التركيب الرقمي

الموسوعة الحرة
أربع صور مجمعة في صورة نهائية واحدة

التركيب الرقمي هو عملية تجميع صور متعددة رقميًا لإنتاج صورة نهائية، ويُستخدم عادةً للطباعة أو الأفلام أو العرض على الشاشة. وهو النظير الرقمي للتركيب البصري للأفلام ، ويُعد جزءًا من معالجة المؤثرات البصرية .

الرياضيات

تُعرف العملية الأساسية المستخدمة في التركيب الرقمي باسم مزج ألفا ، حيث يتم استخدام قيمة التعتيم ، 'α'، للتحكم في نسب قيمتي بكسل الإدخال اللتين ينتهي بهما الأمر إلى بكسل إخراج واحد.

كمثال بسيط، لنفترض أن لدينا صورتين متطابقتين في الحجم، ونريد دمجهما. تُسمى الصورتان المدخلتان بصورة المقدمة وصورة الخلفية. تتكون كل صورة من نفس عدد البكسلات. تتم عملية الدمج بدمج المعلومات من البكسلات المتناظرة في الصورتين المدخلتين رياضياً، وتسجيل النتيجة في صورة ثالثة تُسمى الصورة المدمجة.

لنفترض ثلاثة بكسلات؛

  • بكسل أمامي، f
  • بكسل خلفية، ب
  • أديتوبكسل مركب، ج

و

  • α، قيمة عتامة بكسل المقدمة. (α = 1 لمقدمة معتمة، α = 0 لمقدمة شفافة تمامًا). تُعرف الصورة النقطية أحادية اللون التي تُفسَّر فيها قيم البكسل على أنها قيم ألفا باسم " القناع" .

ثم، بالنظر إلى قنوات الألوان الثلاثة جميعها ، وبافتراض أن قنوات الألوان معبر عنها في فضاء لوني γ=1 (أي أن القيم المقاسة تتناسب مع شدة الضوء)، لدينا:

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

لاحظ أنه إذا نُفذت العمليات في فضاء لوني لا تساوي فيه قيمة γ واحدًا، فستؤدي العملية إلى تأثيرات غير خطية قد تظهر على شكل تشوهات متعرجة (أو " حواف خشنة ") على طول الحواف الحادة في القناع. وبشكل عام، قد ينتج عن التركيب غير الخطي تأثيرات مثل "الهالات" حول الكائنات المركبة، لأن تأثير قناة ألفا غير خطي. ويمكن لفنان التركيب تعويض تأثيرات التركيب في الفضاء غير الخطي.

تُعدّ عملية دمج ألفا عمليةً مُكلفةً إذا طُبّقت على صورة كاملة أو مشهد ثلاثي الأبعاد. إذا كان لا بدّ من تنفيذ هذه العملية في ألعاب الفيديو التي تعمل في الوقت الفعلي، فهناك حيلة بسيطة لتحسين الأداء.

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 )

بمجرد إعادة كتابة التعبير الرياضي، يمكن توفير 50% من عمليات الضرب المطلوبة.

الخصائص الجبرية

عند الحاجة إلى دمج العديد من الطبقات الشفافة جزئيًا، يجدر مراعاة الخصائص الجبرية لعوامل الدمج المستخدمة. وعلى وجه التحديد، تحدد خاصيتا التجميع والتبديل متى يمكن تجنب الحسابات المتكررة ومتى لا يمكن ذلك.

لنفترض أن لدينا أربع طبقات لدمجها لإنتاج الصورة النهائية: F=A*(B*(C*D))، حيث A وB وC وD طبقات صور شفافة جزئيًا، و"*" تشير إلى عامل دمج (مع وضع الطبقة اليسرى فوق الطبقة اليمنى). إذا تغيرت الطبقة C فقط، فيجب إيجاد طريقة لتجنب إعادة دمج جميع الطبقات عند حساب F. بدون أي اعتبارات خاصة، سيتطلب الأمر أربع عمليات دمج للصورة كاملة. بالنسبة لعوامل الدمج التبادلية ، مثل الدمج الجمعي ، من الآمن إعادة ترتيب عمليات الدمج. في هذه الحالة، يمكننا حساب T=A*(B*D) مرة واحدة فقط، ثم دمج T*C ببساطة لإنتاج F، وهي عملية واحدة. لسوء الحظ، معظم العوامل ليست تبادلية. مع ذلك، العديد منها تجميعي ، مما يشير إلى أنه من الآمن إعادة تجميع العمليات إلى F=(A*B)*(C*D)، أي دون تغيير ترتيبها. في هذه الحالة، يمكننا حساب S:=A*B مرة واحدة وحفظ النتيجة. لتكوين F باستخدام عامل التجميع، نحتاج فقط إلى إجراء عمليتي تركيب إضافيتين لدمج الطبقة الجديدة S، وذلك بحساب F:=S*(C*D). يشير هذا التعبير إلى تركيب C مع جميع الطبقات التي أسفلها في خطوة واحدة، ثم مزج جميع الطبقات التي فوقها مع النتيجة السابقة لإنتاج الصورة النهائية في الخطوة الثانية.

إذا تغيرت جميع طبقات الصورة بانتظام، ولكن لا يزال يتعين دمج العديد من الطبقات (كما هو الحال في العرض الموزع )، فإنه يمكن استغلال خاصية التبادلية لعامل الدمج لتسريع الحساب من خلال التوازي حتى في حال عدم وجود فائدة من الحساب المسبق. لنأخذ الصورة F=A*(B*(C*D)) كمثال. تعتمد كل عملية دمج في هذه الصيغة على العملية التي تليها، مما يؤدي إلى حساب تسلسلي. مع ذلك، تسمح لنا خاصية التجميعية بإعادة كتابة F=(A*B)*(C*D) حيث توجد عمليتان منفصلتان تمامًا يمكن تنفيذهما بالتوازي. بشكل عام، يمكننا بناء شجرة من عمليات الدمج الثنائية بارتفاع لوغاريتمي يتناسب مع عدد الطبقات.

برمجة

كان نظام سينيون (Cineon ) أهم نظام تركيب غير خطي من الناحية التاريخية ، حيث كان يعمل في فضاء لوني لوغاريتمي، يحاكي بشكل أدق استجابة الضوء الطبيعي لمستحلبات الأفلام (نظام سينيون، من إنتاج شركة كوداك ، لم يعد يُصنع). مع مرور الوقت، أصبحت القيود أقل أهمية بكثير، ويتم الآن إجراء معظم عمليات التركيب في فضاء لوني خطي، حتى في الحالات التي تكون فيها الصورة الأصلية في فضاء لوني لوغاريتمي.

غالباً ما تتضمن عملية التركيب أيضاً تغيير حجم الصور ، وتنقيحها ، وتصحيح ألوانها .

التركيب القائم على العقد والتركيب القائم على الطبقات

هناك نوعان مختلفان جذرياً من عمليات التركيب الرقمي: التركيب القائم على العقد والتركيب القائم على الطبقات.

يