Chip 1996 April

home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search

/ Chip 1996 April / CHIP 1996 aprilis (CD06).zip / CHIP_CD06.ISO / hypertxt.arj / 9311 / VGAXGA.CD < prev next >

Wrap

Text File | 1995-04-19 | 23KB | 363 lines

@VA VGA, az XGA és a valós színû megjelenítôk@N @Vlehetôségei@N @VGrafikus konvertálások -- 5. rész@N Sorozatunk befejezô részében a pillanatnyilag legfejlettebb grafikus adapterek lehetôségeit fogjuk tárgyalni, különös figyelmet szentelve az igen nagy felbontású/színhasználatú üzemmódoknak, hiszen napjainkban ezek jelentik a PC szintû képfeldolgozás csúcsát. 256 színû VGA üzemmódokban a köztes file leképzése majdnem ugyanolyan elven történik, mint a 16 színû EGA/VGA megjelenítések (CHIP, '93/4) esetén. Az egyik fontos különbség az, hogy az átlagolandó mezô -- amit az éppen kiértékelendô pixel körül olvasunk -- jóval kisebb lesz kiterjedését tekintve, mint 16 szín esetén. Azért csökkenthetjük az átlagolandó mezô méretét, mert 256 szín esetén a kép elkészültekor feltehetôleg jóval kisebb rasztermezôre volt szükség ahhoz, hogy ki lehessen keverni a kívánt színt az adott felület számára (mivel a kívánthoz jóval közelebbi színekbôl lehetett válogatni). Ez pedig azt jelenti, hogy még egy kisebb leolvasott felület esetén is igen nagy eséllyel helyes színt kapunk, ha kellô alapossággal átlagoljuk a mátrixban található pontok megfelelô színkomponenseit. Ha pedig nem kell túl nagy mezôt olvasnunk, értelemszerûen jóval nagyobb esélyünk van az élesség megôrzésére is. Az eljárás során tehát egy adott pixel kiértékelésekor le kell olvasnunk a kép környezô felületét -- legcélszerûbb egy 3*3-as mátrixot letapogatni, amelynek a közepében van a vizsgált pixel. Kinullázunk egy vörös, zöld és egy kék átlagalapot, majd végigfutunk a mezô összes pixelén, kiválasztva a pontok közül azokat, amelyeknek a színeltérése a központi pixel mérvadónak tekintett színétôl nem halad meg egy elôre definiált határértéket (ezekrôl a pixelekrôl feltételezhetô ugyanis, hogy ugyanazt a színfelületet próbálják meg kifejezni, mint a központi pixel). A színeltérés számítása természetesen nem mást jelent, mint hogy az aktuális pixel és a központi pixel mindhárom színkomponensét egyenként kivonjuk egymásból (a vöröset a vörösbôl, zöldet a zöldbôl, a kéket a kékbôl), majd vesszük a különbségek abszolút értékeit, és a három így kapott értéket összeadva megkapjuk az abszolút színeltérést. Minél nagyobbra definiáljuk azt a határt, amely meghatározza, hogy elfogadjuk-e az adott pixelt, annál finomabban árnyalt képet kapunk majd, viszont veszíthetünk az élességbôl. Kisebb tûréshatár esetén az élesség kiváló lesz, de csökken az árnyalatgazdagság. Ha kiválasztottuk azokat a pixeleket, amelyek a tûréshatár alatti színeltéréssel rendelkeznek, akkor megfelelô komponenseiket hozzáadjuk az azonos átlagalapokhoz (vörös, zöld és kék), majd mindhárom átlagalapot elosztjuk az elfogadott pixelek számával. A három átlagértéket megfeleltetjük a vizsgált központi pixel vörös, zöld és kék komponensének, majd felvesszük ôket a köztes file-ba. 32 ezer (pontosan 32|768) és 64 ezer (pontosan 65|536) színû XGA megjelenítések esetén ugyanezt kell tennünk, csak most jóval lejjebb szoríthatjuk a tûréshatárt a színek nagyobb száma miatt -- megôrizve ezzel a kellô élességet. Valós színû (true color) megjelenítések esetén természetesen a kép megegyezik a róla leképzendô köztes file-lal. A köztes file tulajdonképpen maga is egy valós színû kép. Egy apró trükkel elérhetjük, hogy a 256 színû ábrázolásokról