Редактирование изображений цифровыми методами

 

Сегодня редактирование изображений проводится в основном на компьютере растровыми редакторами в цифровом виде. Для этого изображение, даже полученное с традиционного носителя (пленки), переводится в цифровой вид — например, при помощи сканера.

 

Программы для просмотра и простой обработки изображений часто поставляются вместе с цифровыми фотоаппаратами и сканерами. Более сложные и мощные программы (Adobe Photoshop, Corel PHOTO-PAINT, Paint Shop Pro, Microsoft Picture It!, Visualizer Photo Studio, Pixel image editor, PixBuilder Photo Editor, Fo2Pix ArtMaster и пр.) нужно доставать отдельно, и как правило за деньги. Исключение составляет GIMP, бесплатно распространяемая программа, возможности которой сравнимы с возможностями Adobe Photoshop.

 

Современные редакторы не лишены недостатков, однако грамотное их использование позволяет решить большинство задач, возникающих при редактировании изображений. Они позволяют, в какой-то степени, исправлять технические дефекты, допущенные при проведении фотосъемки.

 

Опыт показывает, что оригинал обрабатываемого изображения должен быть по возможности сохранён. Копии можно редактировать как угодно — это будут копия 1, копия 2, копия 3 и т. д.

 

Коллаж

 

Коллаж «интернет вещей»

Коллаж (от фр. collage — приклеивание) — технический приём в изобразительном искусстве, заключающийся в создании живописных или графических произведений путем наклеивания на какую-либо основу предметов и материалов, отличающихся от основы по цвету и фактуре.

 

Коллажем также называется произведение, целиком выполненное в этой технике.

 

Коллаж используется главным образом для получения эффекта неожиданности от сочетания разнородных материалов, а также ради эмоциональной насыщенности и остроты произведения.

 

Коллаж может быть дорисованным любыми другими средствами — тушью, акварелью и т. д.

 

В искусство коллаж был введён как формальный эксперимент кубистами, футуристами и дадаистами. На том этапе в изобразительных целях применялись обрывки газет, фотографий, обоев. Наклеивались на холст куски ткани, щепки и т. п.

 

Считается, что первыми в искусстве технику коллажа применили Жорж Брак и Пабло Пикассо в 1910-1912 годах. Первым художником, работающим исключительно в технике коллажа был Курт Швиттерс.

Фотоколлаж

 

Фотоколлаж — это свободное, произвольное соединение, иногда даже не взаимосвязанных между собой, нескольких стилей фотоизображения в одной картинке или фотографии.

 

Эффект фотоколлажа достигается с помощью наложения одного изображения на другое, совмещение нескольких фото изображений в одном, иногда даже с элементами графики (мозаика) или использования хаотичного набора разнообразных изображений (пазл). В ходе развития фотографии появилась возможность использования различных приёмов и методов создания коллажей с применением специальных эффектов. Следует заметить, что данное направление искусства становится более доступным всё большему кругу людей не обладающих профессиональными навыками фотографии или компьютерной обработки фотоснимков (например, с помощью Photoshop). Очень многое прежде всего зависит от фантазии самого автора и его желания сделать что-то не обычное или сюрреалистическое. Фотоколлаж возможен в нескольких жанрах, таких как сатирическое, философское, политическое, метаморфическое, пропагандистское и прочее изображение.

 

К наиболее ярким представителям мира искусства в области фотоколлажа можно отнести: Д. Хартфильд, Р. Хаусманн, Х. Хох, М. Эрнст, Л. Мохой-Надь, А. Родченко, В. Степанова, Э. Лисицкий, Ю. Рожков, Г. Клуцис и др.

 

Видеоколлаж

Видеоколлаж — это видеоряд собранный из небольших отрывков от одного или нескольких фильмов, иногда с добавлением фотоизображений и текстовой информации. Видеоколлаж используется для создания яркого сюжета, точно и контрастно отображающего творческую идею автора.

Роль и место трехмерного моделирования и анимации в дизайне; области применения трехмерных моделей и анимаций; отличия трехмерной компьютерной графики от двумерной. Программные средства трехмерного моделирования.

Трёхмерная графика

 

Трёхмерная графика (3D Graphics, Три измерения изображения, 3 Dimensions, рус. 3 измерения) — раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов. Больше всего применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке и промышленности.

 

Трёхмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).

 

Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:

моделирование — создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней.

рендеринг (визуализация) — построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью.

вывод полученного изображения на устройство вывода — дисплей или принтер.

 

Однако, в связи с попытками создания 3D-дисплеев и 3D-принтеров, трёхмерная графика не обязательно включает в себя проецирование на плоскость.

 

Моделирование

 

Сцена (виртуальное пространство моделирования) включает в себя несколько категорий объектов:

• Геометрия (построенная с помощью различных техник модель, например здание)
• Материалы (информация о визуальных свойствах модели, например цвет стен и отражающая/преломляющая способность окон)
• Источники света (настройки направления, мощности, спектра освещения)
• Виртуальные камеры (выбор точки и угла построения проекции)
• Силы и воздействия (настройки динамических искажений объектов, применяется в основном в анимации)
• Дополнительные эффекты (объекты, имитирующие атмосферные явления: свет в тумане, облака, пламя и пр.)

