Grafika komputerowa Postrzeganie światła Modele barw

Prezentacja na temat: "Grafika komputerowa Postrzeganie światła Modele barw"— Zapis prezentacji:

1 Grafika komputerowa Postrzeganie światła Modele barw
Reprezentacje barw i półtonów w urządzeniach komputerowych Mechanizm wyświetlania grafiki w komputerze PC Podział na grafikę rastrową i wektorową Formaty zapisu grafiki rastrowej Formaty zapisu grafiki wektorowej

2 Barwa Właściwości światła widzialnego Postrzeganie światła
Powstawanie obrazu w oku Dlaczego kolory wyświetlane na monitorze różnią się od tych na wydruku ? Dlaczego cyfrowe odbitki próbne różnią się od analogowych ? Przyczyny tego zjawiska są uwarunkowane skomlikowanym sposobem opisu barw. Trudności w komunikacji barwnej są podobne do trudności komunikowania w obcych językach. Każde urządzenie jest jak osoba mówiąca w swoim ojczystym języku. To tak, jakby ktoś mówiący po francusku chciał się porozumieć z osobą mówiącą po japońsku, jest to niemożliwe. To co jest w tym momencie potrzebne, to pewien rodzaj interpretera potrafiącego zapewnić prawidłową komunikację. Istnieją dwie podstawowe koncepcje, które trzeba przyswoić gdy chce się pracować z kolorem. Po pierwsze, w jaki sposób dane urządzenie reprodukuje barwę, po drugie, w jaki sposób wymieniają one informację o barwie z innymi komponentami systemu. Urządzenia takie jak: skaner, kamera cyfrowa, monitor, drukarka kolorowa, maszyna drukująca, posiada pewien własny, ściśle określony, zakres reprodukowalności barw. Zakres ten zawiera się w większym obszarze barw, tzw. przestrzeni barw widzialnych. Dla przykładu: wybrana barwa na monitorze wydaje się jaśniejsza i bardziej nasycona niż na wydruku. Dzieje się tak dlatego, że wybrana barwa mieści się w przestrzeni barw monitora ale leży poza przestrzenią barw drukarki. W rzeczywistości zakresy wszystkich urządzeń są mniejsze od przestrzeni barw widzialnych. Oddzielnym problemem jest fakt, że wszystkie urządzenia muszą się ze sobą komunikować. Wcześniej, przed rozwojem technologii DTP wykorzystywano zamknięte systemy reprodukcyjne, zapewniające precyzję, dokładność reprodukcji barw lecz wymagały specjalistycznej, przeszkolonej, obsługi i były mniej elastyczne niż otwarte systemy komputerowe. Rozpowszechnienie systemów desktop publishing spowodowało znaczne obniżenie kosztów oraz zwiększenie produktywności. Barwa jest dzisiaj wykorzystywany znacznie częsciej. Narzędzia do obróbki barwy stały się powszechnie dostępne, lecz przyniosły ze sobą nową porcję problemów obniżających ich produktywność. Pomomo pozornej prostoty obsługi, w praktyce, wymagają one jednak pewnego doświadczenia i podstawowej wiedzy o barwie.

3 Źródło światła  Obiekt  Narząd wzroku
Barwa Wrażenie zmysłowe, reakcja na odbierane przez oko światło widzialne Aby odbierać barwę konieczne są trzy czynniki (triada optyczna): Źródło światła  Obiekt  Narząd wzroku Barwa Wrażenie zmysłowe, reakcja wzroku na światło (promieniowanie elektromagnetyczne) o długości fali od 400 do 700 nm. Światło o długości fali nm jest czerwone, nm - żółte, nm - zielone, nm błękitne, nm -fioletowe. Człowiek rejestruje efekty świetlne dzięki siatkówce, która posiada dwa typy fotoreceptorów: czopki i pręciki. Czopki (cone cells) służą do rejestrowania światła intensywnego, dziennego, zapewniają percepcje barw. Pręciki (rods) są efektywne tylko przy słabym świetle i choć stanowią ważną rolę podczas postrzegania przestrzeni, nie odgrywają żadnej roli w odróżnianiu barw. Percepcja barw jest możliwa tylko w tedy, gdy mają miejsce trzy procesy: a) emisja światła, b) pobudzenie receptorów siatkówki oka, c) przetworzenie w korze mózgowej pobudzeń przekazanych przez nerw wzrokowy. 2 Atrybuty barwy 2.1 Kolor Przy widzeniu fotopowym obserwując poszczególne pasma widma o różnych długościach fali ( od 400 do700nm) stwierdzimy, że istnieje charakterystyczna różnica między każdym z tych wrażeń. Doznawane wrażenia określamy nazywając je kolejno: fioletowy, niebieski, zielony, żółty, pomarańczowy, czerwony. Tę cechę wrażenia wzrokowego nazywamy kolorem. 2.2 Nasycenie Istnieje jednak mnogość innych barw niż te wymienione w punkcie 2.1. Każdą z nich można otrzymać przez zmieszanie promieniowania barwnego z wiązką światła białego. Dodając coraz więcej światła białego otrzymamy promieniowanie postrzegane jako niezmienione w kolorze, np. wszystkie zielone, ale coraz bledsze. Nasycenie pozwalającą ocenić udział koloru białego w barwie. 2.3 Jasność Aby wywołać zmianę wrażenia barwy można również zmienić strumień światła. Wtedy w dość dużym zakresie fotopowym nie stwierdza się ani zmiany koloru, ani zmiany nasycenia, ale będziemy odbierać wrażenie słabszego lub mocniejszego światła. Wrażenie te nazywamy jasnością (lub jaskrawością). Kolor, jasność i nasycenie (trzy atrybuty barwy) są ze sobą ściśle związane. Zmiana jednego atrybutu pociąga za sobą zmianę pozostałych. Problem ten opisuje prawo Betzolda - Bruckego: w zakresie widzenia fotopowego wraz ze zmianą jasności zachodzą zmiany barwy postrzeganej. Przy znacznym zwiększeniu jasności barwy (rozjaśnienie monitora), kolory pasma czerwono-pomarańczowego ulegają przesunięciu w kierunku żółtych, a pasma niebiesko-fioletowe w kierunku błękitu. Przy znacznym zmniejszeniu jasności poniżej granicy widzenia fotopowego następuje stopniowe znikanie kolorów żółtych i błękitnych, aż do widma trójkolorowego RGB. Wrażenie zmiany barwy obserwujemy również, gdy bez zmian koloru i jasności zmniejszymy nasycenie. Kolory czerwone i żółtozielone pozornie żółkną, a błękitno-zielone niebieszczeją.

4 Barwa Światło charakteryzuje widmowy rozkład energii - funkcja P(l)
Światło widzialne - promieniowanie elektromagn. o długości fali l od 380 do 780 nm nm - czerwone, nm - żółte, nm - zielone, nm - błękitne, nm - fioletowe Światło białe - zawiera fale o wszystkich możliwych długościach zakresu światła widzialnego. Biel równoenergetyczna - E-P(l) = const Owady dobrze widzą w ultrafiolecie aż do zielonego, a węże widza od ultrafioletu do podczerwieni, przy czym za "widzenie" podczerwieni odpowiadają jamki policzkowe. Ryby i płazy słabo reagują na kolory, gady i ptaki lepiej. Ssaki generalnie nie rozróżniają barw (gdyby bykowi machać przed nosem zieloną płachta też by się denerwował). Dopiero wyższe naczelne wykazują porównywalną do naszej wrażliwość na barwy.

5 Barwa Wzajemne relacje składników triady optycznej
Przenikanie - opisuje współczynnik przenikalności RI (refractive index- stosunek prędkości światła w próżni do prędkości światła w materiale) Odbicie lustrzane dyfuzyjne (powierzchnia matowa) i kierunkowe Bodźce wzrokowe odbierane są poprzez receptory wzrokowe znajdujące się w siatkówce oka. Stamtąd przekazywane są poprzez nerw czaszkowy II, czyli tzw. nerw wzrokowy, do wzgórza i kory mózgowej. Najważniejsze ośrodki wzrokowe mózgu znajdują się w płacie potylicznym, a więc w tylniej części głowy. Międzynarodowa grupa badaczy z Uniwersytetu w Genewie pod kierunkiem Patrika Vuilleumiera posługując sie techniką rezonansu magnetycznego fMRI dokonała analizy dróg jakie odbywają w mózgu różne bodźce wzrokowe, w zaleznosci od ich znaczenia emocjonalnego . Badanie to pozwoliło wykryć, że bodźce wzrokowe sygnalizujące zagrożenie, a więc wywołujące strach i reakcje obronne, transmitowane są do mózgu o wiele szybciej niż bodźce o znaczeniu neutralnym.

