŜenia gałki ocznej tak, by obraz
padał na najczulszy obszar oka (plamkę Ŝółtą)
•
regulacji ostrości (zmiana krzywizny soczewki,
zmiana otworu źrenicy)
Elementy grafiki komputerowej
Barwa – definicja
Barwa – wraŜenie wzrokowe wywołane
w mózgu przez promieniowanie widzialne
w mózgu przez promieniowanie widzialne
(światło) padające na receptory wewnątrz
oka
Termin barwa uŜywany jest w kolorymetrii, technice świetlnej i grafice komputerowej
Nie zaleca się stosowania terminu kolor w znaczeniu barwa
Elementy grafiki komputerowej
Atrybuty barwy
Odcień barwy (ton, walor)
WraŜenie związane z konkretną długością fali
Nasycenie
„mieszanie” z barwą białą (skala od 0 do 100 %)
„mieszanie” z barwą białą (skala od 0 do 100 %)
Jasność (luminancja)
WraŜenie związane z wielkością strumienia
świetlnego (skala umowna od 0 do 1)
Barw achromatyczne
– biel, czerń oraz wszystkie barwy występujące między nimi. Są to barwy w pełni nienasycone
Barwy chromatyczne
– wszystkie pozostałe barwy (o nasyceniu większym od zera)
Elementy grafiki komputerowej
Mieszanie barw
Mieszanie addytywne jest mieszaniem świateł
(mieszaniem promieniowania)
Jeśli do oka wpadają dwa rodzaje promieniowania
o róŜnych odcieniach barwnych, to wraŜenie sumaryczne
jest wypadkową obu składników
Przykładem takiego mieszania jest oświetlenie sceny
teatralnej reflektorami z róŜnymi filtrami
Wypadkowa mieszania addytywnego dąŜy do bieli
Mieszanie subtraktywne jest mieszaniem farb
Farba jest substancją pochłaniającą składowe
promieniowania o określonej długości fali.
Np. farba niebieska pochłania wszystkie składowe oprócz
niebieskiej. Jeśli oświetlimy niebieską powierzchnię
światłem białym, to odbije ona tylko promieniowanie
niebieskie i taką barwę postrzegamy
Wypadkowa mieszania subtraktywnego dąŜy do czerni
Barwy dopełniające to dwie takie barwy, których mieszanie addytywne daje biel, a subtraktywne czerń
Elementy grafiki komputerowej
Teoria postrzegania barw Younga-Helmholtza
ZałoŜenie: wraŜenia barwne są odbierane w oku przez trzy rodzaje
niezaleŜnych receptorów (tzw. teoria trójpobudzenia), a kaŜdy
receptor związany jest z inną długością fali:
•
czopki „niebieskie”
437 nm
•
czopki „niebieskie”
437 nm
•
czopki „zielone”
533 nm
•
czopki „czerwone”
564 nm
WraŜenie barwne jest wynikiem mieszania barw składowych
Thomas Young (1773–1829) – angielski fizyk i lekarz fizjolog
Hermann von Helmholtz (1821–1894) – niemiecki lekarz, fizjolog, fizyk i filozof
Elementy grafiki komputerowej
Percepcja barw przez człowieka (1)
Percepcja barw – złoŜony proces, w którym biorą udział nie tylko
receptory siatkówki ale takŜe mózg
Na odbiór wraŜeń wzrokowych mają takŜe wpływ:
– pamięć
– zdobyte doświadczenie
– zdobyte doświadczenie
– czynniki kulturowe
Percepcja barw jest procesem subiektywnym, tzn.
– kaŜdy człowiek postrzega barwy w inny sposób
– mogą wystąpić minimalne róŜnice w odbiorze między okiem
prawym i lewym
Elementy grafiki komputerowej
Percepcja barw przez człowieka (2)
Procesy niezbędne do tego aby postrzegać barwy:
•
emisja światła (proces fizyczny)
Elementy grafiki komputerowej
•
pobudzenie receptora siatkówki (proces fizjologiczny)
•
wytworzenia wraŜenia wzrokowego (proces psychofizyczny)
Percepcja barw przez człowieka (3) – problem sąsiedztwa barw
Kwadrat niebieski wydaje się
ciemniejszy lub jaśniejszy
w zaleŜności od tła na jakim
się znajduje
Kwadrat szary „uzyskuje”
barwę w zaleŜności od tła
na jakim się znajduje
Elementy grafiki komputerowej
Prawa Grassmana
•
Zasada trójchromatyczności
KaŜdą dowolną barwę moŜna przedstawić za pomocą trzech składowych – barw
podstawowych
•
Elementy grafiki komputerowej
•
Zasada ciągłości
Jeśli mamy do czynienia z mieszaniną dwóch barw, to ciągła zmiana jednej składowej
powoduje ciągłą zmianę mieszaniny
•
Zasada addytywności
Barwa mieszaniny nie zaleŜy od jej składu widmowego tylko od barw składników