1

Elemente de grafică computațională

(note de curs)

1 Sisteme grafice

1.1 Clasificare, aplicații, standarde

În general, prin sistem grafic se înțelege un ansamblu format din echipamente și programe,

specializate în tratarea și reprezentarea grafică a informației. Echipamentele pot fi părți ale unui

calculator, terminale cuplate la un calculator, stații grafice, imprimante, plottere. Un sistem grafic care

permite interacțiunea cu utilizatorul prin echipamente specializate (mouse, tabletă grafică, joy-stick)

se numește sistem grafic interactiv.

Sistemele grafice pot fi clasificate după scopul prelucrărilor pe care le efectuează. Din acest

punct de vedere se face distincție între:

- sisteme de sinteză a imaginilor

- sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor

Secvența de prelucrări efectuate într-un sistem de sinteză a imaginilor poate fi reprezentată

schematic ca în figura Figura 1-1.

Figura 1-1 Sistem de sinteză a imaginilor

Modelul imaginii este o listă de primitive grafice ca: linia, cercul, poligonul, textul și altele. Ele

sunt însoțite de atribute cum ar fi: culoarea, tipul și lățimea liniei, etc. Într-un sistem grafic 3D primitive

pot fi și diferite tipuri de suprafețe și obiecte. Algoritmii de sinteză codifică fiecare primitivă într-o

formă acceptată de unitatea de afișare a sistemului grafic. Modelul imaginii poate rezulta din calcule

specifice aplicației (de exemplu, reprezentarea grafică a unei funcții) sau poate fi editat de utilizator

prin intermediul programului de aplicație (de exemplu, schița unei piese, a unei case, etc.). Utilizatorul

poate solicita diferite transformări asupra obiectelor redate în imagine sau asupra imaginii în

ansamblu.

Programele de aplicație sunt specializate în diferite ramuri de activitate: proiectarea asistată

de calculator în electronică (de exemplu, programul ORCAD), în mecanică (de exemplu, programul

2

AUTOCAD) și în arhitectură, cartografie, birotică, în gestiune economică, tipografie electronică,

producție de filme, învățământ asistat de calculator în domeniul fizicii, chimiei, biologiei, etc.

Sistemele de prelucrare și de analiză a imaginilor își extrag datele de intrare din imagini

furnizate într-o formă discretă (numerică), în care fiecare punct al imaginii este reprezentat printr-o

valoare numerică ce corespunde culorii sau nuanței de gri a punctului. Punctul de plecare poate fi o

fotografie sau o imagine din lumea reală, codificate de către un scanner, respectiv de o cameră de luat

vederi.

Sistemele de preluare a imaginilor au ca scop ameliorarea imaginilor sub aspectul perceperii

lor de către om (figura Figura 1-2) prin: modificarea culorilor, îmbunătățirea contrastului, redarea

selectivă a diferitelor părți din imagine și altele. Principalele aplicații ale sistemelor de prelucrare a

imaginilor sunt de exemplu în biologie, pentru studiul microorganismelor, și în medicină, pentru

examinarea organelor interne ale corpului uman, folosindu-se imagini obținute cu raze X, radiație

gamma, ultrasunete sau rezonanță magnetică.

Figura 1-2 Sistem de prelucrare a imaginilor

Analiza imaginilor are ca scop identificarea obiectelor reprezentate în imaginile codificate

numeric (figura Figura 1-3). Sistemele de analiză a imaginilor se folosesc în aplicații de recunoaștere a

formelor, de exemplu pentru identificarea obiectelor înregistrate de camera de luat vederi montată

pe brațul unui robot, pentru analiza reliefului și a resurselor naturale folosindu-se fotografii aeriene,

etc.

3

Figura 1-3 Sistem de analiză a imaginilor

Figura 1-4 Vizualizarea volumelor

Un domeniu nou este acela al vizualizării volumelor, pornind de la seturi de date volumetrice

(figura Figura 1-4). O dată volumetrică este reprezentată printr-un voxel (element de volum). Un set

de date volumetrice este o grilă de voxeli. De regulă voxelii dintr-un set au aceeași formă (cubică,

paralelipipedică, hexaedrică), dar există și aplicații care generează seturi de voxeli de forme diferite.

Forma voxelilor este determinată de tehnologia sau metodologia de achiziție a datelor

volumetrice. Astfel, datele volumetrice pot fi:

- date obținute prin eșantionarea unui obiect sau fenomen real;

- date empirice, obținute pe baza unui model matematic.

4

Principalul domeniu care furnizează date volumetrice eșantionate este medicina, eșantionarea

fiind efectuată prin raze X cu ajutorul unui tomograf, prin rezonanță magnetică sau ultrasunete. Alte

tipuri de date volumetrice eșantionate sunt cele rezultate din măsurătorile seismice, din inspectarea

materialelor cu ultrasunete și altele.

În prezent sunt multe domenii care furnizează date volumetrice ca rezultat al unor calcule. De

exemplu: studiul dinamicii fluidelor, modelarea climatului, descoperirea de noi materiale și altele.

Metodele de vizualizare a datelor volumetrice permit redarea structurilor interne ale unui

volum și a secțiunilor de orice fel prin volume. Astfel de vizualizări nu sunt posibile dacă volumul este

definit prin frontiera (suprafața) sa, deoarece lipsește informația despre interior; volumele astfel

definite sunt „goale”.

Tehnicile de vizualizare a datelor volumetrice îmbină algoritmii și metodele de vizualizare din

sistemele de sinteză cu diferite metode de prelucrare a imaginilor.

În cadrul cursului ne vom referi la sinteza imaginilor din două puncte de vedere: acela al

programatorului care dezvoltă aplicații folosind un sistem de sinteză și acela al specialistului care

creează sisteme de sinteză a imaginilor.

Programele din componența unui sistem grafic de sinteză sunt în general structurate pe două

nivele (figura Figura 1-5):

- nivelul dependent de echipamente, format din programele „driver”

- nivelul independent de echipamente, realizat ca o bibliotecă de subprograme apelabile din

programele de aplicație, pe care o vom numi bibliotecă grafică.

Figura 1-5 Programele ce compun un sistem grafic

Există câte un program driver pentru fiecare tip de echipament prezent în configurația

sistemului grafic. Pentru ca programele de aplicație să fie independente de echipamente este necesar

ca subprogramele bibliotecii grafice să fie independente de echipamente. Aceasta înseamnă, de

exemplu, că subprogramul de trasare a unei linii poate fi apelat pentru a afișa o linie la un dispozitiv cu

ecran, la o imprimantă sau la un plotter. Cerința independenței față de echipamente este legată de

durata de viață a programelor de aplicație. Un program trebuie să poată fi folosit cu o gamă cât mai

variată de echipamente, inexistente sau neprevăzute în momentul creării sale.

