GRAFIKA INŻYNIERSKA - WYKŁADY

01.03.2012

Wykład I

Grafika komputerowa

1. Przykłady zastosowań:

*interfejsy użytkownika

*wykresy w biznesie, nauce i technologii

*kreślenie i projektowanie wspomagane komputerowo

*systemy multimedialne

*symulacja i animacja dla wszystkich wizualizacji naukowej i rozrywki.

2. Wymagania przyjazności programu interakcyjnego:

• zapewnienie proste i zwartej sekwencji interakcji

• nie należy przeciążać użytkownika zbyt dużą liczą opcji i stylów

• na każdym etapie interakcji pokazywać w przejrzysty sposób dostępne opcje

• zapewnić użytkownikowi odpowiednie sprzężenie zwrotne

• umożliwić użytkownikowi łatwe wycofanie się z pomyłki

Tomografia komputerowa jest badaniem obrazowym wykorzystującym do oceny narządów ciała ludzkiego promieniowanie rentgenowskie i komputerowa

Tomograf komputerowy składa się ze stołu, na którym leży pacjent.

Torus- obiekt trójwymiarowy, który powstaje w wyniku obrotu obiektu wobec osi.

Reprezentacja vokselowa (torus)

Obiekt przestrzenny może być kodowany za pomocą jednoznacznej listy zajętych komórek

Łatwe jest sprawdzenie czy komórka wewnątrz czy na zewnątrz bryły.

Metoda vokselowa jest często wykorzystywana do reprezentowania danych przestrzennych otrzymywanych z takich źródeł jak tomograf komputerowy.

Rentgenowska Tomografia Komputerowa (RTK)

Tomografia komputerowa jest system pośredniego zobrazowania. Oznacza to, że w wyniku pomiaru nie otrzymuje się bezpośrednio obrazu, lecz obraz uzyskiwany jest na drodze obliczeń matematycznych.

Rekonstrukcja obrazu (RO) przetwarzanie danych pomiarowych celem uzyskania obrazu.

Wszystkie metody RO w RTK bazują na próbie odtworzenia rozkładu osłabienia promieniowania w obiekcie bazując na serii pomiarów projektcji.

Skuteczność przekazu informacji

Grafika komputerowa w kartografii jest używana do tworzenia zarówno dokładnych jak i uproszczonych informacji graficznych.

Przykład odwzorowania tematycznego: dane w tym przypadku rozmieszczenie elektrowni atomowych są nałożone na mapę stanowiącą tło.

Ok. 2020 w Polsce wystąpi deficyt energii elektrycznej spowodowany:

• zwiększeniem popytu konsumpcyjnego na EE

• wyczerpywaniem się złóż węgla brunatnego i kamiennego

• koniecznością ograniczenia emisji CO2 i SO2 do atmosfery (zgodnie z podpisaną przez Polskę rezolucja konferencji w Kioto)

90 000 000 ton węgla jest spalana w elektrowniach w Polsce rocznie.

Symulacja i animacja dla wizualizacji naukowej i rozrywki.

Obrazy i film animowane generowane komputerowo pokazujące zmiennie w czasie zachowanie się rzeczywistych i symulowanych obiektów np.:

• abstrakcyjnych wielkości matematycznych

• modeli matematycznych przepływu cieczy

• reakcji jądrowych

• reakcji chemicznych

• systemów fizjologicznych i działania organów

• deformacji struktur mechanicznych pod wpływem różnych obciążeń

Wizualizacja deformacji struktur mechanicznych pod wpływem różnych obciążeń

Obliczenia wytrzymałościowe - ANSYS DesignSpace

• analiza wytrzymałościowa

• maksymalne odkształcenia

• maksymalne sprężenia

• analiza termiczna

• sterowanie parametrami

Symulacja tłoczenia blach

Funkcje:

import geometrii z systemu CAD

korekta importowanej geometrii

zdefiniowanie materiału

rozwinięcie wytłoczki na płaszczyźnie

analiza procesów zachodzących w czasie tłoczenia

Gustlow

Grafika rastrowa

System RGB jest systemem ADDYTYWNYM i ma zastosowanie przede wszystkim w wyświetlaniu obrazu na ekranach monitorów i odbiorników TV.

Mamy zastosowanie tam gdzie mamy do czynienia z emisją światła.

Kolor występuje tam gdzie mamy do czynienia z emisją światła.

