RAČUNARSKA GRAFIKA - POČETNA-JU GIMNAZIJA "VASO...
Transcript of RAČUNARSKA GRAFIKA - POČETNA-JU GIMNAZIJA "VASO...
RAČUNARSKA GRAFIKA
Uvod u računarsku grafiku
• Računarska grafika (engl. Computer graphics, CG) je
polje vizuelnog računarstva gdje se
pomoću računara stvara slika. Ta slika može biti iz
stvarnog svijeta koja se pomoću računara štima i mijenja.
•
• Računarska grafika je zastupljena u filmskoj industriji za
stvaranja raznih efekata, animacija i ostalih manipulacija
nad pokretnim slikama (film).
• Prvi glavni iskorak u računarskoj grafici je napravio Ivan
Sutherland 1962. godine koji je bio zaslužan za izum SKETCHPAD-a.
• Računarska grafika se može podijeliti u nekoliko polja:
real time 3D izvođenje (render) slike (koristi se
u računarskim igrama), računarska animacija, hvatanje
(capture) i stvaranja videa, stvaranje specijalnih
efekata, potpuno ili djelomično računarski stvorenih
filmova, obrada slike i modeliranje (koristi se u
medicinske svrhe, kao i u arhitekturi).
• Obično se "2001: A Space Odyssey" spominje kao prvi film koju je
koristio računarsku grafiku, iako je pokušao da prikaže računar kao
moćan alat za stvaranje specijalnih efekata to se nije desilo jer je
većina specijalnih efekata u tom filmu napravljena običnim optičkim
efektima.
• Vjerovatno prvi film koji je koristio računarsku grafiku je bio
"Futureworld" (1976.) u kojem se mogla vidjeti ljudska ruka i lice
kreirana pomoću računara (kreatori su Ed Catmulla i Fred Parkea na
Utah Univerzitetu).
MEĐUSOBNA RAZLIKA GRAFIKA
Crno-bijela slika bez ditheringa i sa ditheringom
(Ovo je retuširana slika, što znači da je digitalno izmjenjena)
• Piksel (eng. pixel), izvedenica je od eng. "picture element" - što znači element slike.
• Piksel je najmanji grafički element slike, specifičan za bitmap slike - u suprotnosti od slika vektorske grafike.
• Slike, da bi se pretvorile u digitalni oblik, moraju se spremiti kao nizbitova, odnosno bajtova (kao, npr. u digitalnim fotoaparatima), zbog čega se mora "prevesti" u više manjih dijelova od kojih je svaki odreĎene boje. Ti dijelovi zovu se pikseli i količina istih u pojedinoj slici (izmeĎu ostalog) odreĎuje kvalitetu slike, ali direktno utiče i na veličinu datoteke na disku, a i na stvarne dimenzije (širina i visina slike).
• Kompletna informacija o pikselu sadrži položaj piksela (koordinate po širini X i visini Y), nijansu boje i intenzitet osvijetljenosti.
• U color sistemu piksel je sastavljen od podpiksela - tačkica osnovnih boja (crvena, zelena i plava - R,G,B) od kojih se različitim sjajem (intenzitetom) pojedinih podpiksela kombinira željena nijansa boje.
• Broj mogućih nijansi definisan je "dubinom boje".
• Standardni stepeni dubine boje su:
16 boja
256 boja
16 bitna boja (sadrži hiljade nijansi)
24 bitna boja (sadrži milijune nijansi)
MEĐUSOBNA RAZLIKA GRAFIKA
Slika u tonovima sive boje (gray-scale)
svaki pixel je spremljen kao byte
(vrijednost između 0 to 255)
640 x 480 slika zahtjeva preko 300 KB
Slika u 8-bitnoj boji (indeksirana)
svaki pixel je spremljen kao byte
(vrijednost između 0 to 255) jer sadrži
podatak o boji, koristi se indeksirano
opisivanje boja pomoću posebnih
tablica
640 x 480 slika zahtjeva preko 300 KB
2D – Računarska grafika
• Imamo dva pristupa u 2D grafici:
• vektorska i
• rasterska grafika.
