Lekce 3 - Úvod do počítačové grafiky - Termíny, rozlišení

V minulém dílu úvodu do počítačové grafiky jsme probrali základy optiky a barevné modely. Čím více se přesouváme k praktičtějším metodám využití barev v počítačové grafice, tím více si uvědomíme, že jsou barvy mnohem složitější, než jsme si možná původně mysleli. Stále existují ale tři termíny, které souvisí s barvami a které je dobré znát, než nastoupíte do praxe. Jedná se o hloubku, věrnost a kalibraci.

Barevná hloubka

Takže, co je to ta hloubka? Barvu si můžete představit jako hlubokou studnu, vyplněnou odstíny dané barvy. Čím hlouběji jdeme, tím hlubší získáváme odstín. Přesně takto funguje barevná hloubka.

Jedná se tedy o termín určující kolik odstínů má daná barva. Určuje, kolik bitů je třeba k popisu konkrétní barvy v obrázku. Tedy čím větší barevná hloubka, tím většího počtu barev obrázek může nabýt, jednoduše: obrázek bude kvalitnější.

Každý pixel na obrazu může nabývat jedné hodnoty (barvy) z určité palety barev. Tyto palety mohou mít například jen 256 barev nebo i 16 milionů (přibližně). Čím větší paletu si vyberete, tím více bude daný obrázek (logicky) zabírat v paměti.

Barevná hloubka	Počet barev
8 bitů	256
16 bitů	65 536
18 bitů	262 144
24 bitů	16 777 216
32 bitů (s alfa kanálem)	4 294 967 296

Asi jste si všimli, že počet barev je podle vzorce 2ⁿ, kdy „n“ je rovno barevné hloubce. Každé barvě je v jiné barevné hloubce přiřazen jiný počet bitů:

Barevná hloubka	Červená	Zelená	Modrá	Alfa-kanál
8 bitů	3	3	2	-
16 bitů	5	6	6	-
18 bitů	6	6	6	-
24 bitů	8	8	8	-
32 bitů	8	8	8	8

Zelená barva dostává více bitů hlavně proto, že „zelený čípek“ v lidském oku je citlivější než ostatní. 16-ti bitové obrazy jsou občas nazývány high-color (bohatě stačí pro dokonale barevný obraz bez znatelně barevných přechodů), 24-bitové true-color.

Obrázek: Bruce Shorty, public domain

Výše je vidět nízká kvalita 8-bitového obrázku. Proto se obvykle používá pro černobílé fotografie (256 odstínů šedi, grayscale).

Existují i jednobitové obrázky. Nazývají se lineart, black&white nebo hezky česky pérovka.

Kolik bajtů zabere obrázek?

Pro výpočty použijeme (zatím) pouze nekomprimované obrázky. Velikost obrázku závisí na počtu pixelů a zvolené barevné hloubce. Počet pixelů můžeme zjistit vynásobením hodnot.

Vzorový obrázek: 800x600px 24bit

U takového obrázku nejprve zjistíme počet pixelů. 800*600 nám dává 480 000 pixelů, tedy přibližně 0,5 megapixelu. Poté zjistíme kolik bajtů zabírá jeden pixel. Nahoře v tabulce jsem psal, že u 24 bitové fotografie mají všechny barvy 8 bitů. 8 bitů je jeden bajt krát tři barvy. To nám dá 3 bajty na jeden pixel. A teď již to stačí jen vynásobit. 480 000 pixelů krát 3 bajty jsou 1 440 000 bajtů (asi 1,5 MB).

Barevná věrnost

Jak již z názvu vyplývá, jedná se o sladění barev zpracovávané grafiky tak, aby byla svým barevným podáním co možná nejvěrnější skutečnosti. Například aby se pleťová barva na monitoru blížila co možná nejvíce ke skutečné barvě lidské pleti. Na to navazuje takzvané zkreslení. Jinak barvy totiž zobrazuje monitor běžící na RGB a jinak je vytiskne tiskárna na CMYK, atp.

Zkreslení

Jestli místo přímého nahrávání z digitálního fotoaparátu skenujete obrazy do počítače, již v tomto procesu dojde k prvnímu zkreslení. Zrádné je taky posazení LCD monitoru. Při úpravě fotografie totiž uvidíte ten samý obrázek pod jinými úhly různě barevně. Z toho vyplývá, že správné nastavení monitoru je pro práci s počítačovou grafikou klíčové.

Barevná kalibrace

Aby vaše zařízení správně zobrazovalo barvy (co nejvěrněji skutečnosti), je nutné jej nakalibrovat. Výhodné je zkalibrovat zařízení mezi sebou, aby byly zobrazované barvy stejné. Nikdy se nepodaří dosáhnout vyloženě přesných hodnot, je nutné se jim ale co nejvíce přiblížit.