Barwa tam gdzie występują przedmioty i obiekty.

W układzie dwuwymiarowym nie jest możliwe przedstawienie wszystkich parametry modelu kolorów i barw - dlatego wprowadzono model przestrzenny.

Odcień możemy określać w jednostkach kątowych czyli *C.

Jasność zmiana natężenia.

Nasycenie stopień udziału.

0*C czerwony

120*C zielony

240*C niebieski

15.03.2012

[(a x R)) x (b x R) x G = Wp

a szerokość zdjęcia

b wysokość zdjęcia

R rozdzielczość skanowania

G głębia koloru ( w bitach )

Wp wielkość pliku ( w bitach )

Ponieważ: 1 B = 8b

Wp/8= Wp[B]

25,4 mm - 1 cal

Wielkość plików uzyskanych w czasie skanowania:

Rysunek czarno-biały 10x10 cm Rozdzielczość skanowania 1200 dpi Skan 1-bitowy - Wp- 2,8 MB

Fotografia kolorowa 9x13 cm Rozdzielczość skanowania 300 dpi 24 bitowa głębia barwWp-4,7MB

Ta sama fotografia Rozdzielczość skanowania 600 dpi Wp-18,7 MB

1 piksel może mieć tylko jeden kolor

Kanały barwne fotografii cyfrowej:

mam dostęp do 3 kolorów barw ( czerwony, zielony, niebieski )

Wrażliwość receptorów oka ludzkiego na podstawie barwy RGB

420 nm UV IF

530 nm Podczerwień - Mikro

700 nm Radio

zakresie skaj odcienia niebieskiego (420 nm - 700 nm)

Każdy cyfrowy detektor światła stosowany w aparatach cyfrowych jest bardzo czuły w świetle podczerwonym.

Aby aparat rejestrował wyłącznie światło widzialne, stosuje się filtr IR, który odcina większość światła o długości fali dłuższzej niż 0,7 um, a także nadmiar światła UV. Docierające do detektora światło ma dźwięki temu taki zakres barw, jak ten rejestrowany przez oko ludzkie.

Zakres barw widzialnych przez matryce:

A- aparat ma zainstalowany filtr IR przed matrycą, na obiektywie nie ma żadnego filtra

B- po usunięcia filtra IR sprzed matryc, na obiektywie nie ma żadnego filtra

C- aparat ma zainstalo IR

Głębia kolorów a jakość obrazu:

Obraz 768x512 px (RGB 24bity)

Obraz 768x512 px (paleta 8 bitowa)

Obraz 768x512 px (8 bitowa głębia szarości)

Obraz 768x512 px (1 bitowy po konwersji metodą dyfuzji błędu)

Histogram jest to wykres słupkowy, na którym wykreślona jest ilość pikseli dla każdego poziomu jasności

Krzywa tonalna

Korekcja błędów zdjęc cyfrowych:

Liniowe i nieliniowe narzędzia korekcji.

Liniowe - posiadają dokładnie taki sam wpływ na każdy piksel obrazu

przykład: narzędzia - Barwa-Nasycenie-Janość

Jaskrawość-Kontrast-Intensywność

Nieliniowe - pozwalają na dokładne wyselekcjonowanie pikseli o ściśle określonym wartościach i wykonywanie na nich określonych operacji

przykład: narzędzia: - Równoważenie kolorów

Krzywa tonalna

Formaty plików bitowych:

BMP- bitmapa

GIF - Graphic Interchange Format

TIFF - Tagged Image File Format

JPEG - Joint Photographic Experts Group

PNG - Portable Network Graphics

Rodzaje kompresji:

• kompresja bezstratna (np. TIFF-LZW)

• kompresje stratne (np. JPG)

JPEG

(eliminacja składowych wysokoczęstotliwościowych)

Fraktalne kompresje obrazó

(fraktale Mandelbrodta)

Współczynnik kompresji jest stosunek wielkości pliku obrazka przed skompresowaniem obrazka do wielkości pliku obrazka po skompresowaniu

Format TIFF obsługuje sześć różnych sposobów kodowania oraz trzy różne tryby obrazków

• czarno-biały

• skalę szarości

• kolorowy (do 64 bitów)

W plikach TIFF można przechowywać dane w formacie RGB i CMYK

Metody kompresji danych dla formatu TIFF:

-LZW

-PACKBITS

-HUFFMAN

-CCITT3-1Din, CCITT3-2Din, CCITT4

Współczynnik kompresji dla kolorowych obrazków zwykle nie przekracza 2:1 i jest wielkością zmienną - zależną od rodzaju bitmapy

22.03.2012

Format GIF (Graphics Interchange Format) został opracowany przede wszystkim z myślą o publikacji grafiki w Internecie.