Este necesar ca subprogramele bibliotecii grafice să fie apelabile din programe scrise într-un

limbaj de nivel înalt: C, C++, Java, Pascal, Ada, Basic, Python. De aceea un sistem grafic poate cuprinde

biblioteci pentru mai multe limbaje de programare. Unele biblioteci grafice oferă numai funcții de nivel

coborât: astfel sunt bibliotecile grafice din mediile Turbo Pascal, Borland C, Borland C++ pentru DOS.

5

Existența mai multor biblioteci grafice, diferențiate prin funcțiile pe care le oferă, este

dăunătoare pentru portabilitatea programelor de aplicație. De aceea, de-a lungul anilor s-au făcut

eforturi de standardizare a funcțiilor sistemelor grafice de sinteză. Obiectivele urmărite prin

standardizare au fost:

Portabilitatea programelor, cu două aspecte:

o independență față de sistemul de calcul și de sistemul grafic folosit;

o independență față de echipamente.

Portabilitatea informației grafice, adică posibilitatea transferului descrierilor de imagini

între sisteme grafice diferite.

Posibilitatea stocării pe termen lung a informației grafice

Uniformitatea instruirii în domeniul proiectării și utilizării sistemelor grafice, asigurarea

unui vocabular unic de termeni și concepte

Primul standard internațional în domeniul sistemelor de sinteză a imaginilor, adoptat în 1985

atât de către ISO (International Standards Organisation) cât și de către ANSI (American National

Standarde Institute), a fost G.K.S. (Graphical Kernel System). El definește un set complet de funcții de

afișare 2D independente de echipamente, funcții de segmentare (grupare a primitivelor grafice), de

transformare, de control al stațiilor de lucru și de interacțiune.

Standardul are două părți:

l - Specificația funcțiilor sistemului grafic, într-o manieră independentă de limbaj;

ll - interfețe pentru diferite limbaje de nivel înalt (Fortran, Pascal, C, Ada), adică denumirile

subprogramelor prin care sunt implementate funcțiile sistemului, parametrii fiecărui subprogram și

erorile de semnalat.

Ulterior a fost adoptată o extensie a standardului GKS pentru sinteza imaginilor care redau

obiecte tridimensionale, numită GKS-3D. Standardul PHIGS (Programmer's Hierarchical Interactive

Graphics System) a permis modelarea structurilor ierarhice și a moștenit facilitățile oferite de GKS-3D.

Apărut la începutul anilor 1980 a fost folosit până la începutul anilor 1990, după care s-a impus

standardul OpenGL.

1.2 Echipamente și arhitecturi ale sistemelor grafice

În acest paragraf vor fi prezentate elementele constructive care compun sistemele grafice, și

anume tipurile de echipamente de ieșire și de intrare cu anumite criterii de performanță și diverse

tehnologii.

Echipamentele de ieșire grafică sunt acele echipamente care prezintă imaginea sintetizată de

sistemul de calcul pe un suport cu caracter permanent (hârtie, film, etc.) sau pe ecranul unui monitor

a cărui structură constructivă necesită reîmprospătarea imaginii.

Echipamentele care păstrează imaginea permanent sunt denumite în literatura de specialitate

cu termenul „hardcopy”, termen împrumutat din limba engleză. În această clasă de echipamente se

încadrează: imprimantele cu ace, înregistratoarele (plotter) cu peniță sau electrostatice, imprimantele

laser, imprimantele cu jet de cerneală, cu transfer termic și fotoînregistratoarele pe peliculă (photo-

plotter). Din categoria dispozitivelor de afișare cu reîmprospătare se vor face referiri în primul rând la

6

monitorul cu afișare pe tub catodic, monocrom sau color și la panourile de afișare cu cristale lichide,

cu plasmă sau electroluminiscente.

Echipamentele sau dispozitivele de intrare grafică asigură sistemului grafic posibilitatea de

interacțiune între utilizator și sistem prin alte mijloace decât clasica tastatură; se poate, deci, vorbi

sisteme grafice interactive.

După prezentarea principalelor tipuri de echipamente, vor fi exemplificate arhitecturi

constructive pentru stații grafice interactive, încadrate și ele în clasa sistemelor grafice interactive.

1.2.1 Echipamente cu imprimare permanentă

Înainte de a se face o descriere pe scurt a câteva din aceste tipuri de echipamente, se vor defini

noțiunile care caracterizează calitatea imaginii obținute pe suportul de ieșire. Aceste noțiuni vor fi

regăsite, eventual cu denumirea puțin schimbată, și în cazul echipamentelor cu caracter nepermanent

al imaginii.

Dimensiunea punctului reprezintă diametrul unui punct singular generat de echipamentul de

ieșire. Pentru afișarea pe tub catodic se va utiliza și conceptul de dimensiune a spotului sau a

fascicolului. Forma punctului sau a fascicolului este în general circulară, deși anumite echipamente pot

fi astfel construite încât forma punctului este dreptunghiulară.

Adresabilitatea reprezintă numărul de puncte individuale pe care le poate crea echipamentul

pe unitatea de lungime. În general, în literatură, adresabilitatea este definită ca număr de puncte

(pixeli) per inch. Adresabilitatea axei X este inversa distanței dintre centrele a două puncte vecine

(adiacente) aflate pe aceeași linie orizontală. În mod similar se definește adresabilitatea axei Y. Trebuie

menționat că nu întotdeauna adresabilitatea are aceeași valoare pe ambele axe.

Cele două concepte definite mai sus permit evaluarea calității imaginii, referitor la modul în

care echipamentul trasează o curbă formată din puncte individuale. Figura Figura 1-6 ilustrează modul

în care se corelează dimensiunea punctului cu adresabilitatea. În figura Figura 1-6a distanța dintre

puncte este egală cu dimensiunea punctului, iar în figura Figura 1-6b distanța este egală cu jumătate

din dimensiunea punctului. Punctele din prima figură sunt bine delimitate, dar aspectul liniei lasă de

dorit, în timp ce în figura Figura 1-6b senzația de asperitate a liniei este mult diminuată datorită

întrepătrunderii cercurilor, efect obținut prin reducerea distanței dintre centre. Deoarece

adresabilitatea este în general un element restrictiv pentru echipament, trebuie realizat un echilibru

între reprezentarea detaliilor de finețe, care solicită o dimensiune cât mai mică a punctului, și

eliminarea asperităților, care necesită o dimensiune cât mai mare a punctului.

Rezoluția este o noțiune corelată cu dimensiunea punctului, iar valoarea ei maximă este egală

cu valoarea adresabilității. Rezoluția se definește ca spațierea minimă între șiruri de linii negre

alternate cu linii albe, care pot fi decelate de observator. De exemplu dacă pe un centimetru pot fi

decelate 20 de perechi intercalate de linii albe și negre, spunem că rezoluția este de 40 linii pe

centimetru (sau 20 linii perechi/cm).

