Než vůbec začneme, je dobré vědět, že definice „počítačová grafika“ je velmi relativní pojem a můžeme se setkat s jeho různým vymezením. Obecně se ale jedná o oblast výpočetní techniky, která se zabývá tvorbou a úpravou grafických informací.

Její užívání se, v době rostoucího výkonu procesorů a celkového nárůstu výkonu počítačů, rapidně zvyšuje, zejména na osobních počítačích. Počítačová grafika byla totiž vždy oborem s potřebou vysokého výkonů počítačů.

Kde ji nalezneme?

S počítačovou grafikou se setkal každý z nás. Pro běžného člověka je nemožné se v průběhu dne nesetkat s žádným výsledkem počítačové grafiky. Projít retušemi a úpravami v PC musely před publikací všechny tiskoviny, noviny, časopisy i billboardy.

Neexistuje ale pouze grafika statická, s počítačovou grafikou se můžete také setkat v televizi nebo v kině. Té se říká grafika postprodukční nebo také (méně častěji) televizní.

Užití počítačové grafiky v profesích

V marketingu je důležitá retuš obrázků. Asi každý ví, jaká kouzla dokáže Photoshop s modelkami na obálkách populárních časopisů. Webdesignéři pracují se soubory CSS (kaskádové styly), aby oživili prostý text na webových stránkách.

Další oblastí je tvorba 3D, popřípadě 4D (animace) grafiky. A když již mluvíme o animaci, musíme zmínit nejen animované GIF soubory nebo flash animace, ale také animované filmy a seriály. Pro navrhování, projektování a modelování se užívají takzvané CAD a CAM. Pokud si vzpomeneme v rychlosti na další oblasti, můžeme zmínit třeba simulační grafiku, GIS systémy, herní průmysl, oblast virtuální reality, vizualizace dat, atp.

Jedno z možných rozdělení je na tzv. 2D grafiku a 3D grafiku.

2D grafika

2D grafika se zabývá grafickou informací popsanou v rovině. Způsob popisu se však může lišit. Používají se dva nejznámější způsoby : rastrový a vektorový.

Rastrová grafika je založena na matici informací, které popisují barvu každého bodu. Nejčastěji se používá popis pomocí RGB systému – tedy každý bod je popsán třemi barevnými složkami (červenou, zelenou a modrou) ze kterých je možné „namíchat“ libovolnou barvu. Tato reprezentace je v dnešní době nejrozšířenější vzhledem k rastrovým zobrazovacím zařízením ačkoliv má několik omezení. První je ztráta detailů – čím více detailů je potřeba zachytit tím je třeba větší počet bodů matice a s tím také vzrůstá velikost výsledných dat. Druhé je nesnadnost úpravy vzhledem k vektorové grafice. Nejčastější příklad je v dnešní době digitální fotografie i když je nutné podotknout že i 3D i vektorová grafika je ve finále prezentována uživateli systému jako rastrová. To je však dáno použitou zobrazovací technologií – rastrovým displejem.

Vektorová grafika neukládá informace o jednotlivých bodech, ale informace o přímkách, křivkách a polygonech, jejich barvě a tloušťce. Jedná se v podstatě geometrická data. Tento způsob má svoje výhody – např. změna koncového bodu je jednoduchá úprava, která neovlivní ostatní obrazová data.

Udělat totožnou úpravu na rastrovém obrázku je netriviální. Úprava zcela určitě povede ke ztrátě jiných obrazových dat a poskytne o dost horší výsledek. I tato technologie má svoje nevýhody.

Například nemožnost efektivně reprezentovat složitá, či spíše negeometrická data. Příkladem budiž opět digitální fotografie.

3D grafika

3D grafika vychází z vektorové 2D grafiky, ale podstatným rozdílem je, že geometrická data se neukládají pouze v rovině, ale v prostorové (třídimenzionální) soustavě souřadnic. Základním geometrickým útvarem jsou polygony – plošky, ze kterých jsou tvořeny všechny objekty. Zajímavým faktem je, že vektorová reprezentace 3D scény se používá pouze pro editaci. Pro finální reprezentaci se po tzv. renderingu vytváří rastrový obraz. Důvod je v tom, že krom geometrických dat se nastavují pro skupiny polygonů různé další vlastnosti např. typ povrchu, barva, odrazivost a je tedy nutné pro celou scénu vykreslit (renderovat – vypočítat chování světla, stínů, odlesků).

Rozdělení 2D grafiky

• rastrová
• vektorová

Rastrová grafika

Obrázek se skládá z jednotlivých bodů a každý bod je uložen zvlášť pomocí svého kódu barvy a umístění. Tak to je v počítači uložena většina obrázků (fotografie, …).

Soubory s rastrovými obrázky mají velkou velikost a proto se obvykle ukládají v komprimované podobě. Velikost souboru závisí na velikosti obrázku, barevné hloubce, účinnosti kompresního algoritmu a u ztrátové komprese na zvolené kvalitě uložení obrázku.

Formáty: bmp, gif, jpg, tiff, raw, png

Zdroje obrázků: digitální fotoaparát, skenování, vytvoření obrázku v rastrovém grafickém editoru (Gimp, Malování, …)

Obrázek je uložen pomocí sítě bodů (rastru), kde každý bod má určenu svou barvu, jas, kontrast. Z těchto bodů se pak složí výsledný obrázek.

Čím více bodů tvoří výsledný obrázek, tím je obrázek ve vyšší kvalitě a větší. S narůstajícím počtem bodů však roste také velikost souboru s obrázkem. Pro běžné požití si vystačíme s obrázky ve velikosti 1024×768 bodů, které budou mít velikost na disku kolem 1 MB.