leképzôdô köztes file megtartsa kellô élességét és mégis valamivel árnyalatgazdagabbá váljon -- anélkül, hogy növelnénk a tûréshatárt. A trükk lényege, hogy a köztes file-on még egyszer elvégezzük ugyanezt a mûveletsort, azzal a különbséggel, hogy a tûréshatárt jóval lejjebb visszük (tehetjük, hiszen ez már majdnem megfelel egy átlagos XGA képnek). Mindennek az ad értelmet, hogy az elsô leképzéskor a program lehet, hogy elfogadott egy adott ponthalmazt és átlagolta is ôket, de a pontok átlaga még mindig nem adott kellô árnyaltságot, mert a 3*3-as leolvasott mezô túl kicsi volt ahhoz, hogy benne a megfelelô árnyalat kifejezôdhessen. A többszörös átlagolás viszont tulajdonképpen ""kinyúl" az eredeti 3*3-as mezôbôl, hiszen a vizsgált pont melletti pont már tartalmazza több olyan pont átlagát is, amelyeket ô elérhetett a letapogatáskor de a vizsgált pont nem. E trükknek persze semmi értelme egy XGA kép esetén. @VEgy kifinomult optimalizáció@N A legutóbbi írásban (CHIP 93/04) már ismertettünk néhány igen egyszerû és gyors, valamint néhány közepesen fejlett optimalizálási algoritmust. Részletesen kifejtettük azt is, hogy mit jelent a háromdimenziós, térbeli színkocka elve. Az itt leírásra kerülô, igen jó minôségû optimalizálási algoritmusok is ezt a színkockát fogják használni a színek kiválasztásához. Csak emlékeztetésképpen, az optimalizáció célja az, hogy a rendelkezésre álló 262|144 színbôl (VGA) kiválaszthassuk azt a 256-ot, amelynek segítségével leginkább ki tudjuk fejezni a megjelenítendô kép árnyalatait. Az optimalizációnak természetesen csak VGA üzemmódok esetén van értelme, hiszen XGA és valós színû ábrázolások esetén nincs paletta, amirôl válogatni lehetne (illetve van paletta, de alapértelmezésben tartalmazza az összes megjeleníthetô színt). Elôször is, nullázzuk ki a színkocka összes elemét. Fussunk végig az optimalizálandó képen, és minden egyes pont leolvasásakor növeljük meg a térbeli színkockában annak a térelemnek a számlálóját, ami elhelyezkedése alapján az éppen leolvasott pixelszínt reprezentálja. Ha ezzel elkészültünk, vágjuk fel a színkockát, ugyanazt az elvet alkalmazva, amit korábbi írásunkban ismertettünk. Az egyetlen különbség, hogy most nem 16 vagy 32 részre szeleteljük fel, hanem 256 különálló térelemre. Tehetjük azt is, hogy az elkészült elemeket máris elfogadjuk egy palettaelem alapjául szolgáló térrészként, és súlyozott átlagokat készítve belôlük létrehozzuk a palettát (lásd késôbb), de így nem kapunk igazán jó eredményeket. Elôfordulhat ugyanis, hogy a 256 térelem közül néhány egyáltalán nem tartalmaz pixeleket, vagy csak kevés pixel van bennük -- vagyis tulajdonképpen feleslegesen pazarolják az értékes palettaelemeket. Ki kell válogatnunk tehát azokat a térelemeket, amelyekre igaz az elôbbi kritérium. Ehhez meg kell húznunk egy határt, amely azt határozza meg, hogy minimum hány pixel tartalmazása esetén kell egy térelemet elfogadhatónak tekinteni (azt, hogy egy térelem hány pixelt tartalmaz, úgy számíthatjuk ki a legegyszerûbben, hogy a bennük levô számlálók értékeit összeadjuk). Eldöntjük, hogy ennek alapján hány térelem minôsül feleslegesnek (X), és ki kell dobnunk az összes felesleges térelemet. Ezután X-szer végre kell hajtanunk azt, hogy rákeresünk a legtöbb pixelt tartalmazó térelemre, félbevágjuk azt és újra kiértékeljük, hogy a félbevágott részek hány pixelt tartalmaznak. Ha minden jól megy, a végén ismét 256 érvényes térelemhez jutunk. E térrészekben súlyozott átlagokat készítünk (vagyis nullázunk egy vörös, zöld és kék átlagalapot; végigfutunk