Система «Тон - Насыщенность - Яркость» HSB

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 8Следующая ⇒

Системы цветов RGB и CMYK базируются на ограничениях, накладываемых аппаратным обеспечением (мониторами компьютеров и типографскими красками). Более интуитивным способом описания цвета является его представление в виде тона (Hue), насыщенности (Saturation) и яркости (Brightness). Для такой системы цветов используется аббревиатура HSB. Тон — конкретный оттенок цвета: красный, жёлтый, зелёный, пурпурный и т. п. Насыщенность характеризует «чистоту» цвета: уменьшая насыщенность, мы «разбавляем» его белым цветом. Яркость же зависит от количества чёрной краски, добавленной к данному цвету: чем меньше черноты, тем больше яркость цвета. Для отображения на мониторе компьютера система HSB преобразуется в RGB, a для печати на принтере - в систему CMYK. Можно создать произвольный цвет, указав в полях ввода Н, S и В значения для тона, насыщенности и яркости из диапазона от 0 до 255.

Индексированный цвет

Кроме перечисленных, существует еще один тип цветных изображений, который до недавнего времени имел сугубо историческое значение. До широкого распространения видеоадаптеров с большим объемом видеопамяти и мониторов SVGA, большинство компьютеров были способны отображать на экране не более 256 цветов одновременно. Более старые мониторы ограничивали это количество до 64-х или 16-ти. Наиболее рациональным способом кодировки в таких условиях являлось их индексирование. При индексировании каждому из цветов изображения присваивался порядковый номер, который использовался для описания всех пикселов, имеющих этот цвет. Поскольку для разных изображений набор цветов отличался, он хранился в памяти компьютера вместе с изображением. Набор цветов, использованных в изображении, получил название палитры, а способ кодирования цвета - индексированный цвет. С развитием компьютерных видеосистем индексированные цвета перестали использоваться столь широко. Даже современные офисные компьютеры способны отображать на экране 16, 8 млн цветов.

Глубина цвета индексированных изображений зависит от количества элементов в его цветовой таблице и может находиться в диапазоне от 2 до 8 бит. Для описания 64 цветов нужно б бит, для 16 цветов — 4 бита. Для изображения, состоящего из 256 цветов, требуется 1 байт (восемь бит). Соответственно меняется и объем памяти, занимаемый индексированным изображением. Для изображения с палитрой из 256 цветов требуется столько же памяти, сколько и для полутонового. Заметьте, что изображение является цветным при весьма малых размерах файла. Именно это обстоятельство дало вторую жизнь индексированным изображениям с развитием Web-дизайна, поскольку для передачи по сети размеры файлов критичны. Сейчас индексированные форматы широко используются при подготовке изображений для электронного распространения.

Такая организация изображения делает размер его файла небольшим. Наряду с высокой скоростью обработки, небольшими размерами файлов и удобными средствами для управления цветом, индексированные изображения имеют серьезный недостаток, связанный с ограниченными возможностями цветовой таблицы. Поэтому этот формат применяется для кнопочек, иконок, и других изображения, не нуждающихся в большом количестве цветов.

18. Системы соответствия цветов и палитр.

Сложность передачи цветов обусловлена в значительной степени тем, что в процессе работы по подготовке и выводу изображения на печать участвуют устройства, работающие как в модели RGB, так и в модели CMYK. К первым можно отнести мониторы, сканеры и цифровые камеры, а ко вторым - цветные принтеры и фотонаборные автоматы. Поскольку цветовые охваты этих цветов различаются, необходимые преобразования из одной модели в другую сопряжены с неизбежными искажениями цветов и оттенков. Поэтому для достижения предсказуемого цвета используются различные методики: калибровка устройств и построение цветовых профилей.

ТОЧНЫЙ ЦВЕТ Процесс допечатной подготовки изображения включает несколько этапов. Оригинал переводится в RGB при помощи сканера, отображается на мониторе, обрабатывается в специальной программе растровой графики, преобразуется в CMYK и печатается на CMYK-устройстве.