Zmenšení obrázku probíhá vypuštěním několika bodů, což může vést k rozostření obrázku a ztrátě detailů. Ještě více se na kvalitě podepíše zvětšení malého bitmapového obrázku, kde jsou body přidávány a program odhaduje barvu, kontrast a jas nově přidaných bodů, dochází tak ke značnému rozostření obrázků.

Do obrázku lze přidat další obrázky, které pak překrývají obrázek původní a mohou tak vzniknout zajímavé koláže a efekty. Po uložení však není možné jednotlivé objekty vyjmout, lze je pouze překrývat jiným obrázkem.

Výhody rastrové grafiky

• Malá velikost obrázků.
• Věrohodné zobrazení barev.
• Umí je zobrazit internetový prohlížeč a všechny grafické programy (i prohlížeče obrázků / fotogalerií).

Nevýhody rastrové grafiky

• Nelze je zvětšovat a zmenšovat bez viditelné ztráty kvality.
• Nelze vyjmout z obrázku jednotlivé objekty (nápisy, postavy, pozadí).

Použití rastrové grafiky

• Uchování fotografií.
• Tvorba grafiky www stránek.
• Reklamní činnost.

Nejběžnější formáty rastrové grafiky

Nejrozšířenějším formátem je komprese JPEG. Tento formát dokáže uložit miliony barev a používá se tak především na fotografie a tam, kde potřebujeme mít k dispozici hodně barev. Koncovka souboru na disku je .jpg nebo .jpeg.

Podobným formátem je PNG (přípona .png). Narozdíl od JPG umí průhlednost, což znamená, že obrázek může být průsvitný a jsou vidět i obrázky umístněné ve vrstvě pod ním. Používá se především při tvorbě WWW stránek, kde je pomocí průhlednosti dosahováno zajímavých efektů.

Hodně rozšířeným formátem je GIF (přípona .gif), který je však limitován maximálním počtem 256 barev. Soubory gif jsou však v porovnání s JPG menší a ostřejší. Využívají se tedy všude tam, kde nepotřebujeme tisíce barev ale jen například odstíny jedné barvy.

Vektorová grafika

Obrázky vektorové grafiky se vytvářejí ve vektorových grafických editorech (např Corel Draw, modul Gfig v Gimpu, …). Obrázky jsou uloženy ve formě rovnic a předpisů, které popisují jednotlivé objekty, ze kterých se obrázek skládá (čáry, geometrické tvary, plochy, barevné výplně). Dají se plynule zvětšovat, bez ztráty kvality.

Ve vektorovém formátu nelze uložit fotografii. Vektorové obrázky se používají na vytváření grafických prvků, spolu s rastrovými obrázky pak na vytváření koláží, plakátů, … Písmo (font) je navrhováno a používáno ve vektorovém formátu. Každý vektorový editor si ukládá obrázek ve svém vlastním formátu.

Veškeré informace o obsahu obrázku jsou uloženy formou matematického zápisu za využití tzv. vektorů. Vektor definuje tvar každé čáry a křivky, které jsou základem pro vytváření všech objektů obrázku. Každý obrázek zpravidla obsahuje desítky takovýchto objektů (pozadí, postavy, texty …), které se mohou libovolně prolínat, překrývat a lze s nimi u vektorového uložení obrázku manipulovat (přesouvat do popředí nebo pozadí, měnit průhlednost atd.).

Výhody vektorové grafiky

• Obrázek lze libovolně zvětšovat a zmenšovat bez ztráty kvality (nerozostří se).
• Velmi ostré a přesné hrany všech objektů.
• Lze měnit objekty, přidávat další objekty, odebírat objekty.

Nevýhody vektorové grafiky

• Velká velikost souboru s obrázkem.
• Obrázek ve vektorové grafice neumí zobrazit internetový prohlížeč.
• Pro zobrazení a práci s obrázkem musíme mít speciální program na vektorovou grafiku, který bývá ve většině případů zpoplatněn.

Použití vektorové grafiky

• Projektování staveb, strojní výrobky … (CAD systémy).
• Grafické a kartografické systémy informační systémy (mapy).
• Tvorba podkladů pro tiskárny při tisku velkoplošných reklam …

Nejběžnější formáty vektorové grafiky

• .eps, .ps – PostScript.
• .pdf – Portable Document Format.
• .ai – Adobe Illustrator Artwork.
• .cdr – Corel Draw.
• .svg – Scalable Vector Graphics.
• .zmf – Zoner Callisto.

Rastrová, vektorová grafika – shrnutí

• https://3zskadan.cz/grafika/bgrafika.html
• https://3zskadan.cz/grafika/vgrafika.html

Cvičení

C1 – Základy PC grafiky

1. Na jaké dvě hlavní skupiny se dělí 2D grafika?
2. Uveďte hlavní rozdíl mezi grafikou
   1. vektorovou
   2. bitmapovou
3. Uveďte hlavní výhody grafiky
   1. vektorové
   2. bitmapové
4. Uveďte hlavní nevýhody grafiky
   1. vektorové
   2. bitmapové
5. Uveďte tři příklady formátů grafiky
   1. vektorové
   2. bitmapové
6. Uveďte hlavní oblasti využití grafiky
   1. vektorové
   2. bitmapové

C2 – Ratrová grafika

Na společném disku: K:\ProŽáky\Bečvářová Silvie\Podklady\I2-GRA\02-cviceni si stáhněte dokumenty: 04, 05, 06 i s podklady a vypracujte je.

Zdroje:

• https://www.fi.muni.cz/usr/jkucera/pv109/2006/xzidek2.htm
• http://www.ivt.mzf.cz/grafika/
• https://informatika.zskokonin.com//grafika/grafika_teorie.htm
• https://www.itnetwork.cz/grafika/uvod/uvod-do-pocitacove-grafiky-rastr-vs-vektor

---