licenciatura em engenharia informática e de computadores ... · licenciatura em engenharia...

Licenciatura em Engenharia Informática e de Computadores

Computação Gráfica

Cor

© 2011 Corpo docente de Computação Gráfica / CG&M / DEI / IST / UTL

Edward Angel, Caps. 1, 2 e 7Apontamentos CG

LEIC CGSumário

� Teoria da Cor

� Conceitos básicos

� Modelação da Cor

� Modelos de Cor

� Reprodução da Cor


LEICCG

Conceitos BásicosTeoria da Cor


LEIC CGCor

� Matéria complexa – estudada em várias áreas

� Física

� Fisiologia

� Psicologia

� Artes

� Não é apenas uma propriedade

� Depende de diversos factores externos

• Fontes de Luz

• Cores do ambiente envolvente

• Olho humano...


LEIC CGEspectro Electromagnético


450 500400 650 700550 600

nm

-14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

log10λλλλradiaçãotérmica

raioscósmicos

raiosgama raios X UV IV rádio

luz visível

LEIC CGRetina

� Sistema auto-adaptativo

� Visão central

� fovea centralis

• Ø1,5mm

• só há cones

� macula lutea

• Ø 1 cm

• cones + bastonetes

� Visão periférica

� só há bastonetes

� formas detectadas com falta de cor


Tipo Função Nº (milhões)

Cones policromia 6,8

Bastonetes monocromia 115-120

ObjectoÍris

Retina

Nervo Óptico

Córnea

LEIC CGSensibilidade Espectral dos Cones


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

400 440 480 520 560 600 640 680

comprimento de onda [nm]

sens

iblid

ade

[%

]

beta

gama ro

LEIC CGTeoria dos três estimulos

� Cones são sensores de cor

� Picos de sensibilidade

� vermelho, verde, azul

� Todas as outras cores

� Representadas como combinações destas

� Ciano = Azul + Verde

� Amarelo = Verde + Vermelho

� Etc…


gama

ro

beta

LEICCG

Modelação da Cor


LEIC CG

Caracterização da Cor

� Cor (hue)

� distinção entre cores

• vermelho, verde, amarelo, lilás,…

� Saturação (saturation)

� distância da cor ao cinzento de igual intensidade

• muito saturado - vermelho, azul

• pouco saturado - rosa, azul do céu, cores pastel


LEIC CG

Caracterização da Cor (cont.)

� Luminosidade (lightness)

� intensidade da luz reflectida por uma superfície

(parede, quadro)

� Brilho (brightness)

� intensidade da luz emitida por uma superfície

(lâmpada, Sol, CRT)


LEIC CG

Caracterização da Cor

� Cor (hue)

� Distinção entre cores

• Comprimento de onda dominante

� Saturação (saturation)

� Pureza da cor

� Luminosidade (lightness)

� Brilho (brightness)




Computação GráficaModelos de Cor


LEIC CG

Propriedades desejáveis dos

Modelos de cor

� Uniformidade perceptual

� Facilidade de navegação

� Proximidade face à psicologia do sistema visual

� Rigor

� Facilidade de implementação

Em computação gráfica:


LEIC CG

Modelo de Munsell (1/3)

� Criado no final do séc XIX

� por Albert H. Munsell (1858-1918)

• “Munsell Book of Color “, publicado em 1929

� Considerado o primeiro modelo moderno

� Para determinação de cores

� Continua a ser largamente usado

� Concebido para artes gráficas e ensino


LEIC CG


� Definido por:

� Eixo vertical – value

• Brilho/Luminosidade

� Circunferência – hue

• Cor

� Raio – chroma

• Saturação

ilustração por Samuel J. Klein


LEIC CG


� Espaço cromático

� hue + value (lightness)+ chroma (saturação)

� Compara cores com tabelas normalizadas

� sob uma iluminação também normalizada

� julgamentos visuais

� Medida subjectiva, dependente de

� Condições de iluminação

� Cor da luz circundante

� Iluminação geral do ambiente de medida


LEIC CG

Guia de cores Pantone®


LEIC CG(Alguns) Modelos de Cor

RGB Red, Green, Blue

CMY Cyan, Magenta, Yellow (cores complementares)