a térrészben lévô összes színelem-számlálón, és a színelem által reprezentált szín komponenseit annyiszor adjuk hozzá az átlagalaphoz, amennyit a színelem számlálója meghatároz; végül az átlagalapokat elosztjuk a térrész által tartalmazott pixelek számával). Az elkészült 256 súlyozott színátlagot egyenként betöltjük a palettába, és érvényesítjük a palettát. A paletta elkészítésének másik lehetséges változata, hogy a színkocka felszeletelésekor nem feltétlenül a leghosszabb kiterjedés mentén vágunk, és nem feltétlenül félbe vágjuk az adott térelemet, hanem úgy próbáljuk meg felszeletelni azt, hogy a keletkezett részek a lehetô leginkább azonos számú pixelt tartalmazzák -- esetleg kombinálhatjuk is egymással a döntés elemeit, egyszerre figyelembe véve a legnagyobb hosszúság szerinti vágás és az egyenlô eloszlás elvét. Ha ilyesfajta elvet követünk, és így vágjuk végig 256 térelem ""mélységig" a kockát, akkor mellôzhetjük a kiejtôs-újraszeletelôs algoritmust, hiszen minden kis térrész viszonylag azonos ""értékû" lesz. Ilyenkor egyszerûen elkészítjük a súlyozott színátlagokat, és feltöltjük ôket az érvényesítendô palettába. @VA köztes file-ok megjelenítése@N A köztes file-okat VGA és XGA üzemmódokban raszterezve jeleníthetjük meg, valós színû üzemmódban pedig természetesen raszterezés nélkül, úgy, ahogy vannak. 256, 32/64 ezer színû raszterezéshez az elôzô írásban ismertetett színes hibaszórásos rasztereljárás a legmegfelelôbb, természetesen azzal a módosítással, hogy VGA esetén a kapott szín alapján mûködô pixelkiválasztó algoritmus nem 16, hanem 256 palettaelemet vizsgál végig a legközelebbi színpont után kutatva. 32/64 ezer szín esetén a legmegfelelôbb pixelérték kiválasztásához nem kell végigkutatni a palettát, hanem egyszerûen el kell osztani 8/8/8-cal (32 ezer szín) illetve 8/4/8-cal (64 ezer szín) a köztes file vörös/zöld/kék komponenseit, hiszen ez az értékhármas eleve kijelöl egy pixelértéket az XGA palettán. Igaz ugyan, hogy a legszebb eredményt a színes hibaszórásos eljárás szolgáltatja, mégis érdemes egy további eljárást szemügyre vennünk, mivel a hibaszórásnak bizony súlyos hátrányai vannak. A legnagyobb visszásság az, hogy ha már elkészítettünk egy képet, és késôbb X,Y pozícióban módosítanunk kell azt valamilyen ok miatt, akkor kénytelenek vagyunk az egészet újra rajzolni, hiszen nem ismerjük az adott pozícióban a három színkomponens vonatkozó hibaváltozóját. Szükségünk lehet egy olyan eljárásra is, amely fix raszterezettséggel állítja elô a képeket, olyasformán, mint ahogyan az a monokróm merevrasztereknél történt. Ållítsunk elô VGA-n egy általános, átfogó jellegû palettát. A legcélszerûbb úgy eljárni, hogy a teljes vörös és a zöld skálát 8-8, a kék skálát pedig négy részre osztva elôállítjuk a skálaelemek összes kombinációját (8*8*4=256), és megfeleltetjük az így kapott színeket a palettának. Ez voltaképpen azt jelenti, hogy 3-3-2 bitet áldozunk a vörös-zöld-kék skálákra a palettából: az aktuális palettaelem 8 bites indexének felsô 3 bitje az adott szín vörös értékét tartalmazza, a középsô 3 bit a zöld, míg az alsó két bit a kék értéket jelenti (a kék színre a legkevésbé érzékeny az emberi szem). XGA esetén a paletta alapértelmezésben 8/8/8-as egységekben (32K szín) illetve 8/4/8-as egységekben (64K szín) tartalmazza a vörös/zöld/kék komponenseket. Az árnyalatok kellôen finom kikeveréséhez egyszerre alkalmazzuk a monokróm konvertálásoknál is használt 8*8-as merevrasztert, valamint a paletta színkomponensenkénti osztottságát. A könnyebb megértés