Контрольна з комп’ютерної графіки
Контрольна з комп’ютерної графіки
План
1. Тримірне моделювання. Основні підходи. Область застосування
В різних програмах тримірної графіки існують певні відмінності в підходах до тримірного моделювання. Однак, незалежно від використовуваної платформи можна виділити шість основних етапів створення тримірних моделей: створення базового об’єкта, модифікація, застосування матеріалів, компонування сцени, анімація, рендерінг.
Створення базового об’єкта. Створення базового об’єкта може бути проведене різними засобами, дизайнер може як створювати об’єкти “з нуля” за допомогою спеціальних засобів побудови, так і використовувати вже наявні заготовки.
Підходи до створення базових об’єктів, в свою чергу, відрізняються в залежності від використовуваного пакету тримірної графіки та особистих уподобань самого дизайнера: об’єкти схожої структури можна створити різними способами. До найбільш часто використовуваних підходів базового моделювання належать:
- моделювання на базі примітивів; в пакетах тримірної графіки передбачені прості тримірні фігури, модифікацією яких можна отримати більш складні об’єкти, до таких найпростіших фігур належать, наприклад: шари, паралелепіпеди, торуси, конуси та ін.;
- моделювання сплайнами; об’єкти категорії сплайнів – це криві, побудовані за допомогою інтерполяції по трьох або більшій кількості вершин, лінії, що поєднують вершини називаються сегментами. Форма сплайна визначається, крім іншого типом його вершини. Розрізняють наступні типи вершин: Smooth (Закруглення), Corner (Кут), Bezier (Безьє), Bezier Corner (Кут Безьє).
- NURBS-криві використовуються так само, як і сплакни. До них можна застосовувати модифікації обертання (Lathe) і видавлювання (Extrude). NURBS-кривим можна надати товщину, в цьому випадку вони будуть обчислюватися як циліндричні об’єкти.
Модифікація об’єкта. Перетворення базових об’єктів провадяться за допомогою спеціальних засобів, називаних модифікаторами. Модифікатори змінюють сіткову оболонку об’єкта і зберігаються в його плані в порядку застосування (так званий стек модифікаторів). Особливим різновидом модифікаторів є об’ємні деформації. Об’ємні деформації змінюють сіткову оболонку об’єкта в залежності від свого розташування в тримірному просторі. Як тільки об’єкт потрапляє в поле дії об’ємної деформації, він приймає іншу форму.
Застосування матеріалів. Матеріали визначають зовнішній вигляд поверхонь об’єкта. Лише матеріали надають об’єкту по-справжньому достовірного вигляду. В сучасних програмах тримірної графіки можна визначити настільки правдоподібні матеріали, що результат тримірного моделювання буде неможливо відрізнити від фотокартки або відеозйомки. Створення матеріалу починається з визначення його типу, наприклад Standard, (Стандартний) Multi/Sub-Object, (Багатокомпонентний), Raytrace (Трасований). Після цього змінюють параметри типу матеріалу, наприклад, колір, область підсвічування, прозорість та ін. В якості значень цих параметрів можуть використовуватися растрові карти, котрі визначають характеристику не одним числовим значенням, а інформацією про колір окремих точок. Так наприклад, можна задати прозорість матеріалу, чим темніше колір растрової карти, тим прозорішим буде матеріал в цьому місці.
Компонування сцени. Компонуванням сцени називають розташування об’єктів відносно тримірної системи координат. Крім розташування, власне, самих тримірних об’єктів компонування сцени передбачає обрання освітлення для сцени (джерел світла), а також кутів, з яких об’єкти будуть доступні для спостерігача (камер).
Анімація. Анімація – це подання руху достатньо великою кількістю окремих зображень, що змінюють одне одного, завдяки чому створюється зорове уявлення безперервного руху. При анімації в тримірному моделюванні необхідно насамперед визначити тривалість анімації і задати частоту кадрів в секунду, крім того, для кожного об’єкта анімації на протязі його “життя” задаються ключові кадри, які фіксують положення / форму / властивості об’єкта в задані моменти часу. При вихідній візуалізації програма тримірного моделювання автоматично виконує інтерполяцію між даними ключовими кадрами.
Рендерінг. Рендерінгом або візуалізацією називається виведення тримірної сцени у вигляді, доступному для візуального сприйняття. В процесі моделювання сцена відображається за спрощеним рівнем візуалізації, оскільки це заощаджує обчислювальні ресурси комп’ютера. За замовчуванням у вікнах ортогональних проекцій використовується метод зображення каркасів об’єктів (Wireframe), а для вікна Perspective – метод згладженого зображення – Smooth + Highlights. При рендерінгу об’єкт виводиться з усіма зовнішніми ефектами, що їх передбачив дизайнер: ефекти відображення, прозорості, тіні та ін.
