Programiranje novih filtera i primjena na rasterske elemente slika

N. Stanić Loknar, M. Rudolf, T. Koren

Predstavljamo četiri nova koda za individualno filtriranje slika u PostScriptu. To su djetelina sa četiri lista, djetelina sa tri lista, trokut i kvadrat. Vlastitim programiranjem filtera moguće je potpuno kontrolirati izgled slike i stvarati jedinstvene grafike. Moguće je prilagoditi filter motivu na koji se aplicira. Filteri se primjenjuju na crno-bijele slike ili na slike u boji. Slike koje koristimo su osam-bitne što znači da upravljamo sa 256 tonova jedne boje unutar jednog kanala. Budući da se slike obrađuju u potpuno kontroliranim uvjetima ponovljivost takvih slika je moguća uz poznavanje kodnih zapisa dodanih filtera. Razina promjene u strukturi rasterskih elemenata može varirati od jedva primjetne do drastično različite od originala slike. Područje primjene ovako stvaranih grafika je u sigurnosnom tisku na dokumentima koji zahtijevaju određenu razinu zaštite.

Ključne riječi: filteri, PostScript, rasterski element, piksel

UVOD

Sa pojavom digitalnog tiskarstva, a koristeći programske jezike u grafiku se uvede manipulacije rasterskim elementima (1). Tradicionalni rasterski elementi kao što su okrugla točka, romb i linija zamjenjuju se raznim novim oblicima (2). Kao rasterski elementi mogu poslužiti i tipografski znakovi i piktogram (3). Programska rješenja dozvoljavaju i deformaciju samog piksela. Piksel ne mora biti pravilnog pravokutnog oblika (4). U ovom članku programiranje i manipulacije rasterskim elementima proširujemo na filtere. Današnji programi nude mnoge filtere za aplikaciju na slike, njima se postižu razni efekti i zanimljiva rješenja.  Kodni zapisi takvih filtera su nepoznati i njima se ne može potpuno upravljati.
Stvaranjem vlastitih filtera uvodi se potpuna kontrola digitalne obrade slika (1). Programira se željeni oblik filtera kojim se kasnije zamjenjuje svaki piksel. U jednoj slici mogu biti aplicirani razni filteri. U našim primjerima promjena filtera je vezana uz udio određene boje. Originalna piksel grafika sa motivom se transformira u vektorsku grafiku, gdje se uzimaju podaci o obojenju svakog pojedinog piksela te se dalje koriste u definiranju obojenja, deformacije, rotacije ili izgleda novih filtera.

Plan eksperimenata

Heksadecimalni kôd CMYK slike je osnova za aplikaciju filtera u Postscriptu. Kod se dobije separiranjem CMYK kanala iz postscript formata. Svaki kanal slike definiran je heksadecimalnom matricom u kojoj je svakom pikslu pridružena dvoznamenkasta vrijednost od 00 do FF. U decimalnom sustavu to je 256 razina pokrivenosti jednog kanala. Boja piksela određena je kombinacijom udjela c, m, y i k komponente. Budući da su to numeričke vrijednosti, one se mogu upotrijebiti kao parametri slike u različitim kombinacijama u pridruženom algoritamu. Te vrijednosti se mogu mijenjati i manipulirati, te koristiti kao parametri novog kanala ili oblika kojim se zamjenjuje piksel. Filtere razdjeljujemo na 2 grupe: filteri koji manipuliraju obojenjem originalne slike, te na filtere koji manipuliraju oblikom piksela, oni zamjenjuju originalni piksel sa vektorskim oblikom.

U radu predstavljamo filtere koji mijenjaju originalni piksel sa programiranim vektorskim oblikom. Iz piksel grafike se uzimaju podaci heksadecimalnog koda boje i koriste da bi se stvorila vektorska grafika. Numeričke vrijednosti koje se preuzimaju iz parametara za boju mogu služiti kao parametri koji definiraju oblik, veličinu ili poziciju vektorskih krivulja. Na poziciji određenog piksla iz originalne slike, umeće se ćelija unutar koje se nalazi vektorski oblik. Takva grafika se dalje obrađuje kao vektorska grafika.

Eksperimentalni rezultati

Slika 1. Izgled i apliciranje novih filtera na CMYK površinu

U eksperimentalnom dijelu rada predstavljamo programsko rješenje četiriju novih filtera . Programi su izvedeni u PostScriptu. Dva filtera su uzela oblike iz prirode i to su djetelina sa tri i četiri lista. Druga dva filtera su tehnički oblici trokut i četverokut. Slika 1. uvećano prikazuje izgled filtera. Prikazana je traka sa CMYK bojama. Na svaku boju je apliciran jedan filter.  Djetelina sa četiri lista zamjenjuje svaki piksel u cijan pravokutniku, djetelina sa tri lista u magenti, trokut u žutoj i kvadrat u  crnoj boji.
Kao osnova za programiranje filtera u Postscriptu moraju biti zadani podaci o dimenzijama ćelije. Novi filteri u djelovanju na slike zamjenjuju rastersku ćeliju. Određena je visina i širina ćelije u koju su smješteni filteri.  

