Grafika rastrowa i wektorowa, przetwarzanie obrazu

Prezentacja na temat: "Grafika rastrowa i wektorowa, przetwarzanie obrazu"— Zapis prezentacji:

1 Grafika rastrowa i wektorowa, przetwarzanie obrazu

2 Grafika komputerowa Dział informatyki zajmujący się przedstawianiem tego co rzeczywiste bądź wymyślone za pośrednictwem komputera. GRAFIKA WEKTOROWA 2D 3D RASTROWA

3 Piksel Najmniejszy punkt ekranu lub obrazu.
Słowo to powstało jako zlepek angielskich picture oraz element: pixel.

4 Grafika rastrowa W grafice rastrowej obrazy tworzone są z położonych blisko siebie punktów – pikseli o różnorodnym kolorze, które w efekcie stwarzają pozorny obraz ciągły. Tworzone w ten sposób obrazy i rysunki zwykło się nazywać mapami bitowymi (bitmapami).

5 Mapa bitowa (bit map) - sposób zapamiętania obrazu przy wykorzystaniu pikseli ułożonych w rzędy i kolumny. Każdy piksel a właściwie informacja o jego kolorze może zostać zapisana za pomocą określonej liczby bitów; wartość 1 oznacza czerń lub kolor, wartość 0 biel. W zależności od liczby kolorów jakie możemy wykorzystać w mapie bitowej, rozróżniamy mapy: 1-bitowe, 8-bitowe, 16-bitowe, 24-bitowe i 32-bitowe. Mapy 1-bitowe to mapy czarno-białe, natomiast w mapach 8-bitowych na jeden piksel przypada 256 kolorów, w 16-bitowych kolorów, w 24-bitowych kolorów itd.

6 Bitmapę charakteryzują następujące właściwości:
wysokość i szerokość bitmapy liczona jako liczba pikseli w pionie i w poziomie (rozdzielczość) liczba bitów na piksel opisująca liczbę możliwych do uzyskania kolorów (głębia kolorów) W miarę wzrostu powyższych właściwości, rośnie rozmiar bitmapy.

7 Bitmapy nie można skalować!
Dzieję się tak dlatego, że raster ma stałą liczbę pikseli(rozdzielczość), więc przy powiększeniu mapy bitowej występuje efekt powiększenia piksela - nie jest możliwe wielokrotne powiększenie bez utraty jakości gdyż w obrazie oryginalnym brak wystarczającej ilości detali, które pozwalałyby na zbliżenie tego rzędu.

8 Głębia koloru, a jego jakość
Tak, jak przedstawiono na powyższym rysunku, obrazy o mniejszej głębi koloru, zawierają mniej informacji (stają się mniej czytelne).

9 Rozmiar, a jakość/rozmiar
Im mniejszy rozmiar bitmapy, tym zajmuje on mniejszą ilość miejsca oraz przekazuje on mniejszą ilość informacji.

10 Objętość plików z obrazami rastrowymi zależy od liczby bitów przeznaczonych na każdy piksel, a to z kolei zależy od potencjalnej liczby kolorów. Oto różne zapisy cyfrowe tego samego obrazu:

11 Obraz rastrowy szary i jego zapis cyfrowy
Prostokątna siatka pikseli (punktów obrazu) jest zapisywana jako macierz - prostokątna tablica liczbowa. Liczby wyrażają jasność pikseli od 0 (czarny) do 255 (biały) Na każdy piksel przeznaczono 8 bitów czyli 1 bajt. Obraz szary Zapis obrazu cyfrowego

12 Obraz barwny (true color = 24-ro bitowy) to złożenie trzech obrazów.
Ma objętość ok. 3 razy większą niż szary.

13

14 Format pliku Kompresja Max. Liczba kolorów Animacja Zastosowanie Inne
BMP Brak lub prymitywna bezstratna 22,2 mln Brak Zapis plików graficznych do obróbki, standard Windows Obsługuje tylko RGB JPEG Stratna 16 mln Fotografia i obrazy wielobarwne, WWW, skanery Wybór stopnia kompresji JPEG 2000 Lepsza kompresja GIF Bezstratna, duża 256 Tak WWW Przezroczystość PNG Bezstratna, pliki do 30% mniejsze niż gif True color (ponad 16 mln) brak Grafika internetowa Efekt przezroczystości (cienie)

