Хант Р.В.Г. Цветовоспроизведение
Подождите немного. Документ загружается.
611
ГЛАВА 25 ВИДЕОГРАФИКА
Рис. 25.2 Оба изображения пол
ностью созданы компьютером
(см. раздел 25.6).
Вверху: пример результата рабо
ты системы Quantel DPB 7000
Digital Paint Box. Манипулиро
вание электронной «кистью» на
графическом планшете позво
ляет добиться эффекта, сходно
го с работой художника, по
скольку графические редакто
ры дают возможность имитиро
вать разные виды кисточек.
Внизу: аналогичный результат,
полученный Питером МакАл
листером с помощью сканера
Crosfield. Изображение любезно
предоставлено Crosfield Electro
nics Limited.
но, одинаково окрашенных. Рост поддержки избирателями различных кандидатов
может демонстрироваться с помощью анимированных графиков.
25.6.1 Видеографика в авиации и мореходстве
В авиации компьютеры используются при воспроизведении графики, дающей важ
ную информацию экипажу авиалайнера. Устройства визуализации до самого недавне
го времени представляли собой электроннолучевые мониторы (но сегодня в основном
применяются LCDдисплеи). Информация визуализировалась либо в растровой форме
(т.е. также как в широковещательном телевидении), либо в штриховой (иногда гово
рят каллиграфической, курсивной или, чаще всего — векторной). В последнем случае
единичный электронный пучок отрисовывал символы, описывая их контур непосред
ственно, а не строка за строкой, как в растровом варианте. Преимущество векторного
отображения состояло в том, что за счет относительно низкой скорости отрисовки кон
туров достигалась максимальная субъективная яркость изображений, а также в том,
что удавалось уйти от паразитной зубчатости краев тех линий, что должны были быть
прямыми. Векторная форма визуализации позволяла также выполнять заливку про
света между близко расположенными друг к другу линиями (что иногда именуется за
тенением, растушевкой или шейдингом).
Оба варианта показа (растровый и векторный) могли быть одновременными за счет
переключения от одного к другому в течение одного кадрового периода, либо же век
торная информация вставлялась в период гашения. Такой способ позволял растровым
путем визуализировать информацию фотореалистичного или картографического ха
рактера, тогда как графические элементы (например, траектория полета — Прим. пер.)
накладывались в векторном виде (что исключительно удобно пилотам).
Высокотехнологичная видеографика активно используется в т.н. имитаторах,
предназначенных для обучения и тренинга авиапилотов, моряков и космонавтов (см.
рис. 25.3). Программное обеспечение разработано так, что топографические данные и
данные навигационного оборудования, включающие в себя позиции аэронавигацион
ных огней и GPSкоординаты, отображаются на дисплеях одновременно, позволяя пи
лотам уверенно «вести» судно по заданному курсу. Аэронавигационные огни могут
отображаться на экране путем вставки соответствующих сигналов между растровыми
изображениями в период гашения, что позволяет им быть очень яркими и независи
мыми от строчной структуры показа.
С целью придания реализма работе авиаимитаторов компьютерная графика позво
ляет «воспроизводить» любое ускорение или замедление движения авиасудна. Более
того, компьютерные программы в состоянии учесть огромный диапазон условий, соот
ветствующих времени суток, времени года, погоде и даже таких, какие крайне редко
встречаются в реальной практике. Устройство особо реалистичных дисплеев, приме
няемых в имитаторах (а также их вспомогательного оборудования), очень сложно и
очень дорого, изза чего дисплеи эти не находят применения в фактических полетах и
плаваниях.
25.6.2 Видеографика в дизайне и архитектуре
Высокотехнологичная видеографика широко применяется в дизайне и архитекту
ре, в частности, позволяет быстро и эффективно разрабатывать проекты интерьеров
помещений, выполнять эскизы оформления комнат и т.п. В компьютер можно загру
зить шаблоны будущих стен, полов, покрытий, ковров, занавесок, фурнитуры и т.п.