érdekében lássuk elôször csak egy színkomponens teljes skálájának felépítését. A vörös skála VGA esetén 8 részre van osztva, tehát 8 bites teljesérték esetén 32 alatt tiszta fekete áll csak rendelkezésünkre, 32 felett egy nagyon halvány tiszta vörös, 64-tôl egy kicsit erôsebb vörös... és így tovább, egészen a teljes vörös telítettségig. Raszterezést tehát akkor kell végeznünk, ha már meghaladtunk egy olyan színtelítettséget, ahol rendelkezésünkre állt egy tiszta vörös palettaelem, de még nem értük el a következô vörös palettaelemet. 0 és 32 között tehát raszterezni fogunk, akárcsak 32 és 64 között, egészen 256-ig. Azt, hogy a 65 rendelkezésre álló merevraszter közül melyiket fogjuk felhasználni, az attól függ, hogy milyen arányban osztjuk a két rendelkezésre álló ""tiszta" vörös közötti skálát. 16-os telítettség esetén például az 50%-os telítettségû rasztert (31) fogjuk használni, éppúgy, mint 48 esetén, hiszen ezek a telítettségek pont félúton vannak a szomszédos ""tiszta" palettaelemek közötti lyukban. Az egyetlen különbség a monokróm raszterhasználathoz képest, hogy most nem feketét rakunk akkor, ha nem találunk pontot a rasztermezô megfelelô pontján, és nem fehéret akkor, ha találunk; a fekete pont funkcióját itt a legközelebbi olyan ""tiszta" vörös szín veszi át, amely a pillanatnyi telítettségtôl lefelé van a skálán, a fehérét pedig a legközelebbi olyan ""tiszta" vörös, amely az aktuálisnál feljebb helyezkedik el a telítettségek sorában. Azt, hogy melyik pontot kell vizsgálnunk a 8*8-as rasztermezôn belül, ugyanúgy kell eldöntenünk, mint a monokróm képek esetén. Képlet szerint: Xrel = Xpos mod 8, Yrel = Ypos mod 8 (ahol az Xrel;Yrel a rasztermezôn belüli koordináták, az Xpos;Ypos az adott pontnak a kép bal felsô sarkához viszonyított koordinátái, a mod pedig egy olyan osztás, amely eredményként a mûvelet maradékát adja vissza). Egyszerû példával élve, 40-es vörös telítettség esetén, ha a kirakandó pont koordinátái 37;113, akkor meg kell vizsgálnunk a 25%-os telítettségû rasztert, azaz a 15-ös indexû mátrixot, hogy tartalmaz-e pontot az 5;1-es pozícióban (25% azért, mert a 40-es telítettség pont az 1/4 részénél osztja a 32 és a 64 közötti skálát, márpedig e két ""tiszta" vörös határolja a 40-es telítettséget). Ha nem találunk pontot a raszter 5;1-es pozícióján, akkor a 37;113-as fizikai képpontra 32-es vörös telítettségû pixelt rakunk ki, ha viszont találunk pontot az adott pozícióban, akkor 64-es vörös árnyalatú pontot helyezünk el a kép ugyanezen helyén. A zöld és a kék skálák elkészítésének az elve ugyanez, figyelembe véve persze a kék csatorna különbözô osztottságát. Nekünk persze nem különálló skálákra van szükségünk, hanem arra, hogy egy színkomponens-hármas alapján a három raszterskála adott telítettségû helyeinek tetszôleges kombinációját tudjuk megjeleníteni egy adott ponton. Nincs azonban semmi probléma, hiszen a palettát úgy építettük fel, hogy bármely három ""tiszta" szín bármely tetszôleges kombinációja szerepel benne. Nincs hát más dolgunk, mint hogy külön-külön a vörös, a zöld és a kék komponensekre nézve elvégezzük az elôbbi mûveletsort, megkapva az adott komponens-skálán megjelenítendô ""tiszta" színt, majd megkeressük a palettának azt az elemét, amely megegyezik az így megkapott ""tiszta" színkomponens-hármas aktuális kombinációjával. Ez lesz az a pixel, amit fizikailag megjelenítünk a képernyôn az adott X,Y koordináták által meghatározott helyen. Van azonban még egy apró probléma. Ha mondjuk 8 részre osztjuk a teljes skálát, és 32-es egységenként