В процессе подготовки изображения крайне важно, чтобы цвета передавались как можно точнее. В таком случае используется система управления цветом Color Management System (учитывает принципиальные отличия в воспроизведении и восприятии цветов различными устройствами, так и конкретные характеристики сканера, принтера и т.п..

CMS работают только с калиброванными устройствами. Под калибровкой следует понимать математическое описание цветопередачи устройства - цветовой профиль или профиль устройства. Профиль устройства представляет собой таблицу, согласно которой цвета, снятые устройством ввода или отображаемые устройством вывода, преобразуются в одну цветовую модель.

Данные с модели RGB - преобразуются в LAB - RGB монитор

⁴⁴ CMYK принтер

Цветопередача для различных устройств каждого типа неодинакова и различается не только для определенных моделей, но и для различных экземпляров устройств одной серии, именно поэтому следует строить индивидуальный цветовой профиль для каждого отдельного устройства.

Цветовая палитра

Цветовая палитра - это таблица данных, в кбторой хранится информация о том, каким кодом закодирован тот или иной цвет. Это таблица создается и хранится вместе с графическим файлом.

Самый удобный для компьютера способ кодирования цвета - 24-разрядный, True Color. В этом режиме на кодирование каждой цветовой составляющей R (красной), О(зеленой), В(синей), отводится по одному байту (8 битов). Яркость каждой составляющей выражается числом от 0 до 255, и любой цвет из 16.5 миллионов компьютер может воспроизвести по трем кодам. В этом случае цветовая палитра не нужна, поскольку в трех байтах и так достаточно информации о цвете конкретного пикселя.

Индексная палитра. Существенно сложнее обстоит дело, когда изображение имеет только 256 цветов, кодируемых одним байтом. В этом случае каждый цветовой оттенок представлен одним числом, причем это число выражает не цвет пикселя, а индекс цвета (его номер). Сам же цвет разыскивается по этому нфмеру в сопроводительной цветовой палитре, приложенной к файлу. Такие цветовые палитры еще называют индексными палитрами. Разные изображения могут иметь разное цветовые палитры. Например, в одном изображении зеленый цвет может кодироваться индексом 64, а в другом

изображении это индекс может быть отдан розовому цвету. Если воспроизвести изображение с «чужой» цветовой палитрой, то зеленая елка на экране может оказаться розовой.

В тех случаях, когда цвет изображения закодирован двумя байтами (режим High Color), на экране возможно изображение 65 тысяч цветов. Разумеется, это не все возможные цвета, а лишь одна двести пятьдесят шестая доля общего непрерывного спектра красок, доступного в режиме True Color. В таком изображении каждый двухбайтный код тоже выражает какой-то цвет из общего спектра. Но в данном случае нельзя приложить к файлу индексную палитру, в которой было бы 65 тысяч записей, и ее размер составил бы сотни тысяч байтов. Вряд ли есть смысл прикладывать к файлу таблицу, которая может быть по размеру больше самого файла. В этом случае используют понятие фиксированной палитры. Ее не надо прикладывать к файлу, поскольку в любом графическом файле, имеющем шестнадцатиразрядное кодирование цвета, один и тот же код всегда выражает один и тот же цвет.

«Безопасная» палитра. Этот термин используют в Web-графике. Поскольку скорость передачи данных в Интернете пока оставляет желать лучшего, для оформления Web-страниц не применяют графику, имеющую кодирование цвета выше 8-разрядного.

При этом возникает проблема, связанная с тем, что создатель Web-страницы не имеет ни малейшего понятия о том, на какой модели компьютера и под управлением каких программ будет просматриваться его произведение. Он не уверен, не превратится ли его «зеленая елка» в красную или оранжевую на экранах пользователей.

В связи с этим принято следующее решение. Все наиболее популярные программы
для просмотра Web-страниц (браузеры) заранее настроены на некоторую одну
фиксированную палитру. Если разработчик Web-страницы при создании иллюстраций
будет применять только эту палитру, то он может быть уверен, что пользователи всего
мира увидят рисунок правильно.:

В этой палитре не 256 цветов, как можно было бы предположить, а лишь 216. Это связано с тем, что в Интернете работают люди с разными компьютерами, а не только с IBM PC, и не все компьютеры могут воспроизводить 256 цветов.

