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图片元素:对像素的新视角

虽然那些填充我们的计算机和生活的光栅图像文件最常用于表示图片,但我发现CG艺术家有另一种观点 - 一种更为狡猾的观点。从这个角度来看,光栅图像本质上是一组数据,组织成一个特定的结构,更具体 - 一个填充数字的表格(矩阵,数学上讲)。

每个表格单元格中的数字可用于表示颜色,这就是单元格成为像素的方式,代表“图片元素”。存在许多以数字方式编码颜色的方法。例如,(可能是最直接的一个)明确定义每个值的数字到颜色的对应关系,即。 3代表深红色,17代表淡绿色,依此类推。这种方法经常用于较旧的格式,如.gif,因为它允许以有限的调色板为代价获得某些尺寸的好处。

另一种方式(最常见的方式)是使用从0到1(不是255!)的连续范围,其中0代表黑色,1代表白色,而中间的数字代表相应亮度的灰色阴影。通过这种方式,我们可以获得一种逻辑且优雅组织的方式来表示带有光栅文件的单色图像。

术语“单色”恰好比“黑白”更合适,因为相同的数据集可用于描绘从黑色到任何其他颜色的渐变,具体取决于输出设备 - 就像许多旧显示器是黑色和绿色一样而不是黑白。

然而,这个系统可以通过一个简单的解决方案轻松扩展到全彩色的情况 - 每个表格单元格可以包含多个数字,并且有多种方式描述颜色,每个数字很少(通常是三个)0-1范围。在RGB模型中,它们代表红色,绿色和蓝色光的量,在HSV中它们代表相应的色调,饱和度和亮度。但值得注意的是,那些仍然只是编号具有特定意义的数字,但不必那样解释。

一个逻辑单位

现在让我谈谈像素不是正方形的原因:这是因为表格就是光栅图像,它告诉我们每行和每列有多少元素,它们的放置顺序,但没有关于什么形状甚至是他们的比例。

我们可以通过各种方式从文件中的数据形成图像,而不必使用监视器,这只是输出设备的一个选项。例如,如果我们拍摄我们的图像文件并在某些表面上分布与像素值成比例的鹅卵石 - 我们仍然会形成基本相同的图像。

即使我们只占用了一半的柱子,但是指示我们自己使用两倍宽的石头进行分配 - 结果仍然会显示具有正确比例的相同图片,仅缺少一半的水平细节。

In this example of an image stored with the pixel aspect ratio of 2.0, representing pixels as squares results in erroneous proportions

在以像素纵横比2.0存储的图像的示例中,将像素表示为正方形导致错误的比例

Correct representation needs to rely on the stretched elements like in this image

正确的表示需要依赖于此图像中的拉伸元素

'Instruct'是这里的关键词。该指令称为像素纵横比,它描述了图像分辨率(行数和列数)与比例之间的差异。它使您能够存储水平拉伸或压缩的帧,并用于某些视频和电影格式。

现在让我们谈谈分辨率 - 它显示了图像可以容纳的最大细节量,但没有说明它实际存在多少。无论相机传感器有多少像素,都无法改善聚焦严重的照片。以同样的方式,在Photoshop或任何其他编辑器中对数字图像进行放大将提高分辨率,而不会向其添加任何细节或质量 - 额外的行和列将仅填充原始相邻像素的内插(平均)值。

以类似的方式,PPI(每英寸像素,通常也称为DPI-每英寸点数)参数仅是建立图像文件的分辨率与输出的物理尺寸之间的对应关系的指令。因此,PPI本身几乎毫无意义,没有这两者。

存储自定义数据

返回存储在每个像素中的数字,当然它们可以是任何数字,包括所谓的超出范围的数字(高于1的值和负数),并且每个单元格中可以存储多于三个的数字。这些功能仅受特定文件格式定义的限制,并在OpenEXR中被广泛使用。

在每个像素中存储多个数字的巨大优势在于它们的独立性,因为它们中的每一个都可以作为称为通道的单色图像(或一种子光栅)单独研究和操作。

通常用于描述红色,绿色和蓝色的颜色的附加通道可以携带各种信息。默认的第四个通道是Alpha,它编码不透明度(0表示透明像素,1表示完全不透明)。 Z深度,法线,速度(运动矢量),世界位置,环境遮挡,ID和您能想到的任何其他内容都可以存储在附加或主要RGB通道中。

每次渲染时,您都要决定要包含哪些数据以及放置它的位置。以同样的方式决定合成如何操纵您拥有的数据以实现您想要的结果。这种思考图像的数字方式至关重要,它将使您在视觉效果和动态图形工作中受益匪浅。

好处

将这种思维方式应用到您的工作中 - 当您使用渲染过程并执行合成工作时 - 至关重要。

例如,基本的色彩校正只不过是像素值的基本数学运算,透过它们对于生产工作来说非常重要。此外,可以对像素值执行加法,减法或乘法等数学运算,并且对于像Normals和Position这样的数据,可以在2D中模仿许多3D着色工具。

丹尼斯科兹洛夫

Denis Kozlov是一名CG通才,在电影,电视,广告,游戏和教育行业拥有15年的经验。他目前在布拉格担任视觉特效总监。这篇文章最初出现在3D世界问题181。

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