Τεχνολογία Πολυμέσων

Transcript

1 Τεχνολογία Πολυμέσων Εισαγωγή Εαρινό Εξάμηνο

2 Εισαγωγή ιδάσκων: ρ. webpage: Επισκέπτης Καθηγητής Τμήματος Επιστήμης Υπολογιστών, Πανεπιστήμιο Κρήτης Βιβλιογραφία ΗΜΗΤΡΙΑ ΗΣ, ΠΟΜΠΟΡΤΣΗΣ, «Τεχνολογία πολυμέσων», Εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑΣ, 2003 ADOBE CREATIVE TEAM, Adobe Flash CS3 Professional - Βήμα προς Βήμα, ΓΚΙΟΥΡ ΑΣ Μ., 2007 Adobe Creative Team, Adobe Flash CS3 Professional Classroom in a Book, Adobe Press (FLASH CS3 tutorial) 2

3 Εισαγωγή: Βαθμολόγηση και Οργάνωση Το μάθημα θα έχει: Ασκήσεις (Α) Project (P) Τύπος υπολογισμού τελικού βαθμού Τελικός Βαθμός = 0.6 Α P Πρέπει να πάρετε τουλάχιστον πάνω από 5 στις ασκήσεις για να περάσετε 3

4 Εισαγωγή: Πρόγραμμα Πρόγραμμα ευτέρα 1-3 (αίθουσα Γ) Τρίτη 1-3 Ώρες Γραφείου ευτέρα 3-5 ( 215 Προκάτ Κτίρια) Web site μαθήματος: 4

5 Εισαγωγή: Project Μεγάλη εργασία σε ομάδες των 2-(3) ατόμων με θέμα τη παρουσίαση/υλοποίηση ενός άρθρου ή τη δημιουργία animation σε flash Μικρή αναφορά περιγραφής εργασίας Παράδοση/Εξέταση τελευταία 2 μαθήματα του εξαμήνου 5

6 Εισαγωγή: Περί Αντιγραφής Τι είναι: Αντιγραφή «κώδικα» ή μέρους αυτού από άλλη πηγή (συμφοιτητή, διαδίκτυο, κάποιον τρίτο, κτλ) Αντιγραφή της ιδέας Αντιγραφή κειμένου ή μέρους αυτού κατά την διάρκεια εξέτασης Εύκολη ανίχνευση Τιμωρία: Μηδενισμός του project, διαγωνίσματος κτλ. σεόλαταμέρηπου εμπλέκονται στην αντιγραφή Μηδενισμός στο μάθημα Ενημέρωση του τμήματος σχετικά Μην αφήνετε τους άλλους να αντιγράψουν από εσάς 6

7 Εισαγωγή: Σκοπός Τι είναι τα πολυμέσα Κείμενο Ήχος Εικόνα Video Γραφικά Σημασία και χρήσεις των πολυμέσων Ανάπτυξη εφαρμογών πολυμέσων 7

8 Εισαγωγή: Σκοπός Γνωριμία με τα πολυμέσα (πρότυπα) Μέσα αποθήκευσης - μετάδοσης πολυμέσων Εκμάθηση χρήσης των πολυμέσων σε Εφαρμογές Εκμάθηση εργαλείων δημιουργίας/αναπαραγωγής πολυμέσων Στην έρευνα Σύντομη παρουσίαση θεμάτων ανοικτών προς έρευνα Ανάλυση/Αναζήτηση πολυμέσων Σύνθεση πολυμέσων Βάσεις για επαγγελματικές δεξιότητες 8

9 Εισαγωγή: Περιεχόμενο 1 η ιάλεξη: Εισαγωγή 2 η ιάλεξη: Κείμενο 1 η σειρά ασκήσεων 3 η -4 η ιάλεξη: Ήχος 5 η ιάλεξη: Λογισμικά ήχου 2 η σειρά ασκήσεων 6 η -8 η ιάλεξη: Εικόνα 9 η ιάλεξη: Λογισμικά Εικόνας 3 η σειρά ασκήσεων 10 η -14 η ιάλεξη: 2D Animation adobe flash 3D animation 4 η σειρά ασκήσεων 15 η -17 η ιάλεξη: Video 18 η ιάλεξη: Λογισμικά Video 5 η σειρά ασκήσεων 19 η Οθόνες κάρτες γραφικών 20 η -21 η Ειδικά Θέματα Πολυμέσων 22 η - Παρουσιάσεις Εργασιών 9

10 Ορισμός Πολυμέσων:Ιστορική Αναδρομή Τα πολυμέσα είναι μία από τις πιο πολυσυζητημένες τεχνολογίες των αρχών της δεκαετίας του 90. Τα πολυμέσα αποτελούν το σημείο συνάντησης μεγάλων βιομηχανιών: της πληροφορικής, των τηλεπικοινωνιών, της βιομηχανίας audio, video και graphics καθώς και της βιομηχανίας της τηλεόρασης και του κινηματογράφου. 10

11 Ορισμός Πολυμέσων: Ετυμολογία Ο αγγλικός όρος, που εδώ έχει αποδοθεί ως πολυμέσα, είναι multimedia. Ό όρος αυτός αποτελείται από δύο μέρη: το πρόθεμα multi και τη ρίζα media. Multi: προέρχεται από τη λατινική λέξη multus και σημαίνει "πολυάριθμος", "πολλαπλός". Media: είναι ο πληθυντικός αριθμός της επίσης λατινικής λέξης medium που σημαίνει "μέσο", "κέντρο". Πιο πρόσφατα η λέξη medium άρχισε να χρησιμοποιείται και ως "ενδιάμεσος", "μεσολαβητής". Multimedia σημαίνει "πολλαπλοί μεσολαβητές" ή "πολλαπλά μέσα" και χρησιμοποιείται είτε ως ουσιαστικό είτε ως επίθετο. 11

12 Ορισμός Πολυμέσων Συστήματα πολυμέσων θα είναι η εφημερίδα, που συνδυάζει κείμενο και εικόνα, και η τηλεόραση/κινηματογράφος, που συνδυάζει ήχο και κινούμενη εικόνα. Τα παιχνίδια στον υπολογιστή που συνδυάζουν ήχο και κινούμενη εικόνα. Ψηφιακά πολυμέσα είναι ο τομέας που ασχολείται με την ελεγχόμενη από υπολογιστή αναπαραγωγή και δημιουργία κειμένου, γραφικών, εικόνας, video, animation, ήχου. 12

13 ιαχωρισμός Πολυμέσων Περιεχόμενο Ήχος Εικόνα Video ιαδραστικά ή μη διαστραστικά Animation Κινούμενα Ήχος Video Σχεδιασμένα Πραγματικά Ακίνητα (Αμετάβλητα στο χρόνο) Κινούμενα (Μεταβαλλόμενα στο χρόνο) Κείμενο Γραφικά Ακίνητα Εικόνα Σχεδιασμένα στον Η/Υ ή Πραγματικά 13

14 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Κείμενο Το κείμενο είναι το θεμελιώδες συστατικό των εφαρμογών πολυμέσων. Διαφορετικά μέρη του κειμένου μπορεί να έχουν διαφορετικά χρώματα, γραμματοσειρές ή μεγέθη χαρακτήρων. Ορισμένες λέξεις ή φράσεις μπορεί να είναι γραμμένες με έντονους, πλάγιους ή υπογραμμισμένους χαρακτήρες. Tο κείμενο γίνεται όχι μόνο πιο ελκυστικό, αλλά και βοηθά τον αναγνώστη να προσέξει ιδιαίτερα τα βασικότερα σημεία του. Τύποι Κειμένου: TEXT, LATEX, PDF, PS, DOC, HTML, 14

15 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Ήχος Ο ψηφιακός ήχος είναι ήχος ο οποίος έχει μετατραπεί σε ψηφιακή μορφή και μπορεί να παίζεται από υπολογιστή. Ο ήχος συμπληρώνει τα κείμενα και σπάνια τις εικόνες αλλά κυρίως τα video και τα animation. Προγράμματα σύνθεσης/επεξεργασίας ήχου: adobe audition, soundforge Τύποι Ήχου: WAV, MP3, WMA, AU, AIFF, PCM, MID, RA, 15

16 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Εικόνα Είδη: Φωτογραφίες - Γραφικές παραστάσεις - Διαγράμματα ιανυσματικές εικόνες (vector graphics) Ψηφιογραφικές εικόνες (bitmap graphics) Πληροφορία : "Μιαεικόναείναικαλύτερηαπό χίλιες λέξεις". Προγράμματα επεξεργασίας εικόνας: photoshop, coreldraw Τύποι Εικόνας: BMP, JPEG, GIF, TIFF, PPM, PGM, PNG, RAS, 16

17 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Video Οι πιο προχωρημένες εφαρμογές πολυμέσων, χρησιμοποιούν (εκτός από κείμενο, εικόνες και ήχο) ταινίες video. Οι ταινίες αυτές, προβάλλουν συνήθως 25 εικόνες το δευτερόλεπτο και μπορούν να περιλαμβάνουν και ήχο. Προγράμματα επεξεργασίας Video: Adobe Premiere, Pinnacle Studio, MovieFactory, Virtualdub Τύποι Video: AVI, MPEG, DIVX, XVID, WMV, 17

18 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Animation Video σχεδιασμένο στον υπολογιστή, 2 ή3. Μπορεί εύκολα να μετατραπεί σε Video. Πρόσφατα, το animation αρχίσει να κερδίζει έδαφος σε σχέση με το Video. Γιατί; Οι ταινίες αυτές, προβάλλουν εικόνες το δευτερόλεπτο και μπορούν να περιλαμβάνουν και ήχο. Προγράμματα επεξεργασίας Video: Adobe Flash, Director, Poser, 3D studio Max, Maya 18