Такая фиксированная палитра, жестко определяющая индексы для кодирования 216 цветов, называется безопасной палитрой.

19. Форматы векторной графики

Векторный формат файлов, создаваемых программой Adobe Illustrator. Формат ai каждой новой версии несовместим с более старыми версиями, что означает, например, файл, сохраненный в версии Adobe Illustrator 9 может быть открыт в более новой версии программы (Adobe Illustrator 10, CS, CS2 и т.д.), но не может быть открыт в более старой версии программы. Формат обеспечивает очень высокое качество рисунков, но по ряду параметров плохо совместим с другими программами (например, различные эффекты Adobe Illustrator и градиентная заливка могут не передаваться в другие форматы).

Cdr

Векторный формат файлов, создаваемых программой CorelDraw. Формат cdr каждой новой версии несовместим с более старыми версиями, что означает, например, файл, сохраненный в версии CorelDraw 9 может быть открыт в более новой версии программы (CorelDraw 10, 11, 12 и т.д.), но не может быть открыт в более старой версии программы (CorelDraw 8, 7, 6 и т.д.). Формат обеспечивает очень высокое качество рисунков, но по ряду параметров плохо совместим с другими программами (например, различные эффекты CorelDraw и градиентная заливка могут не передаваться в другие форматы).

Стх

Corel Presentation Exchange - формат графических программ корпорации Corel, предназначенный для передачи рисунков между разными программами. Формат поддерживается, начиная с версии CorelDraw 6.

Eps

Относительно универсальный векторный формат файлов, поддерживаемый большинством векторных редакторов - CorelDraw, Adobe Illustrator, Macromedia FreeHand и различными узкоспециализированными программами (для плоттерной резки, гравировки, выжигания на дереве и т.д.). Формат имеет много версий и, к сожалению, каждая программа поддерживает его только до опеределенной версии (например, CorelDraw поддерживает только версии до EPS 7). Формат обеспечивает очень высокое качество рисунков.

Fla, fh

Исходные Flash-файлы, создаются в Adobe Flash (бывш. Macromedia Flash).

Svg

Scalable Vector Graphics - является открытым стандартом, т.е. в отличие от большинства других форматов, SVG не является чьей-либо собственностью. Это основанный на XML язык разметки, предназначенный для описания двухмерной векторной графики. Формат поддерживается многими веб-браузерами и может быть использован при оформлении вебстраниц. К сожалению, формат не обеспечивается высокого качества в отношении сложных рисунков и имеет ограничения по сфере своего использования.

Swf

Flash-формат, который может просматриваются с помощью Flash Player, устанавливамый как plugin в браузер.

Wmf

Windows Metafile - графический формат файла в системе Microsoft Windows. Универсальный векторный формат, поддерживаемый большинством векторных редакторов. К сожалению, формат не обеспечивает высокое качество для сложных рисунков и имеет очень ограниченное число поддерживаемых эффектов. Основные недостатки - искажение цвета, невозможность сохранения ряда дополнительных параметров объектов. Формат поддерживается рядом веб-браузеров и может быть использован при оформлении веб-страниц.

Cgm

Computer Graphic Metafile - метафайл компьютерной графики - широко использует стандартный формат векторных графических данных в сети Internet.

20. Форматы файлов растровой графики

Существует несколько десятков форматов файлов растровых изображений. У каждого из них есть свои позитивные качества, которые определяют целесообразность его использования при работе с теми или другими программами. Рассмотрим самые распространенные из них.

Bitmap (англ. Bit map image - битовая карта изображения). Файлы этого формата имеют расширение .BMP. Данный формат поддерживается практически всеми графическими редакторами растровой графики. Основным недостатком формата BMP является большой размер файлов из-за отсутствия их сжатия. Поддерживаются только изображения в модели RGB с глубиной цвета до 24 бит. Применяется для хранения растровых изображений, предназначенных для использования в Windows и, по сути, больше ни на что не пригоден. Использовать BMP нельзя ни в web, ни для печати (особенно), ни для простого переноса и хранения информации.

