2D-3D számítógépes grafika

Az előadások a következő témára: "2D-3D számítógépes grafika"— Előadás másolata:

1 2D-3D számítógépes grafika
BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta Imre CMY rendszerek

2 Tartalom Téma: nyomtatók, CMY színrendszer, diterálás. Színkezelés:
Kivonó színkeverés Neugebauer alapszínek Kulcsszín Pontnövekedés Moaré Féltónus technológiák: Nyomdagépek – nyomtatók összehasonlítása Féltónus – diterálás elve Hagyományos eljárások: rézmetszet, rézkarc, mezzotinto, rácsrabontás Irányított (rendezett) diterálások: fürtös, Bayer Szórt (véletlenszerű) diterálások: küszöb, fehér zaj, Void & Cluster, Floyd-Steinberg Művészi diterálások Eszközök: Képsokszorosítás 1470-től Számítógéppel vezérelt nyomtatás Elektrografikus nyomtatás Tintasugaras nyomtatás: folyamatos, hevítéses, piezoelektromos, szilárdtintás Transzfer hőnyomtatás Fotógrafikus nyomtatás

3 CMY rendszerek Színkezelés

4 Összeadó és kivonó színkeverés
Színkeverés különböző hullámhossz összetételű (önsugárzó, fényvisszaverő vagy fényáteresztő) fényforrásokkal: Összeadás a szemben: ● időben, pl. Maxwell tárcsa ● térben, pl. színes tv ● szuperpozíció, pl. egymásra vetítés Három alap-színösszetevő, melyekkel a színek többsége kikeverhető: vörös, zöld és kék. Kivonás az anyagban: ● visszaverődéssel, pl. nyomat, színes fénykép ● fényátengedéssel, pl. mozi-diafilm, színszűrő A színezők (festékek, tinták stb.) szűrőként viselkednek, a fény egyes hullámhosszait elnyelik, kivonják.

5 Kivonó színkeverés S C M C+S C+M S+M - Zöld - Kék - Vörös
Három alap-színösszetevő, melyekkel a színek többsége kikeverhető: cián, bíbor és sárga, + fehér, + fekete. Ha a festéket fehér fénnyel világítjuk meg, a visszaverődő fehér fényből, azaz a teljes spektrumból … a cián (C) a elnyeli (kivonja) a vöröset, az átengedett fény kékes-zöld lesz; a bíbor (M, magenta) kivonja a zöldet, az átengedett fény kékes-vörös lesz; a sárga (Y, yellow) kivonja a kéket, az átengedett fény sárga lesz. Tehát: fehér … − cián − magenta − sárga ≡ fekete − cián − sárga ≡ zöld − cián − magenta ≡ kék − magenta − sárga ≡ vörös C+S C+M S+M C S M C+M+S - Zöld - Kék - Vörös

6 Színrendszerek kivonó színkeveréshez
Kivonó színkeveréshez 3D-s színkoordináta- rendszerek közvetlenül nem alkalmazhatók, mert… ● nincsenek szabványos alap- színösszetevők, (mint az RGB mix esetében pl. a képernyő fényporok), ● kivonó színkeveréshez legalább négy alap- színösszetevő szükséges: CMY + fehér megvilágítás. ● az alap-színösszetevők (cián, bíbor, sárga) nem szabályos dobozszűrők, ● hordozófelület, festék ill. tinta különböző optikai tulajdonságúak (fényelnyelési fényátengedési tényezők stb.) ● az alap-színösszetevők megjelenése bináris: 0 – nincs szín, 1 – van szín. A festékek ideális (dobozszűrőként viselkedő) és a valódi spektrális eloszlása. Cián – Vörös 1-R Magenta – Zöld 1-G Sárga – Kék 1-B

7 Neugebauer alapszínek
Fehér Cián Magenta Sárga 1 1 1 1 RW(λ) RC(λ) RM(λ) RY(λ) 400 700 400 700 400 700 400 700 Cián + Mag. Cián + Sárga Mag. + Sárga Cián + Mag. + Sárga 1 1 1 1 F.A. Baqai, J.Lee, A.U. Agar, J.P. Allebach: Digital Color Halftoning, Problems, algorithms, and recent trends. Signal Processing Magazine, 22. köt. 1. sz január, o RCM(λ) RCY(λ) RMY(λ) RCMY (λ) 400 700 400 700 400 700 400 700 Alapszínek tintasugaras nyomtatóval készített színmintákon mért STE görbéi. Forrás: Baqai, Lee, Agar, Allebach: Digital Color Halftoning. Signal Processing Magazine, 2005.