lépünk egy ""tiszta" színt a telítettségi skálán, akkor a következô színkomponens-erôsségi sorozatot kapjuk: 0, 32, 64, 96, 128, 160, 192, 224. Ezzel az a legnagyobb probléma, hogy a legerôsebb komponens jóval alatta marad az elérhetô maximális telítettségnek (ez a hiányosság különösen érzékelhetô a kék skála esetében, ahol ugyanilyen elvet követve a 192-es telítettség jelentené a legerôsebb ""tiszta" kék színt). Már az is éppen elég nagy baj, hogy a megjelenô maximális fényességû pixelek is túl sötétek lesznek. Az egészben leginkább az a katasztrofális, hogy a megjelenítés során mi igenis kapunk olyan komponens-értékeket, amelyek 224 illetve 192 felett vannak, és ezekkel nem tudunk mit kezdeni, hiszen nem felelnek meg egyik ""tiszta" színnek sem, viszont nincsenek két ""tiszta" szín között sem. A megoldás meglehetôsen egyszerû; nem fix egységenként kell növelni a ""tiszta" színek telítettségét, hanem egy egyszerû aránypárral kell ôket rászámítani a 256-os skálára -- általános képlettel: Telítettség = 255*(Aktuális / (Osztottság-1)). Ha tehát 8 részre osztunk egy skálát, akkor a telítettségi szintek 0 és 7 között lehetnek, s a maximális vörös telítettség = 255*(7/(8-1)), vagyis 255. Természetesen ennek megfelelôen módosul az összes számszerû adat, amit a magyarázathoz felhasználtunk, de az elv ugyanaz marad. Ha mégsem akarjuk megváltoztatni az elképzeléseinket (mármint a számszerû adatokat tekintve), vagy úgy találjuk, hogy fix egységekkel dolgozva sokkal egyszerûbb megírni az algoritmust, akkor tehetjük azt is, hogy a bejövô adatokat arányosan rászámítjuk az ""egységenkénti" skála szerinti maximális komponens által meghatározott értéktartományra (vörös és zöld esetén 0..224, kék esetén 0..192), de a palettaelemekbe fizikailag akkor is az arányos számítással megkapott értékeket kell, hogy töltsük (különben túl sötét lesz a megjelenô kép). Az algoritmus ugyanígy mûködik 32 ezer illetve 64 ezer színû megjelenítések során is, csupán a számszerû konstansok változnak. Ha a 16 színû EGA és VGA üzemmódokat nézzük, azokra is igaz, hogy a színes hibaszórás szebb eredményeket produkál, mint ez a fajta osztott merevraszteres tachnika -- viszont az elôbb leírtak igen jól használhatók a 16 színû üzemmódokban is (8 színt kihasználva, 2-2-2 részre bontva a színkomponenseket), és az elônyei ott is érvényesülnek. @VUtószó@N Ezzel befejeztük a különbözô grafikus megjelenítôk közötti képkonvertálások tárgyalását. A sorozatban nem volt célom az, hogy az összes létezô megjelenítô kártya lehetôségeit hardver- illetve programozási szinten ismertessem, csupán egy átfogó, elvi képet akartam adni azokról a képkezelési eljárásokról, amelyeket a fejlettebb grafikai programok alkalmaznak, és amelyek segítségével a legelterjedtebb grafikus adapterek grafikai lehetôségeit kihasználhatja bárki, akinek ez célja, hobbija vagy érdeke. Az ismertetett eljárásoknak rengeteg különbözô változata létezik, és egymással is tetszôleges módon variálhatók. Remélem, elegendô támpontot adtam ahhoz, hogy bárki, akit érdekel a grafikus képfeldolgozás, és van hozzá némi programozási gyakorlata, kellô hatékonysággal tudja felhasználni ezeket az ismereteket, illetve továbbfejlesztve azokat még jobb, még szebb, még hatékonyabb képkezelési eljárásokat dolgozhasson ki. @KNagy Gergely@N @VReferencia@N Grafikus konvertálások -- 1 (Monokróm 1): CHIP 93/január Grafikus konvertálások -- 2 (Monokróm 2): CHIP 93/február Grafikus konvertálások -- 3 (CGA, EGA 1): CHIP 93/április Grafikus konvertálások -- 4 (CGA, EGA 2): CHIP 93/június