GIF oferuje bardzo małe rozmiary plików, obsługiwany przez wszystkie przeglądarki internetowe, a ponadto zapewnia przezroczyste kolory, interlacing (przeplot) i animacje.

Format GIF obsługuje:

• obrazki 1-bitowe

• obrazki kolorowe z głębią kolorów 8 bitowych w systemie RGB

• obrazki z 8-bitową głębią szarości

W formacie GIF zapisywane są najczęściej rysunki kreskowe, teksty, obrazki charakteryzujące się małą liczbą kolorów lub wyraźnymi krawędziami, na przykład czarno-białe obrazki skanowane.

JPEG (Joint Photographic Experts Group)

jest standardowym formatem umożliwiającym wymianę plików pomiędzy wieloma systemami i wykorzystującym najefektywniejsze metody kompresji.

Format JPEG obsługuje:

• ośmiobitowe obrazki w skali szarości

• obrazki kolorowe z głębią kolorów 24 bitów w systemie RGB

• obrazki kolorowe z głębią kolorów do 32 bitów w modelu CMYK

Format JPEG zapisuje obrazy z zastosowaniem kompresji stratnej.

Współczynnik kompresji osiąga wartość do 20:1 przy zachowaniu dobrej jakości kompresowanego obrazka.

PNG (Portable Network Graphics)

jest formatem wykorzystującym najefektywniejsze metody kompresji bezstratnej.

Bezstratna kompresja obrazów, w których nie można sobie pozwolić na utratę danych .

Format PNG obsługuje:

• obrazki 1-bitowe

• ośmiobitowe obrazki w skali szarości

• obrazki kolorowe z głębią kolorów 24 bitowych w systemie RGB

• 8-bitowy poziom przezroczystości obrazu oraz interlacing (przeplot)

Współczynnik kompresji nie osiaga wartości uzyskiwanych w formacie JPEG.

Kodowanie liniowe RLE

RLE (RUN LENGHT ENCODING)

Algorytm grupuje indentyczne piksele

Jeśli w liniii występuje obok siebie kilka indentycznych pikseli, zostają zgrupowane. W ten sposób przebiega bezstratna kompresja. Redukcja wielkości pliku ma miejsce, jeśli obok siebie występują przynajmniej dwa indetyczne piksele.

Kodowanie LZW

L- Lempel

Z- Ziva

W- Welch

staramy się wyszukiwać metody występowania odpowiedniej kombinacji pikseli

nie wstawia się kodów dla pojedynczych pikseli

nie da się skompresować obrazka w którym każdy piksel będzie inny

Często powtarzające się układy pikseli zastępowane są kodami. Algorytm LZW jest algorytmem bezstratnym, zapewnia jednak wyższy stopień kompresji, ponieważ operuje nie tylko na ciągach indetycznych pikseli, ale również na powtarzających się wzorach (grupach).

Kompresja JPEG

Oryginalny obraz Części składowe

8piks.x8piks(różne odcienie szarości) = odcienie czerwieni + odcienie zieleni + odcienie niebieskiego

Algorytm rozkłada układy na części podstawowe.

Obraz dzielony jest na bloki o rozmiarach 8x8 pikseli, a każdy blok rozkładany jest na trzy podstawowe składowe koloru (RGB).

Każdy blok odtworzonego pliku może być zbudowany poprzez zsumowanie 64 podstawowych schematów (częstotliwości) rozkładu koloru.

Stopień kompresji jest to wartość liniowa zawarta zakresie od 0 do 100 %

0 zapis bez kompresji

100% maksymalna kompresja

Współczynnik kompresji jest to stopień, stosunek wielkości obrazka nieskompresowanego do wielkości obrazka po kompresji

Kompresja JPEG - zależność jakości od stopnia kompresji

. otrzymamny plik *TIF - 1,8 MB

Narzędzia korekcji obrazu i retusz uszkodzeń

Wytyczne do prawidłowego przygotowania zdjęć cyfrowych do zakładów usługowych sieci

AGFA - Image Center

Format RGB

Kompresja:

brak lub:

JPEG, TIFF

Wielkość obrazka (piksele)

format 10x15 - 1024x1536 (102x152mm)

15x21 - 1536x2150 (151x212mm)

Entropia : przemiana, przekształcanie, proces zachodzący między wejściami a wyjściami systemu, a więc wewnątrz danego z systemu, polegający na przetwarzaniu materii, energii i informacji w efekty finalne.