JPEG (англ. Joint Photographic Expert Group - объединенная экспертная группа в отрасли фотографии), файлы которого имеют расширение JPG или JPEG. Позволяет сжать изображение с большим коэффициентом (до 500 раз) за счет необратимой потери части данных, что значительно ухудшает качества изображения. Чем меньше цветов имеет изображение, тем хуже эффект от использования формата JPEG, но для цветных фотографии на экране это малозаметно. Он основан на удалении из изображения той части информации, которая слабо воспринимается человеческим глазом. Лишенное избыточной информации изображение занимает гораздо меньше места, чем исходное. Анимация или прозрачный цвет форматом не поддерживаются. Использовать jpg для полиграфических нужд категорически не рекомендуется.

GIF (англ. Graphics Interchange Format - графический формат для обмена) самый уплотнённый из графических форматов, что не имеет потери данных и позволяет уменьшить размер файла в несколько раз. Файлы этого формата имеют расширение .GIF. В этом формате сохраняются и передаются малоцветные изображения (до 256 оттенков), например, рисованные иллюстрации. Но главная соковыжималка для картинок в формате gif, это, все же, приведение их к меньшему числу цветов. Само собой, что такое пройдет без последствий лишь на картинках с изначально небольшим количеством цветов: рисованной графике, элементах оформления, маленьких надписях (кстати, для хорошего сглаживания надписи классическим шрифтом на однородном фоне достаточно от 7 до 11 цветов в зависимости от кегля). У формата GIF есть интересные особенности, которые позволяют сохранить такие эффекты, как прозрачность фона и анимацию изображения. GIF способен содержать несколько кадров в одном файле с их последующей последовательной демонстрацией (" анимированный GIF" ). GIF-формат также позволяет записывать изображение " через строку", благодаря чему, имея только часть файла, можно увидеть изображение полностью, но с меньшей разрешающей способностью.

PNG (англ. Portable Network Graphic - мобильная сетевая графика) - формат графических файлов, аналогичный формату GIF, но который поддерживает намного больше цветов. Это достаточно " молодой" формат для Web-графики, конкурирующий с GIF. Все последние версии браузеров поддерживают его без специальных подключаемых модулей. Формат поддерживает полутоновые и полноцветные RGB-изображения. Почему же такой замечательный и удобный формат не получил распространения? Дело в том что наша " самя самая любимая на свете" корпорация Microsoft сочла этот формат неперспективным на основании того, что разработан он не ими.

Для документов, которые передаются по сети Интернет, очень важным есть незначительный размер файлов, поскольку от него зависит скорость доступа к информации. Поэтому при подготовке Web-страниц используют типы графических форматов, которые имеют высокий коэффициент сжатия данных: JPEG, .GIF, .PNG.

Особенно высокие требования к качествам изображений предъявляются в полиграфии:

TIFF (англ. Tagged Image File Format - теговый (с пометками) формат файлов изображений). Файлы этого формата имеют расширение .TIF или .TIFF. Они обеспечивают сжатие с достаточным коэффициентом и возможность хранить в файле дополнительные данные, которые на рисунке расположены во вспомогательных слоях и содержат аннотации и примечания к рисунку. TIFF - один из самых древних форматов в мире микрокомпьютеров, на сегодняшний день он является самым гибким, универсальным и активно развивающимся. В нем можно хранить графику в любом режиме: от битового и индексированных цветов до Lab, CMYK и RGB (кроме дуплексов и многоканальных документов). Хотя с момента его создания прошло уже много времени, TIFF до сих пор является основным форматом, используемым для хранения сканированных изображений и размещения их в издательских системах и программах иллюстрирования.

PSD (англ. PhotoShop Document).Файлы этого формата имеют расширение .PSD. Это формат программы Photoshop. Предпочтителен для хранения промежуточных результатов редактирования изображений, т.к. позволяет записывать растровое изображение со многими слоями, дополнительными цветовыми каналами, масками, т.е. этот формат может сохранить всё, что создал пользователь видимое на мониторе. Поддерживаются все цветовые модели и любая глубина цвета от бело-черного до true color, сжатие без потерь.