8 A visszaverődés (elnyelődés) lehet felületi, belső szórt, és alsó.
Színegyenletek Kivonó színkeverés színrendszerei = színegyenletek, ● egyszerűsített fizikai modellek, melyekkel… ● a fehér fénnyel megvilágított (egységnyi) nyomtatási terület fényvisszaverődése (reflektanciája) kiszámítható. ● alkalmazások: CMY-RGB, CMY-CIExyY stb. transzformációk, nyomtató vezérlés & kalibrálás, számítógépes színkezelés stb. Színegyenletek: ● Neugebauer egyenletek (Davies-Murray, Demichel kiegészítésekkel) A kívánt szín reflektanciáját ill. területét a 8 alap-színösszetevő reflektanciájának területükkel súlyozott összege adja. 8 Neugebauer szín: C + M + Y + R + G + B + K* + W*. ● Többszörös belső visszaverődés modellezése (Yule-Nielsen, Clapper-Yule, Kubelka-Munk) ● Folyadékok fényelnyelése (Lambert-Beer-Bouguer törvény) ● Kísérleti 3D-s színmodellek cellákra osztott színegyenletekkel. * K = fekete, W = fehér) Papír A visszaverődés (elnyelődés) lehet felületi, belső szórt, és alsó.

9 K-szín (fekete) A nyomtató festékek nem ideális dobozszűrők, a színkivonás nem tökéletes, a cián kevés vöröset, a magenta kevés zöldet is átenged, ezért a szürke és fekete színek elszínesednek. CMY színekhez hozzáadott fekete, elnevezése K- szín mint kulcsszín, kulcslemez (Key Plate*): ● Növeli a nyomat szín- és árnyalatterjedelmét, a fekete feketébb lesz; ● Csökkenti a metamerizmust. ● Csökkenti a tintafogyasztást, így a száradási időt, és növeli a nyomtatás sebességét. ● Olcsóbb fekete festék helyettesíti a drágább színes tintákat. * Key Plate (kulcslemez) fekete nyomólemez a hagyományos többszín-nyomásos technológiában, pl. bélyegkészítésnél. ** Metamerizmus, nyomdai szakkifejezés: a nyomat színei különböző megvilágításban (napfény, izzólámpa, fénycső) megváltoznak. Cián Bíbor Sárga Grey-Component Replacement (GCR), Undercolor Removal (UCR) Achromatic Synthesis (AS), Black Printer (BP) Fekete

10 K-szín (fekete) 100 C M Y K 50 Grey-Component Replacement (GCR, szürke összetevő helyettesítés) gyűjtőneve azoknak a képleteknek, amelyekkel a hozzáadott fekete értéke számítható. Undercolor Removal (UCR, alsószín eltávolítás): a színazonosság megtartása érdekében a CMY színek mennyiségét a hozzáadott fekete szín mennyiségével csökkenteni kell. Az UCR szerint a hozzáadott fekete K értéke nem lehet több mint a három alapszín közül a legalacsonyabb. Például (százalékban megadva) a CMY 70,60,50 színek fekete tartalma legfeljebb 50 lehet, és mondjuk K = 30 hozzáadott feketével a CMYK 40,30,20,30 színnel lesz azonos. A CMYK színrendszerben a K érték nyilvántartása elkülönül. A legtöbb pixelgrafikus adatcsere-fájlformátum a fekete tartalmat nem tartja nyilván, - a Tiff, Png kivétel. Alsószín eltávolítás előtt. 100 C M Y K 50 Grey-Component Replacement (GCR), Undercolor Removal (UCR) Achromatic Synthesis (AS), Black Printer (BP) Alsószín eltávolítás után.

11 Ofszet nyomtatás jellemző pontnövekedési görbéje.
Dot Gain Pontnövekedés (Dot Gain) nemkívánatos jelenség a középtónusokban, ahol a legnagyobb a képpontok kerülete. A pontnövekedés oka lehet: a) Fizikai: a festék vagy tinta nyomtatás közben szétterül. b) Optikai: a fény nem ott bukkan ki a papírból, ahol behatolt (Yule-Nielsen tényező: ). Technológiai tényezők: papírminőség (szívóképesség, nedvesség, felületi simaság), festékminőség (viszkozitás), nyomtató-nyomdagép üzemeltetési paraméterei (sebesség, nyomóerő), képjellemzők (felbontás, féltónus és diterálási módok). 30 20 Növekedés %-ban 10 Papír Festék 25 50 100 Rel. festéksürüség Ofszet nyomtatás jellemző pontnövekedési görbéje. Yule_Nielsen modell: a szórt vissza-verődés néhány esete.

