Introduzione alla Grafica Digitale

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Introduzione alla Grafica Digitale
HW dispositivi di visualizzazione
di immagini
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Introduzione alla Grafica Digitale

• dispositivi di visualizzazione di immagini posso
  classificarli
• immagini "temporanee",
• generate velocemente,
• in situazioni interattive
• es. tipico schermo
• 2) immagini "persistenti "
• generate lentamente (o anche non)
• es. tipico plotter

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Introduzione alla Grafica Digitale
HW dispositivi di visualizzazione di
immagini "temporanee", generate velocemente,
in situazioni interattive CRT
(CathodeRayTubes), LCD (Liquid Crystal Displays),
Plasma Displays etc ancora nel 2005 la
qualita' di immagine (colori!) dei CRT
e' migliore delle immagini prodotte dai LCD e
Plasma
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Introduzione alla Grafica Digitale
dispositivi di visualizzazione di immagini
immagini "persistenti " generate
lentamente Stampanti (Printers)
meccaniche a percussione (martelletti, aghi
dot-matrix..) laser, ink-jet, film,
stampanti off-set da tipografia, ecc
Plotters (con penna scrivente), varie
tecnologie... da inizio anni 60
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Introduzione alla Grafica Digitale
qualche dettaglio dei dispositivi di
visualizzazione di immagini di tipo "schermo"
CRT (CathodeRayTubes), LCD (Liquid
Crystal Displays), Plasma Displays
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HW alcune caratteristiche da notare per gli
schermi "in genere" Risoluzione 160x160
(WebCam,Cellulari) -gt
640x480 (VGA, TV NTSC USA)
1200x800 (Schermo tipico di un portatile)
3840x2400 (Schermo ad altissima
precisione) e oltre, ma con
schermo a piu'monitor Refresh rates 12Hz -gt
120Hz Interlaced vs. Progressive Stereo
(immagini 3D) Field-Sequential vs.
Polarized Decay Rate (animation, stereo) on both
CRTs and LCDs Pixel Size DPI vs. mm/pixel
(densita' o precisione o grana del
raster) Colore RGB, CYMK, altri modelli
consumo di energia (10W - 400W)
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Un'importante distinzione come viene
formata un'immagine Vector Graphics o
grafica vettoriale Vector (calligraphic)
CRTs, (1950) pen-based plotters (1959,
CalComp) elemento base un tratto di linea, come
tracciabile da una penna scrivente
(plotter) Raster Scan o grafica a reticolo
Display grafici (da display
alfanumerici) elemento base un punto dello
schermo, o pixel (picture element) (1950)
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Vector Graphics Vector (calligraphic) CRTs,
(1950) pen-based plotters (1959)
() elemento base un tratto di linea, come
tracciabile da una penna scrivente visualizzazio
ne il programma di costruzione del disegno
produce i comandi per la macchina che poi fa il
disegno molto spesso i comandi non passano
direttamente alla periferica, ma sono registrati
in un "display file", il display file NON e' il
disegno, ma e' un insieme di tutti i comandi
necessari per tracciare il disegno ad es. un
pezzo di un motore diesel per navi, fatto
(preparato) da un programma di CAD, quindi
tutta la sequenza di tratti di linea, punti,
specifiche di attributi ecc ---------- () nel
1965 c'e' gia' una manifestazione di "computer
art"
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Vector Graphics Vector ("calligraphic") tubi
CRT, (1950) pen-based plotters (1959)
() visualizzazione viene usato il "display
file", insieme di tutti i comandi necessari per
tracciare il disegno, preparato dal programma
dove e' specificato il disegno il display file
viene poi interpretato (eseguito) dal processore
grafico (dal work-station client o dal plotter)
che (ri-)traccia tutto il disegno in un tempo
piu' o meno breve (da 1 min a 6 ore) plotter e
schermo grafico sanno disegnare un tratto di
linea, P1(x1,y1) ---gt P2(x2,y2) , cioe' un
vettore P1-gtP2 - da cui il nome grafica
vettoriale il display file sono i comandi per
fare il disegno, non e' ancora l'immagine (il
disegno) !!