WBMP - Wireless Bitmap, специально оптимизирован для сотовых телефонов, смартфонов, карманных компьютеров и прочих мобильных устройств. Формат поддерживает только два цвета, но можно имитировать больше с помощью разброса пикселей (dithering). Теоретически файлы WBMP могут содержать анимацию. Сжатие не поддерживается, что очень удивительно, так как на практике графический файл для WAP не может быть больше 1461 байт (это ограничение связано с небольшим объемом памяти сотовых телефонов).

PCX - (PC eXchange) - поддерживает монохромные, индексированные и полноцветные изображения модели RGB. He поддерживаются дополнительные цветовые и альфа-канлалы, контуры обтравки, управление цветом. Формат предполагает использование простейшего алгоритма сжатия без потерь информации. Ныне имеет преимущественно историческое значение. Он почти так же прост внутри, как и bmp. Возможности у этого формата такие же, как и у bmp. Зато рсх можно посмотреть большинством программ под DOS.

PGD (Photo CD) был разработан фирмой Kodak для хранения сканированных фотографических изображений. Сканирование выполняется на специальной аппаратуре (рабочих станциях Kodak), а его результат записывается на компакт-диск особого формата, Kodak Photo CD. Его можно просматривать с помощью промышленных видеоплееров и игровых приставок на обычном телевизоре. На практике Photo CD чаще применяются в издательских технологиях как источник изображений. Большинство производителей библиотек фотоснимков используют именно этот формат на своих компакт-дисках. Формат PCD имеет ряд полезных особенностей, делающих эту его область применения превалирующей. Файл PCD содержит изображение сразу в нескольких фиксированных разрешениях. Изображения на Photo CD представлены в особой цветовой модели YCC, разработанной специалистами Kodak и во многом аналогичной модели Lab. YCC тоже имеет три базовых компонента, яркостный и два хроматических. Существуют несколько форматов Photo CD. Формат Master Photo CD содержит изображения, сканированные с обычной фотопленки формата 35 мм. Профессиональным фотографам адресован формат Master Pro Photo CD, для которого используется пленка большего формата (120 мм и 4x5 дюймов). Для полиграфических приложений предназначен формат Print Photo CD. Оригинал сканируется профессиональными сканерами (Crosfield, Linotype, Scitex) и сохраняется с несжатым разрешением. Формат Catalog Photo CD позволяет разместить на одном диске до 4500 изображений с базовым разрешением. И наконец, на мультимедийные приложения

ориентирован формат Portfolio PhotoCD. На компакт-диске такого формата можно разместить до 800 изображений, а также звук, интерактивные сценарии и т. п.

FLM (Filmstrip) - собственный формат Adobe Premier, программы редактирования видеоинформации и создания презентаций.

IFF (Amiga Interchange File Format) используется на компьютерах Commodore Amiga с программно-аппаратным комплексом Video Toaster. Он ориентирован на создание и обработку высококачественных видеоматериалов в реальном времени. Поддерживается также некоторыми программами рисования на платформе Windows, например Deluxe Paint фирмы Electronic Arts. Формат IFF поддерживает все типы изображений, за исключением многоканальных и полноцветных CMYK.

PXR (Pixar) предназначен для обмена со специализированными графическими станциями Pixar, ориентированными на трехмерное моделирование и анимацию. Поддерживаются только полутоновые и полноцветные RGB изображения.

SCT (Scitex Continuous Tone) используется сканерами, фотонаборными автоматами и графическими станциями Scitex для получения высококачественной полиграфической продукции. Особый формат используется патентованным растеризатором Scitex. Он поддерживает полутоновые и полноцветные изображения в моделях RGB и CMYK. Scitex используется исключительно на этапе растрирования смеси из векторных и растровых данных в одну битовую карту, предназначенную для high-end фотонаборных автоматов фирмы Scitex - она то и сохраняется в этом формате.

PCT/PICT (Macintosh QuickDraw Picture Format) - это внутренний формат операционной системы Маc, аналог bmp. Он способен нести в себе растровую и векторную информацию, текст и даже звук. Такая потрясающая гибкость формата лишний раз подтверждает эффективность использования Маc при работе с мультимедиа. Изображение может храниться как в RGB, так и в CMYK, причем глубина цвета варьируется от индексированных цветов до true color; Формат pict открывается всеми приложениями, разработанными для Mac (QuickTime, Photoshop, etc.)

