Cvičení 1 - Základy práce s rastrovou grafikou
Rastrová grafika představuje jeden ze dvou základních způsobů uložení digitálního obrazu (druhou možností je grafika vektorová). Toto cvičení je určeno k seznámení se s teoretickými základy rastrové grafiky (pojmy barevný prostor, PPI, formáty rastrové grafiky), ale zejména k praktické práci v prostředí aplikace Gimp.
Cíle cvičení
- seznámit se s pojmy barevný prostor, barevná hloubka
- seznámit se s pojmem DPI a jeho vlivu na kvalitu tisku
- seznámit se s formáty rastrové grafiky a jejich specifikací
- seznámit se s prostředím aplikace Gimp a jejím ovládáním
- vyzkoušet si práci v Gimpu na praktické úloze
Úkoly
Vytvořte informační leták představující letošní akci Den GIS v jednom z jejích termínů (odkaz zde) splňující následující zadání:
- formát A4, rozlišení 200 – 300 PPI
- informace o obsahu, místě a čase konání akce, kontaktech na odpovědné osoby
- zahrnutí alespoň čtyř grafických souborů (rastrových či vektorových) = logo Dne GIS, logo Katedry geoinformatiky VŠB-TUO, ukázkové fotografie či soubory vlastní tvorby
Podkladové soubory naleznete na výše uvedené adrese s informacemi o akci a v archívu mms_plakat.zip. Plakát zašlete ve formátu pdf na email cvičícího do termínu jím stanoveného (31.10.2020). Za vytvoření a odevzdání tohoto plakátu můžete získat až 5 bodů k zápočtu. Jeho odevzdání v termínu je bezpodmínečně nutné pro získání zápočtu! Kromě obsahové stránky bude hodnocen i grafický návrh plakátu, jeho propracovanost a časová náročnost vyhotovení.
Obsah cvičení
Barevný prostor, barevná hloubka
Digitální rastrový obraz (obrázek, fotografie, apod.) má totožnou strukturu jako rastr používaný v GIS - pravidelná mřížka čtvercových buněk, které nazýváme pixely. Každému pixelu obrazu je přiřazen určitý barevný odstín definovaný barevným prostorem a barevnou hloubkou.
Barevný model / prostor určuje způsob vytvoření jednotlivých barevných odstínů z několik základních barev a matematický zápis tohoto procesu. Bylo dokázáno, že libovolnou barvu lze určit pomocí tří rozdílných pevně stanovených barevných složek. Podle toho, jak jsou určeny tyto tři základní složky, se rozlišují jednotlivé barevné modely.
Nejpoužívanějšími barevnými modely jsou RGB (Red-Green-Blue) a model CMY (Cyan-Magenta-Yellow). RGB je aditivní barevný model založený na faktu, že lidské oko je citlivé na tři barvy - červenou, zelenou a modrou. Ostatní barvy jsou dány sytostí těchto barev. Používají jej monitory, digitální fotoaparáty a skenery. CMY je barevný model založený na subtraktivním míchání barev. Používá jej hlavně tiskárny a jiná reprodukční zařízení. CMY obsahuje tři základní barvy - azurovou (C), purpurovou (M) a žlutou (Y). Jejich složením by měla vzniknout černá, ale při použití běžných tiskových barev není takto vzniklá černá příliš kvalitní. Proto se používá model CMYK, kde je navíc čtvrtá barva - černá (blacK). Jejím přidáním se navíc snižují náklady na tisk (černý pigment je levnější než barevný). Mezi další barevné modely patří HSV, HSB, HSL, YUV.
Obr. 1: Vizualizace RGB kostky se zápisy hodnot základních barev na škále 0-1 (základní barvy modelu CMY jsou doplňkovými barvami základních barev modelu RGB)
Barevná / bitová hloubka určuje počet odstínů barev, které je možné v obraze využít. Základní používané barevné hloubky jsou:
- 1-bit = pouze 2 hodnoty/barvy = černá/bílá (0 = černá, 1 = bílá)
- 8-bit = 256 hodnot, typická bitová hloubka (dostatečná pro fotografie, grafiku, apod.)