612
ГЛАВА 25 ВИДЕОГРАФИКА
613
ГЛАВА 25 ВИДЕОГРАФИКА
Рис. 25.3 Вверху: компьютерная имитация кабины боевого самолета и взлетнопосадочной по
лосы. Внизу: кабина тренажера пилотов гражданской авиации. Для большей реалистичности
растровые дисплеи (см. раздел 25.6), управляемые компьютером и имитирующие в данном
примере взлетнопосадочную полосу, вмонтированы в окна кабины.
614
ГЛАВА 25 ВИДЕОГРАФИКА
Шаблоны эти могут иметь разные экранные яркость и цветность, что необходимо при
отработке цветовых схем интерьеров. Аналогичные методы применяются при разра
ботке дизайна тканей, ковровых покрытий, обоев, керамики и прочих мозаичных объ
ектов, в отношении которых важно, чтобы их составные элементы были окрашены
поразному (см. рис. 25.4).
Для решения архитектурных задач были разработаны программы, позволяющие
изображать здания с учетом их пространственной перспективы, используя при этом
как обычные планы, так и вертикальные проекции, и виды сбоку. В данном случае
нужно, чтобы ближние планы имели приоритет над дальними, дабы была различима
фактура поверхностей. Перспективное отображение требует от системы способности
менять углы в рамках одного шаблона, согласуя т.н. точку схода перспективы свы
бранной точкой наблюдения. Архитектурные программы позволяют также прогрес
сивно менять видимую точку схода, в результате чего становится возможным аними
рованное представление, т.е. здания приобретают возможность вращаться на экране
по желанию пользователя. Отметим, что наличие теней, «отбрасываемых» архитек
турным объектом, добавляет реализма экранным изображениям. Плюс к тому, плос
костям могут быть присвоены различные окраска и текстура, представляющие раз
личные архитектурные поверхности, такие как кирпичная кладка, бетон, дерево,
гипс, камень, черепица и т.п. Стоит сказать также, что текстурные паттерны выгля
дят более реалистичными, если получены из фотографий или фактических материа
лов. Паттерны сохраняются в памяти компьютера в виде цифровых электрических
сигналов и могут по мере необходимости вводиться в шаблон той или иной поверхно
сти. Форму паттернов, разумеется, можно менять, дабы придавать им правильную
перспективу, а также всегда имеется возможность наложить блики, тени и хроматиче
ские рефлексы.
Обсуждаемые системы могут работать в интерактивном режиме, позволяющем ме
нять установки программ. Наконец, если это возможно, за счет смешения сигналов ар
хитектурного дизайна с сигналами фотоизображения местности, можно задолго до на
чала строительства наглядно продемонстрировать то, как будут выглядеть будущие
здание или сооружение (рис. 25.5). Аналогичные методы могут применяться в связке с
полиграфическими сканерами (см. рис. 29.3, 29.4 и 29.8).
25.6.3 Неэкранная визуализация видеографики
В тех случаях, когда экранное разрешение цветного дисплея оказывается неадек
ватным поставленной задаче, большей деталировки изображений можно добиться об
ходными путями, например, монохромная электроннолучевая трубка высокого раз
решения (2000´2000, 4000´4000 или 6000´6000 пикселов — см. раздел 33.7) может
последовательно через красный, зеленый и синий фильтры проэкспонировать фото
пленку (или фотобумагу). Однако сегодня с целью обеспечения высокого разрешения
изображений применяются цифровые принтеры.
25.7 КОМПЬЮТЕРНАЯ МУЛЬТИПЛИКАЦИЯ
О компьютерной анимации можно говорить как о простейшей мультипликации. В
традиционной мультипликации обычно реализуется гораздо больший набор движе
ний и используются намного более сложные шаблоны. Однако компьютеры очень
удобны в «отрисовке» этих шаблонов, что избавляет художникамультипликатора от
615
ГЛАВА 25 ВИДЕОГРАФИКА
616
ГЛАВА 25 ВИДЕОГРАФИКА
Рис. 25.4 Компьютерные
изображения, в которых
для большей реалистич
ности на объекты поло
жены блики, тени, про
зрачности и хроматиче
ские рефлексы.