/w 10 def  %dimenzije ćelija
/h 10 def

U našim primjerima veličina ćelije je 10 x 10 točaka. Jedna točka je 0,353 mm (5). Označili smo ih sa w eng. width – širina i h  eng. height visina.
Ćelija je osnovni prostor unutar kojeg se algoritamski definira oblik koji će biti nosioc obojenja. Kreiranje oblika je u sljedećoj fazi prepušteno dizajneru. Nema limita u kreativnom izražaju budući da se oblici kreiraju vektorskim Bezierovim krivuljama. Pravokutni oblik piksela je sada zamjenjen novim oblicima kojima je moguće programski manipulirati. Informacija o obojenju piksela je izražena u heksadecimalnoj vrijednosti od 00 do FF što znači da će konačna slika imati 8-bitno obojenje kao i originalna pikselska grafika. Informaciju o boji sada preuzima oblik koji je pozicioniran u ćeliji na mjestu originalnog piksela. Programski je moguće mijenjati i mutirati oblike upravo prema parametrima obojenja što je pokazano u sljedećim primjerima.

Koordinate pomoću kojih definiramo dimenziju i oblik filtera su:

/x1 w 2 div def            /y1 h 2 div  def           /x2 0  def     
/y2 0  def      /x3 w def  /y3 0  def      /x4 w  2 div  def
/y4 h 2 div def /x5 w def  /y5 h def /y6 h 2 div   def
/y7 h 2 div  def /y8 h 4 div def

Prikazana su programska rješenja filtera. Oblici filtera djetelina sa četiri  i tri lista dobiveni su korištenjem naredbi za Bezierovu krivulju i povezivanjem nekoliko krivulja u jednu cjelinu.
Koordinate od x1, y1 do x5, y8 su zadane u prostoru širine i visine ćelije.

/djetelina { x1 y1 moveto  x2 y2 x3 y3 x4 y4 curveto
             x3 y3 x5 y5 x4 y6 curveto
             x5 y5 x2 y5 x1 y7 curveto
             x2 y5 x2 y2 x1 y1 curveto closepath} def
/trilista {x4 y4 moveto
             x3 y3 x5 y5 x4 y6 curveto
             x5 y5 x2 y5 x1 y7 curveto
             x2 y5 x2 y2 x1 y1 curveto closepath} def

Filteri četverokut i trokut programski su izvedeni korištenjem naredbi za iscrtavanje linija i njihovim spajanjem. Njihova definicija dimenzija je također povezana sa ukupnom dimenzijom ćelije.

/cetverokut{x1 y2 moveto x3 y1 lineto x1 y5 lineto x2 y1 lineto                   
             closepath} def

/trokut{x2 y8 moveto x3 y8 lineto x4 y5 lineto closepath }def

Nakon definicije putanje oblika koji će se koristiti kao nosioci obojenja, programski se modificiraju veličine, pozicije i debljina linija svakog pojedinačnog oblika u ćeliji. Pri tome se koriste parametri koji se odnose na obojenje. Oni se iz heksadecimalnog koda prevode u numeričke vrijednosti decimalnog brojevnog sustava kako bi se mogli koristiti u vektorskoj grafici. Izvedena je pretvorba koja prilagođava raspon vektorskog obojenja od 0 do 1 što odgovara rasponu od minimalne do stopostotne pokrivenosti površine.

Slika 2. Gerber original, aplicirani filter i detalj

Prvi primjer koji prikazujemo predstavlja aplikaciju dvaju filtera na sliku cvijeta. Korišteni su filteri trokut i četverokut. Na uvećanom detalju vidljiva je promjena oblika filtera iz trokuta u četverokut. Promjena je definirana sa udjelom crne na pojedinim dijelovima slike. Na mjestima gdje je udio crne veći od 60% trokut se zamjenjuje sa četverokutom. Tamniji dijelovi slike namjerno su istaknuti. To se programski  postiglo povezivanjem ovisnosti debljine linije sa udjelom crne i magente. Filter se može prilagođavati motivu slike koja se obrađuje. U prvom primjeru je potrebno naglasiti i crvene tonove pa se debljina linije povećava i sa većim udjelom magente. Na kraju je dodan parametar stohastičkog odabira veličine oblika unutar ćelije gdje se oblik uvećava pseudoslučajnim parametrom u rasponu od 100 do 200%. Na taj način slici je dodana određena dinamika i živost.