Найбільшою областю застосування тримірного моделювання є телебачення і комерційне кіновиробництво. Прикладами найбільш успішних кінопроектів, в яких широко використовувалася комп’ютерна тримірна графіка можуть слугувати фільми “Термінатор”, “Парк Юрського періоду”, “Титаннік”. Крім того, тримірне моделювання знаходить все більше застосування в системах автоматичного проектування (САПР) в машинобудуванні, дизайні одягу, інтер’єрів, ландшафтів.
2. Технології друку графічних зображень
Для друкування графічних зображень використовуються чотири основних типів друкувальних пристроїв: струменеві принтери, лазерні принтери, принтери на твердих барвниках та фотонабірні системи.
Струменеві принтери. Найбільш розповсюджені пристрої виведення графічної інформації. Найбільш дешеві триколірні струменеві принтери. Вони отримують відтінки чорного кольору змішуючи чорнил блакитного, пурпурового і жовтого кольорів. Такі пристрої забезпечують посередню якістю друку графічних зображень. В більшості струменевих принтерів використовується четверте чорнило – чорне, що забезпечує друк зображень з фотографічною якістю. При чотирьохкольоровому друці на великих світлих областях зображення видні окремі точки блакитного і пурпурового кольорів, оскільки ці два кольори достатньо далекі. Використання більш світлих відтінків цих кольорів в шестиколірних моделях струменевих принтерів дозволяє підвищити якість друку графічних зображень. Висококласні струменеві принтери, такі як Iris коштують десятки тисяч доларів, але вони забезпечують бездоганну якістю друку для професіоналів.
Лазерні принтери. Є професійним стандартом для офісного друку. Найбільш розповсюдженими монохромними лазерними принтерами є пристрої виробництва Hewlett-Packard, які досить добре друкують як текст, так і графіку. Кольорові лазерні принтери використовують чотирьохкольорові картриджі.
Принтери на твердих барвниках. Це дорогі пристрої, які забезпечують фотографічну якість друку графічних зображень. Якість друку в таких принтерах бездоганна, однак в цих принтерах використовуються спеціальні стрічки і папір. Звичайний папір використовувати в них не можна, а спеціальний є дуже дорогим.
Фотонабірні системи. Це пристрої, що використовуються для виконання задач друку промислового масштабу. Ці машини вплавляють зображення в фотоплівку або фотопапір. Потім отримані плівки обробляються і використовуються для створення друкувальних пластин, з яких потім друкується тираж видання. На таких системах можна отримати дуже високу дозвільну здатність друку: 1200 dpi, 2400 dpi і ще вище. Фотонабірні системи не можуть одразу друкувати повнокольорове зображення. Замість цього необхідно друкувати окремі варіанти зображення для кожного з основних кольорів (здійснювати кольороподіл).
При кольоровому друці основна складність точної передачі кольору обумовлена відмінностями кольорових характеристик пристроїв, які задіяні в процесах введення, обробки і друку.
В загальному випадку пристрої кольорової периферії можуть розрізнятися наступними кольоровими характеристиками:
- кольоровою системою (RGB, CMYK, Lab і т.п.);
- кольоровим простором (у принтерів залежить від якості паперу і чорнил, у моніторів – від люмінофору, типу і установок відеокарти, у сканерів – від характеристик фільтрів і фотодатчиків);
- яскравістю білої точки, гамою та ін.
Саме тому висока якість поліграфічного друку досягається лише при забезпеченні наскрізного калібрування додрукувального і друкувального обладнання за допомогою спеціальних апаратно-програмних засобів. Прикладами таких засобів можуть слугувати продукти компанії Linotype-CPS: View Open ICC, Scan Open ICC і Print Open ICC. Вони призначені для створення унікальних ІСС-профілів для монітора, сканера і принтера відповідно.
Для створення профілю друкувальних пристроїв використовується Print Open ICC. Тестова таблиця роздруковується на різних типах носія, потім провадяться заміри за допомогою кольорового спектрофометра. За результатами замірів програма здійснює розрахунок профілю.
Існують і інші можливості отримання точної кольоропередачі при друці графічних зображень. В настільних видавничих системах можна використовувати компактний апаратно-програмний комплекс Colortron Color System, який дозволяє вимірити кольорові параметри і провести калібрування пристроїв. Світлочутливий датчик Colortron працює з будь-якими поверхнями, а програмне забезпечення SpectroCalibrator створює ІСС-профілі моніторів.
Література
Винклер П. Изучаем трёхмерный дизайн. – М., 1999.
Карпий А. Система управления цветом IСМ 2.0 // Компьютеры + Программы. - № 8-9. – 2000.
Муравьёв В. Начинающим о форматах графики // Компьютеры + Программы. - № 8-9. – 2000.