19 Τεχνολογία Πολυμέσων Κείμενο

20 Κείμενο: Εισαγωγή Κείμενο Το κείμενο είναι το θεμελιώδες συστατικό των εφαρμογών πολυμέσων. Διαφορετικά μέρη του κειμένου μπορεί να έχουν διαφορετικά χρώματα, γραμματοσειρές ή μεγέθη χαρακτήρων. Ορισμένες λέξεις ή φράσεις μπορεί να είναι γραμμένες με έντονους, πλάγιους ή υπογραμμισμένους χαρακτήρες. Tο κείμενο γίνεται όχι μόνο πιο ελκυστικό, αλλά και βοηθά τον αναγνώστη να προσέξει ιδιαίτερα τα βασικότερα σημεία του. Τύποι Κειμένου: TEXT, LATEX, PDF, PS, DOC, HTML, 2

21 Κείμενο : Ιστορική Αναδρομή Το κείμενο (text) ήταν ο πρώτος τρόπος απεικόνισης της πληροφορίας σε υπολογιστή και παραμένει μέχρι σήμερα ο κυρίαρχος. Αρχικά η επικοινωνία ανθρώπου υπολογιστή γινόταν μόνο με κείμενο λόγω της αδυναμίας των αρχικών υπολογιστών να χειριστούν αποτελεσματικά ήχο, εικόνες και video. Το κείμενο αποτελεί βασικό φορέα πληροφορίας που δεν πρέπει να παραμελείται σε μια εφαρμογή πολυμέσων. Το ζητούμενο δεν είναι η εξάλειψη του κειμένου, αλλά η αποτελεσματική ολοκλήρωση του με τα άλλα είδη πληροφορίας. 3

22 Κείμενο Δομημένο κείμενο Το κείμενο μπορεί να θεωρηθεί ότι χωρίζεται σε κεφάλαια, τα κεφάλαια σε υποκεφάλαια, τα υποκεφάλαια σε παραγράφους κ.ο.κ. και να χρησιμοποιηθεί μια δενδρική δομή αναπαράστασης. Καλύτερη οργάνωση Αναζήτηση ιάβασμα 4

23 Κείμενο : Πλεονεκτήματα/Μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα χρήσης κειμένου. Κυριολεξία Απλότητα Πληροφορίες Μειονεκτήματα χρήσης κειμένου. Κουράζει Απλότητα Εκφραστικότητα Με κατάλληλο συνδυασμό με εικόνα, video και ήχο κρατάμε όλα τα πλεονεκτήματα χωρίς να έχουμε μειονεκτήματα 5

24 Κείμενο : Τύποι Κειμένου TEXT (*.txt): Μόνο κείμενο προγράμματα επεξεργασίας Notepad/Σημειωματάριο HTML (*.htm) : Ιστοσελίδες Μόνο κείμενο (συμβολική γλώσσα κειμένου) Εικόνες/Video/Ήχος με τη μορφή link προγράμματα επεξεργασίας Notepad/Σημειωματάριο Frontpage Dreamweaver PS/PDF (*.tex): Κείμενο Άρθρα (Papers) - Βιβλία Κείμενο με Εικόνα Μη επεξεργάσιμη μορφή Video/Ήχος με τη μορφή link προγράμματα αναπαραγωγής (viewers) Acrobat Reader Ghostview 6

25 Κείμενο : Τύποι Κειμένου doc : Κείμενο Άρθρα (Papers) - Βιβλία Κείμενο με εικόνες Video/Ήχος με τη μορφή link Χρήση καταλλήλου editor Microsoft Word Openoffice Writer LATEX (*.tex): Κείμενο Άρθρα (Papers) - Βιβλία Μόνο κείμενο (συμβολική γλώσσα κειμένου) Εικόνες/Video/Ήχος με τη μορφή link προγράμματα επεξεργασίας Μετατροπή σε PS/PDF για ανάγνωση Notepad vi/gvim WinEdit 7

26 Κείμενο Προγράμματα Επεξεργασίας Κειμένου υνατότητες Εισαγωγή διαφορετικών τύπων γραμματοσειρών Εισαγωγή εικόνων Εισαγωγή πινάκων Σχεδίαση σχημάτων «Οτιδήποτεβλέπουμεσεέναβιβλίο» Microsoft Word OpenOffice Writer 8

27 Κείμενο: Microsoft Word Εύχρηστο πρόγραμμα παρέχοντας όλες τις δυνατότητες ενός σύγχρονου κειμενογράφου. Πλέον διαδεδομένος κειμενογράφος Format: doc. ιαφορετικές εκδόσεις 95/98/2000/ΧP/2003/2007 Καλή συμβατότητα μεταξύ τους 9

28 Κείμενο: OpenΟffice Writer Εύχρηστο πρόγραμμα παρέχοντας όλες τις δυνατότητες ενός σύγχρονου κειμενογράφου. Παρόμοιο μενού με το Word ιανέμετε δωρεάν ( Είναι συμβατό με το Microsoft Word Εύκολη εγκατάσταση από διαφορετικά λειτουργικά συστήματα (Windows/Linux/Mac) 10

29 Κείμενο: OpenOffice Writer 11

30 Κωδικοποίηση χαρακτήρων (*) US-ASCII : 95 εκτυπώσιμοι χαρακτήρες Τυπογραφία 33 χαρακτήρες ελέγχου ISO-8859-n : Επέκταση του US-ASCII 256 χαρακτήρες, με κάλυψη και των μη λατινικών αλφαβήτων Ανταλλαγή πληροφοριών ISO : Συμπεριλαμβάνει το λατινικό και ελληνικό αλφάβητο σε μονοτονικό σύστημα 12 12

31 Κωδικοποίηση χαρακτήρων (*) Unicode Αντιμετώπιση των περιορισμών του ISO-8859 Πολυγλωσσική επεξεργασία κειμένου Ένας κωδικός αριθμός για κάθε ξεχωριστό χαρακτήρα Κωδικοποίηση ανεξάρτητη από εμφάνιση Συμπεριλαμβάνει πάνω από 30 συστήματα γραφής UTF-8 Ένα byte για τους US-ASCII χαρακτήρες ύο bytes για τους λοιπούς λατινικούς, ελληνικούς κ.α. χαρακτήρες Τρία bytes για τους άλλους βασικούς πολυγλωσσικούς χαρακτήρες Τέσσερα bytes για οποιουσδήποτε άλλους χαρακτήρες 13 13

32 Υπερκείμενο (Nelson 1965) Το υπερκείμενο (υπερ-κείμενο, αγγλ. hypertext) είναι τρόπος οργάνωσης πληροφοριών (που βρίσκονται σε μορφή κειμένου) ο οποίος υπερβαίνει έναν βασικό περιορισμό των υπαρχόντων μέσων οργάνωσης: της γραμμικότητάς τους. Το υπερκείμενο επιτρέπει την ελεύθερη πλοήγηση του αναγνώστη μέσω υπερσυνέσμων (hyperlinks) σε αντίθεση με το κείμενο που θεωρείται γραμμικό λόγω της δόμησης του σε περιεχόμενα, αρίθμηση σε σελίδες. Κείμενο Υπέρ-Κείμενο Ο Παγκόσμιος Ιστός (World Wide Web) χτίστηκε πάνω στις ιδέες του υπερκειμένου και αποτελεί μία ενσάρκωση (υλοποίηση) τέτοιου τρόπου διασύνδεσης και οργάνωσης πληροφοριών. 14

33 Μηχανισμοί Υπερμέσων Κόμβοι ανεξάρτητη μονάδα πληροφορίας Σύνδεσμοι διασύνδεση και συσχέτιση πληροφοριών Οργανωτική δομή μη δομημένη, δομημένη, ιεραρχική Αναλογία με τα σημασιολογικά δίκτυα 15

34 Υπερμέσο/Συστήματα Υπερμέσων Αποτελεί φυσική επέκταση του υπερκειμένου Μη-γραμμικότητα Προσαρμοστικότητα Νοηματοδοσία ιαδραστικότητα Η οργάνωση τους είναι Μη δομημένη (www) Σημασιολογικά δομημένη (γράφος/περιορισμοί) Ιεραρχική (βιβλίο) Άνοιξη

35 Πλεονεκτήματα Υπερμέσων Διαδραστηκότητα Δημιουργία νέων αναφορών Δόμηση πληροφορίας Προσαρμόσιμα έγγραφα Υποστηρίζει όλες τις δομές πληροφορίας 17

36 Προβλήματα Υπερμέσων Αποπροσανατολισμός Τοπολογία του πληροφοριακού χώρου Γνωσιακή επιβάρυνση Άνοιξη

37 Τεχνολογία Πολυμέσων Ήχος

38 Ήχος: Εισαγωγή Ήχος Είναι οτιδήποτε ακούμε Παράγεται από μια πηγή (δόνηση) καιλαμβάνεταιαπό κάποιο δέκτη (αυτί μας) Μεταξύ πηγής και δέκτη υπάρχει υποχρεωτικά «το μέσο διάδοσης», αέρας, νερό, στερεό. Το μέσο διάδοσης και η πηγή καθορίζουν τις ιδιότητες του ήχου 2

39 Ήχος: Εισαγωγή Ήχος Ο ψηφιακός ήχος είναι ήχος ο οποίος έχει μετατραπεί σε ψηφιακή μορφή και μπορεί να παίζεται από υπολογιστή. Μπορεί να είναι συνθετικός είτε πραγματικός Ο ήχος συμπληρώνει τα κείμενα και σπάνια τις εικόνες αλλά κυρίως τα video και τα animation. Προγράμματα σύνθεσης/επεξεργασίας ήχου: adobe audition, soundforge Τύποι Ήχου: WAV, MP3, WMA, AU, AIFF, PCM, MID, RA, 3