12 Moaré Moaré keletkezik, ha két (vagy több) ismétlődő mintázat, amelyeknek periódusa közel azonos, egymásra kerül. Minél közelebb esik a két mintázat periódusa, annál nagyobb lesz a moaré frekvencia. Moaré a legkevésbé akkor észrevehető, ha a mintázatok által bezárt szög 30º. Moaré keletkezhet: ● többszínű nyomtatásnál, az egymásra nyomtatott pontrácsok között; ● lassan változó magas frekvenciájú textúrák (pl. téglafal, szövet, szőnyeg) nyomtatásakor; ● rácsbontással készült nyomatok (újság, könyv, plakát stb.) szkennelésekor. Irányított moaré: nyomdai négyszínnyomás mintázata, a rozetta. magas frekvenciájú textúráról készült 175 lpi felbontású nyomat

13 CMY rendszerek Féltónus

14 Képsokszorosítás Képsokszorosító technológiák a XV. század óta: rézkarc, fametszet, litográfia, mezzotinto, akvatinta, fénykép, plakát, autotípia, tintasugaras nyomat stb. Francisco José Goya y Lucientes (1746 – 1828) Pablo Picasso, Bacchanale, Rézkarc és akvatinta Antonio del Pollaiolo: Tíz akt küzdelme, rézmetszet, ~1470. Giovanni Bellini: Hypnerotomachia Poliphili, fametszet, Maurits Cornelis Escher: Szem, mezzotinto, Propaganda plakát, ~1950. Vija Celmins: Név nélkül, kőnyomat, Richard Avedon: Marian Anderson, fotó, 1955.

15 Képsokszorosítás Képsokszorosító technológiák (gépi képalkotás):
három színnel (vörös, zöld, kék vagy cián, bíbor, sárga): 1. képpont színe változó, mérete állandó (Tv, képernyő), 2. képpont színe állandó, mérete változó (színes és fekete-fehér fénykép, nyomdagéppel készített nyomat), 3. képpont színe állandó, mérete állandó, elhelyezési frekvenciája változó (számítógépes nyomtatóval készített nyomat).

16 Nyomdagépek - nyomtatók
Szita jel Képjel Fekete Féltónus jel Fehér Cella jel Képjel Fekete Diteráló jel Fehér A nyomdagépek analóg eljárások, az árnyalatokat – nyomólemezzel – változó méretű képpontokból állítják elő. A számítógéppel vezérelt nyomtatók nem, vagy csak korlátozott számú képpont nagyság létrehozására képesek*, ezért az árnyalatokat a nyomtatóba épített számítógéppel vezérelve változó számú képpont-csoporttal állítják elő. * Ez idő szerint 16 képpont-méret a technológiai maximum. A tintasugaras nyomtatók több festékcseppet nyomtatnak ugyanoda (Multi-level Dithering), az elektrografikus nyomtatók megnyújtják az expozíciós időt (Pulse-width Modulation).