6 Barwa Wzajemne relacje składników triady optycznej Atrybuty barwy
Absorpcja fale o pewnych długościach są pochłaniane Transmitancja optyczna . Percepcja barw jest możliwa tylko w tedy, gdy mają miejsce trzy procesy: a) emisja światła, b) pobudzenie receptorów siatkówki oka, c) przetworzenie w korze mózgowej pobudzeń przekazanych przez nerw wzrokowy. 2 Atrybuty barwy 2.1 Kolor Przy widzeniu fotopowym obserwując poszczególne pasma widma o różnych długościach fali ( od 400 do700nm) stwierdzimy, że istnieje charakterystyczna różnica między każdym z tych wrażeń. Doznawane wrażenia określamy nazywając je kolejno: fioletowy, niebieski, zielony, żółty, pomarańczowy, czerwony. Tę cechę wrażenia wzrokowego nazywamy kolorem. 2.2 Nasycenie Istnieje jednak mnogość innych barw niż te wymienione w punkcie 2.1. Każdą z nich można otrzymać przez zmieszanie promieniowania barwnego z wiązką światła białego. Dodając coraz więcej światła białego otrzymamy promieniowanie postrzegane jako niezmienione w kolorze, np. wszystkie zielone, ale coraz bledsze. Nasycenie pozwalającą ocenić udział koloru białego w barwie. 2.3 Jasność Aby wywołać zmianę wrażenia barwy można również zmienić strumień światła. Wtedy w dość dużym zakresie fotopowym nie stwierdza się ani zmiany koloru, ani zmiany nasycenia, ale będziemy odbierać wrażenie słabszego lub mocniejszego światła. Wrażenie te nazywamy jasnością (lub jaskrawością). Kolor, jasność i nasycenie (trzy atrybuty barwy) są ze sobą ściśle związane. Zmiana jednego atrybutu pociąga za sobą zmianę pozostałych. Problem ten opisuje prawo Betzolda - Bruckego: w zakresie widzenia fotopowego wraz ze zmianą jasności zachodzą zmiany barwy postrzeganej. Przy znacznym zwiększeniu jasności barwy (rozjaśnienie monitora), kolory pasma czerwono-pomarańczowego ulegają przesunięciu w kierunku żółtych, a pasma niebiesko-fioletowe w kierunku błękitu. Przy znacznym zmniejszeniu jasności poniżej granicy widzenia fotopowego następuje stopniowe znikanie kolorów żółtych i błękitnych, aż do widma trójkolorowego RGB. Wrażenie zmiany barwy obserwujemy również, gdy bez zmian koloru i jasności zmniejszymy nasycenie. Kolory czerwone i żółtozielone pozornie żółkną, a błękitno-zielone niebieszczeją. Atrybuty barwy Odcień - długość fali Nasycenie - udział koloru białego w barwie Jasność - (jaskrawość) wielkość strumienia światła widmo widmo wyjściowe wejściowe

7 Postrzeganie światła Na siatkówce oka rozmieszczone są trzy rodzaje czujników barwnych (czopków) ze szczytową czułością na światło czerwone, zielone i niebieskie. To samo wrażenie wytworzone w oku może powstać w wyniku różnych konfiguracji fal świetlnych. Jedną ze znaczących postaci w ewolucji teorii o świetle jest Isaac Newton (żył w latach ). Oficjalnie mówi się, że jako pierwszy rozdzielił światło białe na kolory składowe. Mianowicie robił On eksperymenty z pryzmatem. Stwierdził, że światło białe składa się z wielu odmiennych barw, które w sumie dają to światło białe. Z tych doświadczeń wynikał jednak pewien problem dla Newtona. Nie potrafił ustalić dlaczego pryzmat nie chce mu rozdzielić światła białego w taki sposób aby powstały wszystkie składniki, które On potrafi widzieć. Nie mógł znaleźć wielu barw a w szczególności barwy purpury pośród składników wychodzących z pryzmatu. W związku z tym miał kłopoty z ujednoliceniem teorii widzenia barw. Rozumował, że skoro światło białe zawiera w sobie wszystkie barwy. A z pryzmatu barwa purpury nie chce mu wychodzić, to uważał, że pryzmat jest niedobry i nie chce mu rozdzielać niektórych barw, nawet osobiście szlifował pryzmaty. angielski fizyk, lekarz, fizjolog Thomas Young ( ). Zalicza się go inicjatora falowej teorii światła, którą później rozwinął i sformalizował James Clerk Maxwell. Young jako pierwszy wyznaczył w przybliżeniu długość fali świetlnej. Young jako lekarz i fizjolog wysuwał hipotezy widzenia barw przez oko. Jako pierwszy wysuwał sugestie o trzech typach receptorów w oku odpowiednich dla barw: czerwonej, zielonej i niebieskiej. Te sugestie rozwinął później Herman Ludwig Helmholtz ( ) niemiecki fizyk, fizjolog i jednocześnie lekarz. Fiolet odpowiada falom o długościach z lewego (gdy oś jest w jednostkach długości fal, jak na ilustracji) pobocza bliskiego otoczenia rezonansowego receptora barwy niebieskiej. Na tym poboczu oko otrzymuje fale światła oddziałującego silnie na receptory barwy niebieskiej, dlatego że są one dostrojone do tych częstotliwości, ale również receptory barwy czerwonej wykazują reakcję na te częstotliwości ale o wiele słabiej, co najmniej dwa razy słabiej. Gdy świadomie dodamy do takiej sytuacji trochę barwy czerwonej, to znaczy fal o długościach z prawej strony pobocza barwy czerwonej, to w oku zaczną powstawać wrażenia purpury. Jednoczesne wystąpienie fal elektromagnetycznych z lewego pobocza barwy niebieskiej i z prawego pobocza barwy czerwonej daje rezultat wrażenia nazywanego kolorem purpury. I to jest ta szczególna sytuacja, której Newton między innymi nie potrafił rozwikłać

8 Rozmieszczenie receptorów wzrokowych na siatkówce
Postrzeganie światła Schemat oka Rozmieszczenie receptorów wzrokowych na siatkówce Budowa oka umożliwia powstawanie rzeczywistego, odwróconego i zmniejszonego obrazu oglądanych przedmiotów w płaszczyźnie siatkówki - tkanki zawierającej receptory wzrokowe. Neurony umieszczone w siatkówce są wyspecjalizowane w zamianie sygnałów optycznych, w sygnały o charakterze pobudzeń nerwowych Siatkówka stanowi błonę wewnętrzną gałki ocznej. Tu dokonuje się zamiana światła na impulsy nerwowe. Wyściela tylną część oka i jest dla niego tym, czym klisza dla aparatu. I na kliszy i na siatkówce powstaje obraz zmniejszony i odwrócony. Główna cześć siatkówki tzw. cześć wzrokowa zawiera komórki wyspecjalizowane w odbieraniu bodźców świetlnych i przekazywaniu informacji o obrazie padającym na siatkówkę do włókiem nerwu wzrokowego. Komórkami tymi są pręciki odpowiedzialne za widzenia nocne i czopki - odpowiedzialne za widzenia barwne. Wyróżnia się trzy rodzaje czopków: niebieskie - odbierające barwą niebieską (420nm), zielone - reagujące na zielona część widma (530nm), oraz czerwone - odbierające kolor czerwony (560nm). Siatkówka rejestruje trzy barwy. Mieszając je w różnych proporcjach mózg może produkować 17 tys. barwnych odcieni. Człowiek dostrzega wszystkie kolory widma elektromagnetycznego w przedziale nm (rysunek poniżej). Plamka żółta jest obszarem siatkówki odbierającym obraz z najwyższą rozdzielczością. W tym obszarze grubość siatkówki jest znacznie mniejsza, czyli warstwa komórek wzrokowych jest przykryta przez mniejsza liczbę warstw siatkówki niż w obszarach pozostałych. Plamkę żółtą odkrył Samuel Thomas Soemmering ur r w Toruniu. Plamka ślepa jest miejscem, gdzie zbiegają się nerwy siatkówki tworząc gruby, prowadzący do mózgu nerw wzrokowy. Na plamce ślepej nie ma czopków ani pręcików. Mechanizmy odruchowe powodują, że gałka porusza się tak, by obraz przedmiotu, na którym chcemy skupić uwagą padał na plamkę.