Роуз К. Adobe Photoshop 5.5. – М., 2000.
План
1. Тримірне моделювання. Основні підходи. Область застосування
В різних програмах тримірної графіки існують певні відмінності в підходах до тримірного моделювання. Однак, незалежно від використовуваної платформи можна виділити шість основних етапів створення тримірних моделей: створення базового об’єкта, модифікація, застосування матеріалів, компонування сцени, анімація, рендерінг.
Створення базового об’єкта. Створення базового об’єкта може бути проведене різними засобами, дизайнер може як створювати об’єкти “з нуля” за допомогою спеціальних засобів побудови, так і використовувати вже наявні заготовки.
Підходи до створення базових об’єктів, в свою чергу, відрізняються в залежності від використовуваного пакету тримірної графіки та особистих уподобань самого дизайнера: об’єкти схожої структури можна створити різними способами. До найбільш часто використовуваних підходів базового моделювання належать:
- моделювання на базі примітивів; в пакетах тримірної графіки передбачені прості тримірні фігури, модифікацією яких можна отримати більш складні об’єкти, до таких найпростіших фігур належать, наприклад: шари, паралелепіпеди, торуси, конуси та ін.;
- моделювання сплайнами; об’єкти категорії сплайнів – це криві, побудовані за допомогою інтерполяції по трьох або більшій кількості вершин, лінії, що поєднують вершини називаються сегментами. Форма сплайна визначається, крім іншого типом його вершини. Розрізняють наступні типи вершин: Smooth (Закруглення), Corner (Кут), Bezier (Безьє), Bezier Corner (Кут Безьє).
- NURBS-криві використовуються так само, як і сплакни. До них можна застосовувати модифікації обертання (Lathe) і видавлювання (Extrude). NURBS-кривим можна надати товщину, в цьому випадку вони будуть обчислюватися як циліндричні об’єкти.
Модифікація об’єкта. Перетворення базових об’єктів провадяться за допомогою спеціальних засобів, називаних модифікаторами. Модифікатори змінюють сіткову оболонку об’єкта і зберігаються в його плані в порядку застосування (так званий стек модифікаторів). Особливим різновидом модифікаторів є об’ємні деформації. Об’ємні деформації змінюють сіткову оболонку об’єкта в залежності від свого розташування в тримірному просторі. Як тільки об’єкт потрапляє в поле дії об’ємної деформації, він приймає іншу форму.
Застосування матеріалів. Матеріали визначають зовнішній вигляд поверхонь об’єкта. Лише матеріали надають об’єкту по-справжньому достовірного вигляду. В сучасних програмах тримірної графіки можна визначити настільки правдоподібні матеріали, що результат тримірного моделювання буде неможливо відрізнити від фотокартки або відеозйомки. Створення матеріалу починається з визначення його типу, наприклад Standard, (Стандартний) Multi/Sub-Object, (Багатокомпонентний), Raytrace (Трасований). Після цього змінюють параметри типу матеріалу, наприклад, колір, область підсвічування, прозорість та ін. В якості значень цих параметрів можуть використовуватися растрові карти, котрі визначають характеристику не одним числовим значенням, а інформацією про колір окремих точок. Так наприклад, можна задати прозорість матеріалу, чим темніше колір растрової карти, тим прозорішим буде матеріал в цьому місці.
Компонування сцени. Компонуванням сцени називають розташування об’єктів відносно тримірної системи координат. Крім розташування, власне, самих тримірних об’єктів компонування сцени передбачає обрання освітлення для сцени (джерел світла), а також кутів, з яких об’єкти будуть доступні для спостерігача (камер).
Анімація. Анімація – це подання руху достатньо великою кількістю окремих зображень, що змінюють одне одного, завдяки чому створюється зорове уявлення безперервного руху. При анімації в тримірному моделюванні необхідно насамперед визначити тривалість анімації і задати частоту кадрів в секунду, крім того, для кожного об’єкта анімації на протязі його “життя” задаються ключові кадри, які фіксують положення / форму / властивості об’єкта в задані моменти часу. При вихідній візуалізації програма тримірного моделювання автоматично виконує інтерполяцію між даними ключовими кадрами.
Рендерінг. Рендерінгом або візуалізацією називається виведення тримірної сцени у вигляді, доступному для візуального сприйняття. В процесі моделювання сцена відображається за спрощеним рівнем візуалізації, оскільки це заощаджує обчислювальні ресурси комп’ютера. За замовчуванням у вікнах ортогональних проекцій використовується метод зображення каркасів об’єктів (Wireframe), а для вікна Perspective – метод згладженого зображення – Smooth + Highlights. При рендерінгу об’єкт виводиться з усіма зовнішніми ефектами, що їх передбачив дизайнер: ефекти відображення, прозорості, тіні та ін.
