||| Natrag: Grafički standardi | Gore: Računarska grafika | Naprijed: Matematički temelji računarske grafike |

PRIKAZNE TEHNOLOGIJE

Tehnologije tiska

U nizu primjena važno je imati mogućnost stvaranja trajnog prikaza slike generirane računarskim grafičkim sustavom. Najprikladnijim načinom pokazalo se tiskanje slike na papir. Razvijen je čitav niz tehnologija za tiskanje prikaza kreiranih pomoću računarskih grafičkih sustava uključujući: matrične tiskače (dot-matrix printer), plotere (pen plotter), laserske tiskače (laser printer) i druge.

Matrični tiskač koristi glavu sa 7 do 24 iglice koje se pojedinačno mogu pokretati i na taj način pritiskati vrpcu natopljenu tintom na površinu papira. Glava se pokreće u koracima slijeva udesno i red po red odozgor prema dolje. Na taj način ostvaruje se rasterska struktura mogućih točaka na otisnutoj slici. Gustoća točaka u ovoj strukturi može se povećati dvostrukim prolaskom glave preko istog retka uz pomak za polovicu razmaka među iglicama. Također moguće je tiskati i slike u boji primjenom vrpca u boji.

Ploter iscrtava sliku pokretanjem pera preko površine papira na proizvoljan način. U tehnologiji plotera s ravnom pločom (flatbed plotter) papir se pričvršćuje na ploču elektrostatskim nabojem, vakuumom ili nekim drugim načinom. Pero se postavlja na početnu točku crte i spušta na površinu papira. Pero se pokreće po površini papira do krajnje točke i tada se podiže. Ovaj uređaj analogan je vektorskoj tehnologiji crtanja. U tehnologiji rotacijskih plotera (drum plotter) papir se rotira pomoću bubnja koji rotira, a pero se pokreće duž linijske putanje uzduž bubnja u oba smjera.

Elektrostatički ploter (electrostatic plotter) nanosi negativni električni naboj na dijelove bijelog papira koji trebaju postati crni. Nakon toga ga izlaže toku pozitivno nabijenog crnog tonera koji prijanja uz mjesta s negativnim nabojem.

U laserskom tiskaču laserska zraka prelazi preko pozitivno nabijenog rotirajućeg bubnja presvučenog slojem selena. Područja preko kojih prijeđe zraka gube naboj, a pozitivni naboj ostaje samo na područjima koja trebaju postati crna. Negativno nabijeni toner u prahu prijanja na pozitivno nabijena područja bubnja, a zatim se prenosi na bijeli papir. Za tisak u boji postupak se ponavlja tri puta, za svaku primarnu boju po jednom. Laserski tiskači procesorski su upravljani. Procesori obavljaju i rastersku pretvorbu slike. Često pri tome koriste Postscript, jezik za opis dokumenata i slika.

Tintni tiskač (ink-jet printer) nanosi tintu na površinu papira. Tiskači u boji nanose cijan, magenta, žutu, a ponekad i crnu boju na papir. U većini slučajeva pera s tintom su ugrađena u glavu koja se pokreće lijevo i desno dok se papir pokreće redak po redak kao kod matričnih tiskača. Sve boje nanose se istovremeno.

Tiskač s toplinskim prijenosom (thermal-transfor printer) koristi tehnologiju sličnu elektrostatičkim ploterima. Grijači prenose pigment s voštanog papira u boji na čisti papir. Voštani papir u boji i čisti papir zajedno se provlače ispod trake s grijačima koji se selektivno griju. Za tiskanje u boji koriste se namoti voštanog papira s trakama u cijan, magenta, žutoj i crnoj boji.

Toplinski sublimacijski tiskač (thermal sublimation dye transfer printer) temelji se na tehnologiji sličnoj tiskačima s toplinskim prijenosom. Kvalitetniji proces grijanja i prijenosa boje omogućava nanošenje više razina (tipično 256) intenziteta cijan, magenta i žute čime se ostvaruje visokokvalitetna reprodukcija slike s punom bojom.

Tehnologije zaslona

Interaktivna računarska grafika zahtijeva tehnologiju prikaznog uređaja na kojem se slike mijenjaju brzo i uz minimalan trošak po slici. Ove zahtjeve ispunjava koncept zaslona kao prikaznog uređaja koji služi za privremeni prikaz slike, ali s proizvoljnim trajanjem. Kao i koncept prikaznog uređaja koji stvara trajnu sliku tiskanjem na papir i ovaj koncept realizira se nizom različitih tehnologija.