9 Postrzeganie światła Względna czułość czopków i pręcików
ustalono, że oko ludzkie posiada jeszcze inny typ receptora nie dostrojonego do konkretnej częstotliwości promieniowania elektromagnetycznego. Jego rola to odbiór szerokopasmowy, całkowanie całej energii docierających fal elektromagnetycznych do punktu odbiorczego oka. Stąd też wynika, że te receptory muszą być bardzo czułe. Widzenie w "ciemności" zawdzięczamy tym właśnie receptorom, ale wrażenia pochodzące od nich są tylko czarno białe. Po wyżej pewnego progu szybkość ich reakcji gwałtownie maleje. Taki poziom to jak gdyby miejsce przesterowania. Jest to typowe zjawisko na przykład gdy zgaśnie jasne oświetlenie i znajdziemy się nagle w ciemności lub odwrotnie. Te receptory można przyrównać do układu wytwarzającego składową stałą z dużą deemfazą (szybkość reakcji maleje wraz ze wzrostem wielkości bodźca), mającą wpływ na działanie punktu odbiorczego oka. Te receptory raczej oddziałują lokalnie dla jakiegoś swojego otoczenia na powierzchni zawierającej receptory w oku, dla otoczenia punktu odbiorczego jako miejsca w oku. Uzasadnieniem tego faktu może być test okularów "z plamą" i zmiany nagłe oświetlenia. Po zdjęciu okularów "plama" będzie nadal widoczna. Do póki nasze oko nie przywyknie do nowych warunków po nagłej zmianie oświetlenia to przez chwilę nasz wzrok nie działa poprawnie.

10 Powstawanie obrazu Bodźce wzrokowe odbierane są poprzez receptory wzrokowe znajdujące się na siatkówce oka i przekazywane są poprzez tzw. nerw wzrokowy, do wzgórza i kory mózgowej. Najważniejsze ośrodki wzrokowe mózgu znajdują się w płacie potylicznym, w tylniej części głowy Bodźce wzrokowe odbierane są poprzez receptory wzrokowe znajdujące się w siatkówce oka. Stamtąd przekazywane są poprzez nerw czaszkowy II, czyli tzw. nerw wzrokowy, do wzgórza i kory mózgowej. Najważniejsze ośrodki wzrokowe mózgu znajdują się w płacie potylicznym, a więc w tylniej części głowy. Międzynarodowa grupa badaczy z Uniwersytetu w Genewie pod kierunkiem Patrika Vuilleumiera posługując sie techniką rezonansu magnetycznego fMRI dokonała analizy dróg jakie odbywają w mózgu różne bodźce wzrokowe, w zaleznosci od ich znaczenia emocjonalnego . Badanie to pozwoliło wykryć, że bodźce wzrokowe sygnalizujące zagrożenie, a więc wywołujące strach i reakcje obronne, transmitowane są do mózgu o wiele szybciej niż bodźce o znaczeniu neutralnym. Największą korzyścią z faktu posiadania dwojga oczu jest widzenie przestrzenne zwane też stereopsją (z gr. Pełne widzenia). Stereopsja umożliwia poczucie głębi i ocenę odległości.Z technicznego punktu widzenia oko niczym aparat fotograficzny rejestruje trójwymiarowy świat na dwuwymiarowej przestrzeni jaką w przypadku aparatu jest klisza, a oka siatkówka. Taki też dwuwymiarowy obraz dociera w formie impulsów nerwowych do mózgu. Zadaniem mózgu, prócz interpretacji części obrazu, jest odtworzenie jego głębi. Aby to było możliwe potrzebne jest nałożenie jednego obrazu na drugi. Przedstawiają one to samo, ale z nieco innej pozycji. Żebyśmy dostrzegli trzeci wymiar wystarczyło, by natura rozmieściła nasze oczy w odległości kilku centymetrów. To, że po wyłączeniu jednego oka nadal widzimy perspektywicznie jest zasługą naszego mózgu

11 System Barw Munsella Albert Henry Munsell - „A Color Notation”, 1905
HUE - odcień CHROMA - nasycenie VALUE - jasność 9 dyskretnych poziomów od 1N do 9N określających stopień szarości Przestrzeń barw opisał przy pomocy 100 tablic barwnych System Barw Munsella

12 Modele barw Modele telewizyjne CIE XYZ (1931) CIE xy CIE Lab (1976)
COMMISSION INTERNATIONALE DE L'ECLAIRAGE INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION CIE XYZ (1931) CIE xy CIE Lab (1976) HSV (Hue, Saturation,Value) RGB (Red, Green, Blue) CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, BlacK) Modele telewizyjne YUV i YIQ Dlaczego kolory wyświetlane na monitorze różnią się od tych na wydruku ? Dlaczego cyfrowe odbitki próbne różnią się od analogowych ? Przyczyny tego zjawiska są uwarunkowane skomlikowanym sposobem opisu barw. Trudności w komunikacji barwnej są podobne do trudności komunikowania w obcych językach. Każde urządzenie jest jak osoba mówiąca w swoim ojczystym języku. To tak, jakby ktoś mówiący po francusku chciał się porozumieć z osobą mówiącą po japońsku, jest to niemożliwe. To co jest w tym momencie potrzebne, to pewien rodzaj interpretera potrafiącego zapewnić prawidłową komunikację. Istnieją dwie podstawowe koncepcje, które trzeba przyswoić gdy chce się pracować z kolorem. Po pierwsze, w jaki sposób dane urządzenie reprodukuje barwę, po drugie, w jaki sposób wymieniają one informację o barwie z innymi komponentami systemu. Urządzenia takie jak: skaner, kamera cyfrowa, monitor, drukarka kolorowa, maszyna drukująca, posiada pewien własny, ściśle określony, zakres reprodukowalności barw. Zakres ten zawiera się w większym obszarze barw, tzw. przestrzeni barw widzialnych. Dla przykładu: wybrana barwa na monitorze wydaje się jaśniejsza i bardziej nasycona niż na wydruku. Dzieje się tak dlatego, że wybrana barwa mieści się w przestrzeni barw monitora ale leży poza przestrzenią barw drukarki. W rzeczywistości zakresy wszystkich urządzeń są mniejsze od przestrzeni barw widzialnych. Oddzielnym problemem jest fakt, że wszystkie urządzenia muszą się ze sobą komunikować. Wcześniej, przed rozwojem technologii DTP wykorzystywano zamknięte systemy reprodukcyjne, zapewniające precyzję, dokładność reprodukcji barw lecz wymagały specjalistycznej, przeszkolonej, obsługi i były mniej elastyczne niż otwarte systemy komputerowe. Rozpowszechnienie systemów desktop publishing spowodowało znaczne obniżenie kosztów oraz zwiększenie produktywności. Barwa jest dzisiaj wykorzystywany znacznie częsciej. Narzędzia do obróbki barwy stały się powszechnie dostępne, lecz przyniosły ze sobą nową porcję problemów obniżających ich produktywność. Pomomo pozornej prostoty obsługi, w praktyce, wymagają one jednak pewnego doświadczenia i podstawowej wiedzy o barwie.

13 Teoria trój-pobudzenia
Oko zawiera dużą ilość biologicznych odbiorników do odbioru fal elektromagnetycznych z możliwością odbioru fal zawartych na niewielkim odcinku na osi długości fal od około 400 do 700 nanometra - mniej więcej, ponieważ jest to związane jeszcze z cechami charakterystycznymi danego człowieka. Pośród tych receptorów wyróżniają się trzy rodzaje receptorów R, G oraz B. . Punkt odbiorczy oka po otrzymaniu jakiejś konfiguracji fal świetlnych tworzy sygnał (wrażenie), który jest pobierany przez mózg i okazuje się, że taka sama konfiguracja fal świetlnych może być oceniona przez mózg człowieka raz tak raz inaczej, zależnie od innych okoliczności. Te okoliczności to przede wszystkim wrażenia wytworzone przez inne punkty odbiorcze oka, nie mówiąc o takich okolicznościach jak na przykład stany emocjonalne organizmu. Chodzi tutaj o to, że dwie barwy tak zwane przeciwne występujące jednocześnie obok siebie są oceniane jak gdyby "mocniejsze" niż w sytuacji gdy człowiek ocenia te barwy indywidualnie lub w towarzystwie innych barw. Te okoliczności nazywane są efektem kontrastu symultanicznego. Tą właściwość wykorzystują szczególnie malarze artyści. Mianowicie ustalono, że oko ludzkie posiada jeszcze inny typ receptora nie dostrojonego do konkretnej częstotliwości promieniowania elektromagnetycznego. Jego rola to odbiór szerokopasmowy, całkowanie całej energii docierających fal elektromagnetycznych do punktu odbiorczego oka. Stąd też wynika, że te receptory muszą być bardzo czułe. Widzenie w "ciemności" zawdzięczamy tym właśnie receptorom, ale wrażenia pochodzące od nich są tylko czarno białe. Po wyżej pewnego progu szybkość ich reakcji gwałtownie maleje. Taki poziom to jak gdyby miejsce przesterowania. Jest to typowe zjawisko na przykład gdy zgaśnie jasne oświetlenie i znajdziemy się nagle w ciemności lub odwrotnie. Te receptory można przyrównać do układu wytwarzającego składową stałą z dużą deemfazą (szybkość reakcji maleje wraz ze wzrostem wielkości bodźca), mającą wpływ na działanie punktu odbiorczego oka. Te receptory raczej oddziałują lokalnie dla jakiegoś swojego otoczenia na powierzchni zawierającej receptory w oku, dla otoczenia punktu odbiorczego jako miejsca w oku. Uzasadnieniem tego faktu może być test okularów "z plamą" i zmiany nagłe oświetlenia. Po zdjęciu okularów "plama" będzie nadal widoczna. Do póki nasze oko nie przywyknie do nowych warunków po nagłej zmianie oświetlenia to przez chwilę nasz wzrok nie działa poprawnie. Za pomocą 3 czystych barw widmowych nie da się uzyskać wszystkich dostępnych odcieni, trzeba stosować wagi ujemne lub wprowadzić inne barwy podstawowe.

