Grafika komputerowa

Wykład I

Konstanty Kalickiuriel@pjwstk.edu.pl

Warunki zaliczenia

• Każde ćwiczenia są oceniane • Brak obecności jest równoważny z oceną 2• Ocena z ćwiczeń to średnia z 7 najlepszych

ocen cząstkowych (na 8 ćwiczeń)• Nie ma możliwości wykonywania ćwiczeń w

domu lub zaliczania w innym terminie• Osoby które po siódmych zajęciach będą miały

średnia wyższą lub równą 4 mogą przystąpić do egzaminu zerowego. Egzamin ten odbędzie się na ostatnim wykładzie

• Ocena z wykładu to ocena z egzaminu

Grafika komputerowa - dział informatyki zajmujący się syntezą oraz manipulacją obrazem

Powiązana z branżą rozrywkową - rozwija się bardzo szybko

Prawo Moore’a„Ilość tranzystorów w układach scalonych podwaja się co około dwa lata”

Gordon Moore, 1965

Moore a GPU

• Ilość tranzystorów w GPU podwaja się co około 6 miesięcy

• Inne zastosowania i architektura CPU i GPU

• Rozwój jest związany bezpośrednio z rynkiem gier komputerowych

Kino – efekty specjalne, animacja

Bluebox w filmie „300”, źródło www.dailygalaxy.com

Wygenerowany komputerowo tyranozaur, „King Kong”

Medycyna

• Wizualizacja i analiza obrazu

Tomografia komputerowa

źródło www.pims.math.ca Źródło wikipedia.org

CAD

• Computer Aided Design

Schemat w programie Solid Edge,autor Thorsten Hartmann

Symulacja przepływu powietrza w silniku, wikipedia.org

Gry komputerowe

Crisis

Budowa oka

Źródło: www.zdrowie.med.pl

Źródło: cas.bellarmine.edu/tietjen/images/Eyes!.htm

Budowa oka

Źródło: http://cas.bellarmine.edu/tietjen/

Tapetum luncidum • Odbijająca światło warstwa za fotoreceptorami

występująca u niektórych zwierząt• Odbite światło ponownie przechodzi przez

fotoreceptory, zwiększając czułość oka

Autor zdjęcia: Davide Troise

Ludzie widzą bardzo wąski zakres częstotliwości fal elektromagnetycznych

Barwa

• Barwa jest wrażeniem

• Jeśli widzimy barwę żółtą to może to być: – Światło o długości fali 570 nm (światło żółte)– Świało, w którego skład wchodzą fale o

długościach 650 nm (czerwony) i 530 nm (zielony)

Modele barw

• Model barwy to sposób reprezentacji barwy jako listy liczb

• Istnieje wiele modeli barw:– RGB– CMY, CMYK– HSV, HLS– CIE XYZ– Lu*v*– YCrCb

RGB

• Trzy składowe odpowiadające barwom na które jest czułe oko ludzkie

• Dyskretny zapis. Przy zapisie 24 bitowym (truecolor) każda składowa przyjmuje wartości z przedziału [0, 255] co daje 16.581.375 kombinacji

• Model addytywny – do istniejącej barwy dodawane są kolejne. Opisuje źródła światła, gdzie tło jest czarne

• Nie definiuje składowych

CMY

• Model substraktywny – od istniejącej barwy odejmowane są kolejne barwy.

• Intuicyjny, zachowuje się tak jak oczekuje użytkownik

• Stosowany do wydruków – na białą kartkę nanoszone są farby które nie odbijają niektórych długości fal

• CMYK – często stosuje się dodatkowy kolor czarny

HSV• Hue, Saturation, Value. • Barwa (hue) jest określona kątem z przedziału 0-360

stopni. Barwa czerwona to 0 stopni, zielona 160 a niebieska 240 stopni. Barwy podstawowe tworzą sześciokąt będący podstawą ostrosłupa zawierającego wszystkie możliwe kombinacje kolorów

• Nasycenie koloru (saturation) jest opisane oddaleniem punktu od wysokości ostrosłupa – im punkt dalej tym bardziej nasyconemu kolorowi odpowiada

• Jasność koloru (value) jest zapisana jako wysokość ostrosłupa. Ma wartość 0 u podstawy i 1 w wierzchołku bryły

HLS

• Hue, Lightness, Saturation• W modelu tym barwy zależne są od

kąta, podobnie jak w HSV. W tym przypadku jednak kolor niebieski odpowiada kątowi 0 stopni, czerwony kątowi 120 stopni a zielony 240 stopni. Podstawowe odcienie znajdują się teraz na obwodzie koła zamiast sześciokąta, tak jak w modelu HSV. Ułatwia to prace z modelem, ponieważ wszystkie podstawowe odcienie mają wartość S=1

• Jasność ma wartość 0 w dolnym wierzchołku bryły a 1 w górnym. Czyste kolory mają wartość L = 0.5 i S=1, czyli znajdują się na obwodzie najszerszego przekroju bryły.