Najpoznatija i najraširenija tehnologija je tehnologija cijevi s katodnim zrakama (katodna cijev) koja se često označava kraticom CRT (cathod ray tube). Monokromatska katodna cijev  kakva se koristi u računalnim grafičkim sustavima u osnovi je ista kao i kod crno-bijele televizije. Elektronski top generira tok elektrona koji se ubrzavaju prema zaslonu (screen) presvučenom slojem fosfora visokim pozitivnim naponom (tipično reda 15000V-20000V). Na putu prema zaslonu elektroni se skupljaju u usku zraku pomoću mehanizma za fokusiranje i usmjeravaju prema određenoj točci na zaslonu pomoću otklonskog mehanizma. Kad elektroni pogode zaslon fosfor zrači vidljivu svjetlost. Svjetlost fosfora eksponencijalno opada s vremenom. Stoga prikaz treba osvježavati (refresh) uobičajeno 60 puta u sekundi. Naponom upravljačke rešetke može se upravljati brojem elektrona koji stižu na zaslon, odnosno intenzitetom svjetlosti pojedine točke zaslona. U stvarnosti je snop elektrona prostorno respodijeljen po normalnoj (Gaussovoj) razdiobi oko središta točke. Zato točka nema oštru granicu nego joj intenzitet opada po Gaussovoj krivulji od središta točke. Kao granica za određivanje dimenzije točke uzima se udaljenost od središta na kojoj je intenzitet upola manji od intenziteta u središtu. Tipične vrijednosti promjera točke su reda 0.01 mm.

Slika 2.16 Koncept katodne cijevi.

Vertikalna rezolucija rasterskog monitora (izražena u broju linija po jedinici dužine, uobičajeno lines per inch) određena je u prvom redu veličinom točke. Horizontalna rezolucija određena je veličinom točke i brzinom uključivanja i isključivanja zrake dok se kreće preko horizontalnog retka, odnosno pojasnom širinom katodne cijevi. Rezolucija nije konstantna već ovisi o pojačanju vertikalnih i horizontalnih otklonskih pojačala. Ova pojačala ustvari određuju na koliku površinu zaslona će se projicirati slika definirana bitovnom mapom. Važno je uočiti da rezolucija ne ovisi o bitovnoj mapi.

Monitori u boji (kao i televizija u boji) koriste tehnologiju katodne cijevi s metalnom maskom. Vidljiva površina sastoji se od skupina crvenih, zelenih i plavih točaka koje se zbog malih dimenzija i svojstva prostorne integracije ljudskog oka vide kao jedna boja sastavljena od tri komponente. Rezultirajuća boja ovisi o intenzitetima pojedinih komponenata. Metalna maska omogućava da zraka selektivno pogađa samo jednu vrstu točaka. Na taj način se upravlja bojom svake pojedine točke. Jedna vrsta rasporeda crvenih, zelenih i plavih točaka je trokutasog oblika, ali veća preciznost se lakše ostvaruje linijskim rasporedom fosfornih točaka.

Slika 2.17 Koncept prikaznog uređaja u boji s tri primarne boje.

Tehnologija prikaznog uređaja s tekućim kristalom LCD (liquid-crystal display)vrlo je popularna za prenosiva računala zbog znatno manjih dimenzija, težine i potrošnje energije od CRT uređaja. Tekući kristal sastoji se od dugih molekula kristala. Pojedinačne molekule u normalnim uvjetima (bez djelovanja električnog polja) raspoređuju se spiralno i rotiraju (zakreću) polarizaciju svjetlosti koja prolazi kroz njih za 90°. Kad se izlože djelovanju električnog polja kristali se postavljaju u istom smjeru i ne rotiraju polarizaciju svjetlosti koja prolazi kroz njih.