14 Model CIE XYZ X=k P() x() d  Y=k P() y() d 
Z=k  P() z() d  System współrzędnych barwnych XY Z, w którym światło o dowolnej barwie daje się przedstawić za pomocą trzech nieujemnych strumieni X, Y , Z Składowa trójchromatyczna widmowa y dokładnie zgadza się z funkcją czułości oka na światło o stałej luminacji X, Z - chrominancja, Y- luminancja X = 0, 490R + 0, 310G + 0, 200B, Y = 0, 177R + 0, 812G + 0, 011B, Z = 0, 000R + 0, 010G + 0, 990B

15 Model CIE xy Wykres chromatyczności Rzut powierzchni X+Y+Z=1
na płaszczyznę XY W 1931 roku międzynarodowa komisja o nazwie CIE (Commission Internatonale del’ ´Eclairage) zdefiniowała system współrzędnych barwnych XY Z, w którym światło o dowolnej barwie daje się przedstawić za pomocą trzech nieujemnych strumieni X, Y , Z.W tym systemie funkcję barw podstawowych spełniaja trzy fikcyjne barwy X, Y, Z, położone poza zakresem barw widmowych. Znając rozkład danego światła względem barw widmowych (czerwonej, zielonej i niebieskiej), można wyznaczyć wielkości strumieni X,Y oraz Z:X = 0, 490R + 0, 310G + 0, 200B,Y = 0, 177R + 0, 812G + 0, 011B,Z = 0, 000R + 0, 010G + 0, 990B,(1.1)Składowa Y reprezentuje luminancję strumienia światła, natomiast składowe X i Z określają jego barwę. Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa określiła wartości składowych X, Y , Z dla świateł monochromatycznych o określonej mocy i o różnych dłyugościach fali. Po podzieleniu wartości X, Y , Z przez czynnik normalizujący (X + Y + Z) uzyskuje się wartości współrzędnych trujchromatycznych, które nie zależą od strumienia energiiświetlnej.x = X/(X + Y + Z),y = Y /(X + Y + Z),z = Z/(X + Y + Z).(1.2)Stąd oczywiściex + y + z = 1,(1.3)a więcz = 1 - (x + y),(1.4)przy czymx, y, z0.(1.5)Współrzędne xy służą do jednoznacznego określania barw..Położenie barw na krzywej opisane jest wartościami długości fali w nm.Wszystkie barwy widzialne dają się przedstawić ze współczynnikami x, y0, nato-miast wartości R, G i B dla barw rzeczywistych, nawet widmowych, przyjmują równieżwartości ujemne. Ponieważ na ekranie monitora można dokonać syntezy tylko barw okre-ślonyc przez nieujemne strumienie R, G i B, więc tylko takie barwy są reprezentowanew systemach cyfrowych. Przez odpowiedni wybór barw podstawowych R, G i B, możnawpływać na obszar barw odtarzanych.

16 Model CIE xy Punkty na łuku oznaczają czyste odcienie widmowe,
punkty wewnętrzne mają mniejsze nasycenie barwy.

17 Model CIE xy Punkt bieli C( x=0.333, y=0.333) - barwa biała
Wyznaczanie barwy wyznaczanie barwy dominującej uzupełniającej sumowanie barw Punkt bieli C( x=0.333, y=0.333) - barwa biała

18 Gamy barw Urządzenia wyświetlające lub drukujące są w stanie pokryć tylko część dostępnej przestrzeni barw, dodatkowo ich gamy (palety) zwykle się nie pokrywają. Stwarza to duże trudności w dopasowaniu rezultatów ich działania.

19 Model CIE Lab Model ten oferuje bardziej liniowe odwzorowanie
w przestrzeni barw w stosunku do modelu CIE xy. L – reprezentuje jaskrawość (luminosity) a – stosunek czerwień/zieleń Page 7 odwrotne, konwer-tujące barwę z modelu YIQ do RGB:RGB= ·QIQ.1.5. Model HSVW przeciwieństwie do modeli barw opartych na mieszaniu kolorów podstawowych, wmodelu HSV zasosowano opis barwy posiadający bardziej intuicyjną formę. Aby określićbarwę, należy w pierwszej kolejności zdefiniować barwę spektralną, a następnie podaćilość czerni i bieli, która musi zostać dodana do barwy spektralnej, aby otrzymać koń-cową barwę. Parametry barwy w modelu HSV oznaczają Hue (spektrum), Saturation(nasycenie) oraz V alue (wartość).Reprezentacja trójwymiarowa modelu HSV może być przedstawiona za pomocą ostro-stosłupa foremnego o podstawie sześciokąta. Wierzchołki podstawy symbolizują barwyspektralne. środek podstawy oznacza barwę białą. Poruszając się zatem po podstawie, odkrawędzi do środka sześciokąta otrzymuje się tonalne przejście od czystej barwy spektral-nej do bieli. wysokość ostrosłupa określa ilość czerni dodanej do barwy, tak aby otrzymaćostateczną barwę wynikową. Page 9 1.; 1.6. Model HLSKolejny model oparty na intuicyjnej definicji barwy opracownany został w firmie Tek-tronix. Trójwymiarową interpretację tego modelu przedstawić można za pomocą dwóchstożków złączonych podstawami. Trzy parametry oznaczają odpowiednio H (Hue - spek-trum), L (Lightness - jasność) oraz S (Saturation - nasycenie). Parametr H oznacza tosamo, co w modelu HSV , to znaczy wartość koloru spektralnego. Parametr lS oznaczawzgłędne nasycenie barwy. Ostatnim parametrem jest L – jasność jasność barwy. Wierz-chołki stożków odpowiadają barwie czarnej oraz białej. rzestrzeń barwna CIELAB Przestrzeń ta została znormalizowana w 1976 r. przez CIE. CIELAB stanowi matematyczną transformację przestrzeni CIE. Transfomację tę wprowadzono jako wynik badań nad spostrzeganiem przez oko ludzkie różnicy między barwami: w przestrzeni CIELAB barwy znajdujące się w jednakowej odległości od siebie spostrzegane są jako jednakowo różniące się od siebie. Ponieważ oko ludzkie zależnie od koloru wykazuje różną czułość na różnice występujące w obrębie danego koloru, dlatego przestrzeń CIE należało zmodyfikować tak, aby można było dostosować ją do widzenia i oceny barwy przez człowieka. 1.7. Model L*a*bModel kolorów L*a*b oparty jest na modelu zaproponowanym przez CIE. Model tenzostał zdefiniowany w 1976 r. i nazwany CIE L*a*b.W swoich założeniach jest to model niezależny od sprzętu, co oznacza, że w modelu tymmożna okrelić barwę bez względu na rodzaj urzdzenia, dla którego barwa jest definowana(monitora, drukarki, komputera, skanera itp.).Model L*a*b określa luminancję (jasność obrazu) za pomocą parametru L - jasność,oraz dwa parametry określajace chromatyczność: a, które oznacza przejście od zieleni doczerwieni oraz b, które określa przejście od barwy niebieskiej do żółtej.Wartość parametru L mieści się w zakresie od 0 do 100. Parametr a (oś zielono-czerwona)oraz parametr b (oś niebiesko-żółta) przyjmują wartości z zakresu od +120 do 120.Modelu tego można używać podczas pracy z obrazami w formacie Photo CD, podczasmodyfikacji parametrów luminancji oraz barwy. b – stosunek błękit/żółć Model ten pozostaje nie zależny od urządzenia.