17 Féltónus - diterálás The origins of digital halftoning begin in the 1960s with the need to reproduce digital images on the early binary displays. Severe bandwidth limitations restricted how much raster data could be transmitted over data lines and displayed on monitors. The early work, in the 1960s, concentrated on methods of adding a noise signal, or dither signal, to the image before quantizing. Later work, in the 1970s, shifted to periodic patterns, or ordered dither. Analysis of these patterns, showed that they were optimally distributed to minimize visibility of the halftone texture. Because the displays were of such low resolution and they did not have the instability problems of printers, dispersed texture patterns were acceptable and useful. Dispersed halftone screens are still in use today on low-resolution and low-bit-depth displays. With the advent of laser and electronic printers in the 1970s, printer manufacturers turned to the question of replicating the traditional analog halftone screens. The early work on ordered dither recognized that replicating the analog screen was one of the possible ways of arranging the ordered dither signal. The higher resolution available on a printer made the use of these clustered dot screens feasible. Besides, as printers had known for 100 years, clustered dots, as in analog halftoning, were less susceptible to printer instabilities. As researchers worked through the decade, the problems of dot gain and tone reproduction were analyzed and solved for digital halftones. The invention of imagesetters in the late 1970s and early 1980s changed graphics arts. Now, type and images could be created together in raster form. Digital halftones of high resolution and high quality became an important topic of study. Of particular interest were the issues of how the different halftone screens interact in color printing. The initial digital halftone screens could not be generated at arbitrary angles, so the problems of color moiré became very important. This continues to be an area of current study. In this chapter, we will look into these issues and describe some of the latest efforts in this area of study in digital color halftones. Grayscale halftoning is the technique of approximating a grayscale image by a black-and-white image. Black-and-white printers use halftoning to replicate grayscale images on paper. The printers have only the black of ink and the white of paper as the colors at their disposal. Although the printers may vary the size of dots they drop, they cannot vary the intensity of the droplets. All droplets are black. The printers therefore actually produce black-and-white halftones instead of grayscale prints. The task is to make the black-and-white image indistinguishable from the grayscale one. We consider a halftoned image to be a good approximation to the original grayscale in the obvious sense: perceptually, the images look like one another. How to quantify this metric, however, is less than obvious. A complete model for the human visual system is an open research problem and must take many things into account: for example, how the eye blurs together nearby pixels, the sensitivity of the eye to changes in texture and luminescence, the attenuated response of the eye to changes along diagonal directions, and how optical illusions fool the brain. Understanding that the approximation problem must take into account visual perception, we define the grayscale halftoning problem: The Halftoning Problem Given a grayscale image I, find a black and white image O that minimizes kG(O) − G(I)k2, where G(·) is the image perceived when viewing ·. For halftoning, the main aspect we want to model is the blurring phenomenon. The eye perceives patches of black-and-white pixels as some kind of average gray when viewed from sufficiently far away. Several models account for blurring, and a particularly effective yet simple model is to treat vision as a Gaussian filter. In this case, G is a two-dimensional convolution operator with a Gaussian kernel. A particularly restrictive constraint in designing a practical halftoning algorithm is that the method must perform extremely fast. For high-volume printing, the standard is that the algorithm must produce an acceptable halftone in only order kN work, where N is the number of pixels in the original image, and k is a small (say, k . 10) constant. Several algorithms produce fast halftones, but printer manufacturers desire higher-quality halftones. We will review some of the fastest methods as well as a slower method called Direct Binary Search (DBS). While DBS produces higher-quality halftones, its cost is too high. The purpose of this paper is to present improvements to DBS that preserve most of the quality of its halftones but with a number of operations currently deemed acceptable. A pixel nyomtatási megfelelője a változó számú képpont-csoportból álló cella. A cella pontkiosztó módszereit diterálásnak (dither, dithering*) vagy általánosabb értelemben féltónus (halftone) eljárásnak nevezik. A többszínű nyomtatás egymásra nyomott CMYK színű cellákkal történik. Minél több pontból áll a cella, annál több az árnyalatok száma. A felbontás térben és a felbontás mélységben (szín- illetve árnyalatszám) egymás rovására növelhető. * Dither, angol, reszketés.

18 Rézmetszés Rézmetszés Rézkarc
A rézmetszet a legrégibb mélynyomású sokszorosító eljárás. A rajzot a rézmetsző gomba nyelű véső segítségével vési (metszi) a sima rézlemezbe. Rézkarc A rézlemezt aszfaltréteg borítja, a különböző vastagságú tűkkel karcolt lemezt savba merítik, amely kimélyíti a vonalakat. A folyamatot többször megszakítva, az aszfaltba mártott ecsettel lefedett vonalak vékonyak maradnak. Abraham von Werdt: Nyomda

19 Mezzotinto Mezzotinto Feltaláló: L. Von Siegen, 1642.
A rézlemez nyomófelületet fogazott késsel (himbavassal) érdessé teszik. Az ilyen lemezről készült nyomat bársonyfekete lesz. Íves kést használva hántolással csökkentik a barázdák mélységét, s a különböző fedettségű festékpontokkal különböző árnyalatú kép állítható elő.

20 Rácsrabontás Rácsrabontás (Halftone, Screen)
magas és ofszet-nyomtatásnál, valamint szitanyomásnál alkalmazott eljárás, amely a nyomólemezt optikai rácson át történő fénykép felvétel segítségével állítja elő. Feltalálók: Fox Talbot: az optikai rács keretre feszített rosta (Screen), 1852. Louis és Max Levy: az optikai rács elforgatva összeragasztott maratással vonalozott üveglemezek, 1867. M. Hepher: az optikai rács fényképészeti film, Elv: szín- és árnyalatfokozatok változó méretű képpontokkal. Többszín-nyomásnál elforgatott rácsokkal irányított sűrűsödés (irányított moaré): rozetta. Nyomdai felbontás mértékegysége az alkalmazott optikai rácssűrűség alapján: lines/inch (lpi), vonal/cm. Powery et all.: Reproducing Color Images as Duotones Powery, 1966

21 Rácsrabontás Magenta 75° Fekete 45° Cián 15° Sárga 0°

22 Küszöb & fehér zaj Küszöb (Thresholding) Fehér zaj (White Noise, 1960)
Elv: kvantálás adott küszöbbel. Pl. n=0.5 vagy n=0.7. Hátránya: lassú átmenetek (alacsony frekvenciák) összeolvadnak, megsemmisülnek. Fehér zaj (White Noise, 1960) Elv: kvantálás előtt zaj jellel kevert kép, majd kvantálás. Pontelhelyezési sorrend: véletlenszerű. A diterálás (dither) szó innen származik. A küszöb módszerhez képest a kvantálási hibák magasabb frekvenciákra tolódnak, de az alacsony frekvenciákon a pontok a továbbra is összetapadnak. További hátránya: a mintázat nem irányítható és nem reprodukálható.

