Cor. Licenciatura em Engenharia Informática e de Computadores Computação Gráfica. Edward Angel, Caps. 1, 2 e 7 Apontamentos CG

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1 Licenciatura em Engenharia Informática e de Computadores Computação Gráfica Cor Edward Angel, Caps. 1, 2 e 7 Apontamentos CG

2 Sumário Teoria da Cor Conceitos básicos Modelação da Cor Modelos de Cor Reprodução da Cor

3 LEIC CG Teoria da Cor Conceitos Básicos

4 Cor 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...

5 Espectro Electromagnético nm luz visível raios cósmicos raios gama raios X UV IV rádio radiação térmica log 10 λ

6 Retina Sistema auto-adaptativo Objecto Íris Retina Nervo Óptico Visão central fovea centralis Ø1,5mm só há cones macula lutea Ø 1 cm cones + bastonetes Córne a Tipo Função Nº (milhões) Cones policromia 6,8 Bastonetes monocromia Visão periférica só há bastonetes formas detectadas com falta de cor

7 Sensibilidade Espectral dos Cones gama ro sensiblidade [%] beta comprimento de onda [nm]

8 Teoria dos três estimulos Cones são sensores de cor Picos de sensibilidade vermelho, verde, azul gama ro Todas as outras cores Representadas como combinações destas Ciano = Azul + Verde Amarelo = Verde + Vermelho Etc beta

9 LEIC CG Modelação da Cor

10 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

11 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)

12 Características Cor (hue) Distinção entre cores Comprimento de onda dominante Saturação (saturation) Pureza da cor Luminosidade (lightness) Brilho (brightness)

13 Licenciatura em Engenharia Informática e de Computadores Computação Gráfica Computação Gráfica Modelos de Cor

14 Propriedades desejáveis dos Modelos de cor Uniformidade perceptual Facilidade de navegação Proximidade face à psicologia do sistema visual Rigor Em computação gráfica: Facilidade de realização

15 Modelo de Munsell (1/3) Criado no final do sécxix por AlbertH. Munsell( ) 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

16 Modelo de Munsell (2/3) Definido por: Eixo vertical value Brilho/Luminosidade Circunferência hue Cor Raio chroma Saturação ilustração por Samuel J. Klein

17 Modelo de Munsell (3/3) 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

18 Extracto do Munsell Book of Color

19 Guia de cores Pantone

20 (Alguns) Modelos de Cor RGB Red, Green, Blue CMY Cyan, Magenta, Yellow(cores complementares) HSV Hue, Saturation, Value

21 RGB Fundamento uma superfície emite luz cromática essa luz define cor da superfície Descreve comprimento de onda da luz Através de cores primárias (aditivas) Vermelho (R) Verde (G) Azul (B)

22 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)

23 Espaço RGB RGB a partir de CIE

24 Modelo CMY Fundamento uma superfície absorve parte da luz incidente reflectea 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

25 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) Verde (1,0,1) Amarelo = (0,0,1) Vermelho (0,1,1) Preto = (1,1,1) Cinzentos diagonal entre (0,0,0) e (1,1,1) Branco = (0,0,0) Magenta = (0,1,0) Ciano (1,0,0) Azul (1,1,0) Cinzentos

26 RGB Modelo aditivo CMYK Modelo subtractivo Conversão trivial: RGB e CMY (1/2) = B G R Y M C = Y M C B G R 1 1 1

27 RGB e CMY

28 Modelo CMYK Impressoras Tinta preta adicional Para maior fidelidade Redução de custos

29 Modelo HSV {HSB} Modelos RGB e CMY Orientados ao hardware Mais intuitivo para o utilizador H Hue S Saturation V Value (brightness, B) Intuitivo para artistas com matiz, tom e tonalidade

30 Espaço HSV {HSB} Cinzentos S=0 e 0 < V < 1 V=0 H e S são irrelevantes cião verde 120º 1,0 V branco amarelo vermelho 0º S=0 H é irrelevante azul 240º magenta 0,0 preto H S

31 Licenciatura em Engenharia Informática e de Computadores Computação Gráfica Formatos Imagem Apontamentos CG Edward Angel, Sec. 8.2