- 16-bit = 65 536 hodnot, High Color
- 24-bit = 16 777 216 hodnot, True Color
Příklad: barevná digitální fotografie ve formátu .jpg (RGB) bude pravděpodobně využívat maximální bitovou hloubku tohoto formátu = 8-bit. Tato fotografie má k dispozici 256 hodnot v rámci jednoho barevného kanálu (256 odstínů červené, 256 odstínů zelené a 256 odstínů modré), mícháním těchto tří kanálů získáváme celkově 16 194 277 použitelných barevných odstínů.
Rozlišení digitálního obrazu a vztah hodnoty PPI k velikosti a kvalitě tisku
Fyzickou velikost rastrového souboru s digitálním obrazem na disku určují tyto veličiny:
- počet pixelů ve směru osy x (šířka obrazu)
- počet pixelů ve směru osy y (výška obrazu)
- barevná hloubka
- komprese obrazu
Pokud řešíme fyzickou velikost obrazu při jeho tisku, je situace odlišná. Základem zůstává počet pixelů obrazu v obou osách (šířka x výška). Celkový počet pixelů souboru můžeme relativně snadno využitím interpolačních metod zmenšit, jeho zvětšení je však komplikované a při nešetrném provedení vede ke ztrátě kvality obrazu. Reálnou velikost obrazu při tisku tak ovlivňujeme primárně tzv. hodnotou PPI (Pixel per Inch), která určuje jaký počet pixelů fotografie bude použit na vytištění obrazu o velikosti 1 palce = 2.54 cm. Běžně a někdy až dogmaticky je za hodnotu PPI potřebnou pro kvalitní tisk považováno 300 PPI. Pokud se však rozhodnete pro tisk svých digitálních fotografií či jiných rastrových obrazů, reálně si často vystačíte s hodnotami okolo 150 - 200 PPI při zachování vysoké kvality výsledku. Potřebná hodnota PPI souvisí i s velikostí tisku - na čím větší formát budeme tisknout, tím menší PPI nám bude stačit. Tato situace je dána hlavně tím, že obraz například o velikosti A1 si nebudeme prohlížet ze vzdálenosti 20 cm a hledat na něm jednotlivé pixely, ale tak, abychom jej viděli jako celek. Pro tisk do velikosti formátu A4 tak budete potřebovat PPI okolo 250 - 300, pro větší formáty si vystačíte s hodnotami nižšími.
Potřebnou velikost vstupního souboru pro tisk o určité velikosti je možno snadno vypočítat pomocí vztahu:
Počet px = (požadovaný rozměr v cm / 2.54) * PPI
Následující tabulka poskytuje informace o velikosti tisku při různých velikostech vstupních souborů a hodnotě PPI. Můžete z ní například snadno vyčíst, že pro tisk klasické albumové fotografie formátu 15 x 10 cm při rozlišení 300 PPI si bohatě vystačíte s 2 Mpix fotoaparátem a pro tisk 60 x 40 cm (150 PPI) s 8.4 Mpix fotoaparátem. Honba za co nejvyšším počtem Mpix digitálních fotoaparátů je tak z velké části pouhým marketingovým tahem na zákazníka (vynecháme-li profesionální kategeorii fotoaparátů). V případě fotografie ovlivňuje mimo hodnotu PPI kvalitu tisku řada dalších parametrů - použitá tiskárna, papír, vlastnosti samotné fotografie (expozice, ostrost, barevné vyvážení), jejichž zanedbání může vést k nevalným výsledkům.
