Računarska grafika

Računarska grafika

Računarska grafika podrazumeva stvaranje i obradu slika u dve ili tri dimenzije, uz pomoć računara i za to predviđenih programa.

Računarska grafika ima veoma široku primenu u nauci, industriji, arhitekturi i dizajnu.

U računarsku grafiku spada i dizajn interfejsa operativnih sistema i softvera (posebno video igara), kao i internet stranica.

Pri čuvanju slike u računaru stalno se susrećemo sa problemom njenog optimalnog zapisa. Pod optimalnim zapisom smatramo „što verniju sliku, sa što manje zauzetog prostora na disku“. Dva osnovna elementa koji utiču na sadržaj i veličinu grafičkog fajla su broj piksela(rezolucija) i dubina boje.

Piksel  (eng. pixel), od eng. „picture element“ – što znači element slike je  najmanji grafički element slike, specifičan za bitmap slike. Da bi se slike pretvorile u digitalni oblik, moraju se spremiti kao niz bitova, odnosno bajtova, zbog čega se mora „prevesti“ u više manjih delova od kojih je svaki određene boje. Ti delovi zovu se pikseli i količina istih u pojedinoj slici (između ostalog) određuje kvalitet slike, ali direktno utiče i na veličinu datoteke na disku, kao  i na stvarne dimenzije (širina i visina) slike.

Kompletna informacija o pikselu sadrži položaj piksela na ekranu (koordinate po širini X i visini Y), nijansu boje i intenzitet osvetljenosti.

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 kombinuje željena nijansa boje.

Boje

Boja je subjektivni osećaj koji se javlja kada na oko deluje svetlost određene talasne dužine emitovana od nekog izvora ili reflektovana sa površine nekog tela.

Osnovne boje su plava, crvena i žuta i one se ne mogu dobiti mešanjem drugih boja.

Komplementarne boje leže u krugu jedna naspram druge (npr. plava i žuta)

Tople boje su crvena, narandžasta i žuta, a hladne su plava, zelena i ljubičasta.

Mešanjem osnovnih boja nastaju sve nijanse boja. Postoje dva načina mešanja boja:

·        Aditivna sinteza boja nastaje kada se optički pomešaju tri zone svetlosti (crvena, zelena i plava) sa maksimalnim intenzitetom i tada nastaje  bela svetlost.

Aditivnom sintezom boja nastaju:zelena+crvena=žuta, plava+crvena=magenta, plava+zelena=cijan.

·        Suptraktivna sinteza nastaje mešanjem osnovnih materijalnih boja (cijan, magenta i žuta). Ako se sve tri boje pomešaju nastaje crna boja.

Njihovim mešanjem nastaju: žuta+magenta=crvena, žuta+cijan=zelena, magenta+cijan=plava.

RGB je sistem aditivne sinteze boja. Prikaz boja se dobija različitim intenzitetima svetlosti primarnih boja: crvene (Red), zelene (Green) i plave(Blue). Ovaj sistem se upotrebljava za radove namenjene „ekranskom” (monitorskom) prikazivanju budući da je ekran izvor svetla.

CMYK je sistem suptraktivne sinteze boja. Prikaz boja se dobija filtriranjem kojim se od bele kompleksne svetlosti oduzima svetlost primarne boje. Tirkiznoplavi filter (Cyan) od bele oduzima crvenu, purpurni (Magenta) zelenu a žuti (Yellow) plavu. Crna (Key) se koristi da dodatno potamni boju. Ovaj sistem se upotrebljava za radove namenjene štampi, pošto se štamparske  boje ponašaju kao filteri svetlosti odbijene od bele podloge.

Broj mogućih nijansi definisan je „dubinom boje„.

Dubina boja (engl. color depth, bit depth ili pixel depth) predstavlja način da se opiše koliko imamo informacija o boji svakog piksela slike. I ovdje važi pravilo „Što više, to bolje“. Veća dubina boja, znači veći broj raspoloživih boja  na digitalnim slikama. Na primer: piksel čija je dubina boja 1, ima samo dve moguće vrednosti – crnu ili belu. Sivi piksel s dubinom boje 8, ima 256 mogućih vrednosti, itd. Uobičajene vrijednosti dubine boja iznose od 1 do 64.

Ako je pikselu pridružen:

1 bajt →  2⁸ = 256 boja

2 bajt →  2¹⁶ = 65.536 boja

3 bajt →  2²⁴ = 16,7 miliona boja

4 bajt →  2³² = 4,3 milijarde boja (true color)

Rezolucija slike

Kao što je već rečeno, rezolucija je broj piksela po mernoj jedinici, obično  inču (2.54 cm). Rezoluciju slike dobija se kada se  podeli njena fizička dimenzija (širina ili visina) sa brojem piksela poređanih duž te fizičke dimenzije.