15 Format Kompresja Il. kolorów Zastosowanie TIFF Wybór: stratna lub nie True color Komputerowe przygotowanie do druku; grafika trójwymiarowa; obrazowanie medyczne; DJVU Stratna, zaawansowana Stworzony do przechowywania zeskanowanych dokumentów w formie elektronicznej PCX bezstratna Kolor 24-bitowy Rzadko stoswany; algorytm kompresji bardzo szybki, ale mało wydajny

16 BMP Standardowy format systemu Windows. Obraz zapisany w formacie .bmp jest mapą bitową, pozbawiona jakiejkolwiek kompresji. Obrazy mogą być zapisane w palecie 1-, 4-, 8-, lub 24-bitowej. Pojęcie to w przybliżeniu oznacza ilość pamięci wykorzystanej do zapisania różnych barw w palecie. Paleta kolorów określa nasycenie podstawowych kolorów RGB.

17 RGB Red –czerwony, Green – zielony, Blue – niebieski.
Model barw pozwalający na uzyskiwanie nowych kolorów w wyniku mieszania ze sobą trzech barw podstawowych o odpowiedniej intensywności. (Monitory pracują w modelu RGB. Poszczególne kolory uzyskuje się ze świecących punktów w kolorach czerwonym, zielonym i niebieskim. Monitory pracują na zasadzie mieszania tych kolorów. Połączenie wszystkich trzech kolorów o maksymalnej intensywności daje barwę białą.)

18 GIF Pliki tego typu są powszechnie używane na stronach WWW, gdyż pozwalają na tworzenie animacji dwustanową przezroczystością. Panuje powszechne przekonanie, iż format GIF obsługuje jedynie 256 kolorów na obraz, jednak odnosi się on do kolorów mogących występować w jednym bloku obrazu, a nie do całego obrazu. W przypadku pliku z rozszerzeniem .gif jest stosowana kompresja bez utraty jakości, co oznacza, że można odtworzyć obraz identyczny z pierwotnym (tzn. przed zastosowaniem kompresji).

19 JPEG Kompresja w plikach z rozszerzeniem .jpeg ma charakter stratny, co oznacza, że obrazy zapisane w tym formacie tracą na jakości podczas kompresji. Zostają pominięte w nich pewne informacje zawarte w oryginalnym obrazie. Nie oznacza to przypadkowego, mechanicznego wyrzucania niektórych pikseli. Pewne szczegóły obrazu są na tyle drobne, że oko ludzkie ich nie zauważa, więc można je pominąć.

20 Nie jest bez znaczenia jaki typ zapisu pliku graficznego zastosujemy
Nie jest bez znaczenia jaki typ zapisu pliku graficznego zastosujemy. Np. format JPEG stosuje się do zapisu fotografii, format GIF służy do zapisu obrazków, ikon, rysunków, linii, ramek z niewielka ilością kolorów i dużymi kontrastami.

21 Kompresja grafiki Przy zapisie obrazu bez kompresji informacje o poszczególnych pikselach następują jedna po drugiej w ustalonej kolejności. Zamiast zapisywać stan każdego piksela, można np. zastąpić powtarzający się znak jego jednym egzemplarzem z adnotacją o liczbie powtórzeń. Inny sposób to analiza częstości występowania ciągów znaków, analiza zmiany koloru kolejnych punktów. Rysunki o obszarach wypełnionych tą samą barwą (np. błękitne niebo) zajmują wtedy mniej miejsca w pliku. Kompresja obrazów o skomplikowanej i różnorodnej treści jest mniej efektywna.