| Formát | Velikost v px 300 PPI |
Velikost v px 200 PPI |
Velikost v px 150 PPI |
|---|---|---|---|
| 15x10 cm | 1 772 x 1 181 (2.1 Mpix) | 1 181 x 787 (0.9 Mpix) | 886 x 591 (0.5 Mpix) |
| A5 (21x15 cm) | 2 480 x 1 772 (4.4 Mpix) | 1 654 x 1 181 (1.9 Mpix) | 1 240 x 886 (1.1 Mpix) |
| A4 (30x21 cm) | 3 543 x 2 480 (8.8 Mpix) | 2 362 x 1 654 (3.9 Mpix) | 1 772 x 1 240 (2.2 Mpix) |
| A3 (42x30 cm) | 4 961 x 3 543 (17.6 Mpix) | 3 307 x 2 362 (7.8 Mpix) | 2 480 x 1 772 (4.4 Mpix) |
| A2 (60x42 cm) | 7 087 x 4 961 (35.2 Mpix) | 4 724 x 3 307 (15.6 Mpix) | 3 543 x 2 480 (8.8 Mpix) |
| A1 (84x60 cm) | 9 921 x 7 087 (70.3 Mpix) | 6 614 x 4 724 (31.2 Mpix) | 4 961 x 3 543 (17.6 Mpix) |
| A0 (120x84 cm) | 14 173 x 9 921 (140.6 Mpix) | 9 449 x 6 614 (62.4 Mpix) | 7 087 x 4 961 (35.2 Mpix) |
Tab. 1: Potřebné velikosti digitálních obrazů pro tisk vybraných formátů v závislosti na PPI
Jednotka PPI je velmi často zaměňována s obecně známější jednotkou DPI (Dot per Inch), která však nevyjadřuje počet pixelů na jeden palec tisku, ale počet tiskových bodů na tento rozměr. Tuto jednotku využívají tiskárny z toho důvodu, že nedokáží vytisknout jeden pixel libovolné barvy. Aby barevně vytiskly jeden pixel, musí jeho barvu namíchat z několika bodů (Dots) svých barevných inkoustů (obvykle 4 nebo 6 barev). Jeden pixel obrazu se tak rozpadne na několik inkoustových tiskových bodů (Dots). Tiskový bod (Dot) tak musí být menší, než je pixel obrazu, aby bylo možné barvu pixelu namíchat.
Formáty rastrové grafiky
Tabulka č. 2 poskytuje přehled vybraných základních formátů rastrové grafiky s jejich vlastnostmi.
| Formát | Max. bitová hloubka na pixel [bit] |
Komprese | Animace | Průhlednost |
|---|---|---|---|---|
| BMP | 24 | volitelná bezeztrátová RLE | Ne | původně Ne, nově Ano |
| GIF | 8 | bezeztrátová LZW | Ano | Ano |
| JPEG | 24 | ztrátová JPEG | Ne | Ne |
| PNG | 24 | bezeztrátová DEFLATE | Ne | Ano |
| TIFF | 48 | řada volitelných | Ne | Ano |
Tab. 1: Základní formáty rastrové grafiky
Aplikace Gimp
GIMP (GNU Image Manipulation Program) je aplikací pro práci s rastrovou grafikou a digitální fotografií šířenou pod svobodnou licensí GPL. Její vývoj započal v roce 1995. Aplikace je dostupná pro operační systémy Linux, Windows, Mac OS, aktuální verze nese označení 2.8.10 (leden 2014). Jedná se rozhodně o nejkomplexnější zdarma dostupný nástroj pro práci s rastrovými obrazy s velmi rozsáhlou uživatelskou podporou v podobě návodů, tutoriálů a pluginů. Odkazy na oficiální stránky aplikace a některé dostupné tutoriály jsou uvedeny na konci textu ke cvičení.
Prostředí Gimp
Prostředí Gimpu tvoří tři samostatná okna:
- Základní okno - slouží k zobrazení zpracovávaného souboru a aplikování uživatelem vybraných funkcí na jeho celek či části. V horní části okna je k dispozici klasické rozbalovací základní menu s veškerou nabídkou dostupných příkazů/funkcí/nastavení rozdělené dle kategorií.