Na primer: ako je slika širine 16 cm a visine 7.51 cm i ima poređanih 454 piksela po širini i 201 po visini slike, onda je rezolucija 454/ 16 ili 7.51/7.51 = 28.375 piksela po centimetru odnosno  28. 375 * 2.54 = 72 piksela po inču (inch).

Vrste grafičkog prikaza

Postoje dve vrste grafičkog prikaza:

·        rasterska (bitmapirana) grafika

·        vektorska grafika

Rasterska grafika

Kvalitet jedne rasterske slike određuje ukupan broj piksela (rezolucija) kao i broj vrednosti za svaki pojedinačni piksel (dubina boje). Ako je dubina boje veća, više se nijansi može prikazati, to znači da će slika biti bolja. Slike zahtevaju mnogo memorije, zbog toga se koriste razne vrste kompresije. Bitmap (bmp) je nekompresovana datoteka a   slike u tom formatu su veoma velike. Za razliku od njega mnogo popularniji i češće korišteniji je jpeg (jpg) format u kom je slika kompresovana  tako  da se skoro  ne primećuje  gubitak kvaliteta.

Rasterska slika se ne može povećati na veću rezoluciju bez gubitka kvaliteta, što nije slučaj sa vektorskom grafikom. Rasterska grafika je praktičnija od vektorske grafike. Vektorsku grafiku koriste grafički dizajneri i DTP uređivači.

Vektorska grafika

Vektorska grafika ili geometijsko oblikovanje (eng. Vector graphics, geometric modeling) je način prikazivanja slike pomoću geometrijskih oblika kao što su tačke, linije, krive i poligoni, a koji su temeljeni na matematičkim jednačinama.

U principu, vektorski oblici se mnogo lakše pamte nego zahtjevne rasterske (bitmap) slike. Skoro svi današnji računarski grafički prikazi prevode vektorsku sliku u rasterski format. Rasterska slika je pohranjena u memoriju i sadrži podatke za svaki pojedinačni piksel neke slike. Pojam vektorska grafika se većinom koristi u kontekstu dvodimenzionalne računarske grafike. Skoro svako 3D prikazivanje je izvršeno pomoću 2D vektorske tehnike (pomoću tačaka, linija i poligona).

Formati grafičkih fajlova

Postoje različite tehnike čuvanja slika u računaru kod kojih se određenim sistemom štedi memorija potrebna za čuvanje slike:

·        Kompresija bez gubitka podataka (lossless)

·        Kompresija sa gubitkom podataka (lossy)

RAW  –   format u kojm fotoaparat beleži sve podatke koje je zabeležio i sam digitalni senzor fotoaparata (RAW znači sirov, neobrađen). Kada vam je potreban najveći mogući kvalitet koji može zabeležiti vaš fotoaparat, snimajte u RAW formatu. Nema kompresije pa ni redukcije kvaliteta slike.

BMP – svaki piksel se čuva posebno sa odgovarajućim brojem bajtova. Nema kompresije, nema gubitka podataka

GIF (Graphic Interchange Format) – kompresija bez gubitka podataka, tako što se niz istih piksela čuva kao jedan simbol pomnožen sa brojem ponavljanja. Ovaj format je ograničen na paletu od 256 boja. GIF je na webu u potpunosti podržan i kao animirani format. Animirani GIF sastoji se niza GIF sličica (frames). Za svaku sličicu se sefiniše njeno trajanje, a za celu GIF animaciju definišu se obrasci ponašanja (npr. animiraj jednom i stani na zadnjoj sličici, animiraj N puta ili rotiraj animaciju).

JPG ili JPEG (Joint Photographers Experts Group) – spada u grupu kompresija sa gubitkom. Zasniva se na osobini ljudskog oka da bolje uočava površine i oblike nego varijacije u boji i osvetljenju. Slika se čuva u crno beloj verziji i delom informacija o boji. Formiraju se blokovi od 8×8 piksela i izračunava se prosečna vrednost osvetljenja i boje za celu grupu i ova informacija se pamti.

MPEG (Motion Pictures Experts Group) – oblik kompresije dizajniran za komprimovanje pokretnog videa. Baziran je na JPEG-u, pri čemu se memoriše samo razlika između slika koje se ponavljaju.

PNG  –  format bez gubitka, što znači da koji god podatak postoji u orginalnoj datoteci postajaće i kada se slika dekodira. Nije ograničen na 256 boja. Zauzima nekoliko puta više prostora od JPEG-a.

TIFF  – ranije je imao veliku primenu. Primenjuje isti algoritam kompresije bez gubitka kao i gif. Koristio se za čuvanje skeniranih slika. Nema gubitka prilikom kompresije.