23 Irányított fürtös diterálás
Fürtös pontditerálás (Cluster Dot Dither, ) Pontelhelyezési sorrend: irányított (ordered dither). Elv: a nyomdai rácsrabontáshoz hasonlóan fokozatosan növekvő minta, a növekedés spirális. Előnyei: megbízhatóan nyomtatható, a pontnövekedésre (Dot gain) érzéketlen. Hátránya: a cella látható. Alkalmazási terület: tintasugaras és elektrografikus nyomtatók. (Utóbbiak szórt pontkiosztásra nem is alkalmasak, ui. a toner szemcsék összetapadnak).

24 Irányított fürtös diterálás
63 33 58 57 50 18 40 27 41 28 51 19 59 52 60 34 49 17 26 39 13 3 11 4 12 9 15 2 29 42 44 20 38 25 16 48 5 6 8 1 14 10 7 21 45 43 30 56 55 32 62 24 37 23 47 22 46 31 36 35 61 53 54 64 94 69 70 77 109 87 100 86 99 76 108 68 75 67 93 78 110 101 88 114 124 116 123 115 118 112 125 98 85 83 107 89 102 111 79 122 121 127 119 126 113 117 120 106 82 84 97 71 72 95 65 103 90 104 80 105 81 96 91 92 66 74 73 13 4 5 8 11 3 6 12 2 1 7 15 9 10 14 18 27 26 23 20 28 31 25 19 29 30 24 16 22 21 17 13 11 12 15 4 3 2 9 5 1 10 8 6 7 14 Fürtös diterálás irányított pontelhelyezési sorrenddel.

25 Nyomtató / nyomdagép felbontás ahol l = lpi, d = dpi, a = cellaméret.
Szupercella Szupercella, makrócella több alcellát tartalmaz, amelyekben a pontok száma párhuzamosan emelkedik. Rendeltetése: - a cella láthatóságának csökkentése, - pontrács elforgatása, az irányszög beállítása. Felbontás - címezhetőség: Pixel/inch (ppi) Lines/inch (lpi), vonal/cm Dot/inch (dpi), pont/cm Felbontás: 35 lpi - képernyő (21’/1600x1200) 85 lpi - újság 133 lpi - ofszet nyomat 150 lpi - ofszet krétázott lpi - fényes magazin 12500 lpi film, fénykép (diffrakciós küszöb max.) Nyomtató / nyomdagép felbontás l a d / 2 a l = ahol l = lpi, d = dpi, a = cellaméret. Példa: d = 1200 dpi-s számítógépes nyomtató 8x8-as klasszikus cellával 106 lpi felbontású nyomdai nyomatnak felel meg. l = 8 (2/1200)1/2

26 Irányított szórt diterálás – 3/1.
Szórt diterálás (Bayer dither, 1973) Pontelhelyezési sorrend: irányított (ordered dither). Elv: a következő képpont hozzávetőlegesen egyenlő távolságra kerüljön a szomszédos képpontoktól. Előnye: a cella kevésbé látható. A jellegzetes mintázatok láthatósága a cella elforgatásával csökkenthető. Lásd a következő utáni diát. Alkalmazási terület: tintasugaras nyomtatók. ú û ù ê ë é = + 5 13 7 15 9 1 11 3 6 14 4 12 10 2 8 D / n Fejlesztései: adaptív fürtös (Ulichney), elforgatott cella (Mitsa-Parker).

27 Irányított szórt diterálás – 3/2.
12 3 15 8 4 11 7 2 14 1 13 10 6 9 5

28 Irányított szórt diterálás – 3/3.
16 db kiscellára osztott 128 szintes 45°-os mikrófürtös féltónus cella Bayer diterálással Kang: Color Technology for Electronic Imaging Devices, SPIE, 1996.

29 Véletlenszerű diterálás
Az emberi szem kevésbé érzékeny… a rendezetlen mintákra mint az ismétlődőkre; a magas frekvenciájú mintázatokra (zajokra) mint az alacsonyakra. Zaj típusok: ● fehér zaj (minden frek.) ● lila zaj (alacsony frek.) ● kék zaj (magas frek.) Véletlenszerű diterálás előnyei: nincs látható mintázat, a többszín-nyomás moaré mentes, (a cella elforgatásnak nincs szög vagy frekvencia kötöttsége). Hátránya: a kép zajos, szemcsés. Alkalmazási terület: nagy felbontású tintasugaras nyomtatók, imagesetter-ek, nyomdai proof-készítők. Új terminológia: ● AM - amplitúdó modulált diterálás: a képpontok közötti távolság állandó. A mintázat mindenképpen irányított, lehet fürtös vagy szórt. ● FM – frekvencia modulált diterálás: a képpontok közötti távolság változó. A mintázat szórt, a szórás lehet ● lokális (cellán belüli), vagy ● szomszédos (hibaterítéses). Árnyalat előállítás típusai Analóg (nyomdagép) Bináris (sz. nyomtató) Amplitúdó modulált (AM) Frekvencia modulált (FM) Rendezett (irányított) Véletlenszerű