LCD zasloni s reflektivnim slojem temelje se na šesteroslojnoj strukturi. Slika se stvara pomoću svjetlosti iz okoline. Prednji sloj je vertikalna polarizacijska ploča koja propušta samo svjetlost s vertikalnom polarizacijom (orijentacijom vektora električnog polja). Drugi sloj sadrži vertikalnu rešetku od tankih žica (elektroda) koja služi za odabir i aktiviranje stupaca piksela pomoću pozitivnog napona. Treći je sloj tekućeg kristala debljine reda mikrona. Orijentacijom molekula koje pripadaju pojedinom pikselu upravlja se izlaganjem djelovanju električnog polja. Četvrti sloj je horizontalna rešetka od tankih žica koja služi za odabir i aktiviranje redova piksela pomoću negativnog napona. Dovođenjem pozitivnog napona na odabrani stupac vertikalne rešetke i negativnog napona na odabrani redak horizontalne rešetke tekući kristal u pikselu na njhovom sjecištu izlaže se djelovanju električnog polja. Peti sloj je horizontalna polarizacijska ploča koja propušta samo svjetlost horizontalne polarizacije. Posljednji, šesti sloj je reflektor (zrcalo) od kojeg se svjetlost reflektira natrag prema sloju horizontalnog polarizatora odnosno kroz sve slojeve prema gledatelju.

Svjetlost koja prolazi kroz piksel koji nije izložen električnom polju (nije odabran pomoću horizontalne i vertikalne rešetke) transparentno prolazi kroz sve slojeve u oba smjera i predstavlja svijetli piksel za gledatelja. Pri svakom prolasku kroz sloj tekućeg kristala svjetlosti se zakreće polarizacija za 90°. Na taj način osigurava se da svjetlost ima vertikalnu polarizaciju pri prolasku kroz vertikalni polarizator, a horizontalnu polarizaciju pri prolasku kroz horizontalni polarizator.

Svjetlost koja prolazi kroz piksel koji je izložen električnom polju (odabran je pomoću horizontalne i vertikalne rešetke) dolazi s vertikalnom polarizacijom na horizontalni polarizator koji je ne propušta. Ta svjetlost ne dolazi do gledatelja te takav piksel predstavlja za gledatelja tamnu točku.

Točke koje će biti osvijetljene odnosno tamne određuju se matričnim adresiranjem pomoću vertikalne i horizontalne rešetke na temelju podataka o slici (pikselima koji tvore sliku) pohranjenih u bitovnoj matrici. .

LCD zasloni s pozadinskim osvjetljenjem LCD zasloni s pozadinskim osvjetljenjem (backlit) umjesto reflektivnog sloja (zrcala) imaju izvor svjetlosti u pozadini zaslona. Kao izvori svjetlosti koriste se: fluorescentne svjetiljke s hladnom katodom CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) i LED diode (Light Emitting Diode). LED diode kao izvori svjetlosti mogu u potpunosti prekrivati pozadinsku površinu zaslona ili samo rubove pozadinske površine zaslona uz panel za ravnomjernu difuziju svjetlosti po cijeloj površini. Primjena LED dioda omogućava ostvarivanje boljih značajki zaslona uz manju potrošnju energije.

Zasloni s LCD tehnologijom mogu se realizirati s dvije osnovne izvedbe sustava za odabir i aktiviranje pojedinih piksela (adresiranje): sustav s pasivnom matricom (Passive Matrix) i sustav s aktivnom matricom (Active Matrix). Sustavi s pasivnom matricom imaju horizontalnu i vertikalnu rešetku elektroda pomoću kojih se odabiru redovi i stupci piksela te aktiviraju pikseli na sjecištu odabranih redaka i stupaca. Sustavi s aktivnom matricom osim horizontalne i vertikalne rešetke za svaki piksel imaju pridružene tranzistore koji omogućavaju brže i učinkovitije aktiviranje. Ovi tranzistori izrađuju se u tehnologiji tankog filma TFT (thin-film transistor). TFT tehnologija omogućava značajno poboljšanje svojstava zaslona.

Organska LED tehnologija OLED (Organic Light Emitting Diode) temelji se na elektroluminiscentnom sloju (sloj koji zrači svjetlost) LED diode koji je izrađen je primjenom organskih spojeva. Ovaj sloj predstavlja organski poluvodič. Zasloni s OLED tehnologijom mogu se realizirati s dvije osnovne izvedbe sustava za odabir i aktiviranje pojedinih piksela (adresiranje): sustav s pasivnom matricom PMOLED (Passive Matrix OLED) i sustav s aktivnom matricom AMOLED (Active Matrix OLED). OLED tehnologija primjenjuje se bez pozadinskog osvijetljenja. OLED tehnologija koristi se za izradu računalnih zaslona, zaslona prenosivih uređaja, mobilnih telefona i televizijskih prijemnika. Posebna značajka OLED tehnologije jest mogućnost izrade fleksibilnih prikaznih površina.