HSV Hue, Saturation, Value


LEIC CG

Modelo RGB

� Cubo normalizado� com origem em (0,0,0)

• Preto

� Vértices:� Vermelho (1,0,0)� Verde (0,1,0)� Azul (0,0,1)� Amarelo (1,1,0)� Ciano/Cião (0,1,1)� Magenta (1,0,1) � Branco (1,1,1)

� Cinzentos� diagonal

• entre (0,0,0) e (1,1,1)© 2011 Corpo docente de Computação Gráfica / CG&M / DEI / IST / UTL

LEIC CG

Espaço RGB

Ciano (0,1,1)

Magenta (1,0,1)

Preto = (0,0,0) Verde = (0,1,0)

Azul = (0,0,1)

Vermelho (1,0,0)

Branco = (1,1,1)

Amarelo (1,1,0)

Cinzentos

RGB a partir de CIE


LEIC CG

Modelo CMY

� Fundamento

� uma superfície absorve parte da luz incidente

� reflecte a luz da cor que aparenta ter

� Constituído pelas cores complementares

� ciano, magenta e amarelo (primárias subtractivas)

� Semelhante ao RGB, mas

� a origem é o branco em vez do preto

� cores subtractivas da luz branca incidente


LEIC CG

Espaço CMY

� Cubo normalizado� com origem em (0,0,0)

• Branco

� Vértices:� Vermelho (1,0,1)� Verde (0,1,1)� Azul (1,1,0)� Amarelo (0,0,1)� Ciano (0,0,1)� Magenta (1,0,0) � Preto (1,1,1)

� Cinzentos� diagonal

• entre (0,0,0) e (1,1,1)

Vermelho (0,1,1)

Verde (1,0,1)

Branco = (0,0,0) Magenta = (0,1,0)

Amarelo = (0,0,1)

Cião (1,0,0)

Preto = (1,1,1)

Azul (1,1,0)

Cinzentos © 2011 Corpo docente de Computação Gráfica / CG&M / DEI / IST / UTL

LEIC CG

� RGB

� Modelo aditivo

� CMYK

� Modelo subtractivo

� Conversão trivial:

RGB e CMY (1/2)

−

=

B

G

R

Y

M

C

1

1

1

−

=

Y

M

C

B

G

R

1

1

1


LEIC CG

RGB e CMY


LEIC CG

Modelo CMYK

� Impressoras

� Tinta preta adicional

• Para maior fidelidade

• Redução de custos


LEIC CG

Modelo HSV {HSB}

� Modelos RGB e CMY

� Orientados ao hardware

� Mais intuitivo para o utilizador� H Hue

� S Saturation

� V Value (brightness, B)

� Próximo do sistema intuitivo em arte com� matiz, tom e tonalidade


LEIC CG

Espaço HSV {HSB}

� Cinzentos� S=0 e 0 < V < 1

� V=0� H e S são irrelevantes

� S=0� H é irrelevante

1,0 cião

magenta

branco

0,0 preto

amarelo verde 120º

vermelho 0º

azul 240º

S H

V




Formatos Imagem


Apontamentos CGEdward Angel, Sec. 8.2

LEIC CGSumário

� Formatos de Imagem

� Generalidades

� Formatos

• DIB (BMP)

• GIF

• PNG

• JFIF (JPEG)

� Considerações sobre uso


LEIC CG

Siglas

� DIB: Device Independent Bitmap

� “windows” BMP: Windows Bitmap

� GIF: Graphics Interchange Format

� PNG: Portable Network Graphics

� JFIF: JPEG File Interchange Format


LEICCG

Conceitos GenéricosFormatos de Imagem


LEIC CG


Representação Directa

� Para cada pixel

� Representar valor do canal correspondente

• Triplos <R,G,B>

� Máxima Fiabilidade

� Depende apenas da profundidade da cor

� Requisitos de memória elevados

Representação Imagem

0

147

211 70

0 190

LEIC CG


Representação por Mapa de Cores

� Pixéis representados por índice de cor� em vez de 3 componentes de cor

� Ficheiros de menor dimensão� Bom até 256 cores

� Inviável para mais do que 256 cores

1

47

1

0

2

47

48

46

255 0 0

255

255

255

255

0

0

0

0

0

255 255

255 255

0

0

. . .