30 Hiány és fürt diterálás 2/1.
Hiány és fürt (Void and Cluster, 1993) Pontelhelyezési sorrend: véletlenszerű. Elv: a cella pontjainak egyenletes, de nem szabályos terítésével a zaj a magas frekvenciákra tolódik (kék zaj). Az átrendezés iteratív: minden iterációval a „legfürtösebb” képpont a legnagyobb hiány közepébe kerül, így a pontok fokozatosan hozzávetőlegesen egyenlő távolságra kerülnek egymástól. Lásd a következő diát. Alkalmazási terület: tintasugaras és e-grafikus nyomtatók. Diterálás 32x32-es hiány és fürt cellával. Ulichney, 1993.

31 Hiány és fürt diterálás 2/2.
A legszűkebb fürt helye A legszűkebb fürt új helye A legnagyobb hiány helye A legnagyobb hiány új helye 16x16-os cella első két iterációja. A kiinduló helyzet (baloldali ábra) véletlenszerűen generálódott. 4 periódusával szemléltetett cella a kiinduló és a relaxált mintázattal. A cella ismétlődése alig érzékelhető.

32 Hibaterítés (Error Diffusion)
Floyd-Steinberg, 1973 Pontelhelyezési sorrend hibaterítő képlet szerint. A hiba 3/16-a kerül balra-le, 5/16-a le, 1/16-a jobbra le, és 7/16 jobbra. (Hiba = ± eltérés a kvantálási küszöbérték és a tényleges pixelérték között.) Elv: kvantálás, majd a kvantálási hiba szétterítése a szomszédos pixelekre. Ahogy a hibaterítő ablak halad előre, a hibák összegződnek. Hátránya: pontok kígyózó pontsorokat alkotnak, „férgesednek”. Újabb változatok: Stucki, Jarvis stb. 5/16 1/16 3/16 7/16 5/16 1/16 3/16 7/16 7/16 5/16 1/16 3/16 7/16 3/16 5/16 1/16

33 CMY rendszerek Művészi diterálás

34 Diterálás művészete Baqai, 2005
Farhan A. Baqai, Je-Ho Lee, A. Ufuk Agar, and Jan P. Allebach: Digital Color Halftoning [Problems, algorithms, and recent trends] IEEE SIGNAL PROCESSING MAGAZINE [87] JANUARY 2005 Georges Seurat, Tengeri tájkép Port-en-Bessin-nél, Normandia, 1888

35 Művészi diterálás Chuck Close (1940-): Önarckép, 1997,
olaj vásznon, 2.60 x 2.10 m. Chuck Close: Alex Katz

36 Művészi diterálás

37 Előre a múltba Ostromoukhov: Digital Facial Engraving, 1999.
Egymásra rétegzett parametrikus rácsok Morfolt parametrikus rács Ostromoukhov: Digital Facial Engraving, 1999.

38 Előre a múltba Winkenbach & Salesin, 1994
Számítógéppel generált tollrajz: a tollhegy szélességét, a nyomóerőt, a kéz remegését és a vonalak irányát a térbeli geometria, megvilágítás és anyagtulajdonságok határozzák meg. Forrás: &dl=acm&coll=&CFID= &CFTOKEN= Jelölő textúra. Felső kép: textúra elhelyezés minden felületen. Alsó kép: irányított textúra elhelyezés a baloldali képen megadott élek mentén.

39 Előre a múltba Fény irányától függő körvonal csökkentés és árnyékolás
Textúra különböző felbontású változatai A vonalvastagság a fa erezeténél állandó, a deszka-éleknél változó. A vonalak hullámzása is állítható: lásd az erezetet a bal- és a jobboldali ábrán Árnyékolás és textúrák együtt