617
ГЛАВА 25 ВИДЕОГРАФИКА
Рис. 25.5 Компьютерная
имитация внешнего вида
будущих зданий и сооруже
ний с разных точек их обзо
ра исключительно полезна
архитекторам. В данном
примере даны компьютер
ные имитаты будущего зда
ния коммерческого банка с
трех разных точек наблюде
ния (см. раздел 25.6). Ани
матор: Майкл Коллери.
рутинной ручной работы: пером графического планшета аниматор вычерчивает т.н.
ключевые прориси, а задача компьютера в этом случае — отчертить контуры для всех
промежуточных кадров и выполнить цветные заливки этих контуров. Компьютер рас
считывает пути изменения формы, фотометрической яркости и цветности каждой от
дельной области изображения, а также размер, пространственную позицию и даже ре
жим пропадания. Визуальные отличия между элементами переднего и заднего пла
нов, как правило строятся только за счет изменений в последних, но, если нужно, ком
пьютер может дать инструкции и по приоритетам. Элементы переднего и заднего пла
нов хранятся в памяти компьютера и по мере необходимости меняются в размере, пе
рекрашиваются, репозиционируются, поворачиваются и т.п. (Halas, 1982).
25.8 КОДИРОВАНИЕ ЦВЕТНОСТЬЮ
Подкрашивание изображений — т.е. принудительная знаковая окраска их отдель
ных элементов, часто используется для того, чтобы снабдить эти изображения допол
нительной визуальной информацией, которой нет в естественных сценах. К примеру,
в астрономии, тончайшие отличия между видимыми спектрами звезд, планет и про
чих небесных объектов могут быть принудительно визуализированы за счет предвари
тельного присвоения им очевидно разных яркостей и цветностей. Такие изображения
дают астрономам ясное представление о вариациях важных физических показателей,
в частности таких как температура или коэффициент отражения поверхности небес
ного объекта. Но еще раз подчеркнем, что такие изображения не имеют отношения к
визуальному восприятию реальных сцен.
В разделе 12.10 были описаны фотопленки, изготовленные так, что воспроизводи
ли листву не зеленой, а красной. Когда информация об изображении доступна в циф
ровом виде (либо за счет сканирования, либо за счет электронных камер), компьютеры
обеспечивают колоссальную гибкость в выборе яркости и цветности финального пока
за. Одним из примеров использования такой технологии является визуализация уров
ня нагрева каждой точки сцены: сцена регистрируется с применением датчика, чувст
вительного к инфракрасному излучению, после чего данные поступают в компьютер.
На экране всем областям, имеющим уровень излучения в рамках некоего одного узко
го диапазона, присваивается одна цветность, другого — другая и т.п., благодаря чему
можно создать цветовую контурную карту температур, в которой изменение цветно
сти есть функция от нагрева (England и Parker, 1972).
Еще одной областью применения технологии данного типа является геологоразвед
ка. Изображения земной поверхности, полученные путем аэро или спутниковой фо
тосъемки с применением датчиков, чувствительных к излучению не только видимой
части спектра, но и к инфракрасному и ультрафиолетовому излучениям, сохраняются
в памяти компьютера и визуализируются в технике кодирования цветностью, выде
ляющей объекты, представляющие тот или иной специфический интерес (Goetz,
Billingsley, Gillespie, Abrams, Squires, Shoemaker, Lucchitta и Elston, 1975).
В космических исследованиях с целью максимально возможной информации о
планетах (в частности, о Луне) применяются сенсоры с еще большим диапазоном спек
тральной чувствительности. Кодирование цветностью и здесь используется для того,
чтобы подчеркнуть отличия одного участка поверхности от другого (Huck и Wall,
1976). Изображения, которых ждут от космических зондов, можно заблаговременно
имитировать с помощью компьютеров и поупражняться в тактике интерпретации изо
бражений реальных по мере их поступления с зонда (рис. 25.6).