- okno Panel nástrojů - základní funkce pro vytváření/editaci obrazu dostupné přes grafické ikony
- okno Vrstvy-Stopy - zpřístupňuje práci s vrstvami obrazu, jednotlivými barevnými kanály a historii příkazů.
Vytvoření nového souboru, jeho uložení
Prázdný rastrový soubor vytvoříme příkazem Soubor/Nový. Ve vyvolaném okně můžeme kromě rozměru obrazu v pixelech nastavit hodnotu PPI, barevný prostor (RGB x stupně šedi) a zvolit, jakou barvou bude vznikající obraz vyplněn či mu nadefinovat průhlednost. Následně jej příkazem Soubor/Uložit můžeme dle potřeby uložit do nativního formátu Gimpu .xcf nebo příkazem Soubor/Exportovat do tradičních formátů rastrové grafiky i jiných specializovaných formátů. Uložení je vždy spojeno s nastavením možností konkrétního formátu (komprese, atd.).
Vytváření grafiky
Gimp disponuje několika nástroji pro vytváření grafických prvků obrazu:
- Tužka - imitace kresby tužkou, nastavení šířky čáry, tvrdosti a řady volitelných parametrů
- Štětec - imitace kresby štětcem - narozdíl od tužky nezachovává ostré okraje čas, ale rozmazává je; nastavení šířky čáry, tvrdosti a řady volitelných parametrů
- Plechovka - vyplnění výběru vybraným barevným odstínem
- Mísení - vyplnění výběru vybraným barevným přechodem
- Roprašovač - umožňuje kresbu linií s proměnným tlakem = proměnná světlost/tmavost částí linie
- Inkoust - umožňuje kaligrafické kreslení
- Cesty - umožňuje vytvářet bézierovy křivky v obraze, které lze následně převést na rastrovou kresbu
Obr. 2: Ukázka linie vytvořené nástrojem tužka (nahoře) a nástrojem štětec (dole) při identickém nastavení obou nástrojů
Vytváření textu
Možnosti tvorby textu v Gimpu jsou srovnatelné s klasickými textovými editory. Navíc oproti nim přidávají parametry pro nastavení způsobu vykreslování písma (vzdálenost mezi znaky, vyhlazení písma apod.).
Zarovnání prvků v obraze, práce s vodítky
V digitálním prostředí obvykle nevytváříme jednoduchou grafickou kresbu, ale komplexnější dokument složený z textu, fotografií a vlastních grafických prvků (leták s pozvánkou na určitou koncert, oslavu, sportovní utkání, plakát představující výsledky bakalářské či diplomové práce, apod.). V takovém případě může počet samostatných objektů v rastrovém obraze narůstat i do desítek a je potřeba s nimi efektivně pracovat (ideálně s využitím vrstev), ale také zajistit jejich korektní rozložení po celém obraze.
Efektivním nástrojem pro zarovnání prvků spadajících do určitého výběru či jednotlivých vrstev je Zarovnání. Po výběru daného objektu získáváme možnost jej vybraným způsobem automaticky zarovnat vůči jinému objektu, určité vrstvě či celému obrazu (vlevo, vpravo, na střed - v horizontálním i vertikálním směru). Pokud nám tento automatický způsob nenabízí dostatečné možnosti, je výhodné použít tzv. vodítek. Nové vodítko přidáme do obrazu příkazem Obrázek/Vodítka/Nové vodítko - v zadaném směru a vzdálenosti od počátku vznikne linie, ke které je možno uchycovat vybrané grafické prvky. Vodítko není součástí samotného obrazu - slouží jen pro přesné rozmístění jeho prvků na zadanou pozici. Počet vodítek v obraze závisí pouze na našich aktuálních potřebách a požadavcích. Posun určitého vodítka je možno provést nástrojem Přesun při aktivní volbě Vybrat vrstvu nebo vodítko.