22 Kompresja odpowiednio: 10%, 50% i 99%

23 Po lewej stronie- dwukrotnie powiększony środek spirali
Po lewej stronie- dwukrotnie powiększony środek spirali. Z prawej strony nałożony na niego efekt "wykrywanie krawędzi". Filtr wykrywa krawędzie tylko na przejściach między kolorami.

24 Po lewej stronie -dwukrotnie powiększony środek spirali, która wcześniej została silnie skompresowana. Z prawej strony nałożony na niego efekt "wykrywanie krawędzi". Filtr zaczyna się gubić, wykrywa krawędzie wszędzie tam, gdzie zachodzi podział na kwadraty, działanie filtra ujawnia także zwiększoną liczbę przekłamań w kolorach

25 Kompresja stratna Niektóre techniki zmniejszają/usuwają pewne Informacje. Nosi to nazwę kompresji stratnej. Z zapisu stratnego nie można wiernie odtworzyć pierwowzoru informacji. Zmiany często są niezauważalne, a istotne dla zmniejszenia rozmiaru pliku.

26 Przykład kompresji stratnej

27 Programy do obróbki grafiki rastrowej
Paint Photo Editor PaintShop Pro Photoshop, Picture Publisher Photostyler GIMP

28 Microsoft Paint W starszych wersjach Windows Paintbrush lub mspaint). Jest to aplikacja firmy Microsoft w systemach Windows. Nie posiada filtrów, ani obsługi warstw - funkcji typowych dla profesjonalnych programów graficznych, mimo to chętnie jest wykorzystywany przez artystów Pixel artu. Potrafi zapisywać i odczytywać grafikę w formatach: BMP, JPG, JPEG, GIF, TIFF, ICO, PNG.

29 Adobe Photoshop Rozbudowany program graficzny przeznaczony do tworzenia i obróbki grafiki rastrowej i jednocześnie sztandarowy produkt firmy Adobe Systems. Adobe Photoshop jest dostępny na platformy Mac OS i Windows. Występuje w trzech wydaniach – Elements, Standard i Extended. W najnowszych wersjach programu dodano m.in. "Healing Brush" służące do usuwania drobnych niedoskonałości zdjęcia oraz narzędzie "Slice tool" służące do dzielenia obrazka na części. Pojawiła się też funkcja tworzenia animacji. Najnowszą wersją programu jest Adobe Photoshop CS5. Posiada ona wiele funkcji znacznie przyspieszających pracę np. usuwanie obiektów z uwzględnieniem zawartości czy inteligentne zaznaczanie ostrych krawędzi (włosy, sierśc, włókna).

30

31 GIMP GIMP jest narzędziem do przetwarzania grafiki cyfrowej. Można przy jego użyciu tworzyć grafikę, zmieniać rozmiary i wycinać fragmenty zdjęć, dokonywać różnych operacji na kolorach, łączyć obrazy stosując warstwy oraz dokonywać konwersji różnych formatów plików graficznych. GIMP jest wolnym oprogramowaniem, rozprowadzanym na licencji GNU GPL. Jego zwolennicy porównują go do płatnego Paint Shop Pro czy nawet do narzędzia profesjonalistów, Adobe Photoshop. Dzięki filtrom, skryptom i różnym dodatkom, możliwości programu są znacznie rozszerzone.

32

33 Wady grafiki rastrowej
W przypadku obrazów rastrowych liczba pikseli przypadająca na jednostkę powierzchni jest wielkością stałą (rozdzielczość), dlatego też przy powiększeniu mapy bitowej występuje efekt powiększenia piksela. W praktyce objawia się to widocznymi na ekranie monitora lub wydruku schodkami, stąd jakość obrazu nie jest najlepsza. Występująca wtedy utrata ostrości obrazu map bitowych jest ich podstawową wadą. Inną wadą jest brak możliwości operowania na fragmentach obrazu. Grafikę rastrową można przyrównać do obrazka namalowanego farbkami. Zmiana barwy dowolnego fragmentu polega na nałożeniu pędzelkiem innego koloru. Nie można tutaj zmienić np. kształtu liścia przez jego modelowanie, a jedynie przez namalowanie w jego miejscu nowego.