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Il termine Computer Graphics risale al 1960, di
W.E.Fetter della Boeing in Renton, Wash., USA,
per descrivere una presentazione di un progetto
di una parte di aereo... La progettazione
interattiva risale al 1960-1962, di Ivan
Sutherland, MIT, lavoro di Phd "Sketchpad",
dove l'utente poteva disegnare sullo schermo con
una penna luminosa il sistema usato aveva 65k
celle di memoria (nuclei ferrite), due tubi a
raster 1024 x 1024, un plotter meccanico con
penna scrivente (programmazione assembly,
fortran, algol) ( l'articolo si trova in rete,
http//www.cl.cam.ac.uk/TechReports/UCAM-CL-TR-574
.pdf )
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(No Transcript)
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tecnologia 1960 "penna luminosa" dispositivo
di ingresso dati, in parte corridpondente ad un
mouse di oggi plotter o macchina per disegnare,
con penna scrivente montata su carrello mobile
(motori passo-passo)
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un es. di "disegno tecnico", realizzato con
SketchPad (1962)
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un es. di "disegno tecnico", realizzato con
SketchPad (1962)
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• Raster Scan
• Display grafici (evoluti dai display
  alfanumerici)
• gtgtgtgt elemento base
• un punto dello schermo, pixel (picture element)
• oggi (2005..) la precisione dei sistemi raster e'
  paragonabile ai sistemi vettoriali, (1600x1000)
• e un calcolatore portatile o da tavolo puo'
  svolgere le funzioni di una work-station grafica
  a costo sensibilmente minore.
• vediamo un cenno sui sistemi a raster

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osservazione importante l'immagine ottenuta con
lo schermo a reticolo di pixel e' formata di
elementi discreti, pixel, e NON di elementi
geometrici astratti come "punti", "linee",
"figure geometriche del piano", che sono
astrazioni matematiche la figura sullo schermo
e' formata da un reticolo di punti, il cui numero
varia a seconda delle dimensioni e della
precisione dello schermo dimensioni da 9
pollici (e meno, vedi cellulari
con schermi da 5" o meno) a 40
pollici ( LCD, schermi a plasma, ...
e, ovviamente, si va oltre con un proiettore
... ) precisione da 72 punti per pollice a 200
punti e piu' (schermo) ... a 400 punti, 700
punti (laser) e piu' (4000) (stampa, foto)
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dimensioni da 9 pollici (e meno,
vedi cellulari con schermi da 5" o meno) a
40 pollici ( LCD, schermi a plasma, ... e
oltre -) ovviamente con un proiettore ...
) precisione da 72 punti per pollice (e
meno) a 200 punti e piu' (schermo) ...
a 700 punti e piu' fino 4000 punti per
pollice stampa e foto quindi il numero di
byte richiesti per codificare un'
immagine varia molto da meno di 300k (una
webcam da ufficio) - es. 36 dpi con 5" -gt
180x13524300 pixel a piu' di 20 M pixel
(stampa offset di qualita', diapositiva..) -
es. 4000 dpi con 24x36mm 4252 x 5670 24 M
pixel
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• nota
• se cresce la dimensione dell'immagine in numero
  pixel
• cresce la esigenza di banda passante ovvero
  numero di byte al secondo
• numero pixel nr.o immagini al secondo
• da trasmettere dal computer allo schermo
• webcam 160x100x10 160 000 byte/sec
• VGA 640 x 480 x 50 byte / sec 15 360 000
  byte/sec
• QUXGA 3840 x 2400 x 3 x 48 9216000 x 3 x 48
• 442 368 0003 1 327 104 000
  byte/sec
• 1 G byte al secondo !!
• (IBM 2002, Toshiba 2007, ...)
• nota che ISDN e' 50k .. 100k, ethernet arriva a
  100M ...

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inizio 2008 sono definiti degli standard "HXGA"
ecc, dove H sta per "hexadectuple" ovvero 16
volte XGA inoltre vari altri standard
precedenti le dimensioni partono da 4096x3072
in avanti, ma al momento si realizzano solo con
monitor multipli
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Come si passa dal "frame buffer" o memoria dove
sono codificati i pixel dell'immagine alla
superficie dello schermo "display surface" un
processore specializzato "copia" continuamente
(refresh rate) l'immagine dalla memoria grafica o
frame buffer sullo schermo, utilizzando un po' di
hw
21
un po' di storia ZX81 (Sinclair, 1981,
secondo tentativo, dopo il ZX80) utilizzava la
stessa cpu (un Z80) a cicli alterni sia per
l'elaborazione dati sia per la generazione
dell'immagine (circa 200x250), costava poco
(50 sterline, al tempo 500.000 lire, al DEEI
l'aveva preso il prof. Sipala), una paga
media era 1.300.000 ... un Apple II costava in
Italia 3.000.000) la tastiera era piatta, (di
carta) a sensori, unita' centrale 3.25 MHz
Zilog Z80A CPU 8K ROM, 1K RAM externally
expandable to 64K (56K usable) Display 24 lines
x 32 character text display Monochrome only
Sound None I/O Z80 bus, 250 baud cassette
interface, UHF television out Storage External
cassette recorder stampantina a 1 (uno) ago, ZX
Printer for only 49.95 pounds, full
alphanumerics and highly sophisticated graphics.