Representação Imagem Mapa de cores

LEIC CG


Compressão de Imagem

� Reduz o tamanho da imagem

� Dois tipos� Com perda

• JPEG: Joint Photographic Experts Group (ISO 10918-1)

� Transformada do co-seno aplicada a grupos de pixéis

(8x8 ou 16x16)

� Sem perda

• RLE: Run Length Encoding

� Sequências de pixéis da mesma cor

• LZW (e LZ77) – Lempel-Ziv Welch

� Sequências iguais de pixéis (podem ser de cores diferentes)

LEIC CG

Entrelaçamento (1/3)

� Codificação permite visualização mais rápida

� Também conhecido como

� Codificação progressiva

� Pode ser usado em diversos formatos� GIF

• Armazena as linhas intercaladas

� 0, 8, 16,... / 4,12, .... / 2, 6, 10, 14, ... / 1, 3, 5, 7, 9, ....

� PNG

• Algoritmo Adam7

� Imagem dividida em 7 sub-imagens

� Usa padrão 8x8 para armazenar a imagem

� JPEG

• Algoritmo Progressivo

� Usa os coeficientes da Transformada do Co-seno

� Complexo, mas eficiente

1 6 4 6 2 6 4 6

7 7 7 7 7 7 7 7

5 6 5 6 5 6 5 6

7 7 7 7 7 7 7 7

3 6 4 6 3 6 4 6

7 7 7 7 7 7 7 7

5 6 5 6 5 6 5 6

7 7 7 7 7 7 7 7


LEIC CG

Entrelaçamento (2/3)

GIF

AD

AM

7


LEIC CGPNG GIF

1/64

1/32

1/16

1/8

1/4

1/2

Com

plet

a!




Computação GráficaFormatos de Imagem


LEIC CG

Número Mágico(Magic Number)

� Usado para identificar formatos de ficheiros

� Apareceu pela 1ª vez na versão 7 do UNIX (1979)

• Para identificar executáveis

� Um conjunto de bits no início do ficheiro

� Exemplos:

� PDF: 25 50 44 46 (%PDF)

� MS-OFFICE DOC: D0 CF 11 E0 (“docfile0”)

� Classes JAVA compiladas: CA FE BA BE (“cafe babe”)


LEIC CG

Número Mágico(Magic Number)

� No caso dos ficheiros de imagem

� PBM: P4 [em ASCII]

� BPM: 42 4D (BM)

� GIF: 47 49 46 38 (GIF8)

� PNG: 89 50 4E 47 (♦PNG)

� JPEG/JFIF: FF D8 FF E0

� TIFF

• Big endian (motorola): 4D 4D 00 2A (MM♦*)

• Little endian (intel): 49 49 2A 00 (II*♦)


LEIC CG


Formato DIB (BMP) (1/2)

� Cores:� 2, 16, 256 e 16.777.216

� Modelo de cor:� RGB

� Compressão:� RLE 4 e RLE 8

� Mapa de cores:� só com 2, 16 e 256 cores

� Entrelaçamento:� não suporta

� Transparência:� não suporta

800×600, 81232 cores, 1,37 Mb

RLE - 800×600, 251 cores, 530 kb

LEIC CG

Formato DIB (BMP) (2/2)

� Vantagens

� Cores reais

� Múltiplos subtipos

• para diferentes tipos de imagem

� Desvantagens

� Ficheiros de grande tamanho

� Compressão limitada a subtipos

� Compressão inadequada

• Para imagens de qualidade fotográfica

Porquê?