Plazma panel (plasma panel) je struktura malih neonskih žarulja koje se mogu selektivno paliti i gasiti matričnim adresiranjem pomoću vertikalne i horizontalne rešetke. Kad je razlika napona na vertikalnoj i horizontalnoj rešetci dovoljno velika elektroni iz molekula neona se oslobađaju i žarulja počinje svijetliti. To se stanje može podržavati s nižim naponom, a za promjenu stanja potrebno je smanjiti napon ispod nužne granične vrijednosti podržavanja. Prednosti ovakvih uređaja su ravnoća, transparentnost, robusnost i nepotrebnost bitovne mape za osvježavanje.

Slika 2.19 Slojevi u plazma panelu.

Video projektori (video projector, digital projector) su uređaji koji omogućavaju projekciju digitalne slike i videa na projekcijsku površinu (u pravilu projekcijsko platno). Koriste se za prezentaciju grafičkog sadržaja sudionicima skupova koji se održvaju u zatvorenim ili na otvorenim prostorima (sastanci, predavanja, konferencije...), ali i za druge različite primjene. Video projektori izrađuju se primjenom različitih tehnologija. Kao izvor svjetlosti mogu se korisiti halogene svjetiljke, LED diode ili laserske diode.

CRT video projektori koriste katodne cijevi i predstavljaju najstariju tehnologiju projektora. U pravilu sadrže tri cijevi (crvenu, zelenu i plavu) koje usklađeno projiciraju pomoću sustav leća na istu projekcijsku površinu i na taj način stvaraju sliku u boji. Omogućavaju ostvarenje velikih dimenzija projicirane slike, ali su relativno veliki i neprikladni za prenošenje.

LCD projektori temelje se na primjeni sloja tekućeg kristala. Koristi se snažan izvor svjetlosti te kombinaciju optičke prizme i filtara za rastavljanje na tri komponente (crvena, zelena i plava). Sloj tekućeg kristala koristi se za upravljanje svjetloćom pojedinih piksela. Relativno su jednostavni, prikladni za prenošenje i pristupačnih cijena.

DLP projektori temelje se na tehnologiji DLP (Digital Light Processing) tvrtke Texas Instruments. Uređaji koriste jedan, dva ili tri digitalna mikrozrcala DMD (Digital Micromirror Devices). DMD sadrži matricu mikroskopski malih zrcala ugrađenih na integriranom krugu. Svako zrcalo upravlja svjetlinom pojedinog piksela (ili skupine piksela). Ova zrcala mogu brzo mijenjati orijentaciju između položaja u kojemu se svjetlost propušta i položaja u kojemu se ne propušta prema leći, odnosno projekcijskoj površini. Komponentama crvene, zelene i plave boje za svaki piksle upravljaju zrcala DMD integriranih krugova.

RAZLUČIVOST DIGITALNE SLIKE I PRIKAZNIH UREĐAJA

- pikselsku razlučivost (pixel resolution) i

- prostornu razlučivost (spatial resolution).

Pikselska razlučivost (pixel resolution) obuhvaća više različitih mjera povezanih s pojmom razlučivosti digitalne slike, zaslona ili tiska.

a) Često se koristi mjera razlučivosti izražena kao umnožak broja stupaca (širina slike izražena u broju piksela) i broja redaka (visina slike izražena u broju piksela). Primjerice digitalna slika može imati pikselsku razlučivost 640 x 480.

b) Također se koristi i mjera koja se dobije množenjem broja stupaca i broja redaka - ukupan broj piksela sadržanih u slici.Ovaj parametar obično se izražava u broju milijuna piksela odnosno megapikselima (npr. 2,1 megapiksela).

c) Drugačiji pristup je izražavanje razlučivosti u broju piksela po jedinici dužine inč (PPI - pixel per inch), ili broju piksela po jedinici površine kvadratni inč (pixel per square inch).

Iako se u praksi označavaju kao razlučivost (resolution), niti jedan od navedenih parametara ne predstavlja u punom smislu razlučivost, ali je svaki od njih povezan s razlučivošću i neizravno pruža informaciju vezanu za razlučivost.