7

Figura 1-6 Evaluarea calității prin corelarea dimensiunii punctului cu adresabilitatea

Rezoluția depinde mult de modul în care se atenuează culoarea (intensitatea) punctului sau

spotului de la centru către circumferința cercului de delimitare. În figura Figura 1-7 este reprezentată

variația axială a energiei luminoase pentru un punct și mai multe puncte adiacente lui. În figura Figura

1-7a este reprezentată secțiunea distribuției energiei într-un spot cu atenuare abruptă. Rezoluția

realizată de acest spot este evident mai bună decât rezoluția spotului din figura Figura 1-7b, în care

distribuția energetică are un gradient de atenuare mai mic.

Figura 1-7 Atenuarea culorii punctului de la centru către circumferință

1.2.2 Tehnologii pentru imprimare permanentă

Imprimantele matriciale cu ace folosesc un cap cu un număr de 7 până la 24 de ace. Acele sunt

piese metalice subțiri care pot fi împinse individual cu o anumită forță, lovind banda cu tuș care

imprimă amprenta acului pe foaia de hârtie. Capul este deplasat pe orizontală cu ajutorul unui motor

pas cu pas pe segmentul dintre centrele a două puncte. La fiecare deplasare, pe foaia din imprimantă

sunt împinse acele care corespund desenului ce urmează a se tipări. După ce capul a efectuat o cursă

completă fie de la stânga la dreapta, fie de la dreapta la stânga, hârtia este deplasată pe direcție

verticală și imprimanta trece la scrierea următorului rând. Imprimantele matriciale cel mai des folosite

sunt cele cu 9 sau 24 de ace.

Imprimantele matriciale pot folosi bandă cu tuș colorat. Culorile combinate se obțin cel mai

des prin supraimprimare în mai multe treceri. Culorile tipice utilizate pentru banda cu tuș sunt cian,

magenta, galben, și negru.

Hârtia poate fi antrenată printr-un sistem cu roată dințată; dinții intră în găurile existente pe

marginile laterale ale hârtiei și un pas al motorului va determina mișcarea verticală. La imprimantele

moderne antrenarea verticală se face și prin fricțiune, hârtia fiind introdusă între doi tamburi de

cauciuc, astfel încât se poate utiliza hârtie normală de format A4 sau A3.

8

Imprimantele matriceale sunt definite de viteza de imprimare, exprimată în caractere pe

secundă (cps). Aceasta poate varia între 50 și 500 cps.

Imprimatoare (plottere) cu peniță. Imprimatorul este denumit adesea masă de desen, fiind

alcătuit dintr-o masă orizontală pe care este fixată coala de hârtie pe care se realizează desenul. Pe

două părți laterale opuse ale mesei se află două ghidaje între care este fixat un mecanism numit

cărucior. Căruciorul este antrenat pas cu pas printr-un sistem de conversie mecanică de către un

motor, care asigură deplasarea căruciorului în lungul ghidajelor. Pe cărucior este fixat un sistem care

poate culisa în lungul acestuia, deci pe direcție perpendiculară pe ghidaje. Acest mecanism susține

„stiloul” căruia îi poate imprima o mișcare pe direcție verticală. Așadar, „stiloul" are trei grade de

libertate de mișcare. În momentul în care se realizează desenul, căruciorul și mecanismul de pe el se

află în poziția de început, este coborât „stiloul” pe hârtie și se începe deplasarea pe traiectoria dorită,

obținută prin compunerea mișcărilor căruciorului și ale mecanismului port-stilou. Echipamentele de

acest tip sunt controlate intern de procesoare grafice proprii care recunosc conceptul de primitivă

grafică de tip: linie, polilinie, arc de cerc, text, etc. Plotterele de acest tip au stilou cu cerneală neagră,

dar variante mai sofisticate posedă stilouri cu diverse culori, putând astfel realiza imagini colorate. În

anumite cazuri „stiloul” este de fapt o sursă de lumină, iar suportul de imprimare este pelicula

fotografică, echipamentul fiind denumit photo-plotter.

Plottere cu tambur. La acest tip de plotter hârtia este înfășurată pe un tambur, iar dispozitivul

purtător al peniței poate efectua o mișcare de translație de-a lungul generatoarei cilindrului. Această

mișcare de translație este compusă cu mișcarea de rotație a tamburului, oferind cele două grade de

libertate pentru axele X și Y. Penița poate fi ridicată sau coborâtă efectuând astfel fie o deplasare prin

aer, fie imprimarea desenului.

Avantajul acestui tip de înregistrator este că lungimea desenului depinde de cantitatea de

hârtie înfășurată pe tambur, nu de mărimea aparatului, care poate fi redusă.

Plotter electrostatic. Plotterul electrostatic utilizează proprietatea de electrizare a hârtiei. El

este alcătuit dintr-un sistem liniar de electrozi în formă de pieptene, plasat pe direcția rândului hârtiei.

Densitatea de electrozi poate fi de 25-100 contacte/cm. Fiecare electrod poate electriza cu o sarcină

negativă punctele succesive ale coloanei pe care este amplasat (figura Figura 1-8). Distribuția sarcinii

electrice se realizează simultan pe un întreg rând și corespunde pozitivului imaginii corespunzătoare

acelui rând.

Figura 1-8 Structura unui plotter electrostatic

În urma deplasării colii de hârtie, rândul electrizat ajunge în dreptul unui sistem de alimentare

cu cerneală (toner). Cerneala este încărcată cu sarcină pozitivă, astfel încât particulele sale vor fi atrase

de punctele electrizate cu sarcină negativă de pe rând. Viteza de deplasare a hârtiei poate atinge 2,5

cm/s; deci productivitatea unui astfel de plotter este mare.

9

Există și plotter electrostatic color, construit în două variante: cu treceri multiple, care întoarce

coala de hârtie cu mare precizie pe poziția de început și aplică cerneală de diverse culori în mai multe

treceri; și cu o singură trecere, cu un sistem multiplu de electrozi și de rezervoare cu cerneală colorată.

Imprimantele laser folosesc același principiu utilizat de plotterul electrostatic, dar realizarea

tehnologică este diferită. În alcătuirea imprimantei laser se află un cilindru de seleniu încărcat cu

sarcină pozitivă. Acest cilindru se rotește și fiecare generatoare scrie un rând al colii de hârtie.

Modul de lucru este următorul: în timpul rotației cilindrului, o rază laser parcurge fiecare

generatoare. Prin modularea intensității razei laser cilindrul va descărca de sarcină electrică acele

puncte ce urmează a rămâne necolorate de pe rândul de puncte care se tipărește.