Proces ten jest zasilany z zewnątrz - z otoczenia i przekazuje temu otoczeniu produkty końcowe i odpady, wywołując w nim określone zmiany i zakłócenia.

Metoda kodowanie bezstratnego DPCM

poziom jasności piksela czyli jego poziom luminacji

29.03.2012

Reprezentowanie krzywych i powierzchni w grafice komputerowej

Reprezentacja krzywej przez zbiór punktów:

• odcinkami liniowe - nie oddaje dokładnie kształtu gładkiej krzywej

• uciążliwy opis (dużo punktów)

Kosztowna - przy każdej transformacji należy przeliczyć wszystkie punkty

Lepsza- odcinkami wielomianowa

• x = x(t), y=y(t), z=z(t)

gdzie x (), y(), z() wielomiany

Definiowanie krzywych:

• punkty kontrolne zbiór punktów decydujących o kształcie krzywej

• węzły (knots) punkty kontrolne na krzywej

• Interpolacja - krzywa przechodzi przez punkty kontrolne

• Aproksymacja - punkty kontrolne jedynie sterują kształtem krzywej

Splajny:

Polilinia rozpięta na ośmiu uchwytach :

Zamiana polilinii w splajn:

Edycja splajnu:

Reprezentacja obiektów graficznych

Obiekty graficzne trójwymiarowe- istniejące w świecie rzeczywistym lub sztucznie tworzone mogą być w obrazie komputerowym reprezentowane (opisywane) przy pomocy:

1. modelowanie powierzchni:

- siatki wielokątów

• powierzchnie parametryczne

• powierzchnie drugie stopnia

2. modelowanie brył

Modelowanie powierzchni za pomocą siatki wielokątowej:

Obecnie najczęściej stosuje się opis obiektów trójwymiarowych za pomocą siatki wielokątnej (najczęściej stosowane są trójkąty lub prostokąty).

Opis składa się ze współrzędnych punktów siatki - „werteksów”

Siatka wielokątowa zbiór krawędzi, wierzchołków i wielokątów taki, że

• każda krawędź jest wspólna przynajmniej dla dwóch wielokątów

• krawędź łączy dwa wierzchołki

• wielokąt jest zamkniętą sekwencją krawędzi

• wierzchołek jest wspólny dla przynajmniej dwóch krawędzi

• każda krawędź jest częścią jakiegoś wielokąta

Parametryczne powierzchnie bikubiczne:

W zależności od algorytmu aproksymacji krzywych można rozpatrzyć:

powierzchnie Hermite'a

powierzchnie B-sklejane

powierzchnie Beziera

12.04.2012

Dywan Sierpińskiego to fraktal otrzymany z kwadratu za pomocą podzielenia go na dziewięć (3x3) mniejszych kwadratów usunięcia środkowego kwadratu i ponownego rekurencyjnego zastosowania tej samej procedury do każdego z pozostałych ośmiu kwadratów

Piramida Sierpińskiego powstaje z czworościanu foremnego przez wykonanie następującego algorytmu:

Weź ostrosłup o boku długości x.

1. Utwórz 4 ostrosłupy o boku długości 1/2x i umieść je w przestrzeni tak, by zawierały się w dużym ostrosłupie oraz każdy miał wspólny jeden wierzchołek z dużym ostrosłupem.

2. Usuń duży ostrosłup.

3. Do każdego z 4 małych ostrosłupów zastosuj ten algorytm.

Po nieskończonej liczbie powtórzeń opisanych operacji otrzymujemy Piremidę Sierpińskiego

Generowanie klasy gór fraktalnych.

RYSUNKI

Etapy:

I - rysowanie trójkąta

II - zaznaczenie punktu środkowego na każdym boku lub łączenie trzech punktów środkowych

III - modyfikacja współrzędnej y każdego punktu środkowego

np.:. y1new=y1[1+(1-R)] gdzie R() liczba losowa między o i 1

Wielkość wyliczona fraktalna złożonego rysunku o końcowej wielkości ok. 2MB może nie przekraczać 1 kB

stąd wsp. kompresji może osiągać wartość ok. 100.