RAW Замечательный контраст с предыдущим форматом составляет формат raw. Он не поддерживает ничего. Не хранятся даже данные о количестве каналов, глубине цвета и разрешении, так что во время открытия вам придется вводить эти параметры вручную, по памяти. Изображение хранится просто как поток пикселей с фиксированным заголовком, куда можно впоследствии поместить любую текстовую информацию. Кстати, размер этого заголовка в байтах вам тоже придется указывать при открытии картинки в этом формате. Архаизм? Нет! Просто претензия на полную мультиплатформенность и совместимость со всеми программами. Претензия, к слову сказать, неудачная: далеко не каждый графический редактор или просмотрщик поддерживает raw. Простота, доведенная в погоне за совместимостью до полного абсурда.

TGA Довольно старый формат Targa создан специально для работы с графическим акселератором Truevision. Этот акселератор широко используется приложениями на платформе DOS. Он поддерживает глубину цвета от 8 до 32 бит на пиксель. Файлы формата targa часто применялись DOS версией 3DStudio Max для хранения текстур.

FPX Еще один формат, не ставший популярным ввиду слабой маркетинговой поддержки - это FlashPix. Он был разработан фирмой Kodak, известной по формату PhotoCD своими попытками загнать в один файл несколько копий одного и того же изображения с разными разрешениями. FlashPix не стал исключением из фирменного правила и тоже поддерживает несколько копий с разным разрешением в одном файле. Дизайнер, никогда не сталкивавшийся с файлами полиграфического качества, возможно спросит о смысле такого расточительного расходования дискового пространства. Он есть. Дело в том, что в полиграфии нередко работают с изображениями, занимающими десятки и даже сотни мегабайт. Их приведение к нужному размеру занимает гораздо больше времени, чем просто считывание копии с нужным разрешением, а размер файлов в предпечатной подготовке роли не играет. FlashPix также обладает встроенной системой

защиты изображений с помощью водяных знаков. Формат достаточно редкий, и немногие программы умеют с ним работать.

PXR - применяется исключительно на high-end графических станциях Pixar, предназначенных для профессиональной трехмерной анимации. Его возможности невелики: отсутствие компрессии, поддержка лишь модели RGB и градаций серого.

ICO - формат мелких картинок (иконок). В интернете такие картинки используются браузерами для маркировки Web-проектов в строке URL и в избранном. Поддерживается и используется программками для создания иконок типа IconXP.

FLA - внутренний формат программы для создания интерактивной анимации Flash

SWF- формат публикации Flash для отображения на разных платформах. (Два последних формата поддерживают как векторную, так и растровую графику одновременно.)

MNG - данный формат находится на стадии разработки. Точных данных о нём нет.

21. Трехмерная графика.

Трёхмерная графика - раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов. Больше всего применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке и промышленности.

Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:

• моделирование - создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в
ней.

• рендеринг (визуализация) - построение проекции в соответствии с выбранной
физической моделью.

• вывод полученного изображения на устройство вывода - дисплей или принтер.

Для создания реалистичной модели объекта используются геометрические примитивы (куб, шар, конус и пр.) и гладкие, так называемые сплайновые поверхности. Вид поверхности определяется расположенной в пространстве сеткой опорных точек. Каждой точке присваивается коэффициент, величина которого определяет степень ее влияния на часть поверхности, проходящей вблизи точки. От взаимного расположения точек и величины коэффициентов зависит форма и гладкость поверхности в целом.

Деформация объекта обеспечивается перемещением контрольных точек, расположенных вблизи. Каждая контрольная точка связана с ближайшими опорными точками, степень ее влияния на них определяется удаленностью. Другой метод называют сеткой деформации. Вокруг объекта или его части размещается трехмерная сетка, перемещение любой точки которой вызывает упругую деформацию как самой сетки, так и окруженного объекта.