Найбільшою областю застосування тримірного моделювання є телебачення і комерційне кіновиробництво. Прикладами найбільш успішних кінопроектів, в яких широко використовувалася комп’ютерна тримірна графіка можуть слугувати фільми “Термінатор”, “Парк Юрського періоду”, “Титаннік”. Крім того, тримірне моделювання знаходить все більше застосування в системах автоматичного проектування (САПР) в машинобудуванні, дизайні одягу, інтер’єрів, ландшафтів.
2. Технології друку графічних зображень
Для друкування графічних зображень використовуються чотири основних типів друкувальних пристроїв: струменеві принтери, лазерні принтери, принтери на твердих барвниках та фотонабірні системи.
Струменеві принтери. Найбільш розповсюджені пристрої виведення графічної інформації. Найбільш дешеві триколірні струменеві принтери. Вони отримують відтінки чорного кольору змішуючи чорнил блакитного, пурпурового і жовтого кольорів. Такі пристрої забезпечують посередню якістю друку графічних зображень. В більшості струменевих принтерів використовується четверте чорнило – чорне, що забезпечує друк зображень з фотографічною якістю. При чотирьохкольоровому друці на великих світлих областях зображення видні окремі точки блакитного і пурпурового кольорів, оскільки ці два кольори достатньо далекі. Використання більш світлих відтінків цих кольорів в шестиколірних моделях струменевих принтерів дозволяє підвищити якість друку графічних зображень. Висококласні струменеві принтери, такі як Iris коштують десятки тисяч доларів, але вони забезпечують бездоганну якістю друку для професіоналів.
Лазерні принтери. Є професійним стандартом для офісного друку. Найбільш розповсюдженими монохромними лазерними принтерами є пристрої виробництва Hewlett-Packard, які досить добре друкують як текст, так і графіку. Кольорові лазерні принтери використовують чотирьохкольорові картриджі.
Принтери на твердих барвниках. Це дорогі пристрої, які забезпечують фотографічну якість друку графічних зображень. Якість друку в таких принтерах бездоганна, однак в цих принтерах використовуються спеціальні стрічки і папір. Звичайний папір використовувати в них не можна, а спеціальний є дуже дорогим.
Фотонабірні системи. Це пристрої, що використовуються для виконання задач друку промислового масштабу. Ці машини вплавляють зображення в фотоплівку або фотопапір. Потім отримані плівки обробляються і використовуються для створення друкувальних пластин, з яких потім друкується тираж видання. На таких системах можна отримати дуже високу дозвільну здатність друку: 1200 dpi, 2400 dpi і ще вище. Фотонабірні системи не можуть одразу друкувати повнокольорове зображення. Замість цього необхідно друкувати окремі варіанти зображення для кожного з основних кольорів (здійснювати кольороподіл).
При кольоровому друці основна складність точної передачі кольору обумовлена відмінностями кольорових характеристик пристроїв, які задіяні в процесах введення, обробки і друку.
В загальному випадку пристрої кольорової периферії можуть розрізнятися наступними кольоровими характеристиками:
- кольоровою системою (RGB, CMYK, Lab і т.п.);
- кольоровим простором (у принтерів залежить від якості паперу і чорнил, у моніторів – від люмінофору, типу і установок відеокарти, у сканерів – від характеристик фільтрів і фотодатчиків);
- яскравістю білої точки, гамою та ін.
Саме тому висока якість поліграфічного друку досягається лише при забезпеченні наскрізного калібрування додрукувального і друкувального обладнання за допомогою спеціальних апаратно-програмних засобів. Прикладами таких засобів можуть слугувати продукти компанії Linotype-CPS: View Open ICC, Scan Open ICC і Print Open ICC. Вони призначені для створення унікальних ІСС-профілів для монітора, сканера і принтера відповідно.
Для створення профілю друкувальних пристроїв використовується Print Open ICC. Тестова таблиця роздруковується на різних типах носія, потім провадяться заміри за допомогою кольорового спектрофометра. За результатами замірів програма здійснює розрахунок профілю.
Існують і інші можливості отримання точної кольоропередачі при друці графічних зображень. В настільних видавничих системах можна використовувати компактний апаратно-програмний комплекс Colortron Color System, який дозволяє вимірити кольорові параметри і провести калібрування пристроїв. Світлочутливий датчик Colortron працює з будь-якими поверхнями, а програмне забезпечення SpectroCalibrator створює ІСС-профілі моніторів.
Література
Винклер П. Изучаем трёхмерный дизайн. – М., 1999.
Карпий А. Система управления цветом IСМ 2.0 // Компьютеры + Программы. - № 8-9. – 2000.
Муравьёв В. Начинающим о форматах графики // Компьютеры + Программы. - № 8-9. – 2000.
Роуз К. Adobe Photoshop 5.5. – М., 2000.