Fiecare generatoare electrizată cu desenul rândului corespunzător trece prin dreptul unui

rezervor de toner, electrizat negativ, iar punctele rămase încărcate cu sarcină atrag particule fine de

toner. În final, generatoarea astfel „vopsită” ajunge în contact cu coala de hârtie, care execută o

mișcare de translație cu o viteză egală cu viteza liniară a generatoarei cilindrului. Cilindrul de seleniu

joacă rolul unei ștampila pe care este creat în mod dinamic, rând cu rând, desenul imaginii care va fi

imprimată.

Același principiu al „ștampilei” rotative este utilizat de tipografiile de tip „offset”, care au însă

o productivitate mult mai mare (de exemplu zeci de mii de copii de ziar pe oră).

Figura 1-9 Tehnologia de transmitere a semnalului de imprimare către dispozitivul de imprimare pentru imprimante (a) laser; (b) LED.

Imprimantele cu jet de cerneală au un principiu de funcționare asemănător cu al imprimantei

cu ace, dar capul de imprimare este înlocuit cu un rezervor de cerneală. Rezervorul se mișcă de-a lungul

rândului și cerneala este pulverizată în punctele în care se creează desenul.

Imprimantele color au patru rezervoare de pulverizare cu: cerneală neagră, cyan, magenta și

galbenă.

10

Figura 1-10 Tehnologii de imprimare cu cerneală: (a) imprimare piezoelectrică; (b) imprimare termică.

Imprimante cu transfer termic. Principiul acestui tip de imprimantă este transferul de pigment

colorat pe o bandă de hârtie acoperită cu ceară. Sub stratul de ceară există pigment colorat. Hârtia

cerată joacă rol de ștampilă și vine în contact direct cu coala ce se va tipări. Imprimanta are în alcătuire

un cap de încălzire cu constantă termică foarte mică. Prin încălzire, ceara se topește local și permite

transferul pigmentului de pe banda cerată pe hârtia din imprimantă.

Toate tipurile de imprimante și plottere descrise în acest paragraf folosesc un principiu comun

și anume acela al descompunerii imaginii în „rastru de puncte”.

Imprimantele foarte productive, cum ar fi cele laser sau plotterele electrostatice, beneficiază

un sistem central de procesare, pentru a optimiza transferul de informație între calculator și

echipamentul de ieșire. Imprimantele POSTSCRIPT acceptă o descriere procedurală a imaginii și au

posibilitatea de stocare internă a unei cantități mari de informație.

1.2.3 Dispozitive de afișare cu caracter temporar

În introducerea capitolului 1.2 au fost enumerate variantele constructive ale dispozitivelor de

afișare temporară sau nepermanentă. Caracterul temporar al afișării constă in faptul că imaginea

dispare la un timp după ce a fost generată. Din această cauză, sistemul trebuie să regenereze sau

reîmprospăteze imaginea. Aceste dispozitive de afișare sunt denumite uzual „display”, termen

împrumutat din limba engleză.

În sistemele grafice interactive, dispozitivele de afișare temporară sunt indispensabile,

deoarece imaginile trebuie să poată fi modificate rapid, iar în procesele de simulare imaginile au,

adesea, un caracter dinamic.

Imaginile afișate pe ecranul unui monitor (raster images) folosesc o suprafață dreptunghiulară

de celule luminoase numite pixeli (denumire provenind de la o prescurtare a expresiei „picture

elements”). Aceste imagini se mai numesc și hărți de pixeli. Cel mai simplu exemplu de astfel de

imagine este o suprafață formată din pixeli de culoare albă și neagră (pentru care sunt necesare doar

valorile binare 0 și 1 pentru codificare). Această imagine este numită hartă de biți (bitmap). Prin

extensie, imaginile afișate de calculator în nuanțe de gri vor reprezenta pixelii prin atribuirea unei valori

din intervalul 0-255 (cu alte cuvinte, 256 nuanțe de gri de la negru la alb, reprezentate pe 8 biți). În

practică există mai multe posibilități de codificare a imaginilor colorate. Le vom discuta și exemplifica

în secțiunile următoare. Pixelul este caracterizat de dimensiune și de distanța dintre punctele

11

adiacente. Dimensiunea pixelului este dată de diametrul punctului luminos și depinde de caracteristici

tehnice (fascicolul focalizat al tunului de electroni, calitatea ecranului și a substanțelor

fotoluminiscente folosite). Distanța dintre două puncte luminoase adiacente trebuie să fie mai mică

decât diametrul pixelului.

Evoluția dispozitivelor grafice de afișare nu este la fel de spectaculoasă ca a procesoarelor,

neputând viza miniaturizarea. Cum imaginea se adresează ochiului uman, producătorii sunt obligați să

respecte limitările fiziologice ale acestuia. Cele mai folosite sunt cele având diagonala de 11", 13", 14",

15" (pentru monitoarele de la laptop-uri), 17", 19", 22", 24", 27" (pentru monitoarele de la desktop-

uri), 7", 10" (pentru tablete).

Dispozitivele grafice de afișare (numite și „raster display”) constau dintr-o suprafață bi-

dimensională formată din pixeli. Tehnologic, sunt uzuale două tipuri de dispozitive de afișare: video

display (CRT) și display cu cristale lichide (LCD).

Display-ul video CRT este un ecran cu o peliculă foto-luminiscentă pe bază de fosfor, care

permite fiecărui pixel al său să fie luminos doar când este lovit de un fascicol de electroni. Un pixel

poate, prin urmare, să fie luminos (alb) sau nu (negru). Nivelul de intensitate poate fi modificat pentru

a obține diferite nuanțe de gri. Deoarece pelicula fosforescentă își pierde luminozitatea, imaginea

trebuie rescanată repetat, cu o frecvență de cel puțin 60 ori pe secundă.

Figura 1-11 Structura unui CRT

Frecvența de reîmprospătare reprezintă numărul de regenerări ale imaginii într-o secundă.

Valorile tipice ale acesteia sunt de 50 Hz, 60 Hz, 75 Hz sau chiar 100 Hz. Valoarea limită inferioară este

corelată cu proprietatea fiziologică a ochiului observatorului de a integra impulsul luminos intermitent

sosit de la fiecare punct individual de pe ecran într-o imagine stabilă.

Din conceptele prezentate rezultă că pentru un display CRT trebuie ca fiecare punct al imaginii

să fie lovit de fascicolul electronic la intervale de timp egale cu inversul frecventei de reîmprospătare.

În caz contrar, imaginea este percepută intermitent, manifestându-se fenomen de pâlpâire (flicker).

Afișajul cu cristale lichide (Liquid Crystal Display, LCD) este un dispozitiv care folosește un câmp

electric pentru a modifica polarizarea celulelor cristaline la nivelul fiecărui pixel. Fiecare astfel de celulă

este caracterizată de strălucire: prin schimbarea polarizării pe pixel, se modifică nivelul strălucirii, deci

intensitatea afișării pixelului.

