2D Graphik: Pixel-Graphik Grundlagen
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- Dennis Kurzmann
- vor 8 Jahren
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1 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 1 2D Graphik: Pixel-Graphik Grundlagen Vorlesung 2D Graphik Andreas Butz, Otmar Hilliges
2 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 2 Themen heute Licht & Farbe Pixelgraphiken Farbräume und Konvertierungen Größe, Auflösung, dpi, Nachbarschaften, Pfade, Ränder Displays und Kameras RGB Monitor / Projektor Tintenstrahldrucker Film und Fotopapier
3 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 3 Was ist Licht? Licht kann als Elektromagnetische Welle beschrieben werden (oder als Teilchen) Sichtbarer Bereich zwischen 350 nm und 750 nm Zerlegung des Farbspektrums durch ein Prisma
4 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 4 Eigenschaften des Lichts Energieverteilung über den gesamten Spektralbereich Unterschiedliche Lichtquellen haben unterschiedliche Verteilungen Tageslicht Abendsonne Glühbirne Neonröhre Relative Energiemenge Relative Energiemenge Wellenlänge Wellenlänge
5 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 5 Abbildung der Welt auf ein 2D Bild y max λ max y min x min x max λ min Ideale Abbildungsfunktion R: R: [x min, x max ] [y min, y max ] [λ min, λ max ] [r min, r max ] Also: Ort Wellenlänge Intensität
6 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 6 Diskretisierung von R Ortsbereich: x є [1 M], y є [1 N] z.b. 1 x 1024, 1 y 768 Farbbereich: λ є z.b. λє[rot,grün,blau] Intensitätsbereich: r є [1 P] z.b. r є [0 255] Beispiel: R(17,23,rot) = 128 Zerlegung in kleine einfarbige Flächen = Pixel Endliche Anzahl von Pixeln in X- und Y-Richtung Endliche Anzahl und Auflösung von Farbkanälen
7 Anschaulich: RGB Farbkanäle LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 7
8 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 8 Farbauflösung = Anzahl der Helligkeitsstufen je Farbkanal dither
9 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 9 Additive Farbmischung (1) Die Farbe der Mischung zweier Lichter ergibt sich aus der Addition der Energiespektren Relative Energiemenge Wellenlänge
10 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 10 Additive Farbmischung (2) Grundfarben: Rot, Blau und Grün Komplementärfarben: Cyan, Magenta und Gelb
11 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 11 RGB-Farbmodell 3D-Farbwürfel
12 Natürliches Farbsystem LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 12
13 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 13 Farbkreis nach Goethe (1810) Abgeleitet aus Naturbetrachtung Angelehnt an Farbsymbolik Zuordnung von Farben zu Verstand, Sinnlichkeit, Phantasie, Vernunft Nachlesen
14 Farbenkugel nach Philipp Otto Runge (1810) LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 14
15 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 15 Farbkreis nach Johannes Itten (1961) 3 Primärfarben: rot, gelb, Blau 3 Sekundärfarben: grün, orange,violett Unterschiedlich von heutigem RGB Modell Angelehnt an Wahrnehmung und Empfindung von Farben
16 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 16 Munsell Farbsystem
17 DIN 6164 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 17
18 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 18 Subtraktive Farbmischung (1) Farbfilter absorbieren Teile des Farbspektrums Cyan filtert Rot Magenta filtert Grün Gelb filtert Blau
19 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 19 Subtraktive Farbmischung (2) Verringerung der Lichtintensität durch Farbpigmente nach dem Beer-Lambertgesetz: A(α) = log(1/t(α)))=a(α)bc T(α)=gefiltertes Licht A(α)=Absorption a(α)=materialkonstante der Absorption b= Dicke des Materials c= Konzentration der Pigmente
20 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 20 oder einfacher: Die doppelte Menge von Pigmenten halbiert die transmittierte Lichtintensität. Die doppelte Dicke des Materials halbiert die transmittierte Lichtintensität Die Absorption verschiedener Filter, die hintereinander liegen ist additiv.