Slika 3.Cvijet original, aplicirani filter i detalj

Slika 3 prikazuje primjenu filtera djetelina sa tri i četiri lista. Kao i u prethodnom primjeru parametar obojenja služi u definiciji debljine linije. U dijelovima sa većim udjelom magente i crne linija će biti deblja. Zbog motiva na slici ovisnost oblika se proširuje na tri boje: cijan, žutu i crnu. Rezultat je pojava trolisne djeteline u plavim tonovima, dok se u ostalim obojenjima javlja oblik četverolista.  U ovoj reprodukciji dodana je rotacija oblika ovisna o količini žute čime se postiže vizualna deformacija slike. Uvedena je i stohastička promjena veličine, tako da svaki oblik ima drugačiji izgled. Vizualni efekt je takav da slika postaje „nemirna“. U parametrima deformacije sudjeluju sva četiri CMYK kanala.

Slika 4. Šuma original, aplicirani filter i detalj

Slika šuma izvedena je tako da se na čitavoj površini izmjenjuju dva filtera. To su djetelina sa četiri i tri lista. Motiv na slici je takav da je moguće izolirati određeni detalj, u našem slučaju stablo, te na njega aplicirati jedan oblik, a na ostatak slike drugi. Programski je izolirana sivo smeđa nijansa boje. Ovisnosti udjela boje i oblika filtera su tako namještene da je deblo filtrirano samo sa filterom djeteline sa tri lista. Debljina linije filtera je promjenjiva i povećava se sa porastom udjela crne boje. Preko generatora slučajnih brojeva uvedena je i dinamička rotacija uvjetovana porastom udjela žute boje. Zahvaljujući pomaku i rotaciji oblika na slici je dobiven dojam trodimenzionalnosti.

Slika 5. Oko original, aplicirani filter i detalj

Na sliku u petom primjeru aplicirana su tri filtera. Djetelina sa četiri i tri lista i trokut. Uredna struktura rasterskih ćelija, odnosno filtera koji ih zamjenjuju. Nema rotacije ni promjene položaja filtera. Promjena oblika ovisna je isključivo o boji. Izolirana su tri područja obojenja na koje djeluju tri filtera. Na najtamnijim djelovima slike, na zjenici, apliciran je filter djetelina sa četiri lista. Plavi tonovi motiva ispunjeni su filterom trokut, dok se u svjetlim djelovima slike nalazi filter djetelina sa ti lista. Debljine linija filtera su jednake na čitavoj površini slike. U ovom primjeru je postignuta manja dinamika mikrostrukture upravo stoga što nema promjene položaja, ali je dobro kontroliran raspon obojenja unutar kojeg će djelovati određeni filter.  

Zaključak

Osim u sigurnosnom tisku filteri iz naše baze mogu biti korišteni i za dizajnerska rješenja gdje će tematika grafike biti povezana sa oblikom filtera. U našim primjerima reproducirane su grafike cvijeća, a korišteni su filteri djetelina sa tri i četiri lista. Izabrani su oblici iz prirode. Slike mogu biti namjerno reproducirane sa određenim povećanjem da se mogu vidjeti rasterske čelije u kojima se nalaze aplicirani filteri. U jednoj reprodukciji nalazi se nekoliko različitih filtera što doprinosi jedinstvenosti ovakvih grafika. Ne postoji ograničenje u količini i izgledu oblika koji će se koristiti kao filter. Vrsta filtera unutar jedne slike je promjenjiva i u ovdje prikazanim primjerima ovisi o udjelu određene boje. Motivima na grafikama se manipulacijom mikrostrukture pridodaju različiti efekti  kao što su dinamičnost ili trodimenzionalnost. Program za primjenu ovakvih filtera sastoji se od mnogo promjenjivih parametara što otvara široke mogućnosti za izvedbu originalnih i jedinstvenih reprodukcija.

Reference:

1. Pap, K.;Žiljak, V.; Prijedlog novih definicija rasterskih ćelija i tisku s interpretacijom pomoću Matematike; Prim Math, 2001, 1. Znanstveno stručni skup Programski sustav Mathematica u znanosti, tehnologiji i obrazovanju
2. Žiljak Vujić, J,;Vančina, V.; Agić, D.; Žiljak, I.; Pap, K.; New screening element sin multi-colour printing for special purposes, Tiskarstvo 2003.
3. Stanić Loknar, N.; disertacija, 2010, Stohastička tipografija u sigurnosnoj grafici,        Grafički fakultet, Sveučilište u Zagrebu, UDK: 655.2:004.91:343.51
4. Stanić Loknar, N.; Žiljak Stanimirović; I.; Koren, T.; Managing pixel deformation with pseudo-random values in infrared security graphics, 2013, Technics Technologies Education Management, Journal of Society for development of teaching and business processes in new net enviornment in B&H
5. Rudolf M., Stanić Loknar N., Koren T., Bernašek A. 2012 „Individualizirani filter 'kiša' u transformaciji slikovnog elementa“, zbornik radova Blaž Baromić 2012, ur. Mikota Miroslav, Hrvatsko društvo grafičara, Hrvatska, 2012, pp 19
6. Pap, K.; Žiljak, V., 2002, Digitalni udžbenik PostScript grafike ( Digital book of PostScript graphic ), FS, , ISBN: 953-199-000-X