Ecranul este format din 6 straturi plane paralele. Primul strat are proprietatea de polarizare a

luminii pe direcție verticală, al doilea strat conține o depunere metalică sub formă de linii paralele,

independent adresabile, stratul al treilea este stratul de cristale lichide, al patrulea strat are depunere

12

metalică în linii orizontale, al cincilea strat polarizează lumina pe direcție orizontală și ultimul strat este

reflector de lumină.

Proprietatea stratului de cristale lichide este de a roti direcția de polarizare a luminii cu 90°.

Lumina care intră prin stratul frontal este polarizată vertical, rotită cu 90° de stratul de cristale lichide

trece prin stratul de polarizare orizontal, este reflectata și parcurge drumul invers către ochiul

observatorului. Un punct de pe ecran astfel iluminat va fi observat ca un punct alb.

Dacă pe barele metalice de pe straturile metalizate se aplică o diferență de potențial între o

linie și o coloană, moleculele din cristalele lichide pierd proprietatea de polarizare a luminii și punctul

de la această intersecție nu mai reflectă lumina, devenind negru.

Există și alte tipuri de sisteme de afișare cu caracter temporar printre care amintim, fără a le

explica principiile de funcționare: dispozitive de afișare electroluminiscente, panourile cu plasmă,

panourile cu becuri cu incandescență sau cu diode superluminoase.

Toate dispozitivele de afișare prezentate în acest paragraf necesită reîmprospătarea imaginii,

dintr-o memorie tampon, printr-o tehnică de parcurgere ordonată, denumită baleiaj.

Informația privind intensitatea sau culoarea fiecărui pixel este memorată într-un modul

specific al sistemului, denumit memorie grafică, memorie ecran sau memorie rastru. Informația

extrasă din memorie este procesată de către sistemul de afișare și se transformă într-un semnal electric

denumit și semnal video, care se aplică pe grila tubului.

Afișarea la ecran (indiferent de tip) poate fi făcută esențial în două moduri: în regim text și în

regim grafic, sub controlul adaptorului grafic. Adaptoarele grafice reprezintă dispozitivele care permit

unui PC să transmită semnale spre dispozitivele de afișare. Adaptoarele grafice mai sunt numite de

diverși producători: video cards, video boards, video display boards, video controllers, graphics cards

sau graphics adapters (figurile Figura 1-12 și Figura 1-13).

În regim grafic, ecranul este considerat format din pixeli. Fiecare pixel poate fi aprins sau stins

de spotul electronic, independent de ceilalți. Pixelii ecranului sunt puși în corespondență biunivocă cu

biții din memoria video (video buffer), aflată, în general, în blocurile 10 și 11 ale memoriei interne.

Această memorie este controlată, bit cu bit, de un număr de ori pe secundă (min. 60), conținutul 0/1

determinând aprinderea/stingerea pixelului corespunzător. Orice scriere în această zonă de memorie

are efect instantaneu pe ecran.

Rezoluția dispozitivului grafic reprezintă produsul dintre numărul de pixeli pe linie și coloană.

Rezoluția definește dimensiunea (exprimată în pixeli) a dreptunghiului în care imaginea este practic

reprezentată (fereastra de vizualizare).

Raportul aspectual (aspect ratio) reprezintă raportul dintre numărul de puncte pe verticală,

respectiv pe orizontală, necesare pentru a produce linii de lungime egală în ambele direcții ale

ecranului. Spre exemplu, raportul aspectual ¾ indică faptul că o linie verticală compusă din trei pixeli

are aceeași lungime cu linia orizontală de patru pixeli.

În regimul text, ecranul este considerat împărțit în 25 linii de 80 coloane fiecare; în fiecare zonă

fiind afișate diferite caractere grafice (litere, cifre, simboluri etc.). Și în această regiune, ecranul este

pus în corespondență biunivocă cu o parte a memoriei din blocurile 10 și 11, de data aceasta zonele

de ecran fiind asociate cu octeții ce definesc caracterele text.

13

Indiferent de tipul dispozitivului de afișare, pentru ca imaginea să fie afișată, memoria video

(frame buffer) este citită de un dispozitiv hardware, numit placă video (video controller sau adaptor

grafic). Schema din figura Figura 1-12 prezintă o secțiune a configurației unui sistem pentru afișarea

imaginii.

În cazul în care se dorește o creștere a calității și vitezei de afișare în mod grafic, adaptorul

grafic este „înzestrat” cu memorie video suplimentară și cu dispozitive de procesare grafică

(coprocesor grafic), care preiau o mare parte din sarcina de procesare grafică realizată prin software

de unitatea centrală de prelucrare (Central Processing Unit, CPU). Acestea se numesc (figura Figura

1-13) acceleratoare (plăci) grafice (pentru deținătorii de PC).

Figura 1-12 Configurația unui sistem de afișare a imaginii în arhitectura standard

Figura 1-13 Configurația unui sistem de afișare a imaginii în arhitectură cu accelerator grafic

În figura Figura 1-14 este descrisă arhitectura unui accelerator grafic. Astfel de arhitecturi

devin din ce în ce mai complexe, pe măsură ce cresc cerințele de procesare a imaginilor și elementelor

de grafică.

14

Figura 1-14 Arhitectura acceleratorului grafic

Acceleratorul grafic preia, practic, realizarea următoarelor operații:

- transformări (rotații și scalări), apărute în reprezentarea obiectelor în mișcare sau a

modificării poziției observatorului;

- decupaje, ce provin din deplasarea obiectelor în afara ferestrei de vizualizare;

- proiecții, pentru redarea imaginilor folosind transformările prospective;

- texture mapping: colorarea obiectelor și umplerea suprafețelor;

- eliminarea suprafețelor ascunse, prin determinarea acelor obiecte care se proiectează în

același pixel și sunt mai apropiate de observator, pentru a putea fi afișate.

1.2.4 Dispozitive de intrare ale sistemelor grafice

Dispozitivele de intrare permit dialogul cu sistemul grafic, în sensul utilizator-sistem grafic.

Rolul lor este de a asigura mijloace rapide și ușor de manevrat, prin care utilizatorul să poată specifica

sistemului informațiile de tip alfanumeric și grafic necesare programului de aplicații.

15

Tastatura: este cel mai uzual dispozitiv de intrare și primul care a fost atașat sistemelor de

calcul. Prin intermediul acesteia pot fi implementate toate funcțiile de intrare într-un sistem, prin

definirea corespunzătoare, prin program, a fiecărei taste sau grupuri de taste.

Figura 1-15 Dispozitive alternative de introducere a informației multimedia: (a) mouse; (b) track ball; (c) track ball incorporat (sisteme portabile); (d) touch pad.