COPY prints out exactly what is on the TV
screen speed is 50 characters per second, 32
characters per line and 9 lines per vertical
inch.
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da un articolo del 1975 di Duane M.Palyka (uno
dei pionieri della computer art) a major problem
with achieving access to a flexible computer
graphics medium is the initial cost of setting it
up 50.000 for a computer (midi workstation),
80.000 for a frame buffer, 5.000 for a tablet,
and 5.000 for a color TV monitor this means
that none but the wealthiest artist can afford
his own electronic paint-and-brushes. In five
years the cost of this equipment should be within
the range of an art department budget. (In fact,
1980 a personal con z80 matrox graphic card
costed 10x less) si tenga presente che si applica
un fattore di rivalutazione di almeno 10 per
avere il valore in dollari di oggi ...
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Passaggio di un Pixel dal frame buffer allo
schermo
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Altre considerazioni Profondita' o numero
piani dell'immagine, ovvero numero bit per pixel
Depth - bits per pixel schermo in B/N un
bit/pixel, RGB, RGBA (4, 6, 8, 12
bits/color/pixel), in piu' Alpha (trasparenza)
z-buffer (3D depth) overlay buffer
planes accumulation buffers for
antialiasing, motion blur, ... double
buffering for animation (due memorie immagine,
mentre scrivo in una ovvero costruisco
l'immagine l'altra viene mostrata sullo schermo)
quadruple buffering for stereo image
(imm.stereoscopica per effetto 3D) CLUT o
Color Look-Up table, molto usato negli anni 80
(VGA) per risparmiare memoria grafica,
vedremo (less VRAM, gamma correction,
per-window or per-display) video bus
(separato) dual-port RAM, VESA, NuBus, PCI,
AGP, UMA (SGI), crossbar bandwidth,
cost
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per monitor a colori il passaggio da frame buffer
a schermo richiede piu' dati, piu' memoria, piu'
banda passante, piu' componenti qui un esempio
di sistema con 6 bit per pixel, a cui si aggiunge
una CLUT (figura in seguito)
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Codifica colore con la tavolozza di colori o
color palette ( Indexed Color and the Color
Lookup Table (CLUT or LUT) ) schema di codifica
del colore sono presenti contemporaneamente
solo 256 colori sullo schermo allora bastano 8
bit per pixel al pixel si associa un codice di
colore che e' un indice di posizione nella
tavolozza di colori (es. 256 colori),
ogni colore e' codificato con 3x8 bit, 8 bit per
colore (256 livelli di intensita', da nero a
bianco), quindi ogni elemento della CLUT ha 3
byte per avere il colore di un pixel c'e' il
passaggio attraverso la CLUT, qui in figura a
fianco per una CLUT di 64 colori (6 bit /
pixel) oggi la memoria costa sempre meno, e le
CLUT sono ormai scomparse (Apple2 aveva 4
bit/pixel, l'Amiga aveva 5 bit, la VGA 8 bit)
27
per avere un'idea del fatto che 256 colori non
sono tanto limitativi, segue un'immagine con
appunto 256 colori ("UE" o "sopra", realizzato
su Apple Quadra 68000 in CW MW Pascal, (software
mio) su Apple Mac OS9, dec.2001)
28
424.p173 "ue" immagine 2D a 256 colori
29
la slide successiva riporta da rete la
presentazione di uno schermo grafico di alto
livello dell'IBM, di costo notevolmente superiore
ad uno schermo standard corrente
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(anno 2004 (!) ) IBM T221 Single 22 LCD
panel 3840x2400 9.2 million pixels (204 DPI)
Single PC Linux Windows Support 4001
high-contrast, 170viewing angle TFT LCD,
24-bit color support, firmw. programmable for
color match. sys. 48Hz screen update rate
compatible OpenGL 3D, modes QUXGA-W, UXGA, SXGA,
XGA, SVGA, VGA graphics adapters NVIDIA Quadro4
980 XGL, NIVIDA Quadro FX 1000, ... NVIDIA Quadro
FX 4000.
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seguono due immagini di un altro dispositivo
grafico "IDTech"
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about 10 year ago LCD display VGA (640 x 480
pixels) 2004 most popular resolution of LCD
displays XGA (1024 x 768 pixels) SXGA
(1280 x 1024 pixels) UXGA (1600 x 1200
pixels) IDTech 9.2 million-pixel LCD display,
highest-grade LCD display designed with 204
pixels per inch (ppi) density, a ppi that is
nearly impossible to recognize with the human
eye. I22.2-inch size (diagonal) 1610 aspect
ratio resolution in range of VGA (640x 480
pixels) to QUXGA wide (3,840 x 2,400 pixels)
This LCD display can display data/information
equivalent to two A4 size papers on one screen.
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ID Tech - Technical Information of 9.2
Million-Pixel, 22.2-Inch LCD Monitor Screen
Format QUXGA wide
Screen Size 22.2 inches (56.4 cm) Wide, Pixels
Number 3840 x 2400 (9.216 MPixels) Display Area
478.1 cm x 298.8 cm Resolution 204 ppi (pixel
pitch 0.1245 mm) 16.70 M Colors (10
bit/color) Brightness 235 cd/m2 Contrast
4001 Viewing Angle Hor/Ver - 85
Degree Dimension 547 mm x 437 mm x 196 mm Weight
11.4 kg (Base Unit) The white color temperature
of 6,500K, 5,000K is also offered. Refresh
rate 41Hz or 48Hz Allowable input refresh
rate depends on screen resolution and maximum
rate is 85Hz. Model Name Internal Refresh Rate
this monitor has a color management function to
provide 10 bits color accuracy for each Red,
Green, Blue (RGB) color
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proiettore BARCO D-Cine Premiere DP100 Native
Resolution - 2048 x 1080 per Red, Green and Blue
channel. Equivalent to 6.6 million pixels. Color
Processing - Bit depth 45 bit (15 bit per color)
- Color Shades 35 trillion - Optical Lamp -
Accepts 2k to 7k Xenon arc lamp sizes - Power
Requirement - 3 x 400V N or 3 x 220V versions
available Dimensions- Projector Head 620 (H) x
768 (W) x 1120 (D) mm Weight- Projector Head
approx 95kg (210lb) - Projector head and
Pedestal approx 150 kg (332lb)
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The IndianaUniv AdvancedVisualLab's
Rendering Cluster (wall) (2004) 1 Master PC? 6
Graphics Server PC's 1.4 to 1.7 Ghz AMD
Processors 512MB RAM per PC 64MB GeForce3 Video
Cards Dual Boot OS - Windows2000 and RedHat
Linux Gigabit Ethernet see next slide
36
(No Transcript)
37
2005/02/14, da rete display al plasma, 42x42,
5000, Hitachi 1024 x 1024 viewable, 169 aspect
ratio, 10001 Contrast Ratio 1000 CDM
BrightnessDiscrete Monitor ID FunctionFilter
Function to Reduce Flickering Input RGB 1,
RGB 2 Accepts Analog (PC) Component
Video(DVD, Sattelite Receiver, HDTV)
Inputs/Outputs InputVideo 1 (Composite)Video 2
(Component) Connectors RCA pin ( L/R ) x 2
(Video1,2 ) Connectors 3.5mm stereo mini jack x
2 (RGB1,2 ) Video 1 ( composite video ) only,
Level / impedance 1.0Vp-p / 75ohm Connector
RCA x 1 Power Supply AC 100-120/200-400V
Frequency 50/60Hz Power Consumption 350W
(without sound) (Standby Power Consumption
2.5W)
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Introduzione alla Grafica Digitale
2005/02/14, da rete display al plasma, 42x42,
5000, Hitachi Number of Pixels 1024
(Horizontal) x 1024 (Vertical) Pixel Pitch 0.90
(Horizontal) x 0.51 (Vertical) mm Number of
Colors 16.7 million colors (256 Gray level)
Brightness 1000 cd/m2 at panel before filter
Viewing Angle Display Viewable Size (inches) 42
Resolution1024 x 1024 Horiz Viewing Angle
(degrees)160 Contrast Ratio 10001
Brightness/Luminance (cd/m2)100 Physical
Attributes Weight (lbs)68 ltltlt !! circa 35
kg Width (inch) 40.55 Height (inch)25.5 Depth
(inch)3.5 Warranty1 year Labor Warranty1 year
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un po' di reclame della Dell () LCD Displays.