• Razlike izmeĎu vektorske i rasterske slike najbolje se vidi
su slijedećem primjeru, koji pokazuje prednosti vektorskih
slika:
1.rasterka slika
2.vektorska slika
Vektorska grafika
• sadrži tačne geometrijske podatke, topologiju, koordinatne pozicije tačaka, veze izmeĎu tačaka (za formiranje linija i putanja), boju i tako dalje. Vektorska grafika koristi jednostavne oblike kao što su krugovi i pravougaonik i ostali. Vektorska grafika se ne može pregledati pomoću nekog vanjskog programa (kao što je web browser naprimjer), vektorsku grafiku prepoznaje program pomoću kojeg je ta grafika nastala iako je čest slučaj da različiti programi za vektorsku grafiku bez poteškoća mogu čitati druge formate (Freehand može pročitati .cdr (Corel Draw) datoteku). Zato se vektorska grafika pretvara u rastersku (.jpg, .bmp itd.).
Vektorska grafika
• Vektorske slike se potpuno opisuju pomoću matematičkoh
formula.
Na slici lijevo vidi se sama grafika, a desno su linije, koje grade sliku
Svaka linija se sastoji ili od velikog broja tačaka i linija, koje ih
povezuju, ili od manjeg broja kontrolnih tačaka povezanih Bezier-ovim
krivama. Drugi metod daje najbolje rezultate i koristi se u većini
programa za vektorsko crtanje
Lijevi krug je sastavljen od
velikog broja tačaka, koje su
spojene pravim linijama. Desni
krug je nacrtan pomoću četiri
kontrolne tačke(čvora).
Prednosti ovakvog načina crtanja nad rasterskom grafikom su:
• Ovako mala količina informacija omogućuje mnogo manju veličinu
datoteke
• Mogućnost približavanja bez gubitka na kvaliteti
• Sve ove informacije su zapamćene i mogu se kasnije mijenjati, to
znači da pomjeranje,skalira, rotiranje i popunjavanje, itd., ne
smanjuju kvalitet crteža kao kod rasterske slike.
Karakteristike vektorskih slika
Vektroska grafika je savršena za jednostavne ili složene crteže koji ne treba da budu fotorealistične. Za obradu vektorske slike najčešće se koriste sledeći programi: CorelDRAW, Adobe Illustrator ili Inkscape.
Kod prevelikog smanjivanja mogu nestati tanke linije. Tačnije, one će i dalje postojati ali se ne mogu odštampati ili prikazati na ekranu.
Male greške mogu postati primjetne kad se slika puno uveliča.
Mnogi programi omogućavaju da se u vektorskoj grafici koriste i rasterski podaci. Za njih važe ista pravila kao i za sve ostale rasterske slike.
Prije ili kasnije, sva vektorska grafika mora biti prebačena u rastersku kako bi bila prikazana na digitalnom monitoru.
Vektorske slike nije lako štampati.
Formati vektorskih datoteka
EPS: najpopularniji vektorski format u stolnom
izdavaštvu, koji može da sadrži i rasterske i vektorske
podatke.
PDF: sve češći univerzalni format.
PICT: i dalje popularan na Macintosh-u.
AI: format Adobe Illustrator-a. Interno vrlo sličan EPS-u.
CDR: format programa CorelDRAW.
SVG: nov vektorski format namijenjen za Web.
Rasterska grafika
• je stalna 2D mreža piksela. Svaki piksel ima
svoju vrijednost, kao što je svjetlina, boja,
providnost ili spoj sličnih vrijednosti. Rasterska
ima konačnu rezoluciju i ako se ona poveća
najčešće gubi kvalitet, to nije slučaj sa
vektorskom (jer ima tačne podatke o geometriji i
tako dalje). TakoĎe imamo formate koji uključuju
i rastersku i vektorsku grafiku (.pdf, .swf).
Rasterska grafika
• Rasterska grafika ili bitmap je podatak koji predstavlja
pravougaonu mrežu piksela ili obojenih tačaka, na
nekom grafičkom izlaznom ureĎaju kao što je monitor ili
na papiru. Svaka boja pojedinog piksela je posebno definisana
tako da (kao primjer) RGB slike sadrže tri bajta po svakom
pikselu, svaki bajt sadrži jednu posebno definiranu boju.