Еще одним способом построения объектов из примитивов служит твердотельное моделирование. Объекты представлены твердыми телами, которые при взаимодействии с другими телами различными способами (объединение, вычитание, слияние и др.) претерпевают необходимую трансформацию.

Все многообразие свойств в компьютерном моделировании сводится к визуализации поверхности, то есть к расчету коэффициента прозрачности поверхности и угла преломления лучей света на границе материала и окружающего пространства. Свойства поверхности описываются в создаваемых массивах текстур, в которых содержатся данные о степени прозрачности материала, коэффициенте преломления, цвете в каждой точке, цвете блика, его ширине и резкости и др.

После завершения конструирования и визуализации объекта приступают его " оживлению", т.е. заданию параметров движения. Компьютерная анимация базируется на ключевых кадрах.

Применение сложных математических моделей позволяет имитировать различные физические эффекты: взрывы, дождь, снег, огонь, дым, туман и др.

Основную долю рынка программных средств обработки трехмерной графики занимают три пакета: 3D Studio Max фирмы Kinetix; Softimage 3D компании Microsoft; Maya, разработанная консорциумом известных компаний (Alias, Wavefront, TDI). На сегодняшний день Maya является наиболее передовым пакетом в классе средств создания и обработки трехмерной графики для персональных компьютеров.

В качестве примера рассмотрим наиболее сложный вариант трехмерного моделирования - создание подвижного изображения_реального физического тела.

В упрощенном виде для пространственного моделирования объекта требуется:

- спроектировать и создать виртуальный каркас (" скелет" ) объекта, наиболее
полно соответствующий его реальной форме;

- спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствам
визуализации похожие на реальные;

- присвоить материалы различным частям поверхности объекта (на
профессиональном жаргоне - " спроектировать текстуры на объект" );

- настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать
объект, — задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства
взаимодействующих объектов и поверхностей;

- задать траектории движения объектов;

- рассчитать результирующую последовательность кадров;

- наложить поверхностные эффекты на итоговый анимационный ролик.

— Для создания " скелета" реалистичной модели объекта используются геометрические примитивы и сплайновые поверхности.

__ После формирования " скелета" объекта необходимо покрыть его поверхность

материалами» Все многообразие свойств в компьютерном моделировании сводится к визуализации поверхности.

Закраска поверхностей осуществляется методами: в первом случае цвет примитива рассчитывается лишь в его вершинах, а затем линейно интерполируется по поверхности. Во втором случае строится нормаль к объекту в целом, ее вектор интерполируется по поверхности составляющих примитивов и освещение рассчитывается для каждой точки.

Свет, уходящий с поверхности в конкретной точке в сторону наблюдателя, представляет собой сумму компонентов, умноженных на коэффициент, связанный с материалом и цветом поверхности в данной точке.

_ Следующим этапом является наложение (" проектирование" ) текстур на определенные участки каркаса объекта. При этом необходимо учитывать их взаимное влияние на границах примитивов. Проектирование материалов на объект - задача трудно формализуемая, она сродни художественному процессу и требует от исполнителя хотя бы минимальных творческих способностей.

После завершения конструирования и визуализации объекта приступают к его " оживлению", то есть заданию параметров движения. Компьютерная анимация базируется на ключевых кадрах. В первом кадре объект выставляется в исходное положение. Через определенный промежуток (например, в восьмом кадре) задается новое положение объекта и так далее до конечного положения. Промежуточные значения вычисляет программа по специальному алгоритму. При этом происходит не просто линейная аппроксимация, а плавное изменение положения опорных точек объекта в соответствии с заданными условиями.

Наиболее совершенный метод анимации заключается в фиксации реальных движений физического объекта. Например, на человеке закрепляют в контрольных точках яркие источники света и снимают заданное движение на видео- или кинопленку. Затем координаты точек по кадрам переводят с пленки в компьютер и присваивают соответствующим опорным точкам каркасной модели. В результате движения имитируемого объекта практически неотличимы от живого прототипа.

Процесс расчета реалистичных изображений называют рендерингом (визуализацией). Применение сложных математических моделей позволяет имитировать такие физические эффекты, как взрывы, дождь, огонь, дым, туман. По завершении рендеринга компьютерную трехмерную анимацию используют либо как самостоятельный продукт, либо в качестве отдельных частей или кадров готового продукта.