34 Grafika wektorowa Grafika wektorowa jest bardziej zaawansowanym typem grafiki komputerowej niż rastrowa. Polega ona na tym, że obraz opisany jest za pomocą figur geometrycznych (w przypadku grafiki dwuwymiarowej) lub brył geometrycznych (w przypadku grafiki trójwymiarowej), umiejscowionych w matematycznie zdefiniowanym układzie współrzędnych, odpowiednio dwu- lub trójwymiarowym.

35 Zmiana kształtu przykładowego liścia polega na modelowaniu jego konturu. Przykładem rysunków utworzonych w grafice wektorowej mogą być ClipArty z MS Office. W przypadku grafiki wektorowej nie używamy określenia rozdzielczości obrazu. Obiekty są wyświetlane na ekranie monitora z rozdzielczością, z jaką pracuje karta graficzna i drukowane z rozdzielczością drukarki. Sama jakość obrazu uzależniona jest wyłącznie od dokładności opisu obrazu przez elementy: czarne włosy rysowanej postaci można określić jako zamkniętą krzywą wypełnioną na czarno, choć można też opisać każdy włos krzywą o względnie niewielkiej grubości i czarnym kolorze.

36 Konwersja Obrazy wektorowe można łatwo przetwarzać w ich odpowiedniki bitmapowe podając jedynie docelową rozdzielczość obrazu rastrowego. Warto zaznaczyć, że w rzeczywistości operacja ta jest wykonywana przed jakimkolwiek obrazowaniem grafiki wektorowej na monitorze, czy drukarce. Istnieją jednakże urządzenia takie jak plotery, np. ploter tnący, dla których opis wektorowy jest naturalnym sposobem działania. Operacja konwersji w przeciwną stronę, tzw. wektoryzacja lub trasowanie, jest trudna i niejednokrotnie nie daje spodziewanych efektów. Głównym problemem jest wyszukiwanie krawędzi, które często nie są tak łatwe do znalezienia przez dany program. Podczas rozwiązywania tego zagadnienia stosuje się często techniki z dziedziny sztucznej inteligencji, najczęściej bada się zmiany parametrów takich jak kontrast, barwa, czy nasycenie.

37 Skalowanie obrazu wektorowego
Odcinek jest zapamiętywany jako zbiór dwóch punktów (początkowy i końcowy) o określonych współrzędnych, dzięki temu obliczane są punkty pośrednie. Powiększenie/pomniejszenie odcinka w tym przypadku polega na obliczeniu nowych współrzędnych dla obu punków, a następnie na nowo, na obliczeniu punktów pośrednich i wyświetleniu ich na ekranie.

38 Formaty zapisu SVG format oparty na języku XML, zaprojektowany z myślą o bezpośrednim umieszczaniu rysunków w dokumentach internetowych; opisuje dwuwymiarową (2D) grafikę wektorową na WWW. W SVG oprócz standardowych obiektów (prostokąty, elipsy,krzywe) można opisywać efekty specjalne (filtry), maski przezroczystości itp. SVG umożliwia też tworzenie animacji.

39 PostScript to przede wszystkim język wektorowego opisu wydruku.
Zapis w postaci plików PostScript jest odpowiedni zwłaszcza dla gotowych dokumentów nie przeznaczonych do dalszej edycji, na etapie pomiędzy edycją a wydrukiem lub do rozpowszechniania w formie elektronicznej. Do tego samego celu służy pokrewny format PDF. W ten sposób udostępnia się np. gotowe artykuły, raporty i dokumentację (zawierające np.tekst z elementami grafiki) w Internecie.