• Red Green Blue - to znači da svaka boja ima svoju vrijednost,
mijenjanjem vrijednosti se dobijaju druge boje osim ove tri
osnovne. Što je više ovih vrijednosti slika će zauzimati više
prostora. Ako je slika crno bijela to znači da piksel zahtjeva
samo jedan bit za razliku od slike u boji koja zahtjeva tri bita
(RGB) po jednom pikselu. Crno bijele slike su upravo radi toga
manje po zauzimanju prostora.
Rasterska grafika
Kvalitet rasterske slike
• Kvalitet jedne rasterske slike odreĎuje ukupan broj piksela (rezolucija slike)
kao i broj vrijednosti za svaki pojedinačni piksel (dubina boje). Ako je dubina
boje veća, više se nijansi može prikazati, to znači bolju sliku kao i
vjerodostojniji prikaz. Slike zahtjevaju mnogo memorije, zbog toga se koriste
razne vrste sažimanja. Bitmap (bmp) je nesažeta datoteka koja ne koristi
nijednu vrstu sažimanja, slike u tom formatu su veoma velike, za razliku od
njega mnogo popularniji i češće korišteniji je Jpeg (jpg) format koji sažima
sliku a da se ne primjeti gubitak na kvaliteti iako je to nemoguće izvesti, ali je
blizu stvarnosti.
• Rasterska slika se ne može povećati na veću rezoluciju bez gubitka kvalitete,
što nije slučaj sa vektorskom grafikom. Rasterska grafika je više praktičnija
nego vektorska grafika za fotografe i obične korisnike. Vektorsku grafiku
koriste grafički dizajneri i DTP ureĎivači. Rani monitori su mogli prikazati oko
72 do 130 piksela po inču (PPI), dok današnji printeri mogu štampati 2400
tačaka po jednom inču (DPI).
rasterska slika
Sa lijeve strane je cijela slika, a desno se nlazi njezin dio na kome je prikazan jedan od vrhova planine, uveličan 250 procenata. Očigledno je, da se slika sastoji od matrice(redova i kolona) malih elemenata različitih boja. Ova matrica piksela naziva se jos i raster odakle ovaj vid grafičkog zapisa i nosi naziv.
Tipovi rasterskih slika
• Rasterske slike mogu da sadrže bilo koji broj boja, ali se
po tome najčešde dijele na četiri osnovne kategorije:
Monohromatski rasteri (bitmaps)
Grayscale rasteri
Višebojni rasteri
Kolor raster
Monohromatski rasteri(bitmaps)
naziv za slike koje se sastoje od samo dvije boje. Obično
se koriste crna i bijela, ali moguća je i kombinacija bilo
koje druge dvije boje.
Grayscale rasteri
u kojim svaki piksel može primiti bilo koju boju iz skale
svih nijansi, od crne do bijele boje. Danas se najčešće
koristi skala od 256 sivih tonova (računajući i bijelu i crnu
boju). Za primjene u profesionalnoj računarskoj obradi
fotografija koriste se i rasteri sa 512 ili 1024 sive nijanse,
odnosno 9 ili 10 bita po svakom pikselu u rasteru.
Višebojni rasteri
takve slike sadrže nijanse dvije ili više boja. Najčešće se
koriste takozvani duotonovi, koji se obično sastoje od
crne i neke druge boje.
Kolor rasteri
• Ako svaki piksel u rasteru može primiti bilo koju boju iz
palete boja, tada se govori o kolor rasteru. Kako se
definiše ova paleta boja zavisi od izbora kolor modela i
dubine boja rastera. Bez obzira na izbor kolor modela,
svaka boja se sastoji od nekoliko komponenti.
Karakteristike rasterskih slika
• Rasterski podaci zauzimaju mnogo mjesta ali koristeći se
različitim vrstama kompresije ta se veličina može znatno
smanjiti.
