Grafická informácia a jej spracovanie (otázky 14 - 21)¶

[Zdroj: PG_2021_Otazky_z_predmetu.pdf, skuska2023.pdf, prednasky.pdf]

14. Grafická informácia po objektovej aj typovej stránke¶

Súvis s vizualizačným procesom¶

Ide o 1. krok vizualizačného procesu (pracujeme s tým, čo je v scéne a ako to vieme popísať/reprezentovať).

Grafická informácia z pohľadu objektov (čo riešime pri objektoch)¶

V podkladoch je grafická informácia (objekty) rozdelená na: 1. Typy 2. Primitíva - implementácia primitív
- filtračné a rozptyľovacie metódy 3. Popis objektu 4. Reprezentácia objektu 5. Priestor objektu

Grafická informácia z pohľadu typu (vektor vs raster)¶

Vektorová (spojitý priestor) – „krajšia“ (presnejší popis funkciami/krivkami).
Rastrová (nespojitý priestor) – „ľahšie vyrobiteľná“ (pracuje priamo s bodmi/pixelmi).

Zväčšenie (škálovanie) – rozdiel medzi typmi¶

Vektorové: zväčšenie bez straty informácie (v ideálnom zmysle).
Rastrové: zväčšenie vedie k strate/rozmazaniu/kockateniu (strata informácií).

15. Základné 2D grafické primitíva a ich atribúty¶

Základné grafické primitíva (podľa podkladov)¶

Pozn.: „prvé 2 sú raster aj vektor“, ostatné sú uvádzané ako vektorové. 1. Bod 2. Sled bodov 3. Krivka 4. Lomená čiara 5. Grafický text 6. Plocha 7. Vyplnená oblasť 8. Výplňový vzor 9. Všeobecný grafický prvok

Atribúty primitív (čím riadime konečný tvar/vzhľad)¶

Farba
Typ (napr. typ čiary, typ písma a pod.)
Hrúbka (napr. čiary, písma)
Poloha (napr. písma)
Smer vykreslenia (napr. horizontálny, vertikálny, ...)

Ako sa priraďujú atribúty¶

Atribúty môžu byť priradené: 1. Konvenčne / individuálne / pevne
- môže viesť k nekompatibilite na rôznych zobrazovačoch. 2. Symbolicky (kódom) → viazané (bundled) atribúty
- voči zobrazovaciemu zariadeniu „transparentné“.

16. Spracovanie bodu a sledu bodov v rámci počítačovej grafiky¶

Bod¶

Elementárny (atomárny) objekt, 0-rozmerný.
Základné atribúty: poloha a farba, prípadne čas (ak sa uvažuje heterogénna štruktúra dimenzie priestoru).

Typy bodu (podľa podkladov)¶

Pixel: obrazový bod charakterizovaný dvomi súradnicami polohy a farbou; najmenšia jednotka digitálnej rastrovej grafiky.
Voxel: objemový bod (pixel v 3D) charakterizovaný tromi polohovými súradnicami a farbou.
Texel: bod textúry; má polohu v SST (súradnicovej sústave textúry) + polohu v rámci výplňového vzoru (textúry) + reláciu priradenia k vypĺňanej oblasti.

Fyzické vytvorenie bodu, rozlíšenie¶

Na rastrovom zariadení (napr. monitor) je pixel vytvorený rozsvietením istej množiny fyzických bodov výstupnej jednotky.
Jemnosť/hustota fyzických bodov ovplyvňuje kvalitu zobrazenia.
Uvádza sa v PPI (Pixel Per Inch) alebo DPI (Dot Per Inch) (podľa zariadenia).

Sled bodov (polymarker)¶

Rozširujúci prvok nadväzujúci na bod.
Logicky zviazaná množina bodov na základe relácie medzi prislúchajúcimi atribútmi bodov.
Operácie sa chápu tak, že sa dejú nad všetkými bodmi spolu.

Typ relácie medzi atribútmi bodov polymarkra¶

Homogénna: relácia medzi rovnakými atribútmi (napr. poloha ↔ poloha).
Heterogénna: relácia medzi rôznymi atribútmi (napr. farba jedného bodu závisí od polohy druhého).

Krivka a lomená čiara (doplnenie z podkladov pri spracovaní 1D útvarov)¶

Ide o 1D útvar definovaný vrcholmi a hranami:
neuzavretý (acyklický): krivka (polyline),
uzavretý (cyklický): plocha (polygon).
Podľa typu hrán:
lineárny: všetky segmenty lineárne,
nelineárny: stačí jeden nelineárny segment.
Podľa vplyvu vrcholov na tvar:
interpolačné: vrcholy sú súčasťou krivky,
aproximačné: vrcholy nemusia ležať na krivke, ale ovplyvňujú jej tvar.

17. DDA algoritmus¶

Kontext: generovanie úsečky v rastrovej grafike¶

V podkladoch sa uvádza rovnica úsečky na priamke: - y = k · x + c

Pri kreslení úsečky existujú viaceré prístupy: - „štandardný algoritmus“: prechádzam po x a dopočítavam y podľa rovnice, - DDA (Digital Differential Analyzer), - Bresenhamov algoritmus.

DDA (Digital Differential Analyzer)¶

Prírastkový algoritmus založený na postupnom pripočítavaní konštantných prírastkov k obom súradniciam x a y.
Rozlišuje sa postup podľa smernice:
smernica menšia ako 1,
smernica väčšia ako 1.

18. Bresenhamov algoritmus¶

Veľmi efektívny algoritmus generovania bodov na úsečke v rastrovej grafike.
Hľadá body ležiace najbližšie skutočnej úsečke pomocou predikčného chybového člena (v podkladoch označený ED).
Rieši sa pre dva prípady:
smernica menšia ako 1,
smernica väčšia ako 1.