Zbiór Julia-Fatou i zbiór Mandelbrota

Obiekty generowane za pomocą reguły:

x → x^2 + c x - jest liczbą zespoloną x= a + bi

Jeśli moduł liczby zespolonej jest < 1 to przy kolejnym podnoszeniu do kwadratu wartość modułu dąży do zera.

Jeśli moduł liczby zespolonej jest > 1 to przy kolejnym podnoszeniu do kwadratu wartość modułu wzrasta coraz bardziej.

Logotypy i znaki towarowe zasady projektowania

12.04.2012

Tożsamość, wizerunek, komunikacja

Tożsamość

Corporate Identity

Nazwa

Logo

Druki

Cena

Produkt

Potencjał inteligencji (Corporate intelligance) jakość usług, poziom personelu

WIZERUNEK

Corporate Image

Logo (logotyp)

• Logo - centralny punkt identyfikacji wizualnej firmy, produktu, przedsięwzięcia, akcji, organizacji, itp. Symbolizuje ona wszystko, czym firma lub produkt jesy obecnie, a także - czym może stać się w przyszłości.

Każdy logotyp zalicza się do sygnetów, gdyż sygnuje (podpisuje) swoją formą i treścią określony (tylko jeden) obiekt, rzecz, zdarzenie, organizację lub osobę.

• Logo może odnosić się do znaku identyfikującego: firmę, produkt, akcję, organizację, zadania, obszar, prawa itp.

• Logo musi być czytelne zarówno na wielkim jak i na bardzo małym formacie

• Logo musi być na tyle charakterystyczne, aby każdy kto na nie spojrzy, dobrze je rozpoznawał i właściwie skojarzył

Wizytówka i papier firmowy:

to złożone formy, wykorzystujące zaprojektowany wcześniej towarowy i elementy identyfikacji wizualnej takie jak:

• odpowiednio dobrana czcionka

• kolorystyka

• detale uzupełniające

Logotypy i znaki towarowe ( PODZIAŁ 1 )

• graficzne - zbudowane tylko z grafiki, nie pokazujące żadnej treści

• tematyczne - zawierają graficzne przedstawienie profilu branży

• rzeczywiste - reprezentują wyobrażenie jakiegoś istniejącego obiektu, osoby, zwierzęcia lub rzeczy

• abstrakcyjne - nie naśladują rzeczywistości i są kompozycją złożoną z linii , kolorów, brył i płaszczyzn

• tekstowo-graficzne - zbudowane tylko z grafiki i napisu, który może być hasłem lub zawierać inną treść

• tekstowe (typograficzne) tekst jest jednocześnie grafiką, odpowiedni dobór atrybutów czcionki powoduje, że napis staje się efektownym obrazem

• czcionka unikalna to logo o bardzo przekształconych literach, często jest to czcionka figuralna, w której formy graficzne imitują litery

• czcionka łączona - logo zawierające czcionkę rzeczywistą wraz z unikalną. Czcionka unikalna może pełnić rolę zarówno informacji, jak i ozdobnika graficznego

• kolory tęczy - logo nie posiada nadzwyczajnego znaczenia symbolicznego, ale jest tak bardzo charakterystyczne w projektach firmy zajmujących się malarstwem i produkcją farb.

Ewolucja forma logotypów

Logotyp w miarę upływu czasu może ulegać „starzeniu się”. Wymaga to niekiedy zmiany znaku obejmującej drobne jego elementy , lub dotyczyć rezygnacji ze starego logotypu i zastosowanie w jego miejsce całkiem nowej formy graficznej.

Proces projektowania logotypów

Pełny proces budowy znaku, począwszy od zlecenia a skończywszy na opracowaniu „Księgi znaku” powinien przebiegać według określonych etapów:

Etap 1: zebranie informacji na temat projektu - uwzględnia się oczekiwania zleceniodawcy, przeprowadza badanie rynku i konkurencji oraz dokładną analizę produktu, profilu i firmy.

Etap 2: opracowanie wstępnej koncepcji ( w kilku wersjach )

Etap 3: opracowanie szczegółów wizualnych i zastowanie ich w projekcie:

• wybór czcionki

• wybór elementów graficznych

• opracowanie całości

• kolorostyka

---