40 Ήχος Ήχος Ο ήχος κατάλληλα συνδυασμένος με τα άλλα είδη πληροφορίας κυρίως με video ή animation μπορεί να κάνει μια εφαρμογή πολυμέσων πιο αποτελεσματική. Σε όλες τις εφαρμογές πολυμέσων ο σχολιασμός των όσων παρουσιάζονται στην οθόνη, διάλογοι αλλά και η κατάλληλη μουσική υπόκρουση βοηθά στην μετάδοση του μηνύματος και καθιστά την παρακολούθηση της εφαρμογής πιο ευχάριστη. Υπάρχει video χωρίς ήχο; 4

41 Ήχος Ήχος Το μοναδικό χαρακτηριστικό του ήχου να γίνεται αντιληπτός χωρίς να έχουμε την προσοχή μας εστιασμένη, καθιστά τα ηχητικά σήματα αναντικατάστατα στην απόσπαση της προσοχής του χρήστη. Υπάρχουν ορισμένες κατηγορίες εφαρμογών όπου ο ήχος αποτελεί την καρδιά του συστήματος (λ.χ. ραδιόφωνο). Εφαρμογές που προορίζονται για ανθρώπους με προβλήματα όρασης κάνουν εκτενή και αποτελεσματική χρήση του ήχου. 5

42 Ήχος : Πλεονεκτήματα/Μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα χρήσης ήχου. Κυριολεξία Πληροφορίες Ευχάριστος Αποσπά την προσοχή κάποιου Προσθέτει αληθοφάνεια ρεαλιστικότατα Μειονεκτήματα χρήσης ήχου. Υπερβολή μπορεί να κουράσει 6

43 Ήχος : Ηχογράφηση Κατάλληλα προγράμματα μπορούν να μετατρέψουν σε αρχεία mp3 ή wav δίσκους CD. Adobe Audition Musicmatch Κατάλληλη συσκευή (sound digitiser) χρησιμοποιείται για τη σύλληψη σε ψηφιακή μορφή αναλογικού σήματος ήχου από κασέτες. Εναλλακτικά, η μουσική μπορεί να ηχογραφηθεί μέσω μικροφώνου συνδεδεμένου στον υπολογιστή ή να συνδεθεί μέσω μουσικών οργάνων που επικοινωνούν με τον υπολογιστή διαμέσου ενός MIDI interface. 7

44 Ήχος : Σύνθεση Ήχου Κατάλληλα προγράμματα μπορούν να επεξεργαστούν και να τροποποιήσουν αρχεία ήχου. Adobe Audition Soundforge Κατάλληλα προγράμματα μπορούν να συνθέσουν νέα αρχεία ήχου. Συνήθως απαιτούν από το χρήστη να γνωρίζει μουσική. Adobe Audition Band-in-a-Box Piano FX Studio Power Tab Editor 8

45 Ήχος : Χαρακτηριστικά Ήχου Στερεοφωνία Από τις μεγαλύτερες ψευδαισθήσεις στην αντίληψη του ήχου είναι η στερεοφωνία. Το μυαλό αντιλαμβάνεται την πηγή ενός ήχου βάσει των διαφορών ανάμεσα στα σήματα που λαμβάνει το αριστερό και δεξί αυτί Αν είναι διαφορετικά τα 2 σήματα έχουμε τη ψευδαίσθηση του χώρου. ιαφορά φάσης (καθυστέρηση) ιαφορά στην ένταση Αν πανομοιότυπα σήματα φτάσουν και στα 2 αυτιά τότε ο εγκέφαλος το μεταφράζει σαν η πηγή να βρίσκεται ακριβώς μπροστά. 9

46 Ήχος : Χαρακτηριστικά Ήχου Ένταση Πόσο δυνατά ακούγεται; Μπορεί να ρυθμιστεί εκ των υστέρων Ένταση ήχου=10 log(p/po) db O ήχος έντασης 0 db αντιστοιχεί στο κατώφλι ακουστικότητας ενώ ο ήχος έντασης 140 db αντιστοιχεί στο όριο πόνου. 10

47 Ήχος : Χαρακτηριστικά Ήχου Μονοφωνικός Στερεοφωνικός Πολυκαναλικός Προσομοίωση πραγματικού γεγονότος Ο ήχος έχει 3 πληροφορία η οποία μπορεί να προσομοιωθεί με τα περισσότερα κανάλια (πηγές) Ταχύτητα πηγής Σχετική θέση πηγής Πολυκαναλικός χρησιμοποιείται στο σινεμά Home cinema

48 Ήχος : Χαρακτηριστικά Ήχου Συχνότητα Πόσο ψηλά ή χαμηλά ακούγεται; Εξαρτάται από το περιεχόμενο και το περιγράφει Συνήθως τη μελετάμε σε κάποιο μικρό χρονικό παράθυρο (20 msec μέχρι 200 msec) Ποιότητα του ήχου Οι γυναικείες φωνής είναι υψηλότερης συχνότητας από τις ανδρικές Figure 1: RMS in music Figure 2: RMS in speech Figure 3: ZC in music Figure 4: ZC in speech 12

49 Ήχος : Υποκειμενικά Χαρακτηριστικά Ήχου Ακουστικότητα (loudness) Η ακουστικότητα να έχει σχέση με την ένταση του ήχου. Σε σχέση με την ακουστικότητα οι ήχοι διακρίνονται σε ασθενείς με ισχυρούς, ενώ μονάδα μέτρησης της είναι το Phon, δηλαδή ήχος μόλις ακούγεται έχει ακουστικότητα 1 Phon ενώ με ακουστικότητα 130 Phon προκαλεί πόνο στο αυτί. Ύψος (pitch) Το ύψος το οποίο συνδέεται άμεσα με τη συχνότητα το ήχου. Η σχέσηαυτή διακρίνει τους ήχους σε δύο μορφές, πρώτον σε οξείς με μεγάλη συχνότητα, όπως τους ήχους ενός βιολιού και κατά δεύτερον σε βαρείς με μικρή συχνότητα, όπως τους ήχους που παράγει το μπάσο τύμπανο. Χροιά (timbre) Η χροιά αναφέρεται στους σύνθετους ήχους και εξαρτάται από τους απλούς ήχους που αποτελούν το σύνθετο. Κάθε περιοδικός ήχος μπορεί να αναλυθεί σε ένα άθροισμα συνημιτονικών συναρτήσεων με διάφορα πλάτη και φάσεις και με συχνότητες ακέραια πολλαπλάσιες μιας θεμελιώδους συχνότητας (fundamental frequency). Οι συχνότητες αυτές αποκαλούνται αρμονικές (harmonic frequency) και το πλήθος και το σχετικό τους πλάτος είναι σε μεγάλο βαθμό υπεύθυνες για το υποκειμενικό αίσθημα της χροιάς ενός ήχου. 13

50 Τεχνολογία Πολυμέσων Ψηφιακός Ήχος

51 Ήχος : Χαρακτηριστικά Ψηφιακού Ήχου Πηγή Ηλεκτρικό σήμα Αναλογικό σήμα ειγματοληψία Κβάντισμός Κωδικοποίηση/Συμπίεση 15

52 Ήχος : Χαρακτηριστικά Ψηφιακού Ήχου Ο ήχος γίνεται μια σειρά από αριθμούς (ακολουθία) στον υπολογιστή: ψηφιακό σήμα, κυματομορφή. Τη συχνότητα δειγματοληψίας (sampling rate) είγματα ανά δευτερόλεπτο Όσο περισσότερα δείγματα έχουμε τόσο πιο υψηλές συχνότητες μπορούμε να αναπαράγουμε Σχετίζεταιμετηνποιότητατουήχου ειγματοληψία Hz Τηλέφωνο 8000 Μουσική χαμηλής ποιότητας minidv, NICAM Audio CD, VCD, MP Digital TV, DVD, DAT DVD-Audio, Blu-Ray Disk Θεώρημα ειγματοληψίας: Η συχνότητα δειγματοληψίας f s πρέπει να είναι τουλάχιστον δύο φορές μεγαλύτερη από τη μέγιστη συχνότητα που περιέχει το υπό επεξεργασία σήμα. Η ελάχιστη τιμή της συχνότητας δειγματοληψίας που συμφωνεί με το θεώρημα δειγματοληψίας είναι f s =2f max. Η f s /2 λέγεται συχνότητα Nyquist (Nyquist frequency). 16

53 Κβαντισμός ριθμός bits ανά δείγμα (sampling size) Σχετίζεται την ποιότητα του ήχου Τυπικές τιμές 8 bits /sample (256 τιμές) 16 bits /sample (65536 τιμές) Το σφάλμα κβαντισμού αποτελείται από τη διαφορά μεταξύ των σημάτων εισόδου και εξόδου του κβαντιστή. H μέγιστη στιγμιαίατιμήαυτούτουσφάλματοςείναιτομισόενός κβάντου και το συνολικό εύρος της μεταβολής είναι από - μισό έως +μισό βήμα. 17

54 Ψηφιακός Ήχος: Συχνότητα ειγματοληψίας Ποιότητα Mono/Stereo Συχνότητα δειγματοληψίας Κβαντισμός Μέγεθος για κάθε δευτερόλεπτο CD Stereo 44100Hz 44.1KHz KΒ Radio Mono 22050Hz KΒ Τηλέφωνο Mono 11025Hz KΒ Για στερεοφωνικό ήχο πολλαπλασιάζω X 2 ιάρκεια = 1sec, 1byte=8bit & 1Kb=1024bytes Χωρητικότητα (bits) = K*fs * B * Τ, K = Κανάλια ήχου Β = bits κβαντισμού, fs = Συχνότητα δειγματοληψίας, Τ = ιάρκεια σε sec Παράδειγμα: 5λεπτά stereo ήχου ποιότητας (ένα τραγούδι) CD είναι: 2*44100 x 16 x 5 x 60 bits= = KBytes = MB Υπάρχει τρόπος να μειώσουμε το μέγεθός του; 18

