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.