Immagini digitali 3.0

MULTIMEDIALITA’

Prof. Sergio Capone Prof. Marcello Missiroli

Colore

Il colore è la percezione visiva generata dai segnali nervosi che i fotorecettori della retina mandano al cervello quando assorbono radiazioni elettromagnetiche di determinate lunghezze d'onda e intensità.

L’occhio umano, curiosità

L’occhio umano non dovrebbe avvertire differenze tra due immagini a toni di grigio l’una di 64 toni e l’altra di 256 toni differenti tra il bianco e il nero, a colori poi, pare non essere in grado di percepire oltre le 30/40.000 sfumature di tinta; inoltre è certo che sia più sensibile alla luminosità che non alla tinta e che legge meglio i contorni e i contrasti.

Il monitor

Il monitor di un PC, CRT (Cathode Ray Tube) funziona sostanzialmente come un televisore (esclusa la sezione RF cioè la ricezione dei canali in radiofrequenza) questa tecnica proiettiva prende il nome di,

RASTER SCANNING.

Le immagini di un monitor

Si formano su dei particolari fosfori (triad), la cui grandezza è il dot pitch, composti dai 3 colori primari: RGB.

Le sfumature dei colori si ottengono in sintesi additiva, da spento (nero) alla massima intensità luminosa (bianco).

Più triad compongono un pixel (contrazione di picture element).

La scheda grafica

Il controller grafico (graphic adapter) trasforma i dati passati dalla CPU in immagini, ed è composto da:

• CPU grafica• 1 o più banchi di RAM video• ROM-bios che contiene le funzioni

grafiche• altra circuiteria.

Scheda Grafica

Scheda video GeForce 4200. Si noti il dissipatore con la ventola per raffreddare la GPU ed i banchi di memoria disposti attorno.

In sostanza

Una scheda grafica è un dispositivo dotato di una certa memoria (frame buffer) in grado di gestire una matrice più o meno grande di elementi video, i pixel.

Ogni scheda è in grado di pilotare come minimo un monitor a diverse risoluzioni: VGA (640x480), SuperVGA (800x600) e XVGA (1024x768).

La risoluzione video

Normalmente i monitor visualizzano atra 72 e 96 pixel/pollice. Ciò determina le dimensioni a video di una immagine composta da L. pixel e H. pixel.

Esempio:

468p.*300p. a 72p./inch = 16,51x10,58 cm.

Lvideo= Limmagine / Rmonitor

Hvideo= Himmagine / Rmonitor

La RAM video

Determina il numero di colori visualizzabili contemporaneamente ad una determinata risoluzione.

Esempio, se si assegnano 24 bit (8 bit per colore) otteniamo 256 sfumature per ogni colore primario (true color).

256x256x256 = 16.777.216 sfumatureQuindi a 1024x768 pixel otteniamo immagini

che possono occupare 2,25 Mbyte.

I tipi di immagini

Bianco e nero : un bit Toni di grigio : 4, 6 e 8 bit (16, 64 o 256

sfumature) Colori a : 8, 16 e 24 bit caso a parte Colore a palette

indicizzata: (es.256 tonalità su 16.000.000 visualizzabili contemporaneamente)

I formati grafici...

Sono tecnicamente di 2 tipi:

• Bitmap (mappa di pixel) ideali per immagini fotorealistiche, difetto: il ridimensionamento (scaling) dell’immagine.

• Vettoriale (primitive di disegno) ideali per la grafica e il disegno tecnico, difetto: può essere complicato gestire oltre 256 colori.

… anche multipiattaforma

• Post Script (metalinguaggio grafico) delega al dispositivo che stampa l’immagine la gestione della stessa, attraverso dei macro comandi grafici contenuti nel file. Difetto i file hanno dimensioni ragguardevoli.

• La sua evoluzione, l’Encapsulated Post Script risolve in parte il precedente difetto.

• Il Post Script è un formato che possiamo associare al formato bitmap.

Dimensioni delle immagini...

Le dimensioni sono sostanzialmente a favore del formato vettoriale a scapito del formato bitmap.

Lo spazio di memoria occupato viene chiamato tecnicamente profondità del colore cioè sinteticamente indica il numero di bit utilizzati per rappresentare il colore o i toni di grigio.

Bitmap … l’esempio TarGA della True Vision (AT&T)

Questo formato chiamato true color ha una profondità di 3 byte (24 bit) e può rappresentare 16.777.216 sfumature di colori, ad esempio: poniamo di avere un immagine di 450*550 pixel avremo così una dimensione in memoria di:

(450*550)*3byte/pixel = 742.500 byte = 725 Kbyte

e su carta?

La risoluzione in effetti determina per un dato numero di pixel anche le dimensioni reali su carta che viene misurata in genere in pollici o in centimetri. Ad esempio, come dal precedente:

L. = 450/300 pixel/pollice = 1,5 inch = 3,81 cm.

H. = 550/300 pixel/pollice = 1,833 inch = 4,66 cm.

Ed è uguale anche a monitor?

No, i monitor visualizzano alla loro risoluzione che ovviamente dipende dalle dimensioni dello schermo (in genere 90 pixel/pollice).

Ad esempio, con le solite misure:L. Video = 450/90 pixel/pollice = 5 inch= 12,7 cm.

H. Video = 500/90 pixel/pollice = 6,1 inch = 15,5 cm.

I formati file più comuni...