Особую область трёхмерного моделирования в режиме реального времени составляют тренажеры технических средств - автомобилей, судов, летательных и космических аппаратов. В них необходимо очень точно реализовывать технические параметры объектов и свойства окружающей физической среды. В более простых вариантах, например при обучении вождению наземных транспортных средств, тренажеры реализуют на персональных компьютерах.

Самые совершенные на сегодняшний день устройства созданы для обучения пилотированию космических кораблей и военных летательных аппаратов.

Моделированием и визуализацией объектов в таких тренажерах заняты несколько специализированных графических станций, построенных на мощных /? /£ С-процессорах и скоростных видеоадаптерах с аппаратными ускорителями трехмерной графики. Общее управление системой и просчет сценариев взаимодействия возложены на суперкомпьютер, состоящий из десятков и сотен процессоров. Стоимость таких комплексов выражается девятизначными цифрами, но их применение окупается достаточно быстро, так как обучение на реальных аппаратах в десятки раз дороже.

Программные средства обработки трехмерной графики

На персональных компьютерах основную долю рынка программных средств обработки трехмерной графики занимают три пакета.

Программа создания и обработки трехмерной графики 3D Studio Max фирмы Kinetix изначально создавалась для платформы Windows. Этот пакет считается «полупрофессиональным». Однако его средств вполне хватает для разработки качественных трехмерных изображений объектов неживой природы. Отличительными особенностями пакета являются поддержка большого числа аппаратных ускорителей трехмерной графики, мощные световые эффекты, большое число дополнений, созданных сторонними фирмами. Сравнительная нетребовательность к аппаратным ресурсам позволяет работать даже на компьютерах среднего уровня. Вместе с тем по средствам моделирования и анимации пакет 3D Studio Max уступает более развитым программным средствам.

Программа Softimage 3D компании Microsoft изначально создавалась для рабочих станций SGI и лишь сравнительно недавно была конвертирована под операционную систему Windows NT. Программу отличают богатые возможности моделирования, наличие большого числа регулируемых физических и кинематографических параметров. Для рендеринга применяется качественный и достаточно быстрый модуль Mental Ray. Существует множество дополнений, выпущенных " третьими" фирмами, значительно распшряющих функции пакета. Эта программа считается стандартом в мире специализированных графических станций, выглядит несколько тяжеловато и требует мощных аппаратных ресурсов.

Наиболее революционной с точки зрения интерфейса и возможностей является программа Maya, разработанная консорциумом известных компаний (Alias, Wavefront, TDI). Пакет существует в вариантах для разных операционных систем, в том числе и Windows NT. Инструментарий Maya сведен в четыре группы: анимация, моделирование, физическое моделирование, визуализация. Удобный настраиваемый интерфейс выполнен в соответствии с современными требованиями. На сегодняшний день Maya является наиболее передовым пакетом в классе средств создания и обработки трехмерной графики для персональных компьютеров.

22. Компьютерная анимация

Анимация (от фр. animation - оживление, одушевление) - западное название мультипликации: вид киноискусства и его произведение (мультфильм), а также соответствующая технология.

Компьютерная анимация - последовательный показ (слайд-шоу) заранее подготовленных графических файлов, а также компьютерная имитация движения с помощью изменения (и перерисовки) формы объектов или показа последовательных изображений с фазами движения. В настоящее время получила широкое применение как в области развлечений, так и в производственной, научной, учебной и деловой сферах.

Различают 3D- и 2D-анимацию.

Чтобы создать 2D-анимацию, необходимо выводить на экран последовательный ряд изображений, отражающих различное состояние объекта от начального до конечного его положения (как правило, с частотой 24 или 30 кадров в секунду).

ЗD-анимация предполагает создание трехмерной модели объекта, определение сценария его поведения в течение времени и запись последовательных положений объекта (кадрирование) в процессе визуализации.

По принципу анимирования можно выделить несколько видов компьютерной анимации:

- Анимация по ключевым кадрам

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 Следующая ⇒