Inhalt
Obwohl diese Rasterbilddateien, die unsere Computer und Leben füllen, am häufigsten zur Darstellung von Bildern verwendet werden, finde ich es für einen CG-Künstler nützlich, noch eine andere Perspektive zu haben - eine geekere. Und aus dieser Perspektive ist ein Rasterbild im Wesentlichen ein Datensatz, der in einer bestimmten Struktur organisiert ist, genauer gesagt - eine mit Zahlen gefüllte Tabelle (mathematisch gesehen eine Matrix).
Die Zahl in jeder Tabellenzelle kann zur Darstellung einer Farbe verwendet werden. Auf diese Weise wird die Zelle zu einem Pixel, das für "Bildelement" steht. Es gibt viele Möglichkeiten, Farben numerisch zu codieren. Zum Beispiel (wahrscheinlich die einfachste), um explizit eine Entsprechung von Zahl zu Farbe für jeden Wert zu definieren, d. H. 3 steht für Dunkelrot, 17 für Hellgrün und so weiter. Diese Methode wurde häufig in älteren Formaten wie .gif verwendet, da sie bestimmte Größenvorteile auf Kosten einer begrenzten Palette ermöglichte.
Eine andere (häufigste) Möglichkeit besteht darin, einen kontinuierlichen Bereich von 0 bis 1 (nicht 255!) Zu verwenden, wobei 0 für Schwarz und 1 für Weiß steht und die dazwischen liegenden Zahlen die Graustufen der entsprechenden Helligkeit bezeichnen. Auf diese Weise erhalten wir eine logische und elegant organisierte Art, ein monochromes Bild mit einer Rasterdatei darzustellen.
Der Begriff "Monochrom" ist passender als "Schwarzweiß", da mit demselben Datensatz je nach Ausgabegerät Abstufungen von Schwarz zu jeder anderen Farbe dargestellt werden können - so wie bei vielen alten Monitoren Schwarzweiß eher als schwarz-weiß.
Dieses System kann jedoch mit einer einfachen Lösung leicht auf den Vollfarbfall erweitert werden - jede Tabellenzelle kann mehrere Zahlen enthalten, und es gibt wieder mehrere Möglichkeiten, die Farbe mit wenigen (normalerweise drei) Zahlen in 0-1 zu beschreiben Reichweite. In einem RGB-Modell stehen sie für die Mengen an rotem, grünem und blauem Licht, im HSV für Farbton, Sättigung und Helligkeit entsprechend. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass dies immer noch nichts als Zahlen sind, die eine bestimmte Bedeutung codieren, aber nicht so interpretiert werden müssen.
Eine logische Einheit
Lassen Sie mich nun näher darauf eingehen, warum ein Pixel kein Quadrat ist: Die Tabelle, die ein Rasterbild darstellt, gibt an, wie viele Elemente sich in jeder Zeile und Spalte befinden, in welcher Reihenfolge sie platziert sind, aber nichts über welche Form oder sogar welcher Anteil sie sind.
Wir können aus den Daten in einer Datei auf verschiedene Weise ein Bild erstellen, nicht unbedingt mit einem Monitor, der nur eine Option für ein Ausgabegerät darstellt. Wenn wir zum Beispiel unsere Bilddatei nehmen und Kieselsteine mit einer Größe, die proportional zu den Pixelwerten ist, auf einer Oberfläche verteilen, werden wir immer noch im Wesentlichen dasselbe Bild erzeugen.
Und selbst wenn wir nur die Hälfte der Säulen nehmen, uns aber anweisen, die Steine für die Verteilung zweimal breiter zu verwenden, würde das Ergebnis hauptsächlich dasselbe Bild mit den richtigen Proportionen zeigen, wobei nur die Hälfte der horizontalen Details fehlt.
"Instruct" ist hier das Schlüsselwort. Diese Anweisung wird als Pixel-Seitenverhältnis bezeichnet und beschreibt den Unterschied zwischen der Bildauflösung (Anzahl der Zeilen und Spalten) und den Proportionen. Es ermöglicht das Speichern von horizontal gestreckten oder komprimierten Bildern und wird in bestimmten Video- und Filmformaten verwendet.