• Kvalitet slike zavisi od rezolucije u trenutku kreiranja, dok
slike izgledaju „prirodnije“ od vektorskih.
• Raster se lako štampa, sve dok štampač ima dovoljno
memorije.
Kompresija rasterske slike
Da bi se djelimično smanjio potrebni fizički prostor za snimanje rasterskih slika uvode se različite metode za smanjenje veličine (kompresije) digitalnih slika.
Za razliku od binarnih podataka kod kojih je potrebno da dekompresirani podaci budu identični originalu, kod slika su moguće dvije vrste kompresije:
• Bez gubitka kvalitete - lossless compression (TIFF, GIF, PNG i dr.)
• Sa gubitkom kvalitete - lossy compression (JPEG)
Razlika izmeĎu navedenih metoda jeste u stvari u prirodi ljudskog čula vida gdje se njegove osobine koriste kod lossy algoritama kompresije koji tolerišu odreĎeni gubitak izvornih podataka prilikom postupka kompresije.
• Kompresija bez gubitka se prvenstveno preporučuje kod
medicinskih slika, tehničkih crteža, ikona i sl.. S druge
strane lossy metode kompresije su pogodne za prirodne
slike poput fotografija.
2.Originalna JPEG fotografija 1.Komprimirana JPEG kopija(najlošiji kvalitet)
Programi za rad sa rasterskim slikama
• Postoji jako puno programa (na stotine), koji se mogu
koristiti za pravljenje ili obradu rasterskih slika.
• Najpoznatiji su Adobe Photoshop i Corel Photo-Paint
• a besplatni je uvijek prisutni MS Paint, potom GIMP itd..
Formati rasterskih datoteka
• Rasterska informacija se može čuvati u velikom broju
formata.
• BMP: osnovni format rasterske slike bez kompresije.
• EPS: fleksibilan format, koji može da sadrži i rasterske i vektorske
podatke.
• JPEG: najpopularniji format opšte namjene. Glavna prednost mu je
izuzetno dobra kompresija kolor fotogragija.
• PDF: univerzalni format, može da sadrži podatke bilo kog tipa, u
pojedinim područjima postepeno potiskuje EPS.
• PICT: format koji može da sadrži i rasterske i vektorske podatke,
koristi se na Macintosh računarima.
• TIFF: najpopularniji rasterski format u pripremi za štampu.
Računarska grafika
• Predstavljanje veoma jakih računara (tzv. radnih stanica)
dovelo je i do razvoja 3D računarske grafike, koja se temelji
na vektorskoj grafici.
• Princip je skoro isti, umjesto pohranjivanja podataka o
tačkama, linijama i krivim u 2D prostoru, računar ih sprema u
Tro-dimenzionalnom prostoru. Tro-dimenzionalni poligoni su
suština 3D računarske grafike.
• 3D računarska grafika se temelji na pohranjivanju tačaka, linija
koje spajaju tačke, i strana izmeĎu linija koje čine 3D poligone.
• Danas osim pohranjivanja 3D poligona u memoriju, grafički
softver može izvršavati i mnogo komplikovanije stvari kao što
su sjenčenje, teksturiranje i rasterizacija koji daju osjećaj
stvarnosti nekom računarski napravljenom objektu.
RAZLIKA IZMEĐU 2D i 3D GRAFIKE
2D
3D
Animirana grafika
(računarska igrica)
Animirana grafika
(istraživački rad)
Animirana grafika
(crtani film)
3D računarska grafika
• Sjenčenje
• Postupak sjenčenja je računanje ili simuliranje kako će poligon
izgledati kada na njega pada nestvarna (računarski stvorena, virtuelna)
svjetlost. Svjetlost nije jedini faktor, bitan je i način sjenčenja nekog
poligona. Sjenčenja omogućava puno realniji prikaz 3D slike, posebno
se koristi u računarskim igrama i CGI filmovima.
• Teksturiranje
• Tekstura je slika koja se "lijepi" na 3D poligone. Osim boja, moguće je
stavljati slike za realniji prikaz nečega. Teksture dodaju dozu stvarnosti
u 3D poligone.