55 Ψηφιακός Ήχος: Format Ήχου wav Ήχος χωρίς συμπίεση mp3 Συμπιεσμένη μορφή (απωλεστική συμπίεση) Στηρίζεται στο γεγονός πως σε ένα συγκεκριμένο φάσμα συχνοτήτων το ανθρώπινο αυτί έχει την ικανότητα να συλλαμβάνει ορισμένες κυρίαρχες συχνότητες. Άλλοι ήχοι που επίσης υπάρχουν αλλά η συχνότητά τους πλησιάζει αυτές των κυρίαρχων συχνοτήτων δεν γίνονται αντιληπτοί (ΗχητικήΗχητική σκίαση). Έτσι το σήμα χωρίζεται σε ζώνες συχνοτήτων όπου ανιχνεύονται και κωδικοποιούνται μόνο οι κυρίαρχες συχνότητες. Το μέγεθος του mp3 (128kbps) φτάνει στο 1/10 του αντίστοιχου wav 44.1 KHz. Μπορούμε να αυξήσουμε κι άλλο τη συμπίεση (1/20 με 64 Kbps) αλλά θα αρχίσουμε να έχουμε αντιληπτές απώλειες Προγράμματα μετατροπής ήχου από wav σε mp3 Audition/musicmatch 19

56 Ηχητική σκίαση Στηρίζονται οι μέθοδοι συμπίεσης. Απορρίπτονται οι ήχοι που είναι κάτω από το κατώφλι επειδή δε γίνονται αντιληπτοί Στηρίζονται σε ψυχο-ακουστικά μοντέλα Όταν υπάρχει ένας ήχος συγκεκριμένης συχνότητας και έντασης, άλλοι ήχοι σε γειτονικές συχνότητες δεν διακρίνονται από το ανθρώπινο αυτί, αν δεν ξεπερνούν ένα ελάχιστο όριο, το οποίο είναι μεγαλύτερο από το όριο ακουστικότητας για τις συχνότητες αυτές και συναρτώμενο από τις υπόλοιπες ηχητικές συνιστώσες 20

57 Ψηφιακός Ήχος: Format Ήχου MIDI (Musical Instrument Digital Interface) δεν καταγράφουν ηχητικό σήμα αλλά κάθε ενέργεια που γίνεται για να παραχθεί αυτό Έτσι αντί να αποθηκεύσουμε τους ήχους μετατρέποντας το ηχητικό σήμα σε ψηφιακό, αποθηκεύονται 4 αριθμοί: ποια νότα είναι ποιο όργανο πόσο δυνατά παίζει το όργανο για πόσο χρόνο παίζει 21

58 Ψηφιακός Ήχος Προγράμματα Επεξεργασίας Ήχου Καθορισμός επιπέδου έντασης για ψηφιακή ηχογράφηση Συνδυασμός πολλών ηχογραφήσεων σε μία (μίξη) Αποκοπή (trimming): Αντιγραφή/Επικόλληση: Πολυκαναλικός ήχος Αφαίρεση κενών ανάμεσα σε ηχογραφήσεις ή στο τέλος τους Ρύθμιση έντασης: Καθορισμός ενιαίας μέγιστης ή μέσης έντασης για όλες τις ηχογραφήσεις Μετατροπή τύπου (format conversion) Επαναδειγματοληψία ή υποδειγματοληψία Παρεμβολή (interpolation) για αύξηση των δειγμάτων με τεχνικό τρόπο Αφαίρεση δειγμάτων ανά τακτά χρονικά διαστήμα 22

59 Ψηφιακός Ήχος Προγράμματα Επεξεργασίας Ήχου Ψηφιακά εφέ : Fade in / Fade out: Ψηφιακά Φίλτρα Βαθμιαία εισαγωγή / ολοκλήρωση ηχογράφησης Ομαλή εναλλαγή ανάμεσα σε ηχογραφήσεις Εξισορρόπηση (equalization): Ρύθμιση της ισχύος για διάφορες συχνότητες 23

60 Ψηφιακός Ήχος Προγράμματα Επεξεργασίας Ήχου Adobe audition 24

61 Κάρτες ήχου Digital signal processor (DSP) Αποδεσμεύει την cpu, από την αναπαραγωγή/ηχογράφηση/επεξεργασία ADC, DAC μετατροπείς Μνήμη RAM (256 ΜΒ maximum) /ROΜ Έξοδοι/Είσοδοι Στερεοφωνικό/πολυκαναλικό ήχο Dolby Digital 5.1 (6 κανάλια) Υπάρχουν 3 βασικά κανάλια (αριστερό, κεντρικό και δεξί), τα οποία "φέρουν" τη βασική ηχητική πληροφορία, 2 συνοδευτικά κανάλια περιβάλλοντος ήχου (αριστερό και δεξί) και 1 κανάλι για τις υπόλοιπες συχνότητες(σύστημα 3/2/.1). Τα 5 πρώτα κανάλια χειρίζονται συχνότητες ήχου στο διάστημα Hz, ενώ το έκτο κανάλι συχνότητες Hz Midi interface, σύνδεση keyboards synthesizers 25

62 Κάρτες ήχου/κωδικοποίηση 26

63 Τεχνολογία Πολυμέσων Προγράμματα Επεξεργασίας Ήχου

64 Ψηφιακός Ήχος Προγράμματα Επεξεργασίας Ήχου Adobe audition 28

65 Ήχος Audition Άξονες - Μενού Άσκηση 1 Edit Mode Μετατροπή formats αλλαγές σε ποιότητα Ακούμε αποτέλεσμα αλλαγή σε size mp3 wav 29

66 Ήχος Audition Άσκηση 2 Επιλογή (Selection) Left Right Channel Cut Copy - Paste Προσθήκη εφέ δίαφορα εφέ Pitch/Time (αλλαγή σε διάρκεια/συχνότητα όλα τα εφέ) Restoration (αφαίρεση θορύβου/κακή ηχογράφηση) Delay Echo Generate Favorites Fade In/Out Αλλαγή έντασης (ablitude - normalization) 30

67 Ήχος Audition Άσκηση 3 Συχνότητες (Workspace) Θεωρία για Συχνότητες - μπάντες Φίλτρα (FFT + MIXER) Filters Graphic equalizer 31

68 Ήχος Audition Άσκηση 4 Multitrack mode Έννοια του Pan (για κάθε κανάλι) -Master Levels Έννοια του Volume (συνολικά για το τραγούδι) Μίξη ήχου πολυκαναλικός Selection Mixer 32

69 Ψηφιακός Ήχος Ένας μονοκαναλικός ήχος διάρκειας 1sec δειγματοληψίας 44.1 Κhz αντιστοιχεί σε ένα πίνακα θέσεων Ανάπτυξη λογισμικού επεξεργασίας ήχου Java Matlab C/C++ 33

70 Ψηφιακός Ήχος Java - Java Sound API Ανάπτυξη λογισμικού/γραφικού περιβάλλοντος 34

71 Speech / Music Discriminator in Java 35

72 Επεξεργασία Ήχου στο Matlab Ανάπτυξη λογισμικού για ερευνητικούς σκοπούς Χρήση πακέτων για επεξεργασία σημάτων SPECTAL ANALYSIS/FFT/IFFT LPC/COV/CORRELATIONS/PREDICTORS FILTERS Resampling/Convolution Γραφική αναπαράσταση σημάτων Υποστηρίζει αρχεία wav/au/midi/ (mp3) read/write/play 36

73 Τεχνολογία Πολυμέσων Εικόνα

74 Εικόνα Εικόνα Είδη: Φωτογραφίες - Γραφικές παραστάσεις - Διαγράμματα ιανυσματικές εικόνες (vector graphics) Ψηφιογραφικές εικόνες (bitmap graphics) Πληροφορία : "Μιαεικόναείναικαλύτερηαπό χίλιες λέξεις". Προγράμματα επεξεργασίας εικόνας: photoshop, coreldraw, irfanview Τύποι Εικόνας: BMP, JPEG, GIF, TIFF, PPM, PGM, PNG, RAS, 2

75 Εικόνα Η εικόνα είναι απαραίτητο στοιχείο κάθε σύγχρονης εφαρμογής. Υπάρχουν διάφορα είδη εικόνας, κάθε ένα εκ των οποίων είναι κατάλληλο για ορισμένα είδη εφαρμογών. Σε συνδυασμό όμως και με άλλες τεχνολογίες, όπως η αναγνώριση προτύπων και τα έμπειρα συστήματα, ανοίγουν το δρόμο για εντελώς νέες εφαρμογές. Ένα παράδειγμα είναι η αυτόματη ταυτοποίηση ατόμων με βάση τα δακτυλικά αποτυπώματα ή κάποια φωτογραφία, εφαρμογή που είναι χρήσιμη σε συστήματα ασφαλείας. Επίσης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και στην ιατρική

76 Εικόνα: Ψηφιογραφικές εικόνες Το πιο απλό, σε σχέση με την πολυπλοκότητα της απεικόνισης του στον υπολογιστή, είναι οι διτονικές (bitonal) εικόνες. Χαρακτηριστικό αυτής της κατηγορίας είναι η ύπαρξη μόνο δύο χρωμάτων (μαύρο και άσπρο συνήθως). Προέρχονται από scanning των εγγραφών και αποθηκεύονται σε ειδικού σκοπού συστήματα διαχείρισης βάσεων δεδομένων. Άλλες περιπτώσεις όπου παρουσιάζονται συχνά διτονικές εικόνες είναι τα τεχνικά σχέδια, τα διαγράμματα, οι χάρτες κ.λ.π. 4