40 EPS format plików, będący podzbiorem języka PostScript, którego głównym przeznaczeniem jest przechowywanie pojedynczych stron (ilustracji); dokumenty mogą być wielostronicowe. Pliki EPS zazwyczaj przechowują również miniaturę, która jest wykorzystywana do szybkiego podglądu zawartości takiego pliku. Format ten stał się nieformalnym standardem wymiany obrazów (praktycznie każdy program stosowany przy komputerowym przygotowaniu do druku, potrafi takie pliki odczytywać i zapisywać)

41 VRML Język grafiki wektorowej, który służy do modelowania i opisu obiektów trójwymiarowych. Nadaje się doskonale do opisywania nawet bardzo skomplikowanych układów wielu obiektów. Odpowiednie oprogramowanie pozwala na ich wizualizację z różnych miejsc, uwzględniając perspektywę, wzajemne przesłanianie, oświetlenie i ewentualny ruch.

42 Użycie grafiki wektorowej
Odpowiednimi przykładami użycia grafiki wektorowej są: schematy naukowe i techniczne mapy i plany, logo, herby, flagi, godła, różnego typu znaki, np. drogowe, część graficznej twórczości artystycznej (np. komiksy)

43 Programy do obróbki grafiki wektorowej
Adobe Illustrator CorelDraw Harvard Graphics Draw Perfect Designer

44 CorelDRAW Sztandarowy produkt kanadyjskiej firmy Corel Corporation – pakiet programów graficznych wchodzących w skład jednego produktu, służący początkowo do obróbki grafiki wektorowej, z czasem wzbogacany o kolejne programy dotyczące różnorodnych zastosowań grafiki komputerowej. Doskonale nadaje się do plakatów, szyldów reklamowych, wizytówek, a także do tworzenia skomplikowanych rysunków technicznych. Możliwe jest tworzenie podstawowych dokumentów tekstowych takich jak raporty, czy broszury.

45

46 Adobe Illustrator Adobe Illustrator to program komputerowy firmy Adobe, na platformy Macintosh oraz Windows, który służy do tworzenia i edycji wektorowej grafiki 2D. Jeden z czołowych programów w tej kategorii, obok FreeHanda i CorelDRAW. Adobe Illustrator do wersji 8 był przeznaczony głównie do tworzenia projektów do wydruku. Natomiast w wersji 9 pojawiły się narzędzia dla twórców stron WWW. Ponadto od wersji 9 Illustrator jest w stanie zastosować wiele efektów typowych dla grafiki bitmapowej w stosunku do obiektów wektorowych, bez trwałego zmieniania tych obiektów. W najnowszej wersji pojawiła się również opcja przezroczystości. Od wersji 11 dostępny jako część pakietu programów noszącego nazwę Creative Suite, choć można go zakupić również oddzielnie. Najnowsza wersja tego programu wydana w maju 2010 ma numer 15 (CS5).

47

48

49 Zalety grafiki wektorowej
skalowalność, prostota opisu, a przez możliwość modyfikacji poprzez zmianę parametrów obrazu, mniejszy rozmiar w przypadku zastosowań niefotorealistycznych (schematy techniczne, loga, flagi i herby, wykresy itp.), opis przestrzeni trójwymiarowych, możliwość użycia ploterów zgodnie z metodą ich pracy, bardzo dobre możliwości konwersji do grafiki rastrowej.

50 Wady grafiki wektorowej
ogromna złożoność pamięciowa dla obrazów fotorealistycznych, przy skomplikowanych obrazach rastrowych nieopłacalność obliczeniowa konwersji (poprzez wektoryzację) do formy wektorowej.