Mouse: Mouse (figura Figura 1-15a) este un dispozitiv introdus de Xerox Corporation și

răspândit pe desk-top computers de Apple Computer. Este o cutie mică din plastic dotată cu două sau

trei butoane identificate prin L(left), R(right) și/sau M(middle). Butoanele pot fi apăsate independent

în timp ce mouse-ul este deplasat pe o suprafață plană (mouse-pad). Prin intermediul unei aplicații

driver, deplasarea se traduce prin asocierea pe ecranul monitorului a unui indicator (având forma

dictată de programul ce sesizează driver-ul mouse). Starea butoanelor este controlată de minim 70

ori/sec.

Utilizarea aplicațiilor grafice este un non-sens fără existența unui dispozitiv compatibil mouse

pentru acționarea pictogramelor disponibile. Poate fi conectat prin mai multe tipuri de conectori: PS/2

(rotund), respectiv priza serie COM father cu 9 ace, sau poate fi fără cablu (cordless mouse), prin

Bluetooth, Wireless 2.4GHz, USB. Mouse-ul fără cablu comunică prin intermediul undelor radio sau

infraroșii. Din punctul de vedere al digitizării deplasării, poate fi de tip mecanic (o bilă de cauciuc, aflată

în partea inferioară, transferă deplasarea către potențiometre (X,Y)), optomecanic (deplasarea mingii

este detectată prin senzori optici) și optic (fără componente mecanice, bila de cauciuc este înlocuită

cu un dispozitiv optic de citire a unor linii aflate pe un pad de construcție specială).

Track ball (figura Figura 1-15b) este un dispozitiv de intrare similar ca și comportament și

construcție mouse-ului, cu singura deosebire că mecanismul de mișcare se bazează pe acționarea

directă, cu mâna, a bilei de cauciuc (în unele cazuri este incorporată direct în tastatură. Variantele au

fost implementate inițial pe sisteme Macintosh și, datorită economiei de spațiu, sunt preferate pe

sistemele portabile (figura Figura 1-15c).

Touch pad (figura Figura 1-15d) este o suprafață mică, sensibilă la atingere și presiune (pentru

direcție și sens), folosită ca alternativă la track ball pe sisteme portabile.

Tableta digitizoare este un dispozitiv de intrare ce constă dintr-un stilou (numit și puck) și un

pad (de fapt o tabletă electronică). Imaginile desenate pe pad sunt convertite în cod procesat și afișat

pe ecran. Este livrată cu instrumente software specifice prin care tableta electronică devine foaia de

desen de pe ecran iar stiloul (ce poate servi și la alegerea liniilor, caracterelor și culorilor), devine o

pensulă sau un creion de hașurare. Poate fi însoțită de o folie transparentă de plastic ce se suprapune

peste pad astfel încât pe tabletă se pot așeza desene sau fotografii care să fie reproduse prin trasare

pe ecran. Diferă de mouse prin faptul că toate deplasările sunt relative la poziția curentă a cursorului.

Variantele actuale furnizează și un mod emulat mouse, în care stiloul acționează ca un mouse.

16

Touch screen este un dispozitiv de intrare care permite alegerea comenzilor către calculator

prin simpla atingere a ecranului. Introdus odată cu Hewlett Packard HP-150, lucrează pe principiul

emiterii unei rețele de raze infraroșii în vecinătatea ecranului. Dacă rețeaua este întreruptă într-un

punct, se generează o valoare unică a poziției, ce se transmite calculatorului. Aceasta înseamnă că

poziționarea către un command box aflat în colțul stânga-jos al ecranului (originea sistemului de

coordonate al rețelei) conduce la întreruperea rețelei la coordonatele (0,0).

Figura 1-16 Dispozitive alternative de introducere a informației multimedia:(a) light pen; (b) joystick; (c) scanner

Creionul optic (light pen, figura Figura 1-16a) este o combinație între touch screen și tableta

digitizoare, prin care pad-ul optic devine touch screen iar activările coordonatelor de ecran (spre

exemplu, selectarea unor obiecte) și, implicit, apelul funcțiilor pictogramelor, sunt realizate prin

transformarea stiloului în creion optic. Monitorul are incorporat un detector sensibil la lumină care să

permită selectarea pozițiilor de pe ecran.

Joystick (figura Figura 1-16b) este un dispozitiv de intrare folosit în special în acțiuni de control

de timp real pe ecran. Majoritatea acestora lucrează în modul similar tastelor autorepetitive de pe

tastatură. Manipulatorul (stick) este acționat ca un simplu mecanism bazat pe închiderea unuia din

cele patru circuite (N,S,E,V). Informația este interpretată în mod uzual ca un cod caracter specific și

calculatorul execută instrucțiunea prin apelul unei anumite funcții componente a programului de

interacțiune grafică (spre exemplu, deplasarea unui obiect într-o anumită direcție). La un moment dat,

un singur buton este acționat (dar și joystick-ul este în același timp poziționat în spațiu). Poate avea și

două butoane numite triggers. Este utilizat în simulatoare (inclusiv jocuri), în sisteme CAD/CAM, în

general în programe interactive de poziționare a cursorului pe ecran sau generarea în timp real pe

ecran a imaginilor grafice.

Scanner (figura Figura 1-16c) este un dispozitiv destinat preluării imaginilor de pe fotografii.

Imaginile, rasterizate la o rezoluție care depinde de calitatea scannerului, sunt introduse în fișiere ce

pot fi apoi prelucrate de diverse aplicații multimedia. Imaginile obținute pot fi transferate pe ecran sau

la imprimantă. Scanner-ele au o rezoluții de 600-4800 dpi, diferența între ele fiind dată de viteza de

parcurgere a imaginii. O pagină 27x20 cm este parcursă, în medie, în 30 secunde.

Constructiv, scanner-ele prezintă două modele. Scanner-ul cu pad fix și cititor mobil este

similar ca formă mouse-ului (figura Figura 1-16c), practic, dar cu probleme la digitizarea imaginii.

Calitatea imaginii preluate depinde de păstrarea constantă a vitezei de parcurgere, dependentă de

17

mișcarea mâinii, existând posibilitatea "alunecării" unor porțiuni ale imaginii. Scanner-ul cu cititor fix

și pad mobil are viteza de citire constantă, dar este o idee ceva mai rigid în manipulare.

Scanner-ele sunt însoțite de programe de recunoaștere a caracterelor digitizate obținute din

prelucrarea imaginilor text și de convertire a acestora în fișiere document (bazate pe tehnici OCR –

Optical Character Recognition).

1.2.5 Reprezentarea culorii

1.2.5.1 Proprietățile luminii. Modele de culoare

Lumina este energie electromagnetică. Ea reprezintă zona din spectrul electromagnetic între

lungimile de undă de 380 și 780 nanometri. Limita inferioară a zonei corespunde violet, iar cea

superioară culorii roșu. Între cele două limite ochiul poate distinge circa 350 000 de culori.