20 Model HLS Model HSV Model HSV W przeciwieństwie do modeli barw opartych na mieszaniu kolorów podstawowych, wmodelu HSV zasosowano opis barwy posiadający bardziej intuicyjną formę. Aby określić barwę, należy w pierwszej kolejności zdefiniować barwę spektralną, a następnie podać ilość czerni i bieli, która musi zostać dodana do barwy spektralnej, aby otrzymać końcową barwę. Parametry barwy w modelu HSV oznaczają Hue (spektrum), Saturation (nasycenie) oraz V alue (wartość).Reprezentacja trójwymiarowa modelu HSV może być przedstawiona za pomocą ostrostosłupa foremnego o podstawie sześciokąta. Wierzchołki podstawy symbolizują barwy spektralne. środek podstawy oznacza barwę białą. Poruszając się zatem po podstawie, odkrawędzi do środka sześciokąta otrzymuje się tonalne przejście od czystej barwy spektral-nej do bieli. wysokość ostrosłupa określa ilość czerni dodanej do barwy, tak aby otrzymać ostateczną barwę wynikową HSV - Model intuicyjny oparty o pojęcia: odcienia (hue) - barwy widmowej, nasycenia (saturation) - udziału bieli oraz wartości (value) - udziału czerni dodanej do barwy.

21 Model RGB Model barw addytywnych oparty o teorię trój-stymulacji,
stosowany w monitorach ekranowych CRT. Trzy barwy podstawowe: czerwona (Red), zielona (Green) i niebieska (Blue) dają w sumie barwę białą Pozostałe odcienie otrzymywane są poprzez dodawanie udziałów barw podstawowych (np. żółty = czerwony + zielony) Oko ludzkie odbiera kolor dzięki stymulacji trzech wizualnych pigmentów w stożkach siatkówki. Każdy z tych pigmentów reaguje na inną barwę. Pierwszy z nich odbiera falęo długości ok. 630 nm (barwa czerwona), drugi reaguje na barwę zieloną (fala długości530 nm), a trzeci odbiera falę o długości 450 nm. (barwa niebieska). Poprzez porównanie siły źródła światła, dla poszczególnych barw składowych, mózg ludzki interpretuje barwę światła. Takie podejście do problemu widzenia barw, stało się podstawą do konstrukcji urządzeń generujących barwne obrazy, takich jak odbiorniki telewizyjne oraz telewizory.Na tym podejściu bazuje również model barw RGB RGBModel ten można przedstawić w postaci sześcianu rozpostartego na osiach R, G iB. Środek układu współrzędnych odpowiada barwie czarnej, natomiast wektor [1,1,1]reprezentuje barwę białą. wektory [1,0,0], [0,1,0] oraz [0,0,1] reprezentują odpowiednio barwy podstawowe: czerwoną, zieloną oraz niebieską

22 Przestrzeń barw w modelu RGB
W modelu RGB gama barw reprezentowana jest poprzez sześcian jednostkowy w układzie współrzędnych. Barwa czarna – pkt. (0,0,0), Barwa biała - pkt. (1,1,1). Poziomy szarości -przekątna sześcianu (0,0,0) - (1,1,1).

23 Model CMYK Model barw subtraktywnych (pochłaniających), stosowany
w drukarkach, ploterach, poligrafii. Trzy barwy podstawowe: seledynowa (Cyan), purpurowa (Magenta) i żółta (Yellow) pochłaniają selektywnie światło białe. Pozostałe odcienie otrzymywane są poprzez odejmowanie udziałów barw podstawowych od światła białego Subtraktywna synteza kolorów – model CMYKo opisu kolorów uzyskanych z urządzeń pasywnych, takich jak drukarki czy plotte-ry, stosuje się model CM Y , oparty na kolorach: Cyan (morskim), Magenta(turkusowym)oraz Yellow (żółtym). W przeciwieństwie do monitorów, które produkują matrycę kolorów poprzez mieszanie światła na luminoforze kineskopu, urządzenia pasywne (nie posiadające aktywnego źródła światła) tworzą kolor poprzez pokrycie papieru (lub innej powierzchni)kolorowymi pigmentami. Kolory te odbierane są dzięki odbiciu światła (proces substraktywny).Kolor Cyan uzyskuje się poprzez połączenie zielonego oraz niebieskiego koloru. Zatem,jeśli białe światło oświetla powierzchnię w kolorze Cyanu, to odbite światło nie zawiera koloru czerwonego. Czerwona składowa białego światła zostaje zatem „wchłonięta” przez powierzchnię. Podobnie żółta barwa absorbuje niebieską składową, a turkusowa usuwa zieleń z białego światła W praktyce, w procesie druku na urządzeniach pasywnych, często stosuje się czteryskładowe: trzy barwy podstawowe uzupełnia się kolorem czarnym. Dzieje się tak dlatego,że złożenie trzech podstawowych barw CM Y często nie daje koloru czarnego, tylko ciemnybrąz lub ciemnoszary. Spowodowane jest to empirycznym prawem mieszania substraktyw-nego, które mówi:barwa wypadkowa mieszanin ma nasycenie zmniejszone w stosunku do składowychi tendencję do koloru obojętnego.Dodanie czarnego koloru podnosci kontrast obrazu. Model CM Y + czarny oznaczasię CM Y K (K stanowi ostatnią literę słowa black, bo B zostało już zarezerwowane dlakoloru niebieskiego), i paradoksalnie te cztery kolory noszą nazwę triady drukarskiej.Wprowadzenie dodatkowego koloru spowodowane jest również technologią druku. Przydruku „na mokro” (druk kolejną farbą przed wyschnięciem poprzedniej) dodanie nowejbarwy zmniejsza nasycenie pozostałych barw, co wpływa na mniejsze przebijanie farbyna drugą stronę papieru.Konwersję z modelu RGB do CM Y można zapisać równaniem macierzowym:CMY=111-RGB,(1.6)gdzie kolor biały reprezentowany jest w modelu RGB jako kolumnowy wektor. Analogicz-nie konwerję z modelu CM Y do RGB można opisać równaniem:RGB=111-CMY,(1.7) zielony = światło białe – żółty – seledyn Barwnik czarny (blacK) poprawia efekt czerni.

24 Modele telewizyjne YUV i YIQ
Oparte na modelu CIE XYZ. Parametr Y pełni taką samą funkcję, jak w modelu XYZ, tj. niesie informację o luminancji (jasności), informacja chromatywna (Widmo Hue oraz nasycenie Purity) zawiera się odpowiednio w parametrach (IQ) i (UV). .. Model YIQW monitorach komputerowych, do wygenerowania koloru potrzebna jest znajomośćtrzech podstawowych składowych barwy w modelu RGB. W telewizyjnych monitorach stosuje się natomiast pojedynczego sygnału chrominancji oraz luminancji. Organizacja onazwie National Television System Committee (NTSC), opracowała model barw o nazwieYIQ, oparty na modelu CIE XYZ.W modelu tym, parametr Y pełni taką samą funkcję, jak w modelu XYZ. Niesie oninformację o luminancji (jasności), natomiast inforamcja chromatywna (Widmo Hue oraz nasycenie Purity) zawiera się w parametrach Y oraz Q. Sygnał RGB może zostać skon-wertowany do modelu YIQ, z zastosowaniem koderów NTSC. Konwersja ta realizowanajest zgodnie z następującą zależnością:YIQ= ·RGB Obliczając macierz odwrotną można łatwo przedstawić przekstałcenie odwrotne, konwer-tujące barwę z modelu YIQ do RGB:RGB= ·QIQ.1.5. Barwnik czarny (blacK) poprawia efekt czerni.

25 Reprezentacja półtonów
Aby umożliwić wyświetlanie i drukowanie na urządzeniach o małej palecie barw lub stopni szarości stosuje się metodę rozpraszania (tzw. dithering) Efekt tonalny uzyskuje się poprzez umieszczanie blisko siebie punktów o barwach uzupełniających się do pożądanego odcienia

26 Reprezentacja półtonów
zielone czerwone 4 kwadraty 256 kwadratów 256 kwadratów żółte?

27 Wady odwzorowania Aliasing – kontrastowe linie ukośne podkreślają granulację rastra, eliminuje się przez wprowa-dzenie pośrednich odcieni barw pikseli wzdłuż krawędzi (tzw. Antyaliasing) Gamma – zależność między napięciem działa elektronowego a jasnością obrazu jest nie liniowa, odpowiednią korektę należy wykonać programowo, inaczej obrazy będą prześwietlone lub odwrotnie (niektóre formaty nie zawierają informacji o tzw. korekcji Gamma)

28 Antialiasing Aliasing– ostre kontury Antialiasing– rozmyte kontury

29 Gamma Sygnał wejściowy na monitor L  V
Sygnał wyjściowy z monitora L  V2.5 Sygnał wejściowy L  V Sygnał skorygowany L’  L1/2.5 Sygnał wyjściowy z monitora L  L’2.5  V