Prostorna razlučivost (spatial resolution)ili prostorna gustoća (spatial density) predstavlja broj zasebnih točaka (u digitalnom tisku) ili zasebnih piksela (u rasterskoj tehnologiji zaslona) u jedinici dužine inč (inch – 2,54 cm). Izražava se u jedinicama DPI (dots per inch) ili LPI (lines per inch). Rjeđe se koristi kao parametar broj linija po milimetru (lines per millimeter). Jedinica LPI izražava broj razlučivih linija na zaslonu. Primjerice, prostorna razlučivost zaslona 72 do 100 LPI odgovara pikselskoj razlučivosti od 72 do 100 PPI. Često se koristi i parametar broja parova linija po jedinici duljine inču (line pairs per inch). Ovaj se broj odnosi na parove koji obuhvaćaju po jednu tamnu i svijetlu linija na zaslonu (te su na taj način razlučive).

Matrični pisači imaju u pravilu 60 – 90 DPI, tintni tiskači 300 – 600 DPI, a laserski pisači 600 – 1800 DPI. Važno je napomenuti da se kod digitalnog tiska u boji na položaj jedne točke tiska 4 – 7 točaka u različitim elementarnim bojama kako bi se ostvarila željena boja.

Parametar DPI pisača treba biti veći od parametra PPI zaslona da bi se postigla odgovarajuća razina razlučivosti detalja na slici (npr. za tiskanje slike od 100 x 100 piksela na površini od jednog kvadratnog inča, može biti potreban pisač s 400 do 600 DPI).

Tiskanje rasterizirane slike zahtijeva povezivanje razlučivosti slike i razlučivosti pisača. Rasterizirane slike pohranjene u memoriji računala u obliku piksela nemaju jednoznačno određene fizičke dimenzije za tiskanje (pojedini pikseli mogu se tiskati s različitim dimenzijama otisnutih točaka i s različitim razmacima). Informacija o željenoj razlučivosti tiskane slike, odnosno njenim dimenzijama može se pridružiti slici u postupku tiskanja odabirom parametra DPI. Rjeđe se koristi mjera za udaljenost između pojedinih točaka izražena u broju točaka po centimetru dužine dpcm (dots per centimetre). Primjerice 72 DPI odgovara 28 dpcm, a 96 DPI odgovara 38 dpcm.

Primjer: Ako se slici u bitovnoj mapi dimenzija 1000 x 1000 piksela (1 megapiksel) pridruži parametar 250 DPI (ili PPI), to će značiti da se slika treba tiskati na površini od 4 inča x 4 inča. Ako se istoj slici pridruži parametar 100 DPI (ili PPI) slika će se tiskati na površini od 10 inča x 10 inča.

Razmak točaka (dot pitch) je parametar koji je povezan s razlučivošću zaslona i pisača (i drugih rasterskih uređaja). Istovrsni ili slični parametri nalazi se i pod drugačijim nazivima (line pitch, stripe pitch, pixel pitch, phosphor pitch, pixel pitch). Pod točkama se ovdje podrazumijevaju pod-pikseli (sub-pixels) koji tvore piksel u RGB modelu. Tri pod-piksela (crveni, zeleni i plavi) tvore trijadu (triad) ili cjeloviti piksel. Razmak točaka (dot pitch) označava veličinu trijade uvećanu za razmak između dviju susjednih trijada izraženo u jedinicama dužine inčima (koristi se i jedinica dužine milimetar). Kvalitetan zaslon ima dijagonalni razmak među točkama 0,26 mm, a horizontalni 0,22 mm.

Standardi za zaslone osobnih računala razlikuju se po nizu parametara od kojih su posebice važni:

- omjer dimenzija (aspect ratio) i

- razlučivost zaslona (display resolution).

Omjer dimenzija (aspect ratio) se izražava kao omjer širine i visine zaslona. Do godine 2003. prevladavali su zasloni s omjerom 4:3, a u manjoj mjeri koristili su se zasloni s omjerom 5:4. Godine 2008. najčešće su korišteni zasloni s omjerom 16:10 za prijenosna računala s LCD tehnologijom. Godine 2011. prevladavaju zasloni s omjerom 16:9.

Razlučivost zaslona (display resolution) predstavlja broj razlučivih piksela po svakoj dimenziji. Uobičajeno se izražava kao umnožak širine i visine zaslona izraženih u brojevima piksela (npr. 1024 x 768, 1920 x 1080). Godine 2011. prevladavaju zasloni s razlučivošću 1920 x 1080. Pojam razlučivosti u nazivu ovog parametra nije dosljedno primijenjen.

Povratak na: Početak stranice | Sadržaj

  ||| Natrag: Grafički standardi | Gore: Računarska grafika | Naprijed: Matematički temelji računarske grafike |

Inženjerska grafika, Copyright © D.Begusic