 

Задача трёхмерного моделирования — описать эти объекты и разместить их в сцене с помощью геометрических преобразований в соответствии с требованиями к будущему изображению.

 

Рендеринг

 

 

На этом этапе математическая (векторная) пространственная модель превращается в плоскую (растровую) картинку. Если требуется создать фильм, то рендерится последовательность таких картинок — кадров. Как структура данных, изображение на экране представлено матрицей точек, где каждая точка определена по крайней мере тремя числами: интенсивностью красного, синего и зелёного цвета. Таким образом рендеринг преобразует трёхмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселов. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если требуется создать иллюзию реальности. Самый простой вид рендеринга — это построить контуры моделей на экране компьютера с помощью проекции, как показано выше. Обычно этого недостаточно и нужно создать иллюзию материалов, из которых изготовлены объекты, а также рассчитать искажения этих объектов за счёт прозрачных сред (например, жидкости в стакане).

 

Существует несколько технологий рендеринга, часто комбинируемых вместе. Например:

• Z-буфер (используется в OpenGL и DirectX 10);
• Сканлайн (scanline) — он же Ray casting («бросание луча», упрощенный алгоритм обратной трассировки лучей) — расчёт цвета каждой точки картинки построением луча из точки зрения наблюдателя через воображаемое отверстие в экране на месте этого пиксела «в сцену» до пересечения с первой поверхностью. Цвет пиксела будет таким же, как цвет этой поверхности (иногда с учётом освещения и т. д.);
• Трассировка лучей (рейтрейсинг, англ. raytracing) — то же, что и сканлайн, но цвет пиксела уточняется за счёт построения дополнительных лучей (отражённых, преломлённых и т. д.) от точки пересечения луча взгляда. Несмотря на название, применяется только обратная трассировка лучей (то есть как раз от наблюдателя к источнику света), прямая крайне неэффективна и потребляет слишком много ресурсов для получения качественной картинки;
• Глобальное освещение (англ. global illumination, radiosity) — расчёт взаимодействия поверхностей и сред в видимом спектре излучения с помощью интегральных уравнений.

 

Грань между алгоритмами трассировки лучей в настоящее время практически стёрлась. Так, в 3D Studio Max стандартный визуализатор называется Default scanline renderer, но он считает не только вклад диффузного, отражённого и собственного (цвета самосвечения) света, но и сглаженные тени. По этой причине, чаще понятие Raycasting относится к обратной трассировке лучей, а Raytracing — к прямой.

 

Наиболее популярными системами рендеринга являются:

• PhotoRealistic RenderMan (PRMan)
• mental ray
• V-Ray
• FinalRender
• Brazil R/S
• BusyRay
• Turtle
• Maxwell Render
• Fryrender
• Indigo Renderer
• LuxRender
• YafaRay
• POV-Ray

 

Вследствие большого объёма однотипных вычислений рендеринг можно разбивать на потоки (распараллеливать). Поэтому для рендеринга весьма актуально использование многопроцессорных систем. В последнее время активно ведётся разработка систем рендеринга использующих GPU вместо CPU, и уже сегодня их эффективность для таких вычислений намного выше. К таким системам относятся:

Refractive Software Octane Render

AAA studio FurryBall

RandomControl ARION (гибридная)

 

Многие производители систем рендеринга для CPU также планируют ввести поддержку GPU (LuxRender, YafaRay, mental images iray).

 

Самые передовые достижения и идеи трёхмерной графики (и компьютерной графики вообще) докладываются и обсуждаются на ежегодном симпозиуме SIGGRAPH, традиционно проводимом в США.

 

Программное обеспечение

 

Программные пакеты, позволяющие создавать трёхмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень разнообразны. Последние годы устойчивыми лидерами в этой области являются коммерческие продукты: такие как 3D Studio Max, Maya, Lightwave 3D, Softimage, Sidefx Houdini, Maxon Cinema 4D и сравнительно новые Rhinoceros 3D, Nevercenter Silo или ZBrush. Кроме того, существуют и открытые продукты, распространяемые свободно, например, пакет Blender (позволяет создавать 3D модели, c последующим рендерингом (компьютерной визуализацией)), K-3D и Wings3D.

 

SketchUp

Бесплатная программа SketchUp позволяет создавать модели, совместимые с географическими ландшафтами ресурса Google Планета Земля, а также просматривать в интерактивном режиме на компьютере пользователя несколько тысяч архитектурных моделей, которые выложены на бесплатном постоянно пополняемом ресурсе Google Cities in Development (выдающиеся здания мира), созданные сообществом пользователей.

 

Трехмерная графика активно применяется в системах автоматизации проектных работ (САПР) для создания твердотельных элементов: зданий, деталей машин, механизмов, а также в архитектурной визуализации (сюда относится и так называемая «виртуальная археология»). Широко применяется 3D графика и в современных системах медицинской визуализации.