30 Gamma Test Dla komputerów PC/Sun korekcja gamma powinna wynosić 2.5
Dla komputerów Macintosh korekcja gamma powinna wynosić 1.8 Dla komputerów SGI korekcja gamma powinna wynosić 1.5 Kompromisowa wartość dla grafik WWW to około 2. Nowe formaty np. PNG mogą zawierać informację o niezbędnej korekcji (ale przeglądarki muszą umieć to wykorzystać) Który z pasków ma równomierną jasność? Test

31 Gamma R:G:B = 8:2:2 R:G:B = 32:1:1
Gamma Correction = Gamma Correction = 2.5 Źródło Wynik Źródło Wynik R 80% R 57% R 80% R 80% G 20% G ~0% G 20% G 20% B 20% B ~0% B 20% B 20%

32 Grafika a komputery Mechanizm wyświetlania grafiki w komputerze PC
Podział na grafikę rastrową i wektorową Formaty zapisu grafiki rastrowej Formaty zapisu grafiki wektorowej Reprezentacje barw i półtonów w urządzeniach komputerowych

33 Mechanizm wyświetlania obrazu w komputerach PC
Monitor to wielkie pudło stojące obok komputera w które najprawdopodobniej wpatrujesz się przez cały dzień Pierwsze monitory - połowa lat 60-tych do 80-tych tzw monitory wektorowe Światło emitowane przez luminofor zanika wykładniczo w funkcji czasu. Obraz musi być odświeżany z częstotliwością min 60Hz, poniżej pojawia się migotanie ponieważ oko przestaje całkować impulsy przychodzące od piksela Monitor kolorowy: Plamki luminoforu są tak małe i tak gęsto upakowane że światło przez nie emitowane jest odbierane jako mieszanina barw. Plamki są tak rozmieszczone że tworzą trójkątne wzory - triady, analogiczne rozmieszczone są wyrzutnie elektronowe. Strumienie z poszczególnych wyrzutni są odchylane razem, tak by skupiały się w tym samym punkcie ekranu. Maska ma jeden mały otwór dla każdej triady. Otwory są dokładnie rozmieszczone względem triad i wyrzutni elektronowych, tak aby każda plamka w triadzie było eksponowana na elektrony z dokładnie jednej wyrzutni Monitory monochromatyczne schemat lampy CRT Monitory kolorowe maska (delta-delta) - trzy wyrzutnie i plamki luminoforu są uporządkowane w trójkątny wzór (D)

34 Mechanizm wyświetlania obrazu – c.d.
Wyświetlacz ciekłokrystaliczny LCD 19-calowy monitor LCD Acer L1931 (1280x1024) LCD wyświetlacz ciekłokrystaliczny wykonany jest z 6-ciu warstw. Przednią warstwę tworzy płyta polaryzatora pionowego. Następnie siatka cienkich przewodów osadzonych elektrolitycznie na powierzchni sąsiadującej z kryształami. Dalej cienka warstwa (0,0005 cala) ciekłego kryształu, warstwa z pionowymi przewodami siatki, polaryzator pionowy i reflektor. Materiał ciekłokrystaliczny składa się z długich cząsteczek krystalicznych uporządkowanych spiralnie, tak, że kierunek polaryzacji przechodzącego spolaryzowanego światłą jest skręcany o 90o . Gdy kryształy znajdują się w polu elektrycznym następuje ich uporządkowanie i nie zachodzi skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła. Światło pozostaje spolaryzowane pionowo i nie przechodzi przez tylny polaryzator: Światło jest absorbowane i na ekranie obserwator widzi ciemną plamkę. Plamkę w punkcie (x,y) uzyskujemy podając napięcie +V na przewód y siatki pionowej i -V na przewód x siatki poziomej. Ekrany z aktywną matrycą mają tranzystor w każdym punkcie siatki. Tranzystor jest używany do sterowania zmianą stanu kryształu, służy również do pamiętania i podtrzymywania stanu komórki

35 Karta graficzna składa się z: karty różnią się:
odpowiada w komputerze za obraz wyświetlany przez monitor składa się z: płytki drukowanej, procesora - wspomaganie funkcji graficznych, pamięci wideo - własna pamięć RAM przechowująca informacje o obrazie, układu RAMDAC - pobiera dane o obrazie wygenerowanym przez procesor karty graficznej, zamienia je na sygnały analogowe i wysyła do monitora (często jest zintegrowany z procesorem w jednej obudowie) karty różnią się: szybkością pracy, wielkością pamięci, wyświetlaną rozdzielczością obrazu, liczbą dostępnych kolorów oraz częstotliwością odświeżania obrazu. Karta graficzna to element komputera tworzący sygnał dla monitora. Podstawowym zadaniem karty graficznej jest przechowywanie informacji o tym jak powinien wyglądać ekran monitora i odpowiednim sterowaniu monitorem. Pierwsze karty graficzne potrafiły jedynie wyświetlać w odpowiednim kolorze poszczególne punkty (piksele). Nowoczesne procesory graficzne udostępniają wiele funkcji ułatwiających i przyśpieszających pracę ogramów. Możliwe jest narysowanie odcinka, trójkąta, wieloboku, wypełnienie ich zadanym kolorem lub wzorem. Większość kart na rynku posiada również wbudowane funkcje ułatwiające tworzenie obrazu przesętrzeni trójwymiarowej. Niektóre posiadają zaawansowane algorytmy (na przykład potrafią wybrać tylko widoczne na ekranie elementy z przestrzeni). Procesor Procesor na karcie graficznej wspomaga setki różnych funkcji, z trójwymiarowymi włącznie. Układy takie pomagają procesorowi komputera rysować linie, trójkąty, prostokąty, potrafią wygenerować obraz trójwymiarowy, pokryć go odpowiednią tzw. teksturą (powierzchnią), stworzyć efekt mgły itd. Procesor karty graficznej komunikuje się z pamięcią wysyłając i pobierając z niej informacje o obrazie w tzw. paczkach, przy czym wielkość tych paczek zależy od procesora karty. Procesory 64-bitowe wysyłają paczki 64-bitowe (8-bajtowe), za 128-bitowe paczki 16 bajtowe.To czy procesor jest 64-bitowy czy 128-bitowy, praktycznie nie powoduje dwukrotnej różnicy prędkości na korzyść układów 128-bitowych. Przewaga zaczyna być widoczna przy pracy w wyższych rozdzielczościach. Pamięć wideo Każda karta graficzna ma własną pamięć RAM, w której przechowuje potrzebne informacje o obrazie. Obecnie wielkość tej pamięci to średnio 8 MB (jeszcze do niedawna przeciętna pamięć wynosiła 512 Kb), a coraz częściej 16 lub 32 Mb. W pamięci tej przechowywane są dane o każdym punkcie obrazu, a także tekstury (w postaci map bitowych) oraz dane o głębi (z pamięci jest w tym celu wydzielany tzw. bufor Z). Układ ramdacUkład RAMDAC pobiera dane o obrazie wygenerowanym przez procesor karty graficznej. Dane te są w postaci zbioru różnokolorowych punktów. Następnie RAMDAC zamienia je na sygnały analogowe i wysyła do monitora. Im szybszy RAMDAC, tym więcej potrafi wysłać informacji w ciągu sekundy co ma bezpośredni wpływ na częstotliwość odświeżania (jest to liczba pojedynczych obrazów, jakie wyświetla monitor w ciągu sekundy. Częstotliwość 60Hz oznacza, że w ciągu sekundy na ekranie monitora rysowanych jest 60 pełnych obrazów. Oko ludzkie przestaje odróżniać "skoki" między obrazami już przy szybkości ok. 25 obrazów na sekundę, więc częstotliwość 60 Hz wydawałaby się aż za duża. Jak się okazuje w praktyce, przy 60Hz prawie nie widać migotania obrazu, ale nasze oczy się męczą. Dlatego do pracy przy komputerze powinnimy ustawiać częstotliwość co najmniej 75Hz, zaś im więcej tym lepiej. Warto przy tym wiedzieć, że ustawienie częstotliwości większej niż 85Hz nie ma już wpływu na nasz wzrok AGP - gniazdo rozszerzeń zaprojektowane przez firmę Intel przeznaczone specjalnie do szybkiego przesyłania danych pomiędzy kartą graficzną a procesorem Dominujący sposób realizacji interfejsu użytkownika we współczesnych systemach operacyjnych Komputer buduje w pamięci mapę reprezentującą wszystkie punkty obrazu (piksele), które mają być wyświetlone na ekranie