V některých situacích může být výhodná funkce Mřížka (Zobrazení/Zobrazovat mřížku), která do obrazu vykreslí pravidelnou síť linií. Parametry sítě (vzdálenost mezi jednotlivými liniemi, symbologie jejich zobrazení apod.) je možno nastavit v Obrázek/Nastavit mřížku.
Praktická práce v Gimpu - vytvoření loga s plastickým textem
Nejprve si samostatně vyzkoušejte ovládání aplikace Gimp, popsané nástroje pro kreslení a tvorbu textu a zarovnání vytvořených prvků s použitím funkce Zarovnání a vodítek.
Následující část materiálu ke cvičení je věnována popisu práce v Gimpu za účelem vytvoření loga s plastickým textem - viz obrázek 3. Během jeho vytváření se seznámíte také s prací s vrstvami a filtry.
Obr. 3: Logo s pseudo 3d efektem textu a pozadím vytvořeným vybraným filtrem
Po vytvoření prázdnéhou souboru o velikosti 300x200 px. S použitím nástroje Plechovka změňte barvu pozadí na černou (barvu popředí/pozadí je možno měnit v okně Panel nástrojů). Do obrazu přidejte libovolný text (funkce Text) bílé barvy o délce jednoho slova - nastavte mu font Trebuchet MS a velikost písma, aby text zabíral poměrnou část obrazu. S pomocí nástroje Zarovnat text zarovnejte na střed obrazu.
V okně Vrstvy-stopy klikněte pravým tlačítkem na vrstvu s textem a vyberte možnost Nová z viditelné. Tato operace vytvoří novou vrstvu, která bude obsahovat všechny doposud vytvořené prvky (bílý text a černé pozadí). Vrstvy v prostředí Gimpu (či jiného grafického editoru) fungují s jistou analogií k vrstvám v oblasti GIS. Pokud pracujeme s určitou vybranou vrstvou, editujeme pouze prvky v ní obsažené = ostatní vrstvy a jejich prvky zůstávají nedotknuty. Seznam vrstev v okně Vrstvy-stopy určuje pořadí jejich vykreslování na monitor - vrstvy budou vykresleny v pořadí odshora dolů (nejprve bude tedy vykreslena první vrstva seznamu, po ní druhá, atd.). Může se stát, že nám prvky vyšší vrstvy překryjí prvky z vrstev nižších - pokud se nacházejí na stejné pozici obrazu. Viditelnost vrstvy můžeme zapínat a vypínat funkcí s ikonou oka.
Aktuálně byste měli mít v souboru celkem tři vrstvy - vrstvu pozadí, vrstvu s textem a nově vytvořenou vrstvu s popiskem Viditelná. Kolem ikony této vrstvy se aktuálně nachází bílý obdélník, který nás informuje, že vrstva je aktivována a můžeme ji i její prvky editovat.
Text ve vybrané (nově vytvořené) vrstvě nyní mírně rozostříme pomocí Gaussovského filtru (Filtry/Rozmazat/Gaussovské rozostření), abychom mohli později docílit plastického dojmu. Poloměr rozostření filtru nastavte na 7 pixelů.
Nyní dodáme vytvářenému logu na barevnosti. Vytvořte novou prázdnou vrstvu (Vrstva/Nová vrstva) a aplikujte na ni filtr Plazma z nabídky Filtry/Vykreslit/Mraky. Volbou Znáhodnit si můžete nechat generovat různorodé výstupy filtru.
Pro vytvoření 3d efektu textu loga spusťe funkci Filtry/Mapa/Mapa vyvýšení. Ve vyvolaném okně (obr. 4) změňte parametry "vrstva Viditelná", "hloubka 6", ostatní ponechte na defaultních hodnotách.
Obr. 4: Funkce Mapa vyvýšení pro vytvoření pseudo 3d efektu textu a nastavení jejích parametrů
Na závěr nechejte všechny vrstvy obrazu sloučit do jedné kliknutím pravým tlačítkem myši na libovolnou vrstvu a výběrem možnosti Sloučit viditelné vrstvy a výsledek exportujte do Vámi vybraného formátu.