77 Εικόνα: Ψηφιογραφικές εικόνες Στο επόμενο επίπεδο έχουμε τις εικόνες συνεχούς τόνου (continuous tone images). Αυτές ορίζονται, σε αντίθεση με της διτονικές, ως οι εικόνες στις οποίες τα γειτονικά σημεία δεν διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους δηλαδή χαρακτηρίζονται από ομαλές τονικές διαβαθμίσεις. Υπάρχουν δύο είδη εικόνων συνεχούς τόνου: κλίμακας του γκρίζου (gray scale) και έγχρωμες (colour). Το πρώτο είδος βρίσκει παρόμοιες εφαρμογές με τις διτονικές. Η διαφορά είναι ότι τα έγγραφα μπορούν τώρα να έχουν και εικόνες οι οποίες αποδίδονται με διαβαθμίσεις του γκρίζου. Οι έγχρωμες εικόνες, όπως είναι φυσικό, βρίσκουν τη μεγαλύτερη χρήση και έχουν το μεγαλύτερο ενδιαφέρον. Χρησιμοποιούνται τόσο σε επαγγελματικές όσο και σε εκπαιδευτικές και ψυχαγωγικές εφαρμογές. 5

78 Εικόνα Φύση αναλογική Υπολογιστής ψηφιακός Input Imaging System Observe Digitize Sample & quantize Store Process Refresh / Store Digital Computer Digital Storage (disk) On-line Buffer Display Record Output 6

79 Αναπαράσταση εικόνας και μοντελοποίηση (1/2) Αναπαράσταση εικόνας : χαρακτηρισμός της ποσότητας που αναπαριστά κάθε στοιχείο εικόνας ( picture-element ή pixel ή cell ) Γενικά, κάθε 2Δσυνάρτηση(που κρύβει πληροφορία) θεωρηθεί εικόνα μπορεί να Μοντελοποίηση εικόνας : λογική ή ποσοτική περιγραφή των ιδιοτήτων της συνάρτησης F : A B A = [0, lines-1] X [0, cols-1] B = [0, 255] 7

80 Αναπαράσταση εικόνας και μοντελοποίηση (2/2) Θεμελιώδη απαίτηση ψηφιακής επεξεργασίας : εικόνες δειγματοληπτούνται και κβαντίζονται Συχνότητα δειγματοληψίας : αριθμός pixel ανά μονάδα εμβαδού πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη για να διατηρεί τη χρήσιμη πληροφορία σε μία εικόνα καθορίζεται από το εύρος ζώνης Κβαντισμός εικόνας : μετατροπή δειγματοληφθείσας από αναλογική σε ψηφιακή εικόνας σε ένα πεπερασμένο αριθμό τιμών του γκρι/χρωμάτων 8

81 Ψηφιοποίηση εικόνων Δειγματοληψία Ανάλυση εικόνας περιοδική, ορθογώνια (pixel = picture element) πυκνότητα ανάλογα με τη λεπτομέρεια (ppi) Η μέγιστη ανάλυση εξαρτάται από την αρχική εικόνα : όσο πιο πολλές λεπτομέρειες περιέχει, τόσο πιο πυκνά πρέπει να λαμβάνονται τα δείγματα. Αλλιώς η δειγματοληψία εισάγει παραμόρφωση. Κβαντισμός ~ πλήθος χρωμάτων διακριτές τιμές, ομοιόμορφα κατανεμημένες πλήθος ψηφίων στο δυαδικό σύστημα (256 τιμές ή 8 δυαδικά ψηφία ή 1 byte) - 1 bit/8 bit/16 bit / 24 bit/32 bit 9

82 Εικόνα: Ψηφιογραφικές εικόνες Αναπαράσταση grayscale στον υπολογιστή γραμμές..... lin es.... στήλες cols Δυσδιάστατοι (2Δ) πίνακες (γραμμές στήλες) στοιχείο του πίνακα (κελί) = = pixel [ 0, 255 ] Οι τιμή του δείχνει τη διαβάθμιση του γκρίζου Άσπρο -> 255 Μαύρο -> 0 10

83 Εικόνα: Ψηφιογραφικές εικόνες Αναπαράσταση color στον υπολογιστή γραμμές color system components..... lin es.... στήλες cols 3Δ array (γραμμές στήλες 3) στοιχείο του πίνακα (κελί) = = pixel [ 0, 255 ] Οι τιμή του δείχνει τη διαβάθμιση του χρώματος ανάλογα με το χρωματικό σύστημα 11

84 Εικόνα: Ψηφιογραφικές εικόνες Αναπαράσταση color image στον υπολογιστή RGB γραμμές χρωματικό σύστημα στήλες Red Green Blue Color systems : RGB, HSV, YCbCr, Lab, Luv 12

85 Ορατό Φως Ορατό Φως: Μέρος του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας 13

86 Σχηματισμός εικόνων L(x,y;t) = ſ Φ(x,y;t;λ) Ε(λ) dλ Ανθρώπινο σύστημα όρασης Σκοτοπική όραση ραβδία Μονοχρωματικός δέκτης - μονοχρωμία Φωτοπική όραση κωνία Τριχρωματικός δέκτης - τριχρωμία Μήκος Κύματος 14

87 Ορισμός χρωμάτων (C.I.E.) Γραμμική μίξη τριών χρωμάτων μπορεί να δώσει οποιαδήποτε φασματική κατανομή Τρεις χρωματικές διεγέρσεις αναφοράς Κόκκινο R 700 nm Πράσινο G 546 nm Μπλε B 436 nm Λευκή φασματική κατανομή (ομοιόμορφη) - R = ſ r(λ) dλ - - G = ſ g(λ) dλ B = ſ b(λ) dλ 15 15

88 Συνιστώσες χρωμάτων RGB Red Blue Green 16

89 Εικόνα: Ψηφιογραφικές εικόνες Χρωματικά συστήματα RGB Η ονομασία προέρχεται από τα αρχικά Red Green Blue (Κόκκινο Πράσινο Μπλέ). Με τα βασικά αυτά χρώματα κωδικοποιεί όλα τα χρώματα που μπορεί να εμφανιστούν σε μία οθόνη υπολογιστή. Στην 8bit μορφή του χρωματικού αυτού μοντέλου κάθε χρώμα μπορεί να παρασταθεί με μία τριάδα αριθμών από 0 έως 255. HSV Αναλύει το χρώμα σε τρεις παραμέτρους: Χροιά (Ηue), δηλαδή θέση στον χρωματικό κύκλο (τιμες απο 0-360) Κορεσμός (Saturation), δηλαδή ένταση του χρώματος, με τιμές απο 0-100%. Αξια (Value), δηλαδή ένταση της λαμπρότητας του χρώματος, με τιμές απο 0-100% 17

90 Σύστημα χρωμάτων Lab λευκό χρώμα κορεσμός χρώματος Ευκλείδια απόσταση Όμοιαχρώματακοντά 18

91 Σύστημα χρωμάτων YCbCr Y = 0,299 R + 0,587 G + 0,114 B Cb = 0,169 R 0,331 G + 0,500 B Cr = 0,500 R 0,419 G 0,081 B Υ Χρησιμοποιείται στο ψηφιακό βίντεο και στα πρότυπα JPEG και MPEG Cb Cr 19

92 Εικόνα: Ψηφιογραφικές εικόνες Pixels - Δομικό στοιχείο της εικόνας Κάθε pixel στις grayscale εικόνες χαρακτηρίζεται από μία τιμή στο διάστημα [0,255] που μας δίνει την φωτεινότητα της εικόνας Κάθε pixel στις έγχρωμες εικόνες χαρακτηρίζεται από 3 τιμές στο διάστημα [0,255] που μας δίνουν την συνιστώσα στο κόκκινο, πράσινο και μπλε χρώμα αντίστοιχα 20

93 Εικόνα: Ψηφιογραφικές εικόνες Δημιουργούνται από: Την ψηφιοποίηση εικόνων μέσω σαρωτή Τις ψηφιακές φωτογραφικές Την σύλληψη εικόνων από τη οθόνη του υπολογιστή Την ψηφιοποίηση εικόνων βίντεο ή τηλεόρασης μέσω ειδικής κάρτας Τα προγράμματα δημιουργίας και επεξεργασίας χαρτογραφικής εικόνας όπως το Photo Paint, το Paint Shop Pro, το Photoshop κ.α.. Τη μετατροπή από διανυσματική σε ψηφιογραφική εικόνα (με CorelDraw, powerpoint, photoshop) Χαρακτηρίζονται από: Την ανάλυση (resolution) (2000 Χ 1000 = 2 MegaPixels) Το χρωματικό βάθος (color depth) (1 bit/8 bit/16 bit / 24 bit / 32 bit) Το μέγεθος αρχείου size (KBytes, MBytes) Για ασυμπίεστες εικόνες χωρητικότητα σε bits = resolution x color depth 21

94 Τεχνολογία Πολυμέσων Αλγόριθμοι και πρότυπα Ψηφιογραφικών Εικόνων

95 Κβαντισμός χρώματος Ομοιόμορφος κβαντισμός (3-3-2) Δημοφιλή χρώματα (256 χρώματα) Αλγόριθμος μεσαίας τομής Διανυσματικός κβαντισμός 23

96 Μεσαία τομή (1/6) R B Άνοιξη G 24

97 Μεσαία τομή (2/6) Άνοιξη

98 Μεσαία τομή (3/6) Άνοιξη

99 Μεσαία τομή (4/6) Άνοιξη

100 Μεσαία τομή (5/6) Άνοιξη

101 Μεσαία τομή (6/6) Άνοιξη

102 Generalized Llyod Algorithm - GLA e i ( 0 cv ) i () 1 cv i 30

103 Generalized Llyod Algorithm - GLA e i ( ) 0 cv i () 1 cv i 31

104 Generalized Llyod Algorithm - GLA e i ( 2 cv ) i () 1 cv i 32

105 «Ασφαλή» χρώματα (Web) 33

106 Εικόνα: Ψηφιογραφικές εικόνες Τύποι/formats εικόνας : Επιλογή ανάλογα με την εφαρμογή Εύκολη μετατροπή από το ένα format στο άλλο Ασυμπίεστοι (μεγάλο μέγεθος αρχείου) ακατάλληλα για web PPM / TIFF / RAS / BMP Συμπίεση χωρίς απώλειες PNG Συμπίεση με απώλειες (μικρό μέγεθος αρχείου) κατάλληλο για web/κινητά JPEG/TIFF Υποστήριξη διαφάνειας GIF/PNG Υποστήριξη animation GIF ιαφάνεια 34

