Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Четыре изображения собраны в одно окончательное изображение

Цифровой композитинг - это процесс цифровой сборки нескольких изображений для создания окончательного изображения, обычно для печати, движущихся изображений или отображения на экране. Это цифровой аналог оптического композитинга пленки .

Математика [ править ]

Основная операция, используемая в цифровом композитинге, известна как « альфа-смешение », где значение непрозрачности «α» используется для управления пропорциями двух значений входных пикселей, которые в итоге образуют один выходной пиксель.

В качестве простого примера предположим, что доступны два изображения одинакового размера, которые нужно объединить. Входные изображения называются изображением переднего плана и фоновым изображением. Каждое изображение состоит из одинакового количества пикселей . Композиция выполняется путем математического объединения информации из соответствующих пикселей двух входных изображений и записи результата в третье изображение, которое называется составным изображением.

Рассмотрим три пикселя;

  • пиксель переднего плана, f
  • фоновый пиксель, b
  • составной пиксель, c

и

  • α, значение непрозрачности пикселя переднего плана. (α = 1 для непрозрачного переднего плана, α = 0 для полностью прозрачного переднего плана). Монохромное растровое изображение, в котором значения пикселей должны интерпретироваться как альфа-значения, называется матовым .

Затем, учитывая все три цветовых канала и предполагая, что цветовые каналы выражены в цветовом пространстве γ = 1 (то есть измеренные значения пропорциональны интенсивности света), мы имеем:

c r = α f r + (1 - α) b r
c g = α f g + (1 - α) b g
c b = α f b + (1 - α) b b

Обратите внимание, что если операции выполняются в цветовом пространстве, где γ не равно 1, тогда операция приведет к нелинейным эффектам, которые потенциально могут быть замечены как артефакты наложения спектров (или « неровности ») вдоль острых краев матовой подложки. В более общем смысле, нелинейный композитинг может иметь такие эффекты, как «ореолы» вокруг составных объектов, потому что влияние альфа-канала нелинейно. Художник-композитор может компенсировать эффекты композитинга в нелинейном пространстве.

Выполнение альфа-смешивания - дорогостоящая операция, если она выполняется для всего изображения или 3D-сцены. Если эта операция должна выполняться в видеоиграх в реальном времени, есть простой способ повысить производительность.

c out = α f in + (1 - α) b in
c out = α f in + b in - α b in
c out = b in + α (f in - b in )

Просто переписав математическое выражение, можно сэкономить 50% необходимых умножений.

Алгебраические свойства [ править ]

Когда необходимо объединить несколько частично прозрачных слоев вместе, стоит рассмотреть алгебраические свойства используемых операторов композиции. В частности, ассоциативность и коммутативность определяют, когда можно или нельзя избежать повторных вычислений.

Рассмотрим случай, когда у нас есть четыре слоя для смешивания для создания окончательного изображения: F = A * (B * (C * D)), где A, B, C, D - частично прозрачные слои изображения, а «*» обозначает оператор композитинга. (с левым слоем поверх правого). Если изменяется только слой C, мы должны найти способ избежать повторного смешивания всех слоев при вычислении F. Без каких-либо особых соображений потребуется четыре смешивания полного изображения. Для коммутативных операторов компоновки , таких как аддитивное смешивание , можно безопасно изменить порядок операций смешивания. В этом случае мы могли бы вычислить T = A * (B * D) только один раз и просто смешать T * C для получения F, одной операции. К сожалению, большинство операторов не коммутативны. Однако многие из них ассоциативны, предлагая безопасно перегруппировать операции в F = (A * B) * (C * D), то есть без изменения их порядка. В этом случае мы можем вычислить S: = A * B один раз и сохранить этот результат. Чтобы сформировать F с помощью ассоциативного оператора, нам нужно выполнить только две дополнительные операции компоновки, чтобы интегрировать новый слой S, вычислив F: = S * (C * D). Обратите внимание, что это выражение указывает на композицию C со всеми нижележащими слоями на одном этапе, а затем на смешивание всех слоев поверх него с предыдущим результатом для создания окончательного изображения на втором этапе.