Pro klasické účely můžete zkalibrovat monitor podle vytisknuté papírové předlohy – kalibrační tabulky. Ta vyobrazuje základní barvy a jejich odstíny (jako náhradu lze použít nějakou kvalitní fotografii). Této ruční kalibrace nás může zbavit soubor „barevného profilu“.

Velikost obrázku

Důležitým parametrem obrázkových souborů je z kolika pixelů se skládají. Velikost je šířka a délka obrázku. Zapisuje se jako šířka x délka v pixelech (px). Obrázek s velikostí 800x600px je tedy obrázek s šířkou 800px a délkou 600px.

Je důležité vědět, že pixel (fyzicky) nemá přesně danou velikost. Nejedná se tedy o měřitelnou jednotku. Na různých monitorech bude obrázek různě velký. Logicky pak pixel na udání velikosti nestačí. Zajímá nás tedy to, jak jsou body jemné a výsledný obrázek hladký a pěkný.

Rozlišení DPI

To částečně řeší tzv. rozlišení. Jedná se o měřitelnou jednotku, počet pixelů na jednotku vzdálenosti. Konkrétně jde o pixel na palec (dot per inch – DPI). Jeden palec je asi 2,54 cm. DPI se dá spočítat takto: má-li obrázek 100px na šířku na monitoru a jeden palec na šířku po vytisknutí, 100*1 dává zase sto, tedy přesně 100 DPI.

Je důležité vědět, že DPI nemá s barevnou hloubkou ani barevnými modely nic společného, jedná se o samostatný parametr.

Jehličková tiskárna, 150 DPI. Foto: Wapcaplet, CC-BY-SA-3.0

Už víme, jak se počítá rozlišení, ale jaké by mělo být přiměřené, aby byl výsledný obraz kvalitní? Závisí hlavně na pozdějším užití obrázku (samozřejmě). Čím je rozlišení vyšší, tím roste datová velikost obrázku.

Například pokud obrázek hodláme použít na webových stránkách, stačí rozlišení menší (kolem 100 DPI). Zatímco když chceme obrázek tisknout na větší formát, budeme potřebovat rozlišení větší (monitor má hrubší rastr, tj. má méně bodů na obrázek než tiskárna).

Profesionálové často pracují s rozlišením 300 DPI, což je maximální hodnota lidského oka. Běžná tiskárna pracuje s rozlišením od 200 do 300 DPI.

Monitor a tiskárny

Obrázky se poté tisknou poloviční oproti původnímu obrázku na monitoru. Pro běžné úpravy, koláže, tisk na klasických tiskárnách, atp. je ideální počet pixelů 1024x768. Výsledný vytisknutý obrázek bude mít velikost 10x13cm.

Toto pravidlo neplatí v případě, že chceme obrázek zvětšovat (například na billboard) nebo z něj část odříznout. Počet bodů nám tedy mimo jiné také sděluje v jaké velikosti (při určité kvalitě) můžeme obrázek vytisknout.

Obrázek: XXV, nahrál Jjalocha, Aihtdikh, CC-BY-SA-3.0

Monitory počítačů se stále vyvíjejí a mění. To je důležité vědět, protože pravidla, která vám tu teď vypisuji, nemusí za pár let vůbec platit. Dnes monitory nemají stejný počet pixelů.

Starší 15“ monitory mají většinou 800x600px, 17“ 1024x768px (4:3) nebo 1280x720 (16:9). Obrázek zachycuje rozlišení. HD720, HD 1080, 2K, atp.

Určitě se setkáte také s poměry stran. Obvyklé jsou 16:10, 16:9, 4:3, popřípadě 5:4.

Rozlišení digitálů

V amerických detektivních seriálech jste určitě viděli nějakého „ajťáka“, který zabouchal na klávesnici při příkazu „Zvětši mi to!“ a nějakým záhadným způsobem obrázek zvětšil, aniž by snížil kvalitu obrázku. To je ovšem (jak asi vyplývá z ironického tónu) pouze fikce. Jednotlivé pixely není možné nijak uměle dopočítávat.

Foto: fir0002, flagstaffotos­.com.au, CC BY-NC

Proto se kvalita digitálních fotoaparátů posuzuje (kromě jiného) také podle počtu pixelů, který je daný přístroj schopný sejmout. Od toho se totiž, jak už jsem zmínil výše, odvíjí v jaké velikosti můžeme výsledný obraz vytisknout.

Dvoumegapixelový snímek je dobře tisknutelný na papír velikosti A5, 3Mpx již téměř do A4, fotoaparáty s více Mpx dokáží vytvořit obraz tisknutelný na A4 a dokonce i na profesionální tiskárně.

Příště se budeme věnovat grafickým formátům.

Další informace a zdroje

• Učební materiály SPŠSOU Pelhřimov
• Počítačová grafika a multimédia, Pavel Navrátil, ISBN 80-86686-77-9
• Počítačová grafika pro úplné začátečníky, Pavel Roubal, ISBN 80-7226-896-1
• Wikipedie, otevřená encyklopedie, http://wikipedia.org/