Trodimenzionalna računarska grafika
• 3D računarska grafika oslanja se na mnoge algoritme koji se koriste kod 2D vektorske i rasterske grafike. Razlika izmeĎu 2D i 3D grafike često su nejasne. 2D aplikacije mogu koristiti 3D tehnike kako bi postigle efekte poput osvjetljenja, 3D aplikacije obično koriste 2D rendering tehnike prilikom iscrtavanja objekata.
• Proces kreiranja 3D računarske grafike se može redosljedom podijeliti na 3 osnovne faze:
- 3D modeliranje koje opisuje proces formiranja oblika objekta. - računarska animacija koja opisuje kretanje i položaj objekata unutar scene. - 3D renderiranje koje stvara sliku objekta.
Modeliranje- predstavlja proces razvoja matematičke
reprezentacije bilo kojeg trodimenzionalnog objekta
putem specijaliziranog softvera. Krajnji rezultat 3D
modeliranja naziva se 3D model.
Računarska animacija- je umjeće kreiranja pokretnih
slika upotrebom računara.
1. Računarska animacija 2. 3D model
Renderiranje ili iscrtavanje je proces kreiranja konačne
2D slike ili animacije iz pripremljene scene, odnosno 3D
objekta. Renderiranje može trajati od djelića sekunde, pa
do nekoliko dana za jednu sliku ili okvir.
Različiti načini iscrtavanja 3D modela
Boje i tonovi
• Nosilac vizuelne informacije je svjetlost. Kada kažemo
’crno-bijela’ slika ne mislimo uvijek na sliku koja je
sastavljena isključivo od crnih i bijelih površina.
• Količina svjetlosti može se opisati na više načina, npr. kao
INTENZITET svjetlosti što je fizikalna veličina i odgovara
energiji koju nosi ili kao OSVJETLJENOST što je
psihološka odrednica i koja je mnogo značajnija za
računarsku grafiku od intenziteta svjetlosti.
• Dinamički raspon je bitna karakteristika svih grafičkih
ureĎaja.
Modeli boja
Bijela svjetlost je složena svjetlost. Može se razbiti na
spektar obojenih svjetlosnih komponenti ili dobiti slaganjem
odgovarajućih obojenih svjetlosti. Ako se smanji ili poveća
intenzitet neke od komponenti bijele svjetlosti dobija se
složena obojena svjetlost. Rezultujuća boja dobijena je
sumiranjem boja svih komponenti svjetlosti pa govorimo o
ADITIVNOM miješanju boja.
- RGB model – koriste ga računarski monitori i TV ekrani.
Osnovne boje su crvena, zelena i plava. Svaka boja u RGB
sistemu dobija se miješanjem, u odreĎenim odnosima,
crvene, zelene i plave boje.
- CYMK model- Osnovne boje su cijan, purpurnocrvena i
žuta. Ovaj model se jos naziva i substraktivni model.
- HSV model – je jednostavan i pogodan za upotrebu.
Cesto se naziva i HSV ili HSL ili HSI kolor model.
Zbog prirode tehnologija korištenih u raznim grafičkim
ureĎajima, danas se za akvizaciju ili prikaz slika u većini
slučajeva koristi RGB ili CMY kolor model.
Program MS PAINT
• Namjenjen je za kreiranje grafičkih fajlova u bitmap
formatu.
• Filmska industrija je nastavila svoj rad sa primjenom
računalne grafike te su nastali brojni poznati filmovi poput
X-men, The Incredibles, Shrek, Gospodara prstenova sa
Oskarom nagraĎenim likom Gollumom, te Alisa u zemlji
čuda koja je izdana 2010. godine.
•
Gollum
PRIMJERI RAČUNARSKE GRAFIKE
UPOTREBA GRAFIKE U FILMOVIMA
Programi za 3D grfiku
• U mnoštvu programa za računarsku grafiku, danas se
mogu zadovoljiti potrebe gotovo svakog.
• MeĎu poznatijim 3D programima nalaze se Lightwave3D
(New Tek), Autodesk Maya, Autodesk 3ds Max, SketchUp
Pro (Google) te Blender, besplatni open-source program.