A 15-inch extended graphics array (XGA) panel
has a pixel density of 85 ppi an ultra XGA
(UXGA) panel, 133 ppi. For the purposes of this
paper, a high-density LCD is defined as an LCD
with a minimum pixel density of 117 ppi. This is
the density required to display super XGA
(SXGA) resolution on a 15-inch screen.PPI is
directly related to "pixel pitch" (or "dot
pitch"), which is the size in millimeters (mm) of
each screen pixel. An LCD is composed of a grid
of pixels, each composed of a red, green, and
blue (RGB) component. The pixel pitch is the
distance in mm between a red (or green or blue)
component and the next closest red (or green or
blue) component. Table 1 shows the ppi and, thus,
pixel pitches required to display resolutions
currently available on Dell LCD panels ranging
from 12.1 to 15.4 inches. (may 2003)
() (mr. Dell is a G.Bush
supporter)
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Introduzione alla Grafica Digitale
LCD Displays. Table 1 Examples of Portable
Displays Formats VGA (640 x 480) 15
inches 72 ppi, XGA (1024 x 768) 12 inches
106 ppi, 15 inches 85 ppi Wide XGA (WXGA)- 1280 x
720 15 " 98 ppi SXGA (1400 x 1050)
15 " 117 ppi Wide
SXGA (WSXGA) - 1680 x 1050 15.4 " 129 ppi UXGA
(1600 x 1200) 15"
133 ppi Wide UXGA (WUXGA)- 1920 x 1200 15.4
" 147 ppi QUXGA wide (3,840 x 2,400 pixels)
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Introduzione alla Grafica Digitale
() Advantages of High-Resolution LCDs Current
high-resolution LCDs available on Dell notebook
computers can display resolutions as high as 1600
x 1200 on a 14.1- or 15-inch screen and 1920 x
1200 on a 15.4-inch screen. These higher
resolutions result in the sharp, clear, and
photo-like screen images required for
applications such as digital imaging, multimedia
presentations, and mapping programs. They also
allow more digital information to be displayed on
the screen. For example, a UXGA panel can
display 96 percent of the digital detail in a
photo taken with a 2-megapixel digital camera at
its highest quality setting. () un po' di
reclame della Dell -)
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Introduzione alla Grafica Digitale
Dell notebook LCD displays Figure 1. Comparison
of 2-Megapixel Digital Photo Displayed on XGA,
SXGA, and UXGA Panels
43
HARD COPY printers dot matrix printers,
ink-jet printers laser printers b/n, colori
macchine per tipografia plotters da
tavolo (A4) da parete (fino a A0, ad es.
per cartografia) da parete, per cartelloni
pubblicitari (2-4 metri x 4-10 metri)
44
600AeX Plotter Specifications Description
Ultra-Wide format, front loaded, space saving,
roll feed plotter Throughput Up to 90 m/hr
(98y/hr) Media Width From 1.11 meter to 2.2
meter Rolls Media Take-up Up to 91 meters (100
yards) Pens Any pen with a barrel size between
3/8 (.95cm) and 7/8 (2.22cm) including HP-style
plotting pens, Bic style balltip pens,
pressurized long-life ball tip pens, fiber tip,
felt markers Buffer Size 1 Megabyte Interface
RS-232C serial port Languages DMPL, HPGL
HP-7475 HP-7596 Power 90 to 264 Vac_at_ 47 to 66
hz, 160 Watts Front Control Speed, pen force
and roll/unroll control
45
Laser B/W e Color Printers da 88 a 6000 e
oltre, con precisione 1100 dpi, velocita' di
stampa fino 50 ppm ... da aggiornare ...
46
solo un elenco dei sistemi di
ingresso di dati grafici keyboard, mouse,
button boxes, dials, digitizers, scanners, 3D
input, ... da completare ...