Innehåll
Även om de rasterbildfiler som fyller våra datorer och liv oftast används för att representera bilder, tycker jag att det är användbart för en CG-konstnär att ha ännu ett annat perspektiv - ett nördigare. Och ur det perspektivet är en rasterbild i huvudsak en uppsättning data organiserade i en viss struktur, för att vara mer specifik - en tabell fylld med siffror (en matris, matematiskt sett).
Siffran i varje tabellcell kan användas för att representera en färg, och så blir cellen till en pixel, som står för ”bildelement”. Det finns många sätt att koda färger numeriskt. Till exempel (förmodligen den enklaste) för att uttryckligen definiera en nummer-till-färg-korrespondens för varje värde, dvs. 3 står för mörkrött, 17 för ljusgrönt och så vidare. Denna metod användes ofta i de äldre formaten som .gif eftersom det möjliggjorde vissa storleksfördelar på bekostnad av en begränsad palett.
Ett annat sätt (det vanligaste) är att använda ett kontinuerligt intervall från 0 till 1 (inte 255!), Där 0 står för svart, 1 för vitt, och siffrorna däremellan anger gråtonerna för motsvarande ljushet. På detta sätt får vi ett logiskt och elegant organiserat sätt att representera en svartvit bild med en rasterfil.
Uttrycket "svartvitt" råkar vara mer lämpligt än "svartvitt" eftersom samma datamängd kan användas för att skildra graderingar från svart till vilken annan färg som helst beroende på utmatningsenheten - som många gamla bildskärmar var svart-grönt snarare än svartvitt.
Detta system kan dock enkelt utökas till fullfärgsfodralet med en enkel lösning - varje bordscell kan innehålla flera siffror, och återigen finns det flera sätt att beskriva färgen med få (vanligtvis tre) siffror vardera i 0-1 räckvidd. I en RGB-modell står de för mängder rött, grönt och blått ljus, i HSV står de för nyans, mättnad och ljusstyrka i enlighet därmed. Men det som är viktigt att notera är att det fortfarande inte är annat än siffror som kodar för en viss betydelse men inte behöver tolkas så.
En logisk enhet
Låt mig gå vidare till varför en pixel inte är en kvadrat: Det beror på att tabellen, som är en rasterbild, berättar hur många element som finns i varje rad och kolumn, i vilken ordning de placeras, men ingenting om vilken form eller till och med hur stor andel de är.
Vi kan bilda en bild från data i en fil på olika sätt, inte nödvändigtvis med en bildskärm, som bara är ett alternativ för en utmatningsenhet. Om vi till exempel tar vår bildfil och distribuerar stenar i storlekar som är proportionella mot pixelvärden på någon yta - ska vi fortfarande bilda i princip samma bild.
Och även om vi bara tar hälften av kolumnerna, men instruerar oss att använda stenarna två gånger bredare för fördelningen - resultatet skulle fortfarande i princip visa samma bild med de rätta proportionerna, bara saknar hälften av de horisontella detaljerna.
”Instruera” är nyckelordet här. Denna instruktion kallas bildförhållande pixel, som beskriver skillnaden mellan bildens upplösning (antal rader och kolumner) och proportioner. Det gör att du kan lagra ramar sträckta eller komprimerade horisontellt och används i vissa video- och filmformat.
Låt oss nu prata om upplösning - den visar den maximala mängden detaljer som en bild kan innehålla, men säger ingenting om hur mycket den faktiskt rymmer. Ett dåligt fokuserat fotografi kan inte förbättras oavsett hur många pixlar kamerasensorn har. På samma sätt ökar uppskalningen av en digital bild i Photoshop eller någon annan redigerare upplösningen utan att lägga till detaljer eller kvalitet i den - de extra raderna och kolumnerna fylls bara med interpolerade (medelvärden) av ursprungligen angränsande pixlar.
På samma sätt är en PPI-parameter (pixlar per tum, vanligtvis även kallad DPI - punkter per tum) bara en instruktion som fastställer överensstämmelsen mellan bildfilens upplösning och utdataens fysiska dimensioner. Och så är PPI ganska meningslöst på egen hand, utan någon av dessa två.
Lagring av anpassad data
Återgå till siffrorna lagrade i varje pixel, naturligtvis kan de vara valfria, inklusive så kallade nummer utanför området (värden över 1 och negativa), och det kan finnas mer än tre nummer lagrade i varje cell. Dessa funktioner begränsas endast av den specifika filformatdefinitionen och används i stor utsträckning i OpenEXR för att nämna en.
Den stora fördelen med att lagra flera nummer i varje pixel är deras oberoende, eftersom var och en av dem kan studeras och manipuleras individuellt som en monokrom bild som kallas Channel - eller ett slags sub-raster.
Ytterligare kanaler till de vanliga färgbeskrivande röda, gröna och blåa kan innehålla all slags information. Standard fjärde kanalen är Alpha, som kodar opacitet (0 betecknar en transparent pixel, 1 står för helt ogenomskinlig). Z-djup, normaler, hastighet (rörelsevektorer), världsläge, omgivande ocklusion, ID och allt annat du kan tänka dig kan lagras i antingen ytterligare eller huvud RGB-kanaler.
Varje gång du ger ut något bestämmer du vilken data du ska inkludera och var du ska placera den. På samma sätt bestämmer du i kompositeringen hur man manipulerar de data du har för att uppnå det resultat du vill ha. Detta numeriska sätt att tänka på bilder är av yttersta vikt och kommer att gynna dig i dina visuella effekter och rörliga grafikarbeten.
Fördelarna
Att tillämpa detta sätt att tänka på ditt arbete - när du använder render pass och utföra kompositeringsarbetet - är viktigt.
Grundläggande färgkorrigeringar är till exempel ingenting annat än elementära matematiska operationer på pixelvärden och att se igenom dem är ganska viktigt för produktionsarbetet. Dessutom kan matteoperationer som addition, subtraktion eller multiplikation utföras på pixelvärden, och med data som Normals and Position kan många 3D-skuggningsverktyg efterliknas i 2D.
Ord: Denis Kozlov
Denis Kozlov är en CG-generalist med 15 års erfarenhet inom film-, TV-, reklam-, spel- och utbildningsindustrin. Han arbetar för närvarande i Prag som VFX-handledare. Den här artikeln uppträdde ursprungligen i 3D World nummer 181.
