3D Graphik-Pipeline Anwendung Geometrieverarbeitung - PowerPoint PPT Presentation

CG CG � Computer ¡Graphik ¡I ¡ ¡ Ausgabe ¡ Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 1

CG CG � 3D ¡Graphik-­‑Pipeline ¡ § Anwendung ¡ § Geometrieverarbeitung ¡ § Rasterisierung ¡ § Ausgabe ¡ • Speichern ¡des ¡Bildes ¡ • Display ¡ • Hardcopy ¡ Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 2

Bilder ¡ CG CG � Bildtypen ¡ § Rasterbilder ¡ • Diskrete ¡Bildelemente: ¡Pixel ¡ • Typische ¡Formate: ¡GIF, ¡TIFF, ¡JFIF, ¡PNG, ¡(PS), ¡... ¡ § ¡Bildauflösung ¡ • Anzahl ¡der ¡Pixel ¡in ¡einem ¡Rasterbild ¡ ¡ • Je ¡höher ¡die ¡Bildauflösung, ¡desto ¡höher ¡ist ¡zumeist ¡auch ¡die ¡ Bildqualität ¡ § Vektorbildformate ¡ • Vergleichbar ¡mit ¡2D ¡Graphikprogrammierung ¡ • Typische ¡Formate: ¡CGM, ¡(PS, ¡PDF), ¡CDR ¡ Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 3

Rasterbilder ¡ CG � CG Monochroma@sche ¡Bilder ¡/ ¡Bit-­‑Maps ¡ § Für ¡jedes ¡Pixel ¡wird ¡ein ¡ einzelnes ¡Bit ¡(0 ¡oder ¡1) ¡ angegeben ¡ § Speicherbedarf ¡ • 640x480 ¡ ¡37,5 ¡kB ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ § Bit-­‑Maps ¡werden ¡häufig ¡in ¡ Verbindung ¡mit ¡Dithering-­‑ Verfahren ¡zur ¡Reduzierung ¡ der ¡Farbaefe ¡eingesetzt ¡ ¡ Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 4

Bildtypen ¡ CG � CG Grauwertbilder ¡ § Für ¡jedes ¡Pixel ¡wird ¡ein ¡Byte ¡ (Werte ¡zwischen ¡0 ¡und ¡255) ¡ angegeben ¡ § Speicherbedarf ¡ • 640x480 ¡ ¡300 ¡kB ¡ ¡ § Es ¡gibt ¡auch ¡Grauwert-­‑ Bildformate ¡mit ¡12 ¡und ¡16 ¡ bit ¡ • Gleicher ¡Effekt ¡wie ¡8 ¡Bit ¡ Grauwert ¡+ ¡8 ¡Bit ¡Alpha ¡ Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 5

Rasterbilder ¡ CG � CG 24-­‑bit ¡Farbbilder ¡ § Für ¡jedes ¡Pixel ¡werden ¡3 ¡ Byte ¡(jeweils ¡1 ¡Byte ¡für ¡ R,G,B) ¡ ¡ § Dadurch ¡sind ¡256 3 ≈16,7•10 6 ¡ Farbkombinaaonen ¡möglich ¡ § Speicherbedarf ¡ • 640x480 ¡ ¡921,6 ¡kB ¡ ¡ § Zum ¡Teil ¡32 ¡Bit ¡durch ¡8 ¡Bit ¡ Alpha ¡(RGBA) ¡ ¡ ¡ Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 6

Rasterbilder ¡ CG � CG 8-­‑bit ¡Farbbilder ¡ § Farbbilder ¡mit ¡24 ¡bit ¡Farbaefe ¡sind ¡sehr ¡groß ¡und ¡daher ¡ schwierig ¡zu ¡ • speichern ¡ 24 bit � • übertragen ¡ • verarbeiten ¡ 8 bit � § Meist ¡werden ¡gar ¡nicht ¡ alle ¡Farben ¡benöagt ¡ § Viele ¡Farben ¡sind ¡kaum ¡ unterscheidbar ¡ § Man ¡verwendet ¡Farbtabellen ¡ Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 7