36 Karty graficzne: Palety barw: VGA 640 480, monitory 14"
SVGA monitor 15" XGA monitor 17" SXGA monitor 19" SXGA notebooki UXGA monitor 21" SUXGA monitor 21" WMV HD monitor 21" Palety barw: 1 bit - monochromatyczne 4 bity - 16 kolorów 8 bitów kolorów z palety milionów, pseudokolor 16 bitów - kolor pełny, 65 tysięcy barw (high color) 24 bity - kolor wierny, 16.7 milionów barw (true color) 32 bity - w profesjonalnych zastosowaniach graficznych, mln bw + przezroczystość Organizacja tabeli barw. Piksel o wartości 67 (dwójkowo ) jest wyświetlany z następującymi nastawami 9/15 max. jasności dla strumienia R, 10/15 dla G i 1/15 dla B AGP - gniazdo rozszerzeń zaprojektowane przez firmę Intel przeznaczone specjalnie do szybkiego przesyłania danych pomiędzy kartą graficzną a procesorem Dominujący sposób realizacji interfejsu użytkownika we współczesnych systemach operacyjnych Komputer buduje w pamięci mapę reprezentującą wszystkie punkty obrazu (piksele), które mają być wyświetlone na ekranie

37 Obecnie dostępne karty graficzne (przykład):
Pamięć 128 MB DDR Szerokość szyny pamięci 128 bitów Zegar (rdzeń/pamięć) 500 MHz / 600 MHz (DDR) Złącza AGP 8x, 1x VGA, 1x DVI, 1x we/wy TV Composite i S-VHS Pamięć 256 MB DDR Szerokość szyny pamięci 256 bitów Zegary(układ/pamięć) 475 MHz / 950 MHz (DDR) Złącza AGP 8x, 1x VGA, 1x DVI, 1x we/wy TV (Composite i S-VHS) sposób realizacji interfejsu użytkownika we współczesnych systemach operacyjnych Komputer buduje w pamięci mapę reprezentującą wszystkie punkty obrazu (piksele), które mają być Fotorealizm wymaga około 4000x4000 punktów i 16.7 mln Koprocesory graficzne, sterowniki graficzne - często wbudowane w płytę. Od 1998 do 2002 skrócono czas przygotowania klatki filmu z 20 minut do 1/60 sekundy (w czasie rzeczywistym), teraz jeszcze szybciej! Przyspieszanie sprzętowe operacji graficznych, 2D i 3D, szczególnie w CAD i grach. Sterowniki MS DirectX 8 (2002) lub 9 (2003) dla Windows (grafika, wideo i dźwięk): współpraca z kartą graficzną i dźwiękową. Standard Direct3D (wykorzystywany tylko w programach od 1998 roku). Ważne: częstości odświeżania ekranu. Wysoka częstość pozwala uniknąć migotania, zwłaszcza przy jarzeniowym oświetleniu ", VGA lub SVGA, przynajmiej Hz. 17" lub więcej, XGA, SXGA lub lepsza, przynajmiej Hz. Złącza: karty AGP (Advanced Graphics Processor) 1 do 8x, starsze karty podłączane są do magistrali PCI

38 Najważniejsze parametry monitorów
Rozmiary ekranu (przekątna w calach)- diagonala efektywna. Wielkość pikseli ekranu: od mm. Pionowa częstotliwość odchylania: obrazów/sek. Pozioma częstotliwość odchylania: liczba linii kreślonych przez strumień elektronów w ciągu sekundy, 15-64kHz. Przeplot (interlacing): pozornie wyświetla się dwa razy więcej obrazów pomimo niskiej poziomej częstości odchylania,. Wygląda źle! Tryby graficzne (kombinacje powyższych). Normy dotyczące emisji: Szwedzkie normy MPR II. Normy dotyczące energooszczędności. Rozmiary ekranu (przekątna w calach): małe 14' -15', często 17' (zalecane). Duże monitory do prac graficznych 19' - 21' i więcej, drogie. Aspekt zwykle 4:3, nieliczne 16:9 (HDTV). Do przetwarzania tekstów najlepsze są monitory formatu A4. Wielkość pikseli ekranu wynosi mm. Im mniejsze tym ostrzejszy obraz na ekranie, podobnie jak w gazetach drukujących zdjęcia techniką rastrową. Pionowa częstotliwość odchylania: pionowa, czyli częstotliwość powtarzania obrazu, obrazów/sek. W kinie 24 obrazy/s, TV obrazów/s, dobre monitory komputerowe > 75 obrazów/s. Konieczne trzeba ustawić kartę graficzną przynajmniej na 75 Hz, zwłaszcza jeśli w pokoju jest światło jarzeniowe. Złe ustawienie częstości obrazu jest przyczyną bólu głowy i zmęczenia oczu! Pozioma częstotliwość odchylania: liczba linii kreślonych przez strumień elektronów w ciągu sekundy, 15-64kHz. Np. przy 70 obrazach/sekundę i 480 linii częstość 70x480=33600 Hz, ok. 35 kHz. Przeplot (interlacing): pozornie wyświetla się dwa razy więcej obrazów pomimo niskiej poziomej częstości odchylania, np. przy rozdzielczości 800x600 punktów używa się częstości rzędu 30 kHz, wystarczającej do wyświetlenia zaledwie 30 obrazów w ciągu sekundy, ale wyświetlając na zmianę linie parzyste i nieparzyste osiąga się 60 obrazów. Wygląda źle! Mody graficzne: od CGA do S-XGA lub lepszych - monitory Multisync dostrajają się automatycznie do sygnałów z karty graficznej. Normy dotyczące emisji: surowe normy określające dopuszczalny poziom emisji różnego rodzaju promieniowania elektromagnetycznego. Szwedzkie normy MPR II uznawane są obecnie w całej Europie. Normy TCO-95 uwzględniają oprócz emisji zużycie energii i ekologiczne koszty budowy monitora. Promieniowanie: nie ma żadnych dowodów, by komuś zaszkodziło. Strach szkodzi na pewno! Ciepło to promieniowanie podczerwone, o wyższej energii niż emitują monitory czy telefony komórkowe! Światło widzialne ma jeszcze wyższa energię! Normy dotyczące oszczędzania energii: EPA (Energy Star), <30W w trybie oszczędnościowym; DDC B2 (Display Data Channel) - dwukierunkowa komunikacja komputer-monitor. Typ: TTL, VGA-mono, VGA-kolor, Multisync Monitory TTL (Transistor to Transistor Logic) przyjmują sygnały cyfrowe. Monitory RGB (Red, Green, Blue), analogowe, z rozdzielonymi sygnałami koloru. Multisync - monitory, mogące dopasowywać się automatycznie do różnych kart, zmieniając czestości wyświetlania obrazów. Podłączenie: wyjście analogowe VGA-kolor, USB lub cyfrowe DFPI (jeszcze rzadkie). Obecnie większość monitorów przyjmuje sygnał analogowy.