Atunci când energia luminoasă cade pe suprafața unui obiect, ea poate fi absorbită, reflectată

sau transmisă. Deci, lumina percepută de ochi provine fie direct de la o sursă, fie indirect, datorită

reflexiei și a transmisiei sale de către obiectele din mediul înconjurător.

Lumina care conține toate lungimile de undă din spectrul vizibil în proporții aproximativ egale

se numește acromatică. Lumina acromatică provenită de la o sursă este percepută ca albă. Lumina

acromatică provenită de la un obiect este percepută ca albă, neagră sau ca o nuanță de gri în funcție

de proprietățile fizice ale suprafeței obiectului. Obiectele care reflectă acromatic mai mult de 80% din

lumina incidentă albă apar ca albe. Cele care reflectă acromatic mai puțin de 3% din lumina incidentă

apar ca negre.

Lumina care conține mai multe lungimi de undă în proporții inegale se numește cromatică.

Astfel, dacă predomină lungimile de undă de la limita superioară a spectrului vizibil, lumina percepută

este roșie sau roșcată. Culoarea unui obiect depinde atât de distribuția lungimilor de undă în lumina

care cade pe obiect cât și de caracteristicile fizice ale obiectului. Dacă obiectul reflectă sau transmite

numai o bandă îngustă de lungimi de undă, celelalte fiind absorbite, obiectul apare colorat. Lungimile

de undă din lumina reflectată sau transmisă determină culoarea obiectului. De fapt, energia

electromagnetică nu are culoare. Culoarea este rezultatul unui proces psiho-fiziologic. În particular,

este posibil ca aceeași culoare să nu fie percepută la fel de doi oameni.

Definiția psiho-fiziologică a unei culori cuprinde:

- Nuanța, care caracterizează culoarea (roșu, galben, verde etc); ea este determinată de

lungimea de undă dominantă a distribuției spectrale a culorii.

- Saturația sau puritatea, care este o măsură a amestecului de alb într-o culoare pură; această

noțiune permite să se facă distincție între roșu și roz, între albastru închis și deschis etc. O culoare pură

are saturația 100%. Lumina acromatică are saturația 0%.

- Luminozitatea sau strălucirea, care reprezintă intensitatea luminii. Luminozitatea este o

caracteristică a unui obiect emițător de lumină, în timp ce strălucirea caracterizează un obiect

neemițător, care reflectă lumina.

În figura Figura 1-17 este redată distribuția energiei luminii albe, iar în figura Figura 1-18

distribuția energiei cu o lungime de undă dominantă, care este percepută de ochi ca o culoare. Cu cât

18

diferența Ed-Ew este mai mare, cu atât culoarea este mai pură. Dacă Ew = 0, culoarea are puritatea

100%, iar lumina cu un astfel de spectru este numită monocromatică. Prin definiție, lumina

monocromatică are un spectru cu o lărgime de bandă de un nanometru.

Figura 1-17 Distribuția energiei luminii albe

Figura 1-18 Distribuția energiei cu o lungime de undă dominantă

Culorile percepute de ochi sunt în general amestecuri de culori pure. Cea mai cunoscută dintre

teoriile privind formarea culorilor în sistemul ochi-creier este aceea conform căreia în retina ochiului

uman există trei tipuri de conuri, fiecare tip fiind sensibil la una dintre culorile roșu, verde și albastru.

În figura Figura 1-19 sunt redate rezultatele obținute pe cale experimentală.

Figura 1-19 Răspunsul ochiului la cele trei culori primare

De exemplu, la lumina corespunzătoare lungimii de undă de 550 nanometri, receptorii de

albastru au o senzitivitate de 0%, cei de verde de circa 55%, iar cei de roșu de circa 45%. Curbele arată

că receptorii de albastru sunt mult mai puțin sensibili decât cei de roșu și de verde. Suma celor trei

curbe de răspuns, redată în figura Figura 1-20, este numită curba de luminozitate. Ea ilustrează

19

răspunsul ochiului la lumină de luminozitate constantă atunci când variază lungimea de undă

dominantă; senzitivitatea maximă corespunde luminii cu lungimea de undă în jur de 550 nm, percepută

ca galben-verde. Culorile roșu, verde și albastru se numesc culori primare. Prin amestecul lor în

proporții egale se obține alb. Două culori care prin amestec produc lumină albă se numesc

complementare. Amestecând două culori primare se obține culoarea complementară celei de a treia.

De exemplu,

albastru + verde = cian,

roșu + verde = galben,

roșu + albastru = magenta.

Culorile roșu, verde și albastru se numesc și primitive aditive, deoarece ele permit formarea

de nuanțe prin adunarea lor în diferite proporții.

Figura 1-20 Curba de luminozitate

Acest mod de definire a culorilor corespunde echipamentelor emițătoare de lumină

(dispozitive de vizualizare cu ecran). Culorile complementare primitivelor aditive sunt cian, magenta și

galben. Astfel,

alb – roșu = cian,

alb – verde = magenta,

alb – albastru = galben.

Ele permit specificarea de nuanțe prin extragerea lor în diferite proporții din alb. De aceea, se

numesc primitive extractive. Scăzându-le în proporții egale din alb se obțin diferite nuanțe de gri.

Primitivele extractive se folosesc pentru a defini culorile reflectate de un document imprimat.

Pigmenții existenți în cernelurile tipografice absorb culorile complementare acelora ale pigmenților.

De exemplu, pigmentul de culoare magenta absoarbe din lumina incidentă componentele

corespunzătoare luminii verde, iar cel de culoare galben, componentele corespunzătoare luminii

albastre. De aceea, o suprafață care conține pigmenți magenta și galben va reflecta (sau transmite)

lumină roșie. Dacă lumina roșie este incidentă pe o suprafață de culoare cian suprafața va fi văzută

neagră, deoarece toate componentele luminii incidente au fost extrase.

Există mai multe modele folosite pentru reprezentarea culorilor în sistemele de sinteză și de

analiză a imaginilor. Unele dintre ele sunt orientate către echipamente, adică se bazează pe culorile

20

primare folosite de echipamente pentru redarea culorilor; în această categorie sunt: RGB, CMY și YIQ.

Alte modele se bazează pe proprietățile psiho-fiziologice ale culorilor. De aceea se spune că sunt

orientate către utilizator; astfel sunt modelele HSV și HLS.

Un model de culoare specifică un sistem de coordonate 3D și un subspațiu al culorilor în

sistemul de coordonate respectiv. Fiecare culoare se reprezintă printr-un punct în subspațiul culorilor.