Rasterbilder ¡ CG CG � Erzeugung ¡von ¡8-­‑bit ¡Farbbildern ¡ § Ansatz: ¡ ¡ • Quanasierung ¡des ¡Farbbildes ¡ • Auswahl ¡repräsentaaver ¡Farbwerte ¡ • Ablegen ¡der ¡Farbwerte ¡in ¡Farbtabellen ¡(Look-­‑Up ¡Tables) ¡ • Repräsentaaon ¡des ¡Bildes ¡als ¡Pointer ¡in ¡die ¡Farbtabelle ¡ § Quanasierung ¡auf ¡8 ¡bit ¡Farbaefe: ¡ • 256 ¡Farben, ¡im ¡Allgemeinen ¡akzeptable ¡Farbqualität ¡ ¡ § Speicherbedarf: ¡ • 640 ¡x ¡480 ¡8-­‑bit ¡color ¡ ¡307.2 ¡kB ¡ Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 8

8-­‑Bit ¡Farbbilder ¡ CG CG � Median ¡Cut ¡Algorithmus ¡ § Eine ¡Pixelfarbe ¡im ¡Quellbild ¡entspricht ¡einem ¡Punkt ¡im ¡RGB-­‑ Kubus ¡ § Alle ¡Pixelfarben ¡des ¡Quellbildes ¡bilden ¡"Punktwolken" ¡im ¡ RGB-­‑Kubus ¡ § Punktwolken ¡wiederholt ¡teilen, ¡bis ¡256 ¡Teilwolken ¡ entstanden ¡sind; ¡dann ¡einen ¡Repräsentanten ¡aus ¡jeder ¡der ¡ 256 ¡Teilwolken ¡wählen, ¡Repräsentant ¡ersetzt ¡die ¡Farben ¡in ¡ der ¡Teilwolke ¡ § "Wolken" ¡lassen ¡sich ¡schlecht ¡handhaben: ¡durch ¡ umschreibenden ¡Quader ¡ersetzen ¡ Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 9

8-­‑Bit ¡Farbbilder ¡ CG � CG Median ¡Cut ¡Algorithmus ¡ § Einzelschripe ¡Median ¡Cut-­‑Algorithmus ¡ • der ¡Punktewolke ¡einen ¡Quader ¡umschreiben ¡ • Quader ¡soweit ¡verkleinern, ¡dass ¡die ¡Punktewolke ¡gerade ¡noch ¡ enthalten ¡ist ¡(kleinster ¡umschreibender ¡Quader) ¡ • Quader ¡quer ¡zur ¡längsten ¡Kante ¡in ¡zwei ¡Quader ¡teilen, ¡so ¡dass ¡in ¡ jeder ¡Hälqe ¡gleich ¡viele ¡Punkte ¡liegen ¡ • Schripe ¡mit ¡jedem ¡Halbquader ¡wiederholen ¡(falls ¡mehr ¡als ¡1 ¡Punkt ¡ enthalten ¡ist), ¡bis ¡256 ¡Quader ¡entstanden ¡sind ¡ • Wahl ¡des ¡Repräsentanten: ¡ ¡ – "Centroid": ¡Farbe ¡im ¡geometrischen ¡Mipelpunkt ¡des ¡Quaders ¡ ¡ – gemipelte ¡Farbe: ¡Primärfarbenanteile ¡der ¡verbleibenden ¡Punkte ¡im ¡Quader ¡ getrennt ¡mipeln; ¡ergibt ¡Durchschnipsfarbe ¡ Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 10

CG CG � Kompressionsverfahren ¡ § Formen ¡von ¡Kompressionsverfahren ¡ • Informaaonserhaltende/verlustreie ¡Kompression ¡ • verlustbehaqete ¡Kompression ¡ Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 11

Kompression ¡ CG CG � VerlusMrei ¡ § nach ¡der ¡Dekompression ¡stehen ¡die ¡exakten ¡Originaldaten ¡zur ¡ Verfügung ¡ § Kompressionsverfahren ¡arbeiten ¡alle ¡nach ¡dem ¡gleichen ¡ Schema: ¡Die ¡anfallenden ¡Daten ¡werden ¡zuerst ¡in ¡eine ¡Menge ¡ von ¡Deskriptoren ¡transformiert, ¡für ¡diese ¡Deskriptoren ¡ein ¡ staasasches ¡Modell ¡(i.a. ¡eine ¡Verschlüsselungstabelle) ¡ erstellt, ¡und ¡danach ¡die ¡Deskriptoren ¡anhand ¡des ¡Modells ¡ codiert. ¡ ¡ Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 12