LEIC CG

Formato GIF (1/3)

� Cores:� 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 e 256


� Compressão:� LZW sem perda (sempre)

� Mapa de cores:� Obrigatório

� Entrelaçamento:� Opcional, por linhas

� Transparência:� uma cor

638×422, 144 cores, 94 kb

320×200, 255 cores, 57 kb© 2011 Corpo docente de Computação Gráfica / CG&M / DEI / IST / UTL

LEIC CG

Formato GIF (2/3)

� Vantagens

� Canal de dados

� GIFs animados

� Ficheiros de pequeno tamanho

� Desvantagens

� Limite de 256 cores

� Formato e algoritmo de compressão proprietários

� Impróprio para imagens de qualidade fotográfica

� Transparência de uma única cor


LEIC CG

Formato GIF (3/3)

� Limite de 256 cores


LEIC CG

Formato PNG (1/2)

� Cores:� 2, 4, 16, 256, 16.777.216 e 248


� Compressão:� LZ77 sem perda

� Mapa de cores:� só com 2, 4, 16 e 256 cores

� Entrelaçamento:� opcional, por pixéis

� Transparência:� por canal alfa


LEIC CG

Formato PNG (2/2)

� Vantagens

� Suporta todos os tipos de imagem

� Algoritmo de compressão do domínio público

� Transparência por canal alfa

� Permite sequências de imagens

� Guarda a correcção gama (opcional)

� Desvantagens

� Algoritmo de compressão impróprio para imagens com qualidade

fotográfica


LEIC CG


Formato JFIF (JPEG) (1/2)

� Cores:� 16.777.216

� Modelo de cor� YCbCr

� Compressão:� JPEG (com perda)

� Mapa de cores:� não suporta

� Entrelaçamento:� não suporta

� Transparência:� não suporta

800×600, 59847 cores, 68,9 kb

800×600, 81232 cores, 60,9 kb

LEIC CG


Formato JFIF (JPEG) (2/2)

� Vantagens

� Recomendado para imagens de qualidade fotográfica

� Algoritmos de compressão normalizados

� Desvantagens� Há sempre perda (mas a visão não detecta)

� Impróprio para imagens com variações súbitas de cor

Orig

inal

JPE

G

LEIC CG


Artefactos JFIF (JPEG)

Orig

inal

JPE

G

LEIC CG

Degradação Progressiva em JFIF

90 80

50

70

40

60

20 10

Escala de qualidade 1 (mín.) – 100 (máx.)


LEICCG

Considerações sobre o usoFormatos de Imagem


LEIC CG


Imagem de Qualidade Fotográfica

� Exemplo de Imagem

� 512 x 512 pixéis

� 230.426 cores

LEIC CG

Imagem Fotográfica

Dimensão de Imagem

MS Photo Editor Paint Shop Pro Adobe Photoshop

DIB/BMP 786.486

GIF normalentrelaçado

169.369 (136) 261.332 (256)266.523 (256)

248.878 (256)254.103 (256)

PNG normal entrelaçado

755.065 636.923667.648

781.799788.863

JFIF máx.méd.mín.

342.808 (159.067)50.717 (149.903)31.768 (111.645)

313.125 (161.704)51.151 (151.270)32.300 (113.683)

491.285 (176.062)87.798 (156.760)53.248 (133.424)

Comprimento em bytes (número de cores)


LEIC CG

Imagem de um Gráfico Simples

� Exemplo de Imagem

� 717 x 494

� 10 cores


LEIC CG

Gráfico Simples

Dimensão de Imagem

MS Photo Editor Paint Shop Pro Adobe Photoshop

DIB/BMP 1.063.142

GIF normalentrelaçado

19.271 (18) 17.58117.904

16.26816.667

PNG normal entrelaçado

red. 256 cores

18.951

14.795 (18)

19.09728.48212.899

29.86139.10314.975 (18)

JFIF máx.méd.mín.

174.285 (111)44.330 (27.550)31.768 (29.756)

161.770 (2.764)44.262 (28.097)31.495 (30.223)

226.607 (444)73.789 (21.443)54.583 (26.423)

Comprimento em bytes (número de cores)


LEIC CG

Formatos de Imagem

Considerações� Usar GIF se

� número de cores for pequeno (<256)

� Considerar o formato PNG� para estes casos e para outros

� se a imagem não for de qualidade fotográfica

� Usar JPEG/JFIF sempre que a imagem� seja de qualidade fotográfica

� apresente tons contínuos

� Imagens JPEG/JFIF� Guardar imagem original sem perda ou com pouca perda

� Reduzir tamanho antes de comprimir com perda


LEIC CGFontes do Conhecimento

� Estudar por apontamentos disponíveis no Site de CG.


licenciatura em engenharia informática e de computadores ... · licenciatura em engenharia...

Documents