48.1 Základy počítačové grafiky (studijní text)

Počítačová grafika se dělí na dvě velké skupiny: 2D počítačovou grafiku a 3D (prostorovou) počítačovou grafiku. 2D grafika se dále dělí na rastrovou (bitmapovou) a vektorovou grafiku.

Rastrová grafika

• obraz je složen z malých bodů (pixelů), které tvoří výsledný rastrový obraz = rastr
• každý pixel má definovanou barvu pomocí barevného modelu (viz. dále)
• příklad: fotografie má rozměry (šířku a výšku) 1600×1200 pixelů = 1,92 milionů pixelů

Obr. 1: Ukázka rastrové grafiky.

Výhody rastrové grafiky

• snadné pořízení obrázku (foto, skener)
• věrné uchování původní scény
• podpora celé řady programů

Nevýhody rastrové grafiky

• velké nároky na úložný prostor
• při zvětšování obrazu dochází ke snížení kvality (zobrazuje se rastr)
• omezené možnosti úprav obrázku bez snížení kvality (pevně daná šířka a výška)

Vybrané programy pro práci s rastrovou grafikou

• Placené programy
  • Adobe Photoshop, Corel PhotoPaint, Paint Shop Pro, Zoner Photo Studio, ACDSee a další...
• Bezplatné programy
  • GIMP, Photo Filtre, ArtWeaver, Paint.NET, XnView, IfranView a další...

Vektorová grafika

• na rozdíl od rastrové je obraz složen z bodů, přímek, křivek a mnohoúhelníků,
• vektor – směrnice (na obrázku spojnice modrých bodů), která určuje zakřivení výsledného objektu (modrá křivka),

Obr. 2: Ukázka vektorové grafiky.

Výhody vektorové grafiky

• velké možnosti úprav bez snížení kvality (není pevně daná šířka a výška)
• pracovat s každým objektem zvlášť
• menší výsledná velikost souboru
• při zvětšování není patrný rastr (hladké vykreslení)

Nevýhody vektorové grafiky

• složité pořízení obrázku (skládá se z mnoha objektů)
• při velkém množství objektů je náročnější na fyzické vybavení počítače
• výsledné soubory lze otevřít jen ve speciálních programech

Vybrané programy pro práci s vektorovou grafikou

• Placené programy
  • Adobe Illustrator, Corel Draw, Zoner Callisto, Adobe Flash, a další...
• Bezplatné programy
  • OpenOffice Draw, LibreOffice Draw, Karbon14, Inkspace

Prostorová grafika (3D grafika)

• k šířce (X) a výšce (Y) se přidává hloubka (Z)
• využívá vektorovou grafiku (tzv. renderování),
• renderování – vykreslování 3D objektu na 2D plochu
• při vykreslování využívá několika technik: texturování (výsledné zbarvení modelu), průsvitnosti, průhlednosti, odrazu světla, mlhy, stínů, rozostření, zaostření, a další...

Obr. 3: Ukázka prostorové 3D grafiky (Utah teapot).

Vybrané programy pro práci s prostorovou grafikou

• Placené programy
  • 3ds Max, Maya, SolidWorks, Rhino3D, Cinema4D, a další...
• Bezplatné programy
  • Google SketchUp, Blender, Autodesk 123D Design, Wings3D, a další...

Barevné modely

Barva je základem definice každého obrazu. Jelikož existuje obrovské množství různých barev a jejich odstínů, není možné, aby si je počítač pamatoval zvlášť. Počítač si proto musí výslednou barvu namíchat z předem určených základní barev (stejně jako vy při hodinách výtvarné výchovy).

K tomu, aby si počítač mohl výslednou barvu namíchat, potřebuje tzv. barevný model, který počítači definuje, jaké základní barvy má použít a jakým způsobem je namíchat. Barevných modelů existuje celá řada, každý má různé použití.

RGB

• nejpoužívanější model, jelikož ho využívá libovolné zobrazovací zařízení (monitor, televizor, displej mobilního telefonu)
• pracuje se třemi základními barvami: R - Red (červená), G - Green (zelená), B - Blue (modrá)
• vychází z principu, že světlo složené ze základních barev je vyzařováno ven do okolí - aditivní míchání barev
• tmavších odstínů barev je dosaženo utlumením jednotlivých základních barev, naopak světlejších odstínů je dosaženo posílením jednotlivých základních barev (každá základní barva nabízí 256 možných variant)

CMY/CMYK

• barevný model, se kterým pracují tisková zařízení (tiskárny, plottery)
• pracuje se třemi základními barvami: C - Cyan (azurová), M - Magenta (purpurová), Y - Yellow (žlutá)
• vychází z principu, že světlo je základními barvami pohlcováno - subtraktivní míchání barev
• tmavších odstínů je dosaženo posílením jednotlivých základních barev, naopak světlejších odstínů je dosaženo utlumením základních barev (přesně naopak než u modelu RGB)
• jelikož tyto tři základní barvy nedokáží namíchat černou barvu (spíše tmavě šedou), přidává se samostatná černá barva (K - blacK)

Obr. 4: Schéma RGB modelu.	Obr. 5: Schéma CMY modelu.

HSV, HSB, HSL

• jsou barevné modely, které se snaží minimalizovat chyby předcházejících modelů tím, že jsou blíže lidskému vnímání barev
• nejsou složeny ze základních barev, ale základních parametrů:
  • Hue (odstín) - základní odstín barvy ze světelného spektra (fialová, modrá, zelená, žlutá, oranžová, červená) - udává se v úhlových stupních 0° - 359°
  • Saturation (sytost) - představuje množství šedi v poměru k odstínu, udává se v procentech (0 % - šedá × 100 % plná sytost barvy)
  • Value/Brightness/Lightness (hodnota/jas/zářivost) - množství bílého světla, udává se v procentech (0 % nejméně bílého světla × 100 % nejvíce bílého světla)

Obr. 6: Schéma HSL modelu.	Obr. 7: Schéma HSV modelu

Generátor barev modelů RGB a HSV