Kompression ¡ CG CG � ¡VerlustbehaNet ¡ ¡ § Erlaubt ¡dem ¡Kompressionsverfahren ¡die ¡Kodierung ¡der ¡ Bildinformaaonen ¡in ¡einer ¡Weise, ¡die ¡nicht ¡alle ¡Eigenschaqen ¡ des ¡Bildes ¡berücksichagt ¡und ¡somit ¡ggf. ¡die ¡exakte ¡ Rekonstrukaon ¡des ¡Bildes ¡nicht ¡mehr ¡möglich ¡macht ¡ § Erlaubt ¡dem ¡Anwender ¡die ¡Steuerung ¡des ¡Verhältnisses ¡von ¡ Qualität ¡zu ¡Kompressionsgrad ¡ § Verwendet ¡üblicherweise ¡Modelle ¡der ¡menschlichen ¡ Wahrnehmung ¡zur ¡Idenafizierung ¡von ¡für ¡den ¡Betrachter ¡ irrelevanten ¡Bildeigenschaqen, ¡die ¡nicht ¡kodiert ¡werden ¡ müssen ¡ Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 13

Kompression ¡ CG CG � Kompressionsverfahren ¡für ¡Bilder ¡ § Arahmeac ¡/ ¡Lempel-­‑Ziv-­‑Welch ¡/ ¡Huffman ¡Coding ¡ § Run-­‑length ¡Encoding ¡ § JPEG ¡ § Wavelet ¡Compression ¡ § Fractal ¡Compression ¡ Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 14

Bildkompression ¡ CG CG � Run-­‑length ¡Encoding ¡(RLE) ¡ § Verlustreies ¡Kompressionsverfahren, ¡das ¡auf ¡der ¡Ausnutzung ¡ von ¡örtlicher ¡Kohärenz ¡in ¡Bildern ¡beruht ¡ • Zeilen ¡weisen ¡häufig ¡eine ¡Reihe ¡von ¡gleichen ¡Farbwerten ¡ hintereinander ¡auf ¡ § Ansatz: ¡Stap ¡Kodierung ¡jedes ¡einzelnen ¡Pixel, ¡Angabe ¡einer ¡ Wiederholungsanzahl ¡für ¡jeden ¡Pixel ¡ 4 Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 15

Bildkompression ¡ CG CG � Harmonische ¡Transforma@onen ¡ § Zerlegung ¡der ¡Daten ¡in ¡verschiedene ¡„Frequenzanteile“ ¡ • Fourier-­‑Transformaaon ¡ • Wavelet-­‑Transformaaon ¡ § Typischer ¡Vertreter: ¡JPEG ¡ Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 16

Bildkompression ¡ CG CG � JPEG ¡ § Familie ¡von ¡Algorithmen ¡zur ¡Kompression ¡digitalisierter ¡ Standbilder ¡in ¡Echtarbqualität ¡ § Sammlung ¡unterschiedlichster ¡Verfahren ¡1993 ¡unter ¡der ¡ Bezeichnung ¡ISO ¡10918 ¡standardisiert. ¡ ¡ § Verlustbehaqete ¡und ¡verlustreie ¡Kompression ¡ § Verlustbehaqeten ¡JPEG-­‑Prozesse ¡auf ¡fotografische ¡ Aufnahmen ¡mit ¡fließenden ¡Farbübergängen ¡hin ¡opamiert ¡und ¡ für ¡andere ¡Arten ¡von ¡Bildern ¡weniger ¡geeignet ¡ ¡(z.B. ¡Bilddaten ¡ mit ¡harten ¡Kontrasten, ¡Liniengrafiken ¡oder ¡Texte) ¡ Marc ¡Alexa, ¡TU ¡Berlin ¡ 17