1.2.5.2 Modelul RGB (Red, Green, Blue)

A fost propus de NTSC (National Television System Commitee) ca model de reprezentare a

culorilor pentru echipamentele de afișare cu tub catodic.

Subspațiul culorilor este cubul unitate, definit în sistemul de coordonate carteziene 3D (figura

Figura 1-21). Fiecare axă corespunde unei culori primare: roșu, verde și albastru. O culoare se specifică

prin trei valori reale cuprinse între 0 și 1, reprezentând contribuțiile celor trei culori primare la

formarea culorii. Nuanțele de gri sunt reprezentate prin punctele diagonalei principale. Ele corespund

amestecului în proporții egale a celor trei culori primare.

Figura 1-21 Modelul RGB

1.2.5.3 Modelul CMY (Cyan, Magenta, Yellow)

Este utilizat pentru specificarea culorilor la dispozitivele de imprimare. Folosește același sistem

de coordonate și același subspațiu al culorilor ca și modelul RGB cu deosebirea că originea corespunde

culorii alb, vârful (1,1,1) culorii negru iar culorile primare sunt cian, magenta și galben (figura Figura

1-22). În acest model, o culoare se specifică prin trei valori cuprinse între 0 și 1, reprezentând

proporțiile în care trebuie să fie amestecați cei trei pigmenți ce extrag componentele luminii albe.

Culoarea negru se obține amestecând în proporții maxime culorile primare. În general însă, datorită

imperfecțiunilor cernelurilor, prin amestecul în proporții maxime al celor trei pigmenți nu se obține

negru. De aceea, în loc de CMY se utilizează sistemul CMYK:

K = min( C, M, Y )

C = C - K

M = M - K

Y = Y – K

21

Conversia unei culori din modelul RGB în modelul CMY și invers este foarte simplă. Ea poate fi

exprimată astfel:

[ C M Y ] = [ 1 1 1 ] - [ R G B ]

respectiv

[ R G B ] = [ 1 1 1 ] - [ C M Y ]

Figura 1-22 Modelul CMY

1.2.5.4 Modelul YIQ

Acest model este o recodificare a modelului RGB, stabilită în 1953 de către NTSC, prin care s-a

urmărit compatibilizarea transmisiei imaginilor color cu a celor alb-negru. Subspațiul culorilor în acest

model este un poliedru convex raportat la sistemul cartezian 3D, care se aplică în cubul RGB prin

inversa transformării:

[𝑌𝐼𝑄

] = [0.229 0.587 0.1140.596 −0.274 −0.3220.211 −0.523 0.312

] [𝑅𝐺𝐵

]

Prin specificarea culorilor în modelul YIQ se evită o problemă TV importantă: două culori

diferite în modelul RGB se pot afișa la fel pe un ecran alb-negru. Problema este evitată asigurându-se

că două culori între care ochiul face distincție vor avea valori distincte ale luminozității, reprezentată

prin componenta Y, și deci pe un ecran alb-negru vor fi afișate cu intensități diferite. Modelul se

bazează pe faptul că sistemul vizual este mai sensibil la schimbări ale luminozității decât la schimbări

ale nuanței sau ale saturației (care sunt reprezentate în acest model prin componentele l și Q). De

aceea, semnalului Y i s-a alocat cea mai mare parte a lărgimii de bandă disponibile. Proporțiile culorilor

primare în sistemul NTSC au fost determinate astfel încât să se obțină curba standard de luminozitate.

Deoarece informația de luminozitate este conținută în componenta Y, televizoarele alb-negru folosesc

numai acest semnal.

22

1.2.5.5 Modelul HSV (Hue, Saturation, Value)

Specificarea culorilor în modelele RGB și CMY poate fi dificilă pentru utilizatorii unui sistem

grafic. Artiștii precizează culorile prin tente, nuanțe și tonuri. Pornind de la un pigment pur, un artist

adaugă alb pentru a obține o tentă, negru pentru a obține o nuanță, alb și negru pentru a obține o

tonalitate a culorii. Aceasta corespunde reprezentării triunghiulare din figura Figura 1-23.

Figura 1-23 Precizarea culorilor prin tente, nuanțe și tonuri

Așezând triunghiurile corespunzătoare culorilor pure în jurul unei axe centrale alb-negru, se

obține reprezentarea tridimensională de forma unui hexacon, redată în figura Figura 1-24.

Modelul HSV folosește noțiunile de nuanță (hue), saturație (saturation) și luminozitate (value).

Baza hexaconului corespunde culorilor de intensitate maximă (V = 1). Nuanța este definită prin unghiul

de rotație în jurul axei verticale, unghiul zero corespunzând culorii roșu. Culorile complementare sunt

situate la 180 de grade una față de alta pe baza hexaconului. Saturația este definită prin distanța de la

axa hexaconului la marginile hexaconului, pentru toate valorile lui V. Ea variază de la zero, pe axă, la 1,

pe fețele laterale ale hexaconului. O combinație de numai două culori primare dă o culoare cu saturație

maximă, dar un amestec în care toate cele trei culori primare sunt diferite de zero nu poate produce o

culoare cu saturația maximă. Combinația (S = 0, V = 1) corespunde culorii alb, iar prin (S = 0, 0 <= V <=

1) se reprezintă nivelele de gri. Pentru S = 0 valoarea lui H este nesemnificativă. Culorile pure sunt

reprezentate prin V = 1 și S = 1.

H, S și V corespund elementelor din sistemul de culori al unui artist. Astfel, selectarea

pigmentului pur cu care se începe înseamnă alegerea lui H. Adăugarea de alb înseamnă micșorarea lui

S. Adăugarea de negru înseamnă micșorarea lui V. Se obțin diferite tonuri micșorând atât pe V cât și

pe S.

Figura 1-24 Modelul HSV

23

Baza hexaconului corespunde suprafeței văzute atunci când se privește cubul RGB dinspre

vârful (1, 1, 1), de-a lungul diagonalei principale (figura Figura 1-25).

Figura 1-25 Baza hexaconului ce corespunde suprafeței văzute din cubul RGB de-a lungul diagonalei

Fiecare plan de V constant din spațiul HSV corespunde vederii unui subcub din cubul RGB.

Diagonala principală a cubului RGB devine axa principală în spațiul HSV.

1.2.5.6 Modelul HLS (Hue, Lightness, Saturation)

Modelul este utilizat de firma Tektronix. Subspațiul culorilor are forma unui dublu hexacon

(figura Figura 1-26). Componentele H și S sunt definite la fel ca în modelul HSV. În acest model culorile

primare cu saturație maximă și complementarele lor sunt reprezentate prin S = 1, L = 0.5. Conversia

RGB-HLS și invers este efectuată pe baza unor algoritmi asemănători acelora de conversie RGB-HSV și

HSV-RGB.

Figura 1-26 Modelul HLS