Inhoud
Hoewel die rasterafbeeldingsbestanden die onze computers en levens vullen, meestal worden gebruikt om afbeeldingen weer te geven, vind ik het nuttig voor een CG-artiest om nog een ander perspectief te hebben - een nerdiger perspectief. En vanuit dat perspectief is een rasterafbeelding in wezen een set gegevens die is georganiseerd in een bepaalde structuur, om specifieker te zijn - een tabel gevuld met getallen (een matrix, wiskundig gezien).
Het nummer in elke tabelcel kan worden gebruikt om een kleur weer te geven, en zo wordt de cel een pixel, wat staat voor ‘picture element’. Er zijn veel manieren om kleuren numeriek te coderen. Bijvoorbeeld (waarschijnlijk de meest eenvoudige) om expliciet een nummer-naar-kleur correspondentie voor elke waarde te definiëren, dwz. 3 staat voor donkerrood, 17 voor bleekgroen enzovoort. Deze methode werd vaak gebruikt in de oudere formaten zoals .gif omdat het bepaalde voordelen op het gebied van grootte mogelijk maakte ten koste van een beperkt palet.
Een andere manier (de meest gebruikelijke) is om een continu bereik van 0 tot 1 te gebruiken (niet 255!), Waarbij 0 staat voor zwart, 1 voor wit en de getallen ertussen de grijstinten van de overeenkomstige lichtheid aangeven. Op deze manier krijgen we een logische en elegant georganiseerde manier om een monochrome afbeelding weer te geven met een rasterbestand.
De term 'monochroom' is geschikter dan 'zwart en wit', aangezien dezelfde gegevensset kan worden gebruikt om gradaties van zwart naar een andere kleur weer te geven, afhankelijk van het uitvoerapparaat - zoals veel oude monitoren zwart-groen waren in plaats van zwart-wit.
Dit systeem kan echter met een simpele oplossing eenvoudig worden uitgebreid naar de full-colour case - elke tabelcel kan meerdere getallen bevatten, en wederom zijn er meerdere manieren om de kleur te beschrijven met een paar (meestal drie) getallen elk in 0-1 bereik. In een RGB-model staan ze voor de hoeveelheden rood, groen en blauw licht, in HSV staan ze dienovereenkomstig voor tint, verzadiging en helderheid. Maar wat belangrijk is om op te merken, is dat dit nog steeds niets anders is dan cijfers, die een bepaalde betekenis coderen, maar niet op die manier hoeven te worden geïnterpreteerd.
Een logische eenheid
Laat me nu verder gaan met waarom een pixel geen vierkant is: het is omdat de tabel, wat een rasterafbeelding is, ons vertelt hoeveel elementen in elke rij en kolom staan, in welke volgorde ze zijn geplaatst, maar niets over welke vorm of zelfs in welke verhouding ze zijn.
We kunnen op verschillende manieren een afbeelding vormen van de gegevens in een bestand, niet noodzakelijkerwijs met een monitor, wat slechts één optie is voor een uitvoerapparaat. Als we bijvoorbeeld ons afbeeldingsbestand nemen en kiezelstenen met afmetingen evenredig met de pixelwaarden op een bepaald oppervlak verdelen, zullen we nog steeds in wezen dezelfde afbeelding vormen.
En zelfs als we maar de helft van de kolommen nemen, maar onszelf instrueren om de stenen twee keer breder te gebruiken voor de verdeling - het resultaat zou nog steeds in hoofdzaak hetzelfde beeld laten zien met de juiste verhoudingen, zonder de helft van de horizontale details.
’Instruct’ is hier het sleutelwoord. Deze instructie wordt pixelverhouding genoemd, die het verschil beschrijft tussen de resolutie van de afbeelding (aantal rijen en kolommen) en verhoudingen. Het stelt u in staat om frames horizontaal uitgerekt of gecomprimeerd op te slaan en wordt gebruikt in bepaalde video- en filmformaten.
Laten we het nu hebben over resolutie: het toont de maximale hoeveelheid details die een afbeelding kan bevatten, maar zegt niets over hoeveel het werkelijk kan bevatten. Een slecht scherpgestelde foto kan niet worden verbeterd, ongeacht hoeveel pixels de camerasensor heeft. Op dezelfde manier zal het opschalen van een digitale afbeelding in Photoshop of een andere editor de resolutie verhogen zonder enig detail of kwaliteit eraan toe te voegen - de extra rijen en kolommen zouden gewoon worden gevuld met geïnterpoleerde (gemiddelde) waarden van oorspronkelijk aangrenzende pixels.
Op een vergelijkbare manier is een PPI-parameter (pixels per inch, ook wel DPI-dots per inch genoemd) slechts een instructie die de overeenkomst vaststelt tussen de resolutie van het afbeeldingsbestand en de fysieke afmetingen van de uitvoer. En dus is PPI op zichzelf vrijwel zinloos, zonder een van deze twee.
Aangepaste gegevens opslaan
Terugkerend naar de getallen die in elke pixel zijn opgeslagen, kunnen ze natuurlijk alle zijn, inclusief zogenaamde buiten bereik getallen (waarden boven 1 en negatieve), en er kunnen meer dan drie getallen in elke cel zijn opgeslagen. Deze functies worden alleen beperkt door de specifieke definitie van de bestandsindeling en worden op grote schaal gebruikt in OpenEXR om er een te noemen.
Het grote voordeel van het opslaan van meerdere getallen in elke pixel is hun onafhankelijkheid, omdat ze allemaal afzonderlijk kunnen worden bestudeerd en gemanipuleerd als een monochrome afbeelding genaamd Channel - of een soort subraster.
Extra kanalen naast de gebruikelijke kleurbeschrijvende rode, groene en blauwe kanalen kunnen allerlei soorten informatie bevatten. Het standaard vierde kanaal is Alpha, dat ondoorzichtigheid codeert (0 staat voor een transparante pixel, 1 staat voor volledig ondoorzichtig). Z-diepte, normalen, snelheid (bewegingsvectoren), wereldpositie, omgevingsocclusie, ID's en al het andere dat je maar kunt bedenken, kunnen worden opgeslagen in extra of de belangrijkste RGB-kanalen.
Elke keer dat u iets weergeeft, beslist u welke gegevens u wilt opnemen en waar u deze wilt plaatsen. Op dezelfde manier beslist u bij het samenstellen hoe u de gegevens die u bezit, moet manipuleren om het gewenste resultaat te bereiken. Deze numerieke manier van denken over afbeeldingen is van het allergrootste belang en zal u enorm ten goede komen bij uw visuele effecten en motion graphics-werk.
De voordelen
Het is van vitaal belang om deze manier van denken op uw werk toe te passen - terwijl u renderpassen gebruikt en het compositiewerk uitvoert.
Basiskleurcorrecties zijn bijvoorbeeld niets anders dan elementaire wiskundige bewerkingen op pixelwaarden en het doorzien ervan is vrij essentieel voor productiewerk. Bovendien kunnen wiskundige bewerkingen zoals optellen, aftrekken of vermenigvuldigen worden uitgevoerd op pixelwaarden, en met gegevens zoals Normals en Position kunnen veel 3D-arceringstools in 2D worden nagebootst.
Woorden: Denis Kozlov
Denis Kozlov is een CG-generalist met 15 jaar ervaring in de film-, tv-, reclame-, game- en onderwijssector. Momenteel werkt hij in Praag als VFX-supervisor. Dit artikel is oorspronkelijk verschenen in 3D World-nummer 181.
