Zawartość
Chociaż te pliki obrazów rastrowych, które wypełniają nasze komputery i życia, są najczęściej używane do reprezentowania obrazów, uważam, że przydatne dla artysty CG jest mieć jeszcze inną perspektywę - bardziej geekową. Z tej perspektywy obraz rastrowy jest zasadniczo zbiorem danych zorganizowanych w określoną strukturę, a dokładniej - tabelą wypełnioną liczbami (matematycznie mówiąc, macierzą).
Liczba w każdej komórce tabeli może być użyta do przedstawienia koloru. W ten sposób komórka staje się pikselem, co oznacza „element obrazu”. Istnieje wiele sposobów numerycznego kodowania kolorów. Na przykład (prawdopodobnie najprostszy) do jawnego zdefiniowania zgodności liczby do koloru dla każdej wartości, tj. 3 oznacza ciemnoczerwony, 17 jasnozielony i tak dalej. Ta metoda była często używana w starszych formatach, takich jak .gif, ponieważ pozwalała na pewne korzyści związane z rozmiarami kosztem ograniczonej palety.
Innym sposobem (najczęstszym) jest użycie ciągłego zakresu od 0 do 1 (nie 255!), Gdzie 0 oznacza czerń, 1 biel, a liczby pomiędzy nimi oznaczają odcienie szarości odpowiadającej jasności. W ten sposób uzyskujemy logiczny i elegancko zorganizowany sposób przedstawienia obrazu monochromatycznego z plikiem rastrowym.
Termin `` monochromatyczny '' wydaje się być bardziej odpowiedni niż `` czarno-biały '', ponieważ ten sam zestaw danych może być używany do przedstawiania gradacji od czerni do dowolnego innego koloru w zależności od urządzenia wyjściowego - podobnie jak wiele starych monitorów było czarno-zielonych zamiast czarno-białego.
System ten można jednak łatwo rozszerzyć do obudowy pełnokolorowej za pomocą prostego rozwiązania - każda komórka tabeli może zawierać kilka liczb i znowu istnieje wiele sposobów opisywania koloru kilkoma (zwykle trzema) liczbami każda w 0-1 zasięg. W modelu RGB oznaczają ilości czerwonego, zielonego i niebieskiego światła, w HSV odpowiednio odcień, nasycenie i jasność. Ale ważne jest, aby pamiętać, że nadal są to tylko liczby, które kodują określone znaczenie, ale nie muszą być w ten sposób interpretowane.
Jednostka logiczna
Teraz pozwól mi przejść do tego, dlaczego piksel nie jest kwadratem: to dlatego, że tabela, która jest tym, czym jest obraz rastrowy, mówi nam, ile elementów znajduje się w każdym wierszu i kolumnie, w jakiej kolejności są umieszczane, ale nic o kształcie a nawet jakie są ich proporcje.
Obraz z danych w pliku możemy utworzyć na różne sposoby, niekoniecznie za pomocą monitora, co jest tylko jedną z opcji dla urządzenia wyjściowego. Na przykład, jeśli weźmiemy nasz plik obrazu i rozprowadzimy kamyki o rozmiarach proporcjonalnych do wartości pikseli na jakiejś powierzchni - nadal będziemy tworzyć zasadniczo ten sam obraz.
I nawet jeśli weźmiemy tylko połowę kolumn, ale poinstruujemy siebie, aby użyć kamieni dwukrotnie szerszych do rozkładu - wynik nadal pokazywałby zasadniczo ten sam obraz z prawidłowymi proporcjami, bez tylko połowy poziomych szczegółów.
„Instrukcja” jest tutaj kluczowym słowem. Ta instrukcja nazywana jest współczynnikiem proporcji pikseli, która opisuje różnicę między rozdzielczością obrazu (liczbą wierszy i kolumn) a proporcjami. Umożliwia przechowywanie klatek rozciągniętych lub skompresowanych w poziomie i jest używany w niektórych formatach wideo i filmowych.
Porozmawiajmy teraz o rozdzielczości - pokazuje maksymalną ilość szczegółów, jaką obraz może pomieścić, ale nie mówi nic o tym, ile faktycznie zawiera. Źle wyostrzonego zdjęcia nie da się poprawić bez względu na to, ile pikseli ma czujnik aparatu. W ten sam sposób skalowanie obrazu cyfrowego w Photoshopie lub jakimkolwiek innym edytorze zwiększy rozdzielczość bez dodawania do niego żadnych szczegółów ani jakości - dodatkowe wiersze i kolumny zostaną po prostu wypełnione interpolowanymi (uśrednionymi) wartościami pierwotnie sąsiednich pikseli.
W podobny sposób parametr PPI (piksele na cal, powszechnie nazywany także DPI - punkty na cal) jest tylko instrukcją określającą związek między rozdzielczością pliku obrazu a fizycznymi wymiarami wyjściowego. I tak PPI jest samo w sobie bez znaczenia, bez któregokolwiek z tych dwóch.
Przechowywanie danych niestandardowych
Wracając do liczb zapisanych w każdym pikselu, oczywiście mogą to być dowolne, w tym tzw. Liczby spoza zakresu (wartości powyżej 1 i ujemne), aw każdej komórce może znajdować się więcej niż trzy liczby. Te funkcje są ograniczone tylko przez określoną definicję formatu pliku i są szeroko wykorzystywane w OpenEXR, aby nazwać jeden z nich.
Ogromną zaletą przechowywania kilku liczb w każdym pikselu jest ich niezależność, ponieważ każda z nich może być badana i przetwarzana indywidualnie jako obraz monochromatyczny zwany kanałem - lub rodzaj rastra podrzędnego.
Dodatkowe kanały, oprócz zwykłych kanałów opisujących kolory, czerwonego, zielonego i niebieskiego, mogą przenosić wszelkiego rodzaju informacje. Domyślnym czwartym kanałem jest Alpha, który koduje krycie (0 oznacza przezroczysty piksel, 1 oznacza całkowicie nieprzezroczysty). Głębokość Z, normalne, prędkość (wektory ruchu), pozycja świata, okluzja otoczenia, identyfikatory i wszystko, co przyjdzie Ci do głowy, może być przechowywane w dodatkowych lub głównych kanałach RGB.
Za każdym razem, gdy coś renderujesz, decydujesz, które dane dołączyć i gdzie je umieścić. W ten sam sposób decydujesz przy komponowaniu, jak manipulować posiadanymi danymi, aby osiągnąć pożądany rezultat. Ten numeryczny sposób myślenia o obrazach ma ogromne znaczenie i przyniesie wiele korzyści w zakresie efektów wizualnych i pracy z grafiką ruchomą.
Korzyści
Zastosowanie tego sposobu myślenia do swojej pracy - podczas korzystania z przejść renderowania i wykonywania kompozycji - jest niezwykle istotne.
Na przykład podstawowe korekty kolorów to nic innego jak elementarne operacje matematyczne na wartościach pikseli, a ich przeglądanie jest bardzo istotne w pracy produkcyjnej. Ponadto operacje matematyczne, takie jak dodawanie, odejmowanie lub mnożenie, można wykonywać na wartościach pikseli, a przy użyciu danych takich jak Normalne i Pozycja wiele narzędzi do cieniowania 3D można naśladować w 2D.
Słowa: Denis Kozlov
Denis Kozlov jest specjalistą ds. Grafiki komputerowej z 15-letnim doświadczeniem w branży filmowej, telewizyjnej, reklamowej, gier i edukacji. Obecnie pracuje w Pradze jako kierownik VFX. Ten artykuł pierwotnie ukazał się w numerze 181 3D World.