Если все слои изображения меняются регулярно, но многие слои по-прежнему необходимо объединить (например, при распределенном рендеринге ), коммутативность оператора композитинга все равно может быть использована для ускорения вычислений за счет параллелизма, даже если предварительное вычисление не дает никакой выгоды. . Снова рассмотрим изображение F = A * (B * (C * D)). Каждая операция компоновки в этом выражении зависит от следующей, что приводит к последовательному вычислению. Однако ассоциативность может позволить нам переписать F = (A * B) * (C * D), где явно есть две операции, которые не зависят друг от друга, которые могут выполняться параллельно. В общем, мы можем построить дерево операций попарного композитинга с высотой, логарифмической по количеству слоев.

Программное обеспечение [ править ]

Самой исторически значимой системой нелинейного композитинга была Cineon , которая работала в логарифмическом цветовом пространстве, которое более точно имитирует естественный световой отклик пленочных эмульсий (система Cineon, произведенная Kodak, больше не производится). Из-за ограничений скорости обработки и памяти художники-композиторы обычно не могли позволить себе позволить системе выполнять промежуточные преобразования в линейное пространство для шагов композитинга. Со временем ограничения стали намного менее значительными, и теперь большая часть композитинга выполняется в линейном цветовом пространстве, даже в тех случаях, когда исходное изображение находится в логарифмическом цветовом пространстве.

Композиция часто также включает масштабирование, ретуширование и цветокоррекцию изображений.

Композиция на основе узлов и слоев [ править ]

Существует два радикально разных рабочих процесса цифрового композитинга: композитинг на основе узлов и композитинг на основе слоев.

Компоновка на основе узлов представляет собой весь композит в виде направленного ациклического графа , связывающего медиа-объекты и эффекты на процедурной карте, интуитивно выстраивая переход от исходного ввода к окончательному выводу, и фактически это способ, которым все приложения для композитинга внутренне обрабатывают композиты. Этот тип интерфейса компоновки обеспечивает большую гибкость, включая возможность изменять параметры более раннего этапа обработки изображения «в контексте» (при просмотре окончательного композита ). Пакеты композитинга на основе узлов часто плохо справляются с ключевыми кадрами и временными эффектами, поскольку их рабочий процесс не зависит непосредственно от временной шкалы, как это делают пакеты композитинга на основе слоев. Программное обеспечение, которое включает интерфейс на основе узлов, включает Natron , Apple Shake, Blender , Blackmagic Fusion и The Foundry's Nuke .

Композиция на основе слоев представляет каждый мультимедийный объект в композиции как отдельный слой на временной шкале, каждый со своими собственными временными границами, эффектами и ключевыми кадрами. Все слои уложены один над другим в любом желаемом порядке; и нижний слой обычно визуализируется как основа в результирующем изображении, причем каждый более высокий слой постепенно визуализируется поверх ранее составленных слоев, перемещаясь вверх, пока все слои не будут визуализированы в окончательный композит. Композиция на основе слоев очень хорошо подходит для быстрого 2D и ограниченного 3Dэффекты, такие как анимированная графика, но становится неудобным для более сложных композитов, влекущих за собой множество слоев. Частичным решением этой проблемы является возможность некоторых программ просматривать составной порядок элементов (таких как изображения, эффекты или другие атрибуты) с помощью визуальной диаграммы, называемой блок-схемой, для вложения композиций или «композиций» непосредственно в другие композиции, тем самым добавляя сложности к порядку рендеринга, сначала составляя слои в начальной композиции, а затем комбинируя полученный имоме.

См. Также [ править ]

  • Вещательный дизайнер
  • Хромакей
  • Цифровой актив
  • Цифровое кино
  • Цифровая экранная графика (BUG)
  • Гамма-коррекция
  • Координатор графики
  • Графика движения
  • Графический дизайн движения

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Манси Шарма; Сантану Чаудхури; Бреджеш Лалл (2014). Создание бесшовного стереоскопического 3D с учетом содержимого . Труды Индийской конференции 2014 года по графике компьютерного зрения и обработке изображений, ACM New York, NY, USA. DOI : 10.1145 / 2683483.2683555 .
  • Т. Портер и Т. Дафф , "Составление цифровых изображений", Труды SIGGRAPH '84, 18 (1984).
  • Искусство и наука цифрового композитинга ( ISBN 0-12-133960-2 )