618
ГЛАВА 25 ВИДЕОГРАФИКА
25.9 КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ ОХВАТЫ
Из всего сказанного выше ясно, что компьютеры — это весьма эффективный инст
румент создания изображений. Теперь же нам предстоит рассмотреть те факторы, ко
торые определяют цветовой выбор воспроизводимых стимулов для разных областей
применения компьютерной графики.
25.9.1 Охваты цветностей телетекстов
При визуализации буквенноцифровых символов и простых графических элемен
тов, к примеру, телетекстов, наиболее важным требованием является максимально
высокая чистота их цвета. Если выбор ограничивается двумя стимулами, к примеру:
белые буквы на черном фоне или наоборот, то достаточно простого чернобелого мони
тора. Но ежели используется цветной монитор, то синие буквы на белом фоне (или
желтые на черном) будут смотреться комфортнее (но, вероятно, несколько менее чита
бельными).
Выбор одного стимула из двух возможных требует одного бита информации. При
двух битах появляется выбор из четырех возможных стимулов (2
2
= 4).
При визуализации символов, расположенных на черном фоне, для достижения мак
симального визуального контраста с этим фоном требуется как максимальная фотомет
рическая яркость элементов, так и максимально выраженная хроматичность. Поэтому,
чаще всего, последние воспроизводятся интенсивнозелеными, голубыми, желтыми,
красными или оранжевыми. То есть, когда нужно добиться максимального отличия ме
жду элементами и фоном, то лучшим выбором являются собственно кардинальные сти
мулы монитора — красный, зеленый и синий. Однако следует помнить, что субъектив
ная яркость синих элементов всегда ниже, чем у красных и зеленых. Плюс к тому, фоку
сировка зрения по коротковолновым (синим) стимулам всегда затруднительна, и, сле
довательно, они не годятся для воспроизведения мелких символов.
Когда нужен пространственно мелкий стимул синего тона, то стараются снизить
его колориметрическую чистоту за счет подмешивания к нему света красного и/или
зеленого кардиналов.
Когда слишком темным оказывается красный, то вместо него пользуют оранжевый.
При трех битах информации выбор ограничивается восьмью вариантами (2
3
= 8): по
черным фонам хорошим решением является комплект из красного, зеленого, голубо
го, белого и желтого (или янтарного). При этом добавка еще двух вариантов оказыва
ется затруднительной.
Напомним, что существует только четыре перцепционнооднозначных цветовых
тона: красный, желтый, зеленый и синий (все прочие цветовые тона характеризуемы
через ментальные комбинации этих четырех). Четыре однозначных цветовых тона,
плюс белый и черный (ахроматические), дают шесть однозначно идентифицируемых
оттенков. Более того, замечено, что использование более чем пяти цветовых тонов
(плюс фон) при экранном воспроизведении буквенночисловых символов и простых
схем может вызвать визуальный конфликт. Следовательно, добавка еще двух стиму
лов, в частности, таких как малиновый (часто именуемый «розовым») и синий, в ряде
ситуаций лишь ухудшает результат (Christ, 1975; Robertson, 1980).
Сходные рассуждения применимы к визуализации символов на белом фоне, одна
ко в данном случае для достижения максимального визуального контраста требуются
стимулы, фотометрическая яркость которых много ниже, чем у фона, и выбор, поэто
619
ГЛАВА 25 ВИДЕОГРАФИКА
620
ГЛАВА 25 ВИДЕОГРАФИКА
Рис. 25.6 В космических
исследованиях (пилоти
руемых и непилотируе
мых) весьма практична
визуализация различных
ситуаций, возникающих в
реальности, но при этом не
различимых человече
ским зрением. Такая
визуализация позволяет
зрительно распознавать
происходящее и судить о
нем (см. раздел 25.8).
Вверху слева: фрактальная
компьютерная имитация
восхода Земли над Луной.
Внизу слева: компьютер
ная имитация «внешнего
вида» планеты Уран с бор
та космического зонда
Voyager.
Вверху справа: компью
терная имитация «внеш
него вида» планеты Са
турн с борта космического
зонда Cassini.
Внизу справа: компьютер
ное расцвечивание фото
графии Мимаса (спутника
Сатурна) по критерию на
грева его поверхности.