Bitmap• bmp/dib/rle• Tiff/tif• wmf/emf (metafile)• eps/ps• gif/gif89• jpg/jepg• pict (Macintosh)• png / mng

Vettoriali• dxf (Autodesk)• svg• hpgl (plotting Hp)• cdr (Corel)• cgm (metafile) • drw (Micrografx)

…e i programmi più diffusi

Bitmap (raster)• Paint(W)• PhotoPaint(W)• Photoshop(W,M)• Gimp(L,W)• Tux Paint(L)

Vettoriali• Autocad(W)• FreeHand(W,M)• CorelDraw(W)• Illustrator(W,M)• Sodipodi(L) • xfig(L)

Codec

• Un codec è un programma o un dispositivo che si occupa di codificare e/o decodificare digitalmente un segnale (tipicamente audio o video) perché possa essere salvato su un supporto di memorizzazione o richiamato per la sua lettura.

Le immagini sono compresse?

I file bitmap utilizzano quasi sempre una certa compressione dei dati.

La più comune è la compressione RLE (Run Lenght Encoding), lo utilizza anche Microsoft per i formati (16 o 256 colori) BMP. Questa compressione prende il nome di compressione lossless cioè senza perdita di informazioni.

La compressione lossless

Giusto per fare qualche nome:

• RLE (Microsoft)

• codifica ottima di Huffman

• LZW (Lempel Ziv & Welch) che viene utilizzato ad esempio dai file grafici per ottenere l’effetto realistico GIF.

GIF (Graphic Interchange Format)

Formato bitmap, senza perdita di qualità, e di minore dimensione ed è/era il formato standard per il web, assieme a JPEG. Memorizza immagini a 3, 4, 5, 6, 7 e 8 bit con palette di 8, 16, 32, 64, 128 e 256 colori.

GIF89: aggiunge la trasparenza di un colore

GIF interallaciato: consente la progressiva visualizzazione di un immagine.

GIF animato: formato da una sequenza di immagini

GIF / PNG e brevetti

Il formato GIF, sviluppato per conto di Compuserve/AOL, usa un algoritmo di compressione (LZW) coperto da brevetto.

A partire dal 96, la Unisys ha iniziato a chiedere $OLDI per l’uso del formato.

In risposta è stato sviluppato il formato PNG (Portable Network Graphic), superiore a GIF e privo di problemi legali

Un’altra compressione è la lossy

Questa compressione, in perdita di dati, è utilizzata dal formato JPEG (Joint Photographic Expert Group) e arriva a 50:1. Sacrifica parte del contenuto informativo di una immagine grazie alle continue ricerche e alle successive conoscenze scientifiche che da tempo vengono rivolte al mondo del colore. Inadatto per immagini con forti contrasti, cioè pochi e diversi colori.

JPEG / JPG / JFIF / JPE

Ultimo arrivato

• Il formato SVG (Scalable Vector Graphic) è l’ultimo formato raccomandato dal w3c (l’organizzazione che si occupa degli standard del Web)

• Basato sullo standard XML (eXtensible Markup Language) , è un file di testo che descrive come è disegnata l’immagine

Come si crea la grafica 3D?

Dire 3D significa avere chiari due passaggi:• Descrizione geometrica dell’oggetto in un

sistema di assi cartesiani a tre dimensioni.• Generazione dell’immagine in 2D

dell’oggetto in base al punto di vista dell’osservatore.

In sostanza significa elaborare un modello e proiettare le immagini ottenute...

e che resa si ottiene?

E’ necessario scomporre ogni oggetto in una serie di poligoni (triangoli) connessi in una struttura a wireframe. Quando si tratta di curve il numero dei poligoni può salire vertiginosamente. Inoltre, per ottenere l’effetto realistico, è necessario sovrapporre al wireframe delle immagini bitmap creando la texture mapping e correggere di seguito la prospettiva…

Programmi 3D

• Esistono molti programmi per la realizzazioni di grafici 3D.

• In generale si tratta di programmi di CAD (Computer Aided Design, e cioè Progettazione Assistita da Elaboratore)  per la progettazione che permettono poi il rendering dell’oggetto creato.

La grafica per i programmatori

In passato i sistemi operativi (nota MS-DOS) consentivano l’accesso ai dispositivi Hardware in modo diretto, utilizzando uno specifico driver per ogni componente hardware riconosciuta dal sistema.

Ciò complicava la vita agli sviluppatori dei programmi, con versioni specifiche per ogni tipo di hardware

E oggi?

Il programmatore non deve più preoccuparsi dello specifico hardware. E’ sufficiente imparare il funzionamento di una particolare libreria software e le sue API (Application Programming Interface) e relative librerie (DLL Dynamic-Link Library).

Sarà compito del sistema operativo tradurre le istruzioni in comandi per la specifica scheda grazie ai driver della scheda grafica

Con che problemi?

La gestione del video è generalmente più lenta, a parità di altri fattori, perché la gestione dei dispositivi fa più passaggi (attraverso il sistema operativo) della gestione diretta.

Inoltre, la gestione della grafica è generica e non è spesso in grado di gestire le specifiche differenze delle schede.

Schematicamente

Hardware

Driver

API Grafiche

Programma

Hardware

Driver

API Grafiche

Programma

Xlib

Toolkit

Windows/old MAC OS

X Windows/Unix/new MAC OS

Come velocizzare le prestazioni?

Per Windows, si fa largo uso di speciali “driver” che accedono direttamente alla scheda. Questo principio è alla base di DirectX.

Per Unix/Linux tale approccio non è possibile per motivi di sicurezza. Esistono però particolari librerie software specializzate in tal compito, la più nota è SDL (Simple DirectMedia Layer)