51 Porównanie grafiki wektorowej i rastrowej
Grafika rastrowa: -jest zależna od rozdzielczości -wolne skalowanie; wiąże się z utratą jakości obrazka -powiększanie: Grafika wektorowa: -nie zależy od rozdzielczości -szybkie, bezpieczne skalowanie, bez straty jakości -powiększanie:

52 W rysunku rastrowym wszystko jest zapamiętane punkt po punkcie (piksel po pikselu). Tak więc mały rysunek jest zapamiętany jako określona liczba punktów. Po powiększeniu te małe punkty stają się duże, a na dodatek jest ich tyle samo (tyle że o większych rozmiarach). Różnica między małym a dużym odcinkiem polega więc na powiększeniu punktów, których ilość jest stała. W rysunku wektorowym odcinek jest zapamiętywany jako zbiór dwóch punktów (początkowego i końcowego) o określonych współrzędnych. Program oblicza pośrednie punkty ze wzoru matematycznego i następnie wyświetla na ekranie. Powiększenie odcinka w tym przypadku polega na obliczeniu na nowo punktów pośrednich.

53 Skalowanie obrazu(zamiana rozmiaru)
Grafika wektorowa Grafika rastrowa

54

55 Obrazy wykonane w technice wektorowej:
są  zawsze tej samej jakości, niezależnie od skali w jakiej zostaną  wyświetlone muszą  być wykonane przez człowieka (grafika) składają  się z fragmentów będących osobnymi obiektami, dzięki czemu można zmieniać sposób i kolejność ich nakładania Obrazy wykonane w technice rastrowej: nie mogą być dowolnie skalowane – powiększanie punktów obrazu powoduje utratę ostrości i efekt „schodkowania”        zależą od rozdzielczości monitora lub drukarki       mogą  być tworzone automatycznie lub przez skanowane

56 Zastosowania Grafika rastrowa: Grafika wektorowa:
      stosowana jest w edytorach grafiki, w których za pomocą różnych przyrządów malarskich można tworzyć obrazy podobnie, jak przy użyciu farb na papierze lub płótnie       do obróbki zdjęć fotograficznych       do odzwierciedlenia otaczającej nas rzeczywistości, pomniejszonej w określonej skali Grafika wektorowa:       stosowana jest przy tworzeniu rysunków, np.: technicznych       w systemach projektowania obiektów i urządzeń, np. CAD/CAM       nie daje możliwości reprodukowania natury, wszystko od podstaw jest tworzone ręcznie przez operatora programu

57 Zastosowanie w internecie
Grafika rastrowa: przy tworzeniu obrazów o skomplikowanych kolorach, przejściach tonalnych, cieniach, gradacjach barw itp. przy składaniu ilustracji obróbce zdjęć, np. retuszowanie zniszczonych tworzenie grafiki ekranowej dla aplikacji multimedialnych do przygotowania statycznych efektów specjalnych w filmie kreowanie prostych animacji GIF Grafika wektorowa: wizytówki, emblematy, znaki firmowe w reklamie tworzenie wykresów 2D i 3D funkcji matematycznych, fizycznych i ekonomicznych; histogramów i wykresów kołowych; wykresów harmonogramownia zadań; wykresów wielkości zapasów i produkcji itd. kreślenie i projektowanie wspomagane komputerowo symulacja i animacja dla wizualizacji naukowej i rozrywki

58 Konwersja formatu Przed opublikowaniem w sieci grafiki wektorowe przekształca się w ich odpowiedniki rastrowe. Jest to podyktowane koniecznością zachowania możliwości wyświetlenia obiektów graficznych w różnych systemach. Wyjątkiem są tutaj np. prezentacje Flash i Shockwave, które dzięki istnieniu wtyczek (plug-ins) do przeglądarek sa "rozumiane" przez większość komputerów.

59 Digitalizacja – jest łatwą operacją polegającą przekształceniu obrazka wektorowego w rastrowy.
Nałóż siatkę kwadratów na rysunek Zamaluj każdy kwadrat dominującym kolorem Zapomnij o oryginalnym rysunku Pamiętaj układ punktów barwnych (pikseli)

60 Wektoryzacja – trudna operacja przekształcenie obrazka rastrowego w wektorowy (trudna operacja):
W układzie barwnych pikseli rozpoznaj przebiegające linie, okręgi, litery i inne znaki, obszary jednobarwne i ich brzegi Zapamiętaj ich parametry Zapomnij o oryginalnym rysunku