107 Windows bitmap (BMP) Εικόνες αποχρώσεων γκρι μέχρι 1, 4, 8 bits/pixel Έγχρωμες εικόνες με παλέττα 1, 4, 8 bits/pixel Έγχρωμες εικόνες με αληθή χρώματα 16 (=5+6+5), 24 bits/pixel Έγχρωμες εικόνες με αληθή χρώματα και διαφάνεια 32 bits/pixel υνατότητα ορισμού διάφανων «χρωμάτων» υνατότητα συμπίεσης με διαστήματα ίδιων τιμών Run-length encoding (RLE) Παράδειγμα RLE: WWWWWWWWWWWWBWWWWWWWWWWWWBBBWWWWWWWWWWWW WWWWWWWWWWWWBWWWWWWWWWWWWWW RLE: 12W1B12W3B24W1B14W 35

108 Εικόνα: Ψηφιογραφικές εικόνες JPEG 36

109 Joint Photographic Experts Group (JPEG) Συμπίεση με ή χωρίς απώλειες Σύστημα χρωμάτων YCbCr Υποδειγματοληψία στις χρωματικές συνιστώσες Μπλοκ Μετασχηματισμός Συνημιτόνου (DCT) Κβαντισμός Κωδικοποίηση Κβαντισμός προσαρμοσμένος στις ιδιότητες της ανθρώπινης αντίληψης 37

110 JPEG 2000 Βελτίωση επιδόσεων Διαβάθμιση στην ποιότητα Πολλαπλή ανάλυση Προοδευτική αποκωδικοποίηση Κλιμάκωση ποιότητας Κωδικοποίηση περιοχών ενδιαφέροντος Αντοχήσελάθημετάδοσης Συμπίεση με ή χωρίς απώλειες Σύστημα χρωμάτων YCbCr ή YUV Κυματιδιακός μετασχηματισμός Κβαντισμός Κωδικοποίηση 38 38

111 Χρήση κυματιδίων Ο κυματιδιακός μετασχηματισμός είναι καλύτερος για ρυθμούς κάτω από 0,25 bits/pixel 39 39

112 GIF Εικόνα: Ψηφιογραφικές εικόνες ιαφάνεια40

113 Τεχνολογία Πολυμέσων Διανυσματικές Εικόνα

114 Εικόνα: ιανυσματικές εικόνες-vector graphics Αποτελούνται από αντικείμενα σχεδίασης (γραμμές, ορθογώνια, ελλείψεις ή τόξα), κείμενο, τα οποία βασίζονται σε ειδικά μαθηματικά μοντέλα. ημιουργούνται από ειδικά προγράμματα Microsoft Office, CorelDraw, PSFIG, Inkscape, Jasc WebDraw Μπορούν να μετατραπόυν σε ψηφιογραφικές εικόνες 42

115 Εικόνα: ιανυσματικές εικόνες-vector graphics Τα διανυσματικά γραφικά εικόνες συντίθενται από γεωμετρικά σχήματα (γραμμές, τετράφωνα, ελλείψεις, πολύγωνα κ.α.) που περιγράφονται με μαθηματικό τρόπο, από συντεταγμένες, γωνίες, μέγεθος, χρώματα. Σε αντίθεση με τις ψηφιογραφικές που αποθηκεύετε για κάθε εικονοστοιχείο το χρώμα του. Τα διανυσματικά γραφικά είναι ανεξάρτητα ανάλυσης (resolution free), γιατί απλά δε χρησιμοποιούν ψηφίδες/εικονοστοιχεία για το σχηματισμό της εικόνας. O υπολογιστής αποθηκεύει μόνο κάποιους αριθμούς για κάθε σχήμα, κάτι που συνεπάγεται τη γρήγορη ανάκτηση και σχεδίαση του γραφικού στην οθόνη. 43

116 Εικόνα: ιανυσματικές εικόνες-vector graphics Πλεονεκτήματα έναντι των ψηφιογραφικών Μικρότερο μέγεθος (κωδικοποίηση μόνο του των αντικειμένων, λ.χ. ένα ορθογώνιο χρώματος θέση) Εύκολη αλλαγή περιεχομένου (γραμμές κείμενο) Αλλαγή μεγέθους και περιστροφή χωρίς παραμορφώσεις Χαρακτηρίζονται από: Το μέγεθος αρχείου size (KBytes, MBytes) Το πρόγραμμα σχεδίασης που χρησιμοποιήθηκε 44

117 Εικόνα: ιανυσματικές εικόνες-vector graphics Τύποι αρχείων Scalable Vector Graphics (SVG) To SVG παράγει εύχρηστα, δυναμικά και επαναχρησιμοποιήσιμα ανυσματικά γραφικά, κείμενο και εικόνες για το Web σε XML. Εditor: Inkscape Encapsulated Postscript (EPS) ιαδεδομένο και κλασσικό format για διανυσματικές εικόνες. Υποστηρίζετε από τους περισσότερους editors - προγράμματα. Μειονέκτημά του το μεγάλο μέγεθος αρχείου. Υποστήριξη από Matlab/Latex CDR To CDR υποστηρίζετε από το coreldraw. Χρησιμοποιείται για την αποθήκευση διανυσματικών εικόνων. 45

118 Εικόνα:Scalable Vector Graphics (SVG) <?xml version="1.0" standalone="no"?> <!DOCTYPE svg PUBLIC "-//W3C//DTD SVG 1.1//EN" " <svg width="100%" height="100%" version="1.1" xmlns=" <ellipse cx="300" cy="150" rx="200" ry="80" style="fill:rgb(200,100,50); stroke:rgb(0,0,100);stroke-width:2"/> </svg> 46

119 Εικόνα: Λογισμικά για vector graphics CorelDraw cdr Inkscape svg Open source ( ωρεάν) 47

120 Τεχνολογία Πολυμέσων Ανάπτυξη Εφαρμογών - Λογισμικά σε Εικόνες

121 Εικόνα: Λογισμικά για εικόνες Imagemagic jpeg/tiff/png/gif/eps/bmp Χρήση Φίλτρων Επεξεργασία πολλών εικόνων Irfanview jpeg/tiff/png/gif/eps/bmp Χρήση Φίλτρων Επεξεργασία πολλών εικόνων ωρεάν 49

122 Εικόνα: Λογισμικά για εικόνες Photoshop psd jpeg/tiff/png/gif/eps/bmp Χρήση Επιπέδων/Φίλτρων gimp jpeg/tiff/png/gif Χρήση Επιπέδων/Φίλτρων ωρεάν 50

123 Ψηφιακή Εικόνα Μία ασπρόμαυρη εικόνα 640 x 480 αντιστοιχεί σε ένα πίνακα 640 x 480 ακεραίων με τιμές από {0,1,2,,255} Μία έγχρωμη εικόνα 640 x 480 αντιστοιχεί σε ένα πίνακα 640 x 480 x 3 ακεραίων με τιμές από {0,1,2,,255} Ανάπτυξη λογισμικού επεξεργασίας εικόνας Java Matlab C/C++ 51

124 Ψηφιακή Εικόνα Java - Java Image API Ανάπτυξη λογισμικού/γραφικού περιβάλλοντος/εφαρμογών Read/write Jpeg/GIF/BMP/TIFF 52

125 Ψηφιακή Εικόνα C/C++ Ανάπτυξη λογισμικού Χρήση βιβλιοθηκών Γρήγορος Κώδικας/Έρευνα Read/write Jpeg/GIF/BMP/TIFF/PPM/PNG Φίλτρα 53

126 Ψηφιακή Εικόνα 54

127 HY471 Digital Image Processing Library DIP LIB (1/5) collection of data type structures, routines that implement image utility functions reading/writing images from/to disk allocation/deallocation supported image formats : RAS, JPG, PPM Grayscale images In function names there is a nameming convention for data types and format, e.g the routine fdata2ras means that a float 2D array is written to disk as sun raster file. In case that the f was omitted the data type is unsigned char, and when int is preceded means integer data type. 55

128 DIP LIB (2/5) Image data structures : typedef struct Image image; struct Image { int lines; int cols; unsigned char **data; floating point int :*hist; // not computed perform floating }; point operations e.g. convolution typedef struct Fimage fimage; struct Fimage { int lines; int cols; float **data; }; 56

129 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> #include "/home/lessons/hy471/io/include/image.h" EXAMPLE prototype.c (1/2) /** prototype program demonstrating I/O */ int main(int argc, char *argv[]) { image img; float **img_data; int i, j, tmp; if (argc!= 3) { fprintf(stderr, "Usage : %s image_to_read output_image \n", argv[0]); exit(0); } /** reading the raster file */ img = ras2image(argv[1]); /** allocating a lines x cols float array according to the lines and cols of the image read */ img_data = new_fdata(img.lines, img.cols); /** copying the data contained in image into the float array! attention : img.data contains unsigned char! */ for (i = 0; i < img.lines; i++) for (j = 0; j < img.cols; j++) img_data[i][j] = (float)img.data[i][j]; 57