40 Előre a múltba Kaplan, Gooch & Cohen, 2000
Térbeli információk alapján generált textúrák

41 Előre a múltba Praun, Hoppe, Webb, Finkelstein, 2001
Térbeli információk alapján generált vonalrajz

42 Előre a múltba Szerző: Doug DeCarlo

43 CMY rendszerek Melléklet Nyomtatók

44 Számítógéppel vezérelt nyomtatók
Nyomdagépek Előre elkészített nyomólemezzel Nyomtatók Képpontonként vezérelve Irodai-otthoni - Próbanyomat Proofer Poszter Large size, wide format Tintasugaras Inkjet Szublimációs DyeSub Fotógrafikus Pictographic Hőtranszfer Thermal Transfer Elektrografikus Xerox Hi Touch IT Fuji Fargo Xerox Fargo Indigo Kodak Approval Folyamatos CIJ Igény szerint DOD Iris Buborékos TIJ Piezoelektromos Indirekt Scitex (Hp) HP Epson Xerox (Tektronix) Canon Xaar Siemens

45 Elektrografikus nyomtatás
Nyomtató elnevezések: elektrografikus, lézer, xerografikus, xerox (görög, jelentése száraz). Működési elv: 1. Nagyfeszültségű korona kisüléssel elektrosztatikusan feltöltött szigetelő felület (anyaga szelén v. fotófélvezető) fény hatására vezetővé válik, a töltését elveszti, s ezáltal elektrosztatikus töltésminta un. latens kép keletkezik. Fényforrás: lézer vagy LED. A fénykibocsátás időtartamának változtatásával a képpontok mérete néhány lépcsőben változtatható (Pulse-width Modulation). 2. Az árnyékban marad részekre por állagú festék, un. toner tapad, amelyet azután a negatív töltésű átadó henger áthúz a papírra. 3. A kép rögzítése hővel történik, a toner hőre lágyuló műgyantát is tartalmaz. Hátránya: a képpont elhelyezés pontatlan, mert a festékszemcsék hajlamosak az összetapadásra. Lézer vagy LED Toner Korona Dob Tisztító kés Előhívó henger Feltaláló: Chester F. Carlson, 1938. Papír Hőnyomó henger Átadó henger Hasonló elven működő modellek: Indigo: a toner folyékony. Imagesetter, Platesetter: a festékhordozó fényérzékeny papír vagy film.

46 Elektrografikus nyomtatás
Xerox nyomtató, 1958

47 Folyamatos tintasugaras nyomtatás
Nyomtató elnevezések: Continuous Inkjet, CIJ. Működési elv: Piezoelektromos elven működő cseppgenerátor különböző nagyságú tintacseppeket porlaszt folyamatosan. Az elektrosztatizált cseppek irányát magas frekvenciájú deflektor szabályozza. A felesleget az elvezető csatorna újrafelhasználásra összegyűjti. Előnye: a tintasugár nagy sebességű (~50 m/s), a nyomtatás nem igényel egyenletes felületet. Alkalmazási terület: nagy méret, kis példányszám, egyenetlen felületű hordozó, (textil, szőnyeg, csomagolóanyag stb.) Első generációs színhelyes művészi nyomat (Iris print, Giclee) Cseppgenerátor Mf deflektor Papír Adat Elektrosztatizáló Tintaelvezető Feltaláló: William Thomson, Első gyártó: Siemens, 1951. Cseppgenerátor Mf deflektor Papír Adat Elektrosztatizáló Tintaelvezető

48 Buborékos tintasugaras nyomtatás
Nyomtató elnevezések: Drop on Demand Inkjet, DOD, Thermal Inkjet, TIJ, Bubble Jet. Működési elv: 1. Vezérlőjel hatására a fűtőelem (tk. elektromos ellenállás) kb. 300 ºC hőmérsékletre melegíti fel a vizes bázisú tintát, melynek egy része hirtelen elpárologva buborékot hoz létre. A buborék által keltett lökéshullám a tintát a mikrófúvóka nyílásán 700 km/h sebességgel kilövelli. 2. A jel szünetében a buborék összeesik és az így keletkező vákuum beszívja a következő jel érkeztekor felhasználandó tintát. Előnye: nincs mozgó alkatrész. Hátránya: az integrált áramkörökhöz hasonlóan kialakított nyomtatófej a hőhatás következtében gyorsan elhasználódik, - a felfűtött ellenállás hőmérséklete a napnál magasabb. Ezért a cserélhető tintapatron magába foglalja a nyomtatófejet is. A tinta viszkozitását, színező képességét, tartósságát befolyásolja, hogy hőállónak kell lennie. Jelenleg: 1200 dpi = 6144 fúvóka / 4 patron, nyílás Ø=10μ, tintacsepp 1 pikoliter. t >5μs t ~10μs t ~20μs Fűtőelem Szabadalom: Canon 1977, HP 1979. A buborék által keltett lökéshullám a tintát - a fűtőelemekkel szemben (HP) vagy oldalt (Canon) található - mikrófúvóka nyílásán 700 km/h sebességgel kilövelli. A buborék képződés elvén alapuló nyomtatás lelke tintacsatorna öbleiben elhelyezkedő fűtőelemek, tulajdonképpen elektromos ellenállások, amelyeknek az áramellátását közvetlenül a nyomtató központi egysége vezérli.