Poznámky z podkladov (intuícia rozhodovania): - V každom kroku sa „posúva“ po riadiacej osi (x alebo y) o 1 a podľa chyby sa rozhoduje, či sa upraví aj druhá súradnica. - Spomína sa rozhodovanie „okolo 0.5“: ak je výsledok do 0.5 zostáva sa v danom riadku, ak je väčší, prejde sa do nového riadku (interpretácia zaokrúhľovania výberu najbližšieho bodu).

19. Spracovanie kružnice a elipsy v rámci počítačovej grafiky a základné metódy ich generovania¶

Kružnica¶

Kružnica je množina bodov rovnako vzdialených od stredového bodu.

Metódy generovania (podľa podkladov): 1. Algoritmus kreslenia kružnice na základe parametrického vyjadrenia. 2. Algoritmus kreslenia kružnice podľa predikcie chyby (analógia k Bresenhamovi; zaokrúhľovanie a voľba bodu v pôvodnom alebo novom riadku/stĺpci). 3. Algoritmus kreslenia kružnice využitím osovej súmernosti (v podkladoch označené ako najrýchlejšie): - kružnica je osovo súmerná, - netreba počítať celých 360°, - stačí počítať do približne 45° a zvyšok doplniť súmernosťou.

Elipsa¶

Elipsa je množina bodov rovnako vzdialených od dvoch ohnísk (v podkladoch takto uvedené).

Metódy generovania (podľa podkladov): 1. Parametrické vyjadrenie. 2. Predikcia chyby. 3. Osová súmernosť (v podkladoch: výpočet do 90° a zvyšok súmernosťou).

Kružnicové/eliptické oblasti (podľa podkladov)¶

výsek, oblúk, odsek

20. Antialiasing¶

Čo je aliasing (prečo vzniká problém)¶

Keď máme vektorový objekt a vykresľujeme ho na rastrový monitor, vzniká rastrová náhrada (alias).
Aliasovanie sa prejavuje ako kostrbatosť / schodíkovosť hrán.

Typické prípady aliasingu (z podkladov)¶

Schodovité zobrazovanie priamych čiar a hraníc polygónov na rastrových displejoch.
Zobrazovaný objekt je menší ako veľkosť pixelu:
malé objekty sa nemusia vôbec zobraziť,
tenké čiary nemusia byť opticky hladké/ucelené (nepravidelná postupnosť bodov).
Pri zložitejšej scéne s blízkymi detailmi (napr. základné obrázky z raytracingu):
detaily sú potlačené alebo skreslené (v podkladoch spomenuté aj v súvislosti s LOD).

Pointa antialiasingu¶

Antialiasing je proces, ktorý sa snaží znížiť tieto alias artefakty (vyhladiť hrany).
Podklady uvádzajú, že namiesto neho alebo spolu s ním sa používajú aj filtrovacie a rozptyľovacie techniky.

21. Filtrovacie a rozptyľovacie metódy, medián filter, poltónovanie, dithering, distribúcia chyby pri rozptyľovaní¶

Prečo sa používajú (motivácia z podkladov)¶

Riešia rozdiel medzi požadovanou kvalitou výsledných obrazov a:
obmedzenými možnosťami farebného priestoru zariadenia,
alebo technikami používanými na podporu antialiasingu.

Základné rozdelenie (podľa podkladov)¶

a) Rozptyľovanie – dithering
- použitie viacerých farieb (vzorovanie).

b) Poltónovanie – halftoning
- používa len 2 farby.

Medián filter¶

V podkladoch je uvedený ako príklad filtrovacej metódy (bez ďalších detailov v dodanom texte).

Distribúcia chyby pri rozptyľovaní¶

Podklady uvádzajú „distribúciu chyby“ ako súčasť rozptyľovacích techník (v dodanom texte bez rozpisu konkrétnych pravidiel).

Rýchle skúškové zhrnutie (čo vedieť povedať)¶

Grafická informácia (1. krok vizualizácie): typy + primitíva + implementácia primitív + filtračné/rozptyľovacie metódy + popis/reprezentácia + priestor objektu.
Typy grafiky: vektorová (spojitá, „krajšia“) vs rastrová (nespojitá, „ľahšie vyrobiteľná“); zväčšenie: vektor bez straty, raster so stratou.
Primitíva: bod, sled bodov, krivka, lomená čiara, text, plocha, vyplnená oblasť, výplňový vzor, všeobecný prvok.
Atribúty: farba, typ, hrúbka, poloha, smer vykreslenia; priraďovanie: konvenčne (možná nekompatibilita) vs symbolicky (bundled).
Bod: 0D; atribúty poloha+farba (+čas); pixel/voxel/texel; PPI/DPI; polymarker = logicky zviazané body (homogénna vs heterogénna relácia).
Úsečka: existuje štandardný výpočet y=kx+c, DDA a Bresenham.
DDA: prírastkový, konštantné prírastky do x a y; prípady smernica <1 a >1.
Bresenham: efektívny, predikčný chybový člen ED, voľba najbližšieho bodu; prípady smernica <1 a >1.
Kružnica/elipsa: parametrické vyjadrenie, predikcia chyby, osová súmernosť (kružnica do ~45°, elipsa do 90°); oblasti: výsek, oblúk, odsek.
Antialiasing: riešenie schodíkovosti pri prevode vektora na raster; problémy pri tenkých čiarach, malých objektoch a jemných detailoch; súvis s filtráciou/rozptyľovaním.
Filtrovanie/rozptyľovanie: dithering (viac farieb), halftoning (2 farby), medián filter, distribúcia chyby (uvedené v podkladoch).