Lassen Sie uns nun über die Auflösung sprechen - sie zeigt die maximale Detailgenauigkeit, die ein Bild enthalten kann, sagt jedoch nichts darüber aus, wie viel es tatsächlich enthält. Ein schlecht fokussiertes Foto kann nicht verbessert werden, egal wie viele Pixel der Kamerasensor hat. Auf die gleiche Weise erhöht das Hochskalieren eines digitalen Bilds in Photoshop oder einem anderen Editor die Auflösung, ohne Details oder Qualität hinzuzufügen. Die zusätzlichen Zeilen und Spalten werden lediglich mit interpolierten (gemittelten) Werten der ursprünglich benachbarten Pixel gefüllt.
In ähnlicher Weise ist ein PPI-Parameter (Pixel pro Zoll, üblicherweise auch als DPI - Punkte pro Zoll bezeichnet) nur eine Anweisung, die die Entsprechung zwischen der Auflösung der Bilddatei und den physischen Abmessungen der Ausgabe herstellt. Und so ist PPI für sich genommen ziemlich bedeutungslos, ohne eines dieser beiden.
Benutzerdefinierte Daten speichern
Zurück zu den in jedem Pixel gespeicherten Zahlen können sie natürlich beliebig sein, einschließlich sogenannter Zahlen außerhalb des Bereichs (Werte über 1 und negative), und in jeder Zelle können mehr als drei Zahlen gespeichert sein. Diese Funktionen sind nur durch die jeweilige Dateiformatdefinition eingeschränkt und werden in OpenEXR häufig verwendet, um nur einen zu nennen.
Der große Vorteil des Speicherns mehrerer Zahlen in jedem Pixel ist ihre Unabhängigkeit, da jede von ihnen einzeln als monochromes Bild namens Channel - und als eine Art Sub-Raster - untersucht und bearbeitet werden kann.
Zusätzliche Kanäle zu den üblichen farbbeschreibenden roten, grünen und blauen Kanälen können alle Arten von Informationen enthalten. Der voreingestellte vierte Kanal ist Alpha, der die Deckkraft codiert (0 bezeichnet ein transparentes Pixel, 1 steht für vollständig undurchsichtig). Z-Tiefe, Normalen, Geschwindigkeit (Bewegungsvektoren), Weltposition, Umgebungsokklusion, IDs und alles andere, was Sie sich vorstellen können, können entweder in zusätzlichen oder in den Haupt-RGB-Kanälen gespeichert werden.
Jedes Mal, wenn Sie etwas rendern, entscheiden Sie, welche Daten aufgenommen und wo platziert werden sollen. Auf die gleiche Weise entscheiden Sie beim Zusammensetzen, wie Sie die vorhandenen Daten bearbeiten, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Diese numerische Denkweise über Bilder ist von größter Bedeutung und wird Ihnen bei Ihren visuellen Effekten und Bewegungsgrafiken große Vorteile bringen.
Die Vorteile
Die Anwendung dieser Denkweise auf Ihre Arbeit - wenn Sie Renderpässe verwenden und die Compositing-Arbeit ausführen - ist von entscheidender Bedeutung.
Grundlegende Farbkorrekturen sind beispielsweise nichts anderes als elementare mathematische Operationen an Pixelwerten, deren Durchsicht für die Produktionsarbeit sehr wichtig ist. Darüber hinaus können mathematische Operationen wie Addition, Subtraktion oder Multiplikation für Pixelwerte ausgeführt werden, und mit Daten wie Normalen und Position können viele 3D-Schattierungswerkzeuge in 2D nachgeahmt werden.
Wörter: Denis Kozlov
Denis Kozlov ist ein CG-Generalist mit 15 Jahren Erfahrung in der Film-, Fernseh-, Werbe-, Spiele- und Bildungsbranche. Derzeit arbeitet er in Prag als VFX-Supervisor. Dieser Artikel erschien ursprünglich in der 3D World-Ausgabe 181.