21 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 21 Umrechnung RGB - CMY red green blue w = w w max max max cyan magenta yellow cyan magenta yellow w = w w max max max red green blue Beispiel (8 bit/kanal, w max = 255): (255r,0g,0b) = (0c,255m,255y)
22 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 22 Umwandlung RGB Graustufen grey = 0,3red + 0,59green + 0, 11blue Naiver Ansatz: g=(r+g+b)/3 führt zu falschen Helligkeiten (bzgl. unserer Wahrnehmung) Farbrezeptoren im Auge: 1:20:40
23 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 23 Umwandlung Graustufen s/w b ( x, y) = 0 : b( x, y) < 1: sonst c
24 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 24 Umrechnung RGB YUV Y= Luminanz (Helligkeit), U,V = Farbanteile JPEG verw. YUV und bewahrt mehr Detail in Y als in U,V Y alleine = Graustufenbild ( S/W Fernseher) Verwendung in PAL Fernsehnorm: y r v y b u b g r y = = + + = b r y g u y b v y r = + = + = = b g r v u y = b g r v u y 0, , , , , , , , ,256788
25 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 25 HSV Farbmodell Saturation (Farbsättigung) Hue (Farbton) Value (Farbwert, Helligkeit)
26 HSV Farbraum, andere Darstellung Value Hue Saturation LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 26
27 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 27 Umrechnung RGB HSV + = 3 ) / arctan( m m m m m v s h = b g r m m m 3 1/ 3 1/ 3 1/ 2 1/ 2 1/ 0 6 1/ 6 1/ 6 2 / = 3 / ) cos( ) sin( v h s h s m m m = / 2 1/ 6 1/ 3 1/ 2 1/ 6 1/ 3 1/ / m m m b g r [0...1], ] [ v s h
28 Ortsauflösung = Anzahl der Pixel im Bild LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 28
29 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 29 Auflösung in pixel per inch (ppi) Anzahl der Pixel je Zoll bei gegebener Darstellungsgröße Auflösung = Ortsauflösung / Größe Beispiel: Auflösung = 300 ppi Ortsauflösung = 3.000x2.000 Pixel Größe =??? 10 x 6,6 Zoll = 25,4 x 17 cm
30 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 30 Andere Auflösungsmaße dpi = dots per inch z.b. Punkte beim Laserdrucker z.b. 6x6 dots um 36 Graustufen darzustellen 600dpi = 100ppi bei Raster mit 36 Graustufen lpi = lines per inch: entspr. ppi beim Drucker Lp/mm = Linienpaare pro Millimeter Historisch: Angabe der Auflösung eines photographischen Films Lp/mm = dpi / (2*2,54)
31 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 31 4-Nachbarschaft 2 Pixel sind 4-benachbart wenn: Sich eine ihrer Koordinaten (x oder y) um genau 1 unterscheidet
32 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 32 8-Nachbarschaft 2 Pixel sind 8-benachbart wenn: Sie verschieden sind Sich ihre beiden Koordinaten (x und/oder y) um maximal je 1 unterscheiden
33 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 33 Pfade zwischen Pixeln Pfad = Folge von Pixeln (x 1,y 1 ) (x n,y n ) für die gilt: (x i,y i ) und (x i+1,y i+1 ) sind 8- bzw. 4-Nachbarn 2 Pixel sind pfadverbunden, falls ein Pfad zwischen ihnen existiert Pfadverbundenheit ist eine Äquivalenzrelation
34 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 34 Zusammenhangsbereiche Äquivalenzklassen bzgl. Pfadverbundenheit Alle Punkte eines Zusammenhangsbereichs sind untereinander pfadverbunden 4-Nachbarschaft liefert andere Zusammenhangsbereiche als 8-Nachbarschaft
35 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 35 Innere und Randpunkte Ein Randpunkt ist einem weissen Punkt benachbart Ein innerer Punkt nicht 4-Nachbarschaft liefert andere Randpunkte als 8- Nachbarschaft
36 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 36 Darstellung von Pixelgraphiken Durch additive Mischung CRT, LCD Monitore CRT, LCD, DLP Beamer Durch subtraktive Mischung Tintenstrahldrucker Photographischer Film
37 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 37 Röhrenmonitore (Quelle: pctechguide) Rote, grüne, blaue Phosphorpunkte Werden durch Lochmaske mit Elektronen beschossen und leuchten dadurch auf Je 3 Punkte = 1 Pixel
38 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 38 TFT Monitore 1 RGB Pixel = 3 oder mehr Punkte in R, G und B Verschiedene Arrangements Verschiedene Ansteuerungen Quelle: Samsung Quelle: Pentile
39 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 39 LED arrays (Quelle: Mitsubishi) Dots = R,G,B LEDs 1 Pixel >= 3 Dots
40 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 40 LCD Projektor
41 DLP Projektor LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 41
42 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 42 DLD Projektor (Werbefilm)
43 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 43 Zeitliche vs. räumliche RGB Mischung Screendooreffekt durch Leiterbahnen beim LCD 1-panel LCD erzeugt R,G,B Subpixel nebeneinander A A 3-panel LCD erzeugt echte Farbmischung DLP erzeugt R,G,B Anteile zeitlich versetzt
44 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 44 Tintenstrahldrucker Subtraktive Mischung durch filternde Tintenschichten
45 Photographischer Film (Quelle: Kodak) LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 45
46 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 46 Ausbelichtung auf Photopapier Farbe bei der Belichtung Entstehendes Bild Gelb-Emulsion Magenta-Emulsion Cyan-Emulsion Papierbasis
47 LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 47 Literatur Klaus D. Tönnies: "Grundlagen der Bildverarbeitung", ISBN Bruns/Meyer/Wegener: Taschenbuch der Medieninformatik, ISBN
48 Schönes Wochenende! LMU München Medieninformatik Butz/Hilliges 2D Graphics WS Folie 48
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den Farbton (hue), der bestimmt ist durch die dominanten Lichtwellenlängen;
3 Bildsynthese In diesem Kapitel werden wir über Farben, Beleuchtung und Schattierung sowie über Texturen sprechen. Außerdem werden wir kurz auf das Anti-Aliasing eingehen. 3.1 Wahrnehmung, Licht und Farbe
z.b. extern: # Drucker # Tastatur # Plotter # Maus / Eingabegerät # Scanner # USB-Hub # USB-Stick # Monitor / Beamer
Das Peripheriegerät ist eine Komponente oder ein Gerät, das sich außerhalb der Zentraleinheit eines Computers befindet (kurz: Zubehör). Vereinfacht kann zwischen im Computer verbauten (internen) und mit
Farbdarstellung. aber mit einem ausgeprägten Empfindlichkeitsmaximum im roten, grünen bzw. blauen Bereich.
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