CIE XYZ

Model opracowany w 1931 roku przez International Commission on Illumination (CIE).

• CIE XYZ bazuje na modelu fizycznym światła oraz charakterystyce ludzkiego oka

• Na bazie CIE XYZ definiowane są inne modele

http://www.aim-dtp.net/index.htm

CIE diagram chromatyczności

• Zawiera wszystkie widzialne barwy

• Długości fal z zakresu widzialnego (380-700nm) są zaznaczone kolorem niebieskim

Temperatura barwy

• Jest to uproszczony, liniowy sposób opisu barwy źródła światła

• Temperaturę barwy podaje się w Kelvinach

• Temperatura barwy jest to temperatura, do jakiej należałoby rozgrzać teoretyczne ciało idealnie czarne by emitowało światło opisywanej barwie

Przykładowe temperaturyTemperatura Światło

1500K Świeczka

2680K Żarówka 40W

3000K Żarówka 200W

3200K Wschód/zachód słońca

3400K Około godziny po świcie

5000K Lampa ksenonowa

5500K Około południa w słoneczny dzień, lampa błyskowa

~7000K Zachmurzone niebo

10000-12000K Bezchmurne błękitne niebo

• Niska temperatura daje cieplejszą barwę przesuniętą w czerwień

• Im wyższa temperatura tym światło staje się zimniejsze, bardziej niebieskie

• Ten sposób opisu nie jest właściwy dla każdego źródła światła

Źródło: http://en.wikipedia.org/

Temperatura monitora

D50 5000K

D55 5500K

D65 6500K (6504K)

D75K 7500K

GAMUT

• Gamut – zakres barw odwzorowywanych przez dane urządzenie

• ICC - International Color Consortium

Źródło: http://www.cmpg.org

Urządzenia wyjściowe - drukarki

• Drukarki tworzą obraz nanosząc farby na papier

• Dysponują mniejszą paletą kolorów niż monitory (CMYK, ograniczone możliwości mieszania składowych)

• DPI – Dots per inch. Miara pozwalająca określić rozmiar wygenerowanego obrazu na podstawie rozdzielczości

• 1 cal – 2.54 cm

Drukarki atramentowe – zasada działania

• Kontaktowe– Drukarki igłowe– Drukarki czcionkowe

• Inkjet– Wibracyjne (Epson) – Termiczne (Canon, HP)

Drukarki laserowe – zasada działania

Druk offsetowy

Źródło: http://www.signs.pl/

Urządzenia wyjściowe CRT

Źródło: http://en.wikipedia.org/

CRT cd

• Przednia ściana kineskopu pokryta jest materiałem o właściwościach fluoroscencyjnych

• W monitorach kolorowych stosowane są trzy rodzaje materiału fluoroscencyjnego

Źródło: http://en.wikipedia.org/

CRT - podsumowanie

• Duże rozmiary urządzenia

• Spory pobór mocy

• Łatwość skalowania obrazu

• Ekran zazwyczaj wypukły

LCD

Źródło: http://en.wikipedia.org/

LCD cd

• Stosowane są dwa podejścia do budowy matryc LCD– Matryce pasywne. W tym przypadku piksele są

odświeżane pojedynczo– Matryce aktywne. Tu na piksele dodatkowo

natryskiwany jest super cienki tranzystor w technologii TFT (Thin Film Transistor) co pozwala na adresowanie matrycy całymi wierszami

• Matryce aktywne charakteryzują się dużo wyższymi częstotliwościami odświeżania oraz lepszym kontrastem

LCD - podsumowanie

• Niewielkie rozmiary

• Niski pobór mocy

• Brak możliwości skalowania rozdzielczości

• Ograniczony kąt widzenia

• Płaski ekran

Ekrany plazmowe

• Pobór mocy zbliżony do CRT (zależy od jasności sceny)• Czas życia monitora około 60000 godzin

Koniec

Dziękuję za uwagę