49 Piezoelektromos tintasugaras nyomtatás
Elnevezések: Piezoelectric inkjet, PZT* inkjet. Működési elv: Alapja a piezoelektromos hatás (Pierre & Jacques Curie, 1880): egyes kerámia kristályok elektromos impulzus hatására megváltoztatják alakjukat, kitágulnak, meghajolnak vagy eltorzulnak, és megfordítva: nyomás hatására elektromos feszültséget hoznak létre. Piézein görög, jelentése nyomni. Technológiai változatok: Hajlító mód: a tintát közbeiktatott diafragma által keltett lökéshullám préseli ki a fúvókán (Epson). Préselő mód: a piezokerámia csatorna alakú (Xaar). Előnyei: hosszú élettartamú nyomtatófej, a tintának nem kell hőállónak lennie, így a viszkozitása, színtartóssága jobb mint a TIJ tintáké. Hátránya: a tintaellátó vezeték. * Lead-Zirconium-Titanate, ólom-cirkónium- titánium szennyezéses kerámia kristály. Diafragma Mikrófúvóka Nyomáskamra Piezokerámia Beszívó nyílás Csőcsatlakozás Szabadalom: C.W. Hansell, 1929. A piezoelektromos nyomtatók tintacsatornáiban erre alkalmas kerámiadarabkák nyomják ki a tintát az elektromos impulzus hatására. A fejek élettartama itt nagyon magas, hiszen az alkatrészek nincsenek gyors és nagy hőmérsékletváltozásoknak kitéve.

50 Tintasugaras nyomtatás

51 Indirekt viasztinta-sugaras nyomtatás
Működési elv: 1. A tisztítóegység a visszamaradó tinta eltávolítása után vékony szilikon-olajréteget visz fel a nyomóhengerre. 2. A nyomtatófej olvasztott tinta-cseppeket lövell a nyomóhengerre. A fűtött hengeren a a tinta alakítható de dermedt állapotba kerül. 3. Az előfűtött papír nyomás hatására a képet átveszi a nyomóhengerről. A B C D E F G H I J K L M A. Kezelőpanel B. Papírtálca C. Fűtött festékátadó alumínium nyomóhenger (65 °C) D. Tintasugaras nyomtatófej (135 °C) E. Papírvezető és papírfordító F. Papír előfűtő G. Tinta utántöltő H. Tintaolvasztó tartály helye I. Elektromos egység J. Olvasztott tinta tároló K. Cserélhető nyomóhenger tisztítóegység szilikonolaj tartállyal L. Hulladék tinta tároló M. Szorítóhenger Xerox (korábban Tektronix) Phaser nyomtató Képpont lézernyomtatóval Képpont viasztinta nyomtatóval

52 Transzfer hőnyomtatás
Nyomtató elnevezések: Thermal Transfer, Thermal Wax. Működési elv: Donor: hőre olvadó viaszfestékekkel sávosan burkolt szalag. Papír mikroporózus felső réteggel. Nyomtatófej lineáris elrendezésű fűthető félvezető ellenállás (300 dpi). Felfűtött félvezető ellenállás felolvasztja a festéket, amely a donorról átkerül a papírra. Bináris (állandó pontméret) vagy többszintű nyomtatás (változtatható pontméret). Diffúziós / szublimációs hőnyomtatás Nyomtató elnevezések: Dye Diffusion Thermal Transfer, D2T2, Thermal Dye Sub. Működési elv: Szublimáció: átalakulás szilárd halmazállapotból közvetlenül gáz halmazállapotba. A gáz halmazállapotú festéket a speciális papír abszorbeálja, ezért a festékek a papíron összeolvadnak. Változtatható hőmérsékletű hőelemek (256 fokozat), - folyamatos színátmenetek. Kellék: UV sugárzás és ujjlenyomat elleni kontakt fólia. Nyomtatófej Papír

53 Fotógrafikus nyomtatás
Nyomtató elnevezések: Silver Halide Thermal Dye Transfer, Pictrography print, Pictro-print. Kellékek: donor - háromrétegű papír, fogadó papír - fényes/matt, előhívó - víz. Működési elv: 1. Lézerdiódás fényexpozíció. 2. Nedvesítéssel elindított hagyományos fotográfiai ezüst halogenid (haloid) katalizátorral történő előhívás. 3. Festékátadás és rögzítés hevítéssel. Fogadó papír Víz LED Donor fotópapír Kész kép Fűtés Látens kép Szabadalom: Fuji, Hisashi Okada, Toshiyuki Nabeta, 1996.

54 © Batta Imre, 2010