32 Sumário Formatos de Imagem Generalidades Formatos DIB (BMP) GIF PNG JFIF (JPEG) Considerações sobre uso

33 Siglas DIB: Device Independent Bitmap windows BMP: Windows Bitmap GIF: Graphics Interchange Format PNG: Portable Network Graphics JFIF: JPEG File Interchange Format

34 LEIC CG Formatos de Imagem Conceitos Genéricos

35 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 Corpo docente de Computação Representação Gráfica / CG&M / DEI / IST / UTL Imagem

36 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 Representação Mapa de cores Imagem

37 Compressão de Imagem Reduz o tamanho da imagem Dois tipos Com perda JPEG: Joint Photographic Experts Group (ISO ) 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)

38 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

39 Entrelaçamento (2/3) ADAM7 GIF

40 PNG GIF 1/4 1/2 Completa! 1/8 1/64 1/32 1/16

41 Licenciatura em Engenharia Informática e de Computadores Computação Gráfica Computação Gráfica Formatos de Imagem

42 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: (%PDF) MS-OFFICE DOC: D0 CF 11 E0 ( docfile0 ) Classes JAVA compiladas: CA FE BA BE ( cafe babe )

43 Número Mágico (Magic Number) No caso dos ficheiros de imagem PBM: P4 [em ASCII] BPM: 42 4D (BM) GIF: (GIF8) PNG: E 47 ( PNG) JPEG/JFIF: FF D8 FF E0 TIFF Big endian(motorola): 4D 4D 00 2A (MM *) Little endian(intel): A 00 (II* )

44 Formato DIB (BMP)(1/2) Cores: 2, 16, 256 e Modelo de cor: RGB Compressão: RLE 4 e RLE 8 Mapa de cores: só com 2, 16 e 256 cores , cores, 1,37 Mb Entrelaçamento: não suporta Transparência: não suporta RLE , 251 cores, 530 kb

45 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?

46 Formato GIF (1/3) Cores: 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 e 256 Modelo de cor: RGB Compressão: LZW sem perda (sempre) Mapa de cores: Obrigatório , 144 cores, 94 kb Entrelaçamento: Opcional, por linhas Transparência: uma cor , 255 cores, 57 kb

47 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

48 Formato GIF (3/3) Limite de 256 cores

49 Formato PNG (1/2) Cores: 2, 4, 16, 256, e 2 48 Modelo de cor: RGB Compressão: LZ77 sem perda Mapa de cores: só com 2, 4, 16 e 256 cores Entrelaçamento: opcional, por pixéis Transparência: por canal alfa

50 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

51 Formato JFIF (JPEG) (1/2) Cores: Modelo de cor YCbCr Compressão: JPEG (com perda) Mapa de cores: não suporta , cores, 68,9 kb Entrelaçamento: não suporta Transparência: não suporta , cores, 60,9 kb

52 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 Original JPEG

53 Artefactos JFIF (JPEG) JPEG Original

54 Degradação Progressiva em JFIF Escala de qualidade 1 (mín.) 100 (máx.)

55 LEIC CG Formatos de Imagem Considerações sobre o uso

56 Imagem de Qualidade Fotográfica Exemplo de Imagem 512 x 512 pixéis cores

57 Imagem Fotográfica Dimensão de Imagem MS Photo Editor Paint Shop Pro Adobe Photoshop DIB/BMP GIF normal entrelaçado (136) (256) (256) (256) (256) PNG normal entrelaçado JFIF máx. méd. mín ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Comprimento em bytes (número de cores)

58 Imagem de um Gráfico Simples Exemplo de Imagem 717 x cores

59 Gráfico Simples Dimensão de Imagem MS Photo Editor Paint Shop Pro Adobe Photoshop DIB/BMP GIF normal entrelaçado (18) PNG normal entrelaçado red. 256 cores (18) (18) JFIF máx. méd. mín (111) (27.550) (29.756) (2.764) (28.097) (30.223) (444) (21.443) (26.423) Comprimento em bytes (número de cores)

60 Formatos de Imagem Considerações Usar GIFse 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

61 Na próximaaula Ray-Tracing