39 wyświetlacze FED (Field Emission Displays) - Kolorowy wyświetlacz tzw
wyświetlacze FED (Field Emission Displays) - Kolorowy wyświetlacz tzw. ThinCRT 13,2" (SVGA, 800x600) Trzy wymiary - specjalne okulary lub HMD, Head Mounted Display, czyli hełmy. Okulary projekcyjne nowości Panele FED (Field Emission Display), zwane też ThinCRT, całkiem płaskie. LCOS, Liquid Crystal on Silicon, technologia Intela, już nadchodzi w dużych monitorach i TV z rozdzielczościami 1920x1080 (od 2004 roku).(opis patrz nizej) Ekrany na świecących polimerach, jak folia, można je wyginać, niewielki pobór mocy, na razie monochromatyczne i małe, ale za parę lat dowolnej wielkości. Laserowe urządzenia wyświetlające - Mercedes i inne firmy Elektroniczny atrament (e-ink), polimer cienki jak papier. Okulary projekcyjne - rzucają obraz prosto na siatkówkę. Potencjalnie bardzo wysoka rozdzielczość obrazu, technologia początkowo dla opracowana dla wojska Monitor z plastiku Najbardziej obiecującym rozwiązaniem są świecące tworzywa sztuczne, czyli LEP (Light Emitting Polymers) lub OLED (Organic LED - organiczne diody świecące). Przewodzące polimery znane są od ponad 100 lat, jednak dopiero niedawno udało się stworzyć związki organiczne w miarę efektywnie przetwarzające energię elektryczną na światło. Organiczne półprzewodniki okazują się za to bardzo tanie i proste w produkcji. Ekrany LEP nie wymagają podświetlenia, dzięki czemu mogą być cieńsze i lżejsze oraz bardziej energooszczędne niż LCD. Są również bardziej wytrzymałe mechanicznie, a kąt obserwacji wynosi 180 stopni. Ciekawa jest metoda produkcji ekranu LEP - półprzewodnik nanosi się na podłoże (np. macierz przełączających tranzystorów TFT) za pomocą odpowiedniej... drukarki atramentowej. Wyświetlacz LEP może mieć postać elastycznego arkusza - co powiecie na... zwijany monitor? Na tego rodzaju atrakcje przyjdzie jednak trochę poczekać. Na razie twórca LEP, firma Cambridge Display Technologies, przedstawiła do spółki z Seiko-Epson 2,5-calowy kolorowy wyświetlacz o rozdzielczości 200x150 pikseli. Płaskie monitory LEP mogą się pojawić już w 2004 roku. wyświetlacze FED Okazuje się, że próżniowa lampa obrazowa nie jest skazana na odejście do lamusa. Nowym wcieleniem kineskopu są tzw. wyświetlacze FED (Field Emission Displays), przez niektórych ekspertów uważane za najpoważniejszego konkurenta ciekłych kryształów. Do wyświetlaczy FED należy opracowany przez amerykańską firmę Candescent tzw. ThinCRT - cienki kineskop. Od zwykłego kineskopu ThinCRT różni się dość znacznie - jest pozbawiony wystającej szyjki i zawartego w niej działa elektronowego, nie ma też energochłonnego układu odchylania ani maski. Zamiast jednej grubościennej bańki, ThinCRT zawiera tysiące mikroskopijnych próżniowych bąbelków - po jednym dla każdego piksela. Elektrony emitowane są na zimno przez maleńkie molibdenowe "nanostożki" (tzw. katody Spindta) i uderzają o przejrzystą przednią ściankę pokrytą kolorowymi luminoforami. Barwne składowe obrazu wyświetlane są sekwencyjnie - najpierw obraz zielony, potem czerwony, a na końcu niebieski. Adresowanie pikseli przeprowadzane jest macierzowo. Całość ma grubość zaledwie 3,5 mm! Mające postać stożków katody o wielkości ok. 200 nm wytwarzane są fotolitograficznie. Ponieważ każdy piksel obsługiwany jest przez pewną liczbę stożków, wyświetlacz ma znaczną tolerancję na błędy produkcji - brak nawet 20 procent stożków nie wpływa na jakość obrazu. ThinCRT ma zalety zwykłego kineskopu - jakość kolorów, szeroki kąt widzenia - a przy tym jest niewielki i energooszczędny. Powinien być również tani. Candescent twierdzi, że do jego wytwarzania można wykorzystać 80 procent oprzyrządowania używanego przy produkcji zwykłych kineskopów, wyświetlaczy LCD i półprzewodników. Prototyp 13-calowego wyświetlacza SVGA (800x600) zaprezentowano już dwa lata temu, teraz przygotowywana jest masowa produkcja elektronicznych układów sterujących. * * * Monitor z plastiku, świecące polimery LEP (Light Emitting Polymers) lub OLED (Organic LED - 2,5-calowy kolorowy wyświetlacz o rozdzielczości 200x150 pikseli

40 Graficzny tryb pracy komputera
Dominujący sposób realizacji interfejsu użytkownika we współczesnych systemach operacyjnych Komputer buduje w pamięci mapę reprezentującą wszystkie punkty obrazu (piksele), które mają być wyświetlone na ekranie

41 Tryb graficzny Rozmiar pamięci potrzebnej do opisania wyglądu ekranu jest zależny od: rozdzielczości obrazu – determinuje ona ilość pikseli tworzących obraz, palety barw – determinuje ona ilość informacji potrzebnej do opisania wyglądu pojedynczego piksela, opcjonalnego buforowania obrazu – możliwe jest budowanie następnego kadru w czasie wyświetlania poprzedniego, komponowanie kilku obrazów np. wzajemnie przesłaniających się (bufor Z).

42 Rodzaje grafiki komputerowej
Grafika rastrowa (bitmapowa) obraz jest reprezentowany poprzez zbiór punktów (pikseli) o indywidualnie określonych parametrach barwnych Grafika wektorowa Poszczególne elementy obrazu są reprezento-wane za pomocą wyrażeń matematycznych, opisujących położenie punktów te elementy tworzących Grafika proceduralna opis obrazu jest rezultatem wykonania listy czynności

43 Cechy grafiki rastrowej
Umożliwia zachowanie dużego realizmu kolorystycznego poprzez indywidualne określanie barwy każdego elementu obrazu Nie pozwala na dokonywanie transformacji geometrycznych na elementach składowych (a nie fragmentach) obrazu Wielkość plików szybko rośnie wraz z rozdzielczością (ilością pikseli) obrazu

44 Cechy grafiki wektorowej
Doskonale nadaje się do reprezentacji obrazów zawierających elementy strukturalne Umożliwia dokonywanie płynnych transformacji elementów obrazu jak i jego całości bez utraty jakości prezentacji Wielkość plików słabo zależy od rozdzielczości obrazu, jest tylko funkcją ilości i złożoności opisu jego elementów składowych

45 Skalowanie grafiki – rastrowej – wektorowej

46 Przykładowe zastosowania grafiki rastrowej
Grafika fotorealistyczna Cyfrowa obróbka obrazu Fotografia cyfrowa Cyfrowe wideo i telewizja World Wide Web

47 Przykładowe zastosowania grafiki wektorowej
Rysunek techniczny Komputerowe wspomaganie projektowania (Computer Aided Design – CAD) Systemy informacji geodezyjnej (Geographical Information System – GIS) Animacje Macromedia Flash (WWW) Nowe standardy WWW: Scalable Vector Graphics – SVG

48 Formaty plików grafiki rastrowej
BMP, DIB – Device Independent Bitmap –mapa bitowa o różnej palecie barw: 1 (mono),4, 8 (256 odcieni), 24 (full color) bity na piksel RLE – mapa bitowa skompresowana metodą Run Length Encoding (powtarzające się w wierszu piksele są zastępowane liczbą wyrażającą ich ilość) TIFF – Tagged Image File Format – standardowy format stosowany w poligrafii, bardzo wiele odmian pod względem palety kolorów (1,4,8,24 bit/piksel) i metod kompresji (Huffmana, LZW, Fax Group 3, Fax Group 4)

49 Formaty plików grafiki rastrowej
GIF – Graphics Image Format – zapis z przeplotem linii (umożliwia wstępne uproszczone wyświetlanie), paleta barw ograniczona do 256 pozycji (tzw. barwa indekso-wana), kompresja bezstratna LZW (Lempel-Ziv-Welch) jak w plikach ZIP (w oparciu o słownik wzorców), może zawierać więcej niż jeden obraz (np. Animated GIF) JPG, JIF – JPEG File Interchange File Format opraco-wany przez Joint Photographics Expert Group, pełna paleta barw RGB, zwykle stosuje się stratną (tj. nie odwracalną) ale bardzo wydajną kompresję DCT (dyskretna transformata kosinusowa dla każdej z barw podstawowych), zbyt wyskoki poziom powoduje utratę jakości obrazu

50 Formaty plików grafiki rastrowej
TGA – (Targa), dość szeroko stosowany format o palecie 8, 16, 24, 32 bit/piksel, może obsługiwać tzw. kanał Alfa (tj. zawierać informację o przezroczystości), opcjonalna kompresja algorytmem RLE PNG – Portable Network Graphics – unowocześniony format w stosunku do GIF, z ulepszonym mechanizmem kompresji, pełna paleta barw, kanał Alfa, brak ograniczeń licencyjnych – zastosowanie w sieci WWW PCX – format programu Paintbrush/Paint, kilka wersji o różnej palecie barw 1, 4, 8, 24 bit/piksel

51 Formaty plików grafiki wektorowej
WMF – Windows Meta File – uniwersalny format zapisu wektorowego stosowany w MS Windows CDR – format stosowany przez aplikacje firmy Autodesk: AutoCAD i in., standard przemysłowy EPS, PS – (Encapsulated) PostScript – właściwie język opisu (wyglądu) stron, opracowany przez firmę Adobe, stosowany w zapisie dla celów poligraficznych, obsługiwany sprzętowo przez wiele rodzajów drukarek i profesjonalnych systemów drukowania

52 Formaty plików grafiki wektorowej
HPGL – format sterowania ploterami HP, DXF – Drawing eXchange Format popularny format plikowy służący do wymiany danych wektorowych między różnymi programami WPG – format stosowany przez WordPerfect CGM – Computer Graphics Metafile – standard ISO opracowany dla dokumentów elektronicz-nych, posiada liczne zastosowania przemysłowe

53 Formaty plików grafiki wektorowej
SVG – Scalable Vector Graphics – standard opracowany na potrzeby WWW, oparty na języku XML, bogate możliwości animacji oraz interakcyjne, czytniki dostępne jako wtyczki (plug-in) do przeglądarek

54 Koniec