130 /** processing the image (which is now a 2D float array...in this case a white circle with center (147,147) and radius 75 pixels is drawn */ EXAMPLE prototype.c (2/2) for (i = ; i <= ; i++) for (j = ; j <= ; j++) { tmp = (147 - i)*(147 - i) + (147 - j)*(147 - j); if (tmp <= (75 + 1)*(75 + 1) && tmp >= (75-1)*(75-1)) { img_data[i][j] = 255.0; } } /** transfering the 2D float array which has been processed back into the img.data field */ for (i = 0; i < img.lines; i++) for (j = 0; j < img.cols; j++) { img.data[i][j] = (unsigned char)img_data[i][j]; } /** writing the processed image into file argv[2] ; can be displayed with xv */ image2ras(img, argv[2]); } return 1; 58

131 PROMPT> make PROMPT> run lenna_face lenna_out PROMPT> xv lenna_face lenna_out EXAMPLE Compile & Run Get example from : Get images from : /home/lessons/hy471/io/user/ /home/lessons/hy471/images/ run : xv image_name About xv (Image Viewer) get the color of pixel (i,j) on RGB space press two bottoms of mouse on pixel (i,j) 59

132 Ψηφιακή Εικόνα Matlab Ανάπτυξη λογισμικού Χρήση βιβλιοθηκών Έρευνα Read/write Jpeg/GIF/BMP/TIFF/PPM/PNG Φίλτρα 60

133 Τεχνολογία Πολυμέσων Παράρτημα

134 Ανάλυση Οθόνης Γενικά την ανάλυση την εκφράζουµε σαναριθµό στηλών που απαρτίζουν το πλάτος x(επί) των αριθµό τωνγραµµών που απαρτίζουν το ύψος (WxH, π.χ. 800x600). Ητοµή µιας γραµµής µε µία στήλη αποτελούν το εικονοστοιχείο (pixel που είναι και η ελάχιστη οπτική πληροφορία την οποία µπορούµε να χρωµατίσουµε µοναδικά στις οθόνες µας. Είναι σαν ένα πολύ µικρό χρωµατισµένο τετραγωνάκι. 62

135 Αλλαγή στην Ανάλυση Οθόνης Αν τώρα χρησιµοποιήσουµε µεγαλύτερη ανάλυση στην ίδια οθόνη, τότε αποκτάµε περισσότερο χώρο εµφάνισης αλλά µικρότερα γραφικά. Για να χωρέσουν περισσότερα εικονοστοιχεία στην ίδια επιφάνεια αναγκαστικά µειώνεται το µέγεθός τους. Το πραγµατικό µέγεθος των αντικειµένων που βλέπουµε στη οθόνη µας είναι σταθερό. Για παράδειγµα ένα εικονίδιο έχει µέγεθος 30x30 εικονοστοιχεία. Αφού τα εικονοστοιχεία µίκρυναν σε µέγεθος είναι επόµενο να βλέπουµε µικρότερο και το αντικείµενο. Εµφανίζοντας όµως µικρότερα τα αντικείµενα έχουµε τηδυνατότηταναβλέπουµε περισσότερααπ αυτά στον ίδιο χώρο. Κατά κάποιο τρόπο, µεγαλώνουµε δηλαδή την επιφάνεια εργασίας. Συµπερασµατικά θα λέγαµε, ότι για δεδοµένο µέγεθος οθόνης, µεγαλύτερη ανάλυση σηµαίνει µεγαλύτερη επιφάνια εργασίας αλλά και µικρότερα αντικείµενα. 63

136 Αλλαγή στην Ανάλυση Οθόνης Εκτός από την ανάλυση µπορεί να έχετε ακούσει και για το βάθος χρώµατος. Όπως είπαµε, κάθε εικονοστοιχείο µπορεί να χρωµατιστεί διαφορετικά. Το πλήθος των χρωµάτων από το οποίο µπορούµε ναεπιλέξουµε για ένα εικονοστοιχείο καλείται βάθος χρώµατος. Συνήθεις τιµές είναι τα 256 (8bit*), 65536(16bit) και 16,7 εκατοµµύρια (24bit) χρώµατα. Τα 24bit αναφέρονται και σαν «πραγµατικό χρώµα» (true color)** γιατί θεωρείται ότι το ανθρώπινο µάτι δεν δύναται να ξεχωρίσει περισσότερες διαβαθµίσεις. *Το bit, είναι η ελάχιστη µονάδα πληροφορίας στους υπολογιστές. Κάθε bit µπορεί να πάρει δύο τιµές, το 0 και το 1. Αυτό σηµαίνει ότι αν δεσµεύσουµε 8bits για να αποθηκεύσουµε τοχρώµα κάθε εικονοστοιχείου, τότε έχουµε 28 = 256 χρώµατα (συνδυασµούς). ** Λόγω της προόδου της τεχνολογίας των υπολογιστών το βάθος χρώµατος που επιτρέπουν σήµερα είναι 32 ή και περισσότερα bit. 64

137 Ανάλυση Οθόνης Στις ψηφιακές φωτογραφικές µηχανές οι αναλύσεις εκφράζονται σε MegaPixel (MP ή απλάμ). Τα MP προκύπτουν αν κάνουµε τον πολλαπλασιασµό της ανάλυσης W x H. Π.χ. µία φωτογραφική µηχανή των 3.2M βγάζει φωτογραφίες ανάλυσης 2048x1536, γιατί 2048x1536 = Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται τα MP καιοιαναλύσειςστις οποίες αντιστοιχούν. Όσο περισσότερα MP είναι μια φωτογραφία τόσο «περισσότερη πληροφορία» περιέχει, είναι καθαρή και πιο λεπτομερής. 65

138 Ψηφιακή κάμερα Δισδιάστατη συστοιχία RGB φωτοαισθητήρων CCD ή CMOS Τυπικές αναλύσεις 640 x 480 = 0.25 MP 1280 x 1024 = 1.3 MP 1600x1200 = 2.1 MP 2048 x 1536 = 4 MP 3072 x 2048 = 6 MP 3520 x 2344 = 10 MP 4000 x 3000 = 12 MP 5616 x 3744 = 16 MP 8176 x 6132 = 50 MP Συμπίεση JPEG Σχήμα εικονοστοιχείου 4:3 ή 3:2 (aspect ratio) Χρήση βαθυπερατού φίλτρου για την αποφυγή ψευδώνυμων συχνοτήτων Οπτικό (4 x) vs Ψηφιακό zoom (20 x) 66

139 Ανάλυση και Εκτυπώσεις Όταν εκτυπώνουµε µία φωτογραφία, το dpi (dots per inch (εικονοστοιχεία/κουκίδες σε κάθε ίντσα)) καθορίζει πόσα εικονοστοιχεία από την εικόνα θα χρησιμοποιηθούν, γιαναεκτυπωθείµία τετραγωνική ίντσα. Στα 300dpi τυπώνουν τα φωτογραφεία και γενικά τόση θεωρείται ότι είναι η ανεκτή ανάλυση για να µην έχει διαφορά η φωτογραφία µε µία αντίστοιχη που εκτυπώθηκε από κλασσική µηχανή µε φιλµ. Όπως βλέπουµε δηλαδή, µία ψηφιακή µηχανή των 2.1ΜP και πάνω, αρκεί για να µας δώσει φωτογραφίες, που δεν έχουν τίποτα να ζηλέψουν από τις κλασσικές. Το κατώτατο αποδεκτό όριο ανάλυσης είναι τα 200dpi.. Έστω ότι θέλουµε νατυπώσουµε µία φωτογραφία διαστάσεων 1600x1200 και βάζουµε 300dpi. Για να βρούµε τις διαστάσεις τις εκτυπούµενης φωτογραφίας σε ίντσες αρκεί να διαιρέσουµε το πλάτος και το ύψος µε τον αριθµό τωνdpi. ηλαδή η συγκεκριµένη φωτογραφία θα εκτυπωθεί σε διαστάσεις (1600 / 300) x (1200 / 300), δηλαδή 5.33 x 4 ίντσες. Αν θέλουµε ναβρούµε τις διαστάσεις σε εκατοστά, αρκεί να πολλαπλασιάσουµε µε το2.54, άρα έχουµε 13.5 x 10.2 cm. 67

140 Γιατί χρειαζόµαστε µεγάλες αναλύσεις Από εικόνες µεγάλων αναλύσεων µπορούµε να παράγουµε µικρότερες που δεν έχουν τίποτα να ζηλέψουν από αυτές που θα έβγαιναν από µία µηχανή χαµηλής ανάλυσης. Αντίθετα από εικόνες µικρής ανάλυσης δεν µπορούµε ναπάµε σε µεγαλύτερης χωρίς να χάσουµε σηµαντικό µέρος από την ευκρίνεια και την ποιότητα της εικόνας. Mειονέκτηµα των εικόνων υψηλής ανάλυσης, είναι ότι καταλαµβάνουν µεγαλύτεροχώροστααποθηκευτικάµέσα των ψηφιακών µηχανών. Mας δίνουν οι υψηλές αναλύσεις είναι ότι µας δίνουν το περιθώριο του κοψίµατος των φωτογραφιών. Oι µεγάλες αναλύσεις, µας δίνουν τη δυνατότητα να τυπώσουµε σεµεγέθη µεγαλύτερα από το κλασσικό 15x10 εκατοστά όπως π.χ. A4, A3, posters. 68

141 Σαρωτής εγγράφων Γραμμική συστοιχία φωτοαισθητήρων CCD Τριχρωματική (φίλτρα RGB) Παράλληλη/Firewire/USB σύνδεση Οπτική ανάλυση (ppi) Κλιμάκωση Βάθος χρώματος Ανάλυση Χρήση 75 ppi Οθόνη, Web 100 ppi Εκτύπωση 300 dpi 150 ppi Εκτύπωση 600 dpi 300 ppi Εκτύπωση 1200 dpi Οπτική ανάγνωση χαρακτήρων optical character recognition (OCR) Πάνω από 300 dpi συγκεκριμένες γραμματοσειρές ABBYY FineReader Finereader 69 69

142 Τεχνολογία Πολυμέσων Animation Σχεδιοκίνηση

143 Animation Σχεδιοκίνηση Video Animation Είδη: Αναλογικό (TV) Ψηφιακό Animation Ψηφιακό (πραγματικό video)~ Ψηφιογραφικές εικόνες Animation (συνθετικό video)~ ιανυσματικές εικόνες Ακολουθία εικόνων Προγράμματα επεξεργασίας animation: powerpoint, adobe flash, Director, poser, 3D studio Max Τύποι animation: svg,.ppt, fla, max, vrml, iv, obj, bvh 2

144 Animation Σχεδιοκίνηση Animation: Προέρχεται από τη λατινική λέξη anima που σημαίνει ψυχή. Προηγείται ιστορικά του ψηφιακού Video, ξεκίνησε να υπάρχει από αρχές του Animation χωρίς Η/Υ: Σειρά από σχέδια που αλλάζουν ελάχιστα το ένα με το άλλο. Η συνολική σκηνή φαινόταν υπερθέτοντας τα σχέδια. Οι σκηνές φωτογραφίζονται και αναπαράγονται με ταχύτητα. Χρήση Key Frames και 2 επιπέδων σχεδίαση (εξωτερική και εσωτερική) Animation με Η/Υ: Σχεδιοκίνηση με βοήθεια Η/Υ (2 ) χειρισμός εικόνας. Σχεδιοκίνηση από τον Η/Υ (2 /3 ), κατασκευή μοντέλων κόσμων από τον Η/Υ. 3 Key Frames

145 Animation Animation 20 fps 5 fps Η ψευδαίσθηση από την γρήγορη εναλλαγή εικόνας και οι μικρές διαφορές ανάμεσα στις εικόνες εμφανίζονται στο μάτι ως συνεχής κίνηση των στοιχείων της εικόνας. Η ταχύτητα προβολής πρέπει να ξεπερνά τις 12 εικόνες το δευτερόλεπτο. 4

146 Animation Απεικόνιση αντικειμένων (γραφικών) καθώς μεταβάλλονται (χρώμα, σχήμα, κίνηση) με το χρόνο ημιουργία διαφορετικών μορφών για κάθε τέτοιο αντικείμενο με τεχνητό τρόπο (μέσω του κατάλληλου λογισμικού) Η αποθήκευση γίνεται για κάθε αντικείμενο του animation όπως στις διανυσματικές εικόνες Μικρό μέγεθος αρχείου Συνδυασμός animation video Κάθε animation μπορεί να μετατραπεί σε video όπως οι διανυσματικές εικόνες σε ψηφιογραφικές Μπορούν να ενσωματώσουν ήχο, κείμενο ημιουργούνται από ειδικά προγράμματα Director, flash, Poser (3D animation), Maya (3D animation), 3D studio Max 5

147 Animation Το animation αποτελείται από Γραφικά (vector graphics) 2 3 Κίνηση Αλλαγή χρώματος Αλλαγή Σχήματος Ήχο Συνδυασμό με Video 6

148 Αρχές Animation Συνεχής κίνηση ακολουθώντας κανόνες φυσικής (Newton), αδράνεια, ορμή 2 /3 Μοντέλο Ομαλά σταματήματα ξεκινήματα Καμπύλες vs Ευθύγραμμες τροχιές Συγχρονισμός κίνηση ποδιών 7

149 Κίνηση σε Animation με χρήση Key Frames Μετακίνηση αντικειμένων, με ή χωρίς αλλαγή φόντου Εναλλαγή σειράς σχεδιασμένων εικόνων Εναλλαγή φωτισμού και χρωμάτων Σχεδίαση κυρίων πλαισίων (key frames) Παρεμβολή (παρένθεση) ενδιάμεσων πλαισίων Key Frame Key Frame Ενδιάμεσα Καρέ 8

150 Μέθοδοι παρεμβολής Interpolation Methods Key Frame Key Frame Υπολογισμός ενδιάμεσων καρέ εδομένα: Αρχική Θέση Τελική Θέση Επιταχύνσεις; Γραμμική παρεμβολή Συνέχεια ( x x ) Sx ( ) = y+ ( y y), x [ x, x] x1 x0 Πολυωνυμική παρεμβολή (cubic splines) Συνέχεια και στις παραγώγους 9

151 Τεχνολογία Πολυμέσων Τεχνολογίες 2Δ Animation

152 Animation σε 2 Σχεδιασμός και Κίνηση αντικειμένων: αλλαγή θέσης σε 2, περιστροφή σε 2 Ήχος 3 Εφέ : zoom, 3 περιστροφή Εναλλαγή εικόνων (animated gif) Αλλαγή χρωμάτων 11

153 Animated gifs Αρχείο Gif που περιέχει ακολουθία εικόνων ίδιας διάστασης Εναλλαγή εικόνων Εισάγονται σε html όπως οι απλές εικόνες Είσοδος: Ακολουθία εικόνων Χρονικό διάστημα αλλαγής από εικόνα σε εικόνα Software: Ulead GIF Animator, Animator (free) 12

154 Τεχνικές animation σε 2 Χρήση key frames Key Frame Key Frame Προσθήκη γραφικών σε ταινία Μπλε οθόνη μίξη σκηνών Συνδυασμός με πραγματικό Video 13

155 Τεχνικές animation σε 2 Μεταμόρφωση εικόνων - Morphing Σταδιακή αλλαγή σχήματος/χρώματος ανάμεσα σε 2 εικόνες Αντιστοιχήσεις σημείων / τμημάτων Τα ενδιάμεσα σχήματα / εικόνες να μοιάζουν με πραγματικές Software: FantaMorph, Magic Morph, MorphMan 14

156 2D animation Software υνατότητα κατασκευής 2 animation και αλληλεπίδρασης με το χρήστη σύνδεσης με ιστοσελίδα Abode Flash Director Toon Boom Animation Plastic Animation Paper Free: Animator (animated gif), AniS

157 Τεχνολογία Πολυμέσων Adobe flash

158 Τεχνολογία Πολυμέσων Τεχνολογίες 3Δ Animation

159 3D Animation - Ιστορικά : 3D models πρώτα animations : 3D games ανάλυση frame rate Wolfenstein 3D: Released 5 May Requires Intel 286 at 12MHz, 640Kb RAM, 3Mb disk space. Doom: Released 10 December Requires Intel 386 at 33Mhz, 4Mb RAM, 12Mb disk space. Doom 2: Released 10 October Requires Intel 486 at 66Mhz, 8Mb RAM, 17Mb disk space. Quake: Released 31 May Requires Intel Pentium at 75MHz, 8Mb RAM, 25Mb disk space. Quake 2: Released 30 November Requires Intel Pentium at 90Mhz, 16Mb RAM, 25Mb disk space. Quake 3 Arena: Released 30 November Requires Intel Pentium at 233MHz, 64Mb RAM, 25Mb disk space. Return to Castle Wolfenstein: Released 20 November Requires Intel Pentium II at 400MHz, 128Mb RAM, 400Mb disk space. Doom 3: Released 3 August Requires Intel Pentium 4 at 1.5GHz, 384Mb RAM, 2Gb disk space. 18

160 Στοιχεία 3D animation Κατασκευή 3 κόσμου με αντικείμενα που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους Μοντελοποίηση 3 μοντέλο Κίνηση Χαρτογράφηση υφής Φωτισμός / Σκιές Rendering απεικόνιση 19

161 3 Μοντέλα Υπολογισμός γεωμετρίας Συνδυασμός απλών γεωμετρικών σχημάτων τρίγωνα/τετράπλευρα Wireframe Σκελετικά μοντέλα Τριγωνοποίηση 3-D Goat (Kri Kri) Model 20

162 Χαρτογράφηση Υφής / texture mapping Αντιστοίχηση χρώματος και τύπου επιφάνειας σε κάθε σημείο του μοντέλου Χρήση πραγματικών εικόνων Χρήση μοντέλων χρωματισμού 21

163 Φωτισμός - Σκίαση Ομογενές περιβάλλον φωτός (μη ρεαλιστικό) ιάχυτο φως Φωτισμός παρέχει πληροφορίες για την επιφάνεια απεικόνισης Η σκίαση δίνει την αίσθηση του όγκου, πληροφορία για τη γεωμετρία, βάθος και τη θέση των αντικειμένων στο χώρο 22

164 Φωτισμός Ομογενές περιβάλλον φωτός (μη ρεαλιστικό) ιάχυτο φως Διαχέουσα ανάκλαση (Lambertian) L(a,b,α,β) = L(a,b) = ρ <I,N(a,b)> (γωνία πρόσπτωσης) Το χρώμα κάθε σημείου του αντικειμένου εξαρτάται απότηγωνίαπουτοβλέπουμε από τη θέση της φωτεινής πηγής Απόσβεση με την απόσταση Συνδυασμός ομογενούς, διαχέοντος και κατοπτρικού Άνοιξη Ομογενής Διάχυτος Κατοπτρικός Phong 23

165 Προοπτική Προβολή vs Παράλληλη προβολή 24

166 Φωτορεαλιστική απόδοση -rendering Πολύπλοκο διαδικασία απόδοσης στις 2 τηςεικόνας(επίπεδο) το 3 μοντέλο, φωτισμό, σκιάσεις. Προβάλει τα αντικείμενα που φαίνονται Σταθερή πολυγωνικά (πολυεδρικά αντικείμενα) Υπολογισμός στις ακμές του πολυγώνου και παρεμβολή στο εσωτερικό (Gouraud) Παρεμβολή για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης στο εσωτερικό πολυγώνου (Phong) Επικόλληση υφής Φωτοσκίαση Αλγόριθμος ίχνους ακτίνων Αλγόριθμος ολικού φωτισμού Άνοιξη

167 Φωτορεαλιστική απόδοση Σταθερή πολυγωνικά Διάχυση (Gouraud) Διάχυση και ανακλάσεις(gouraud) 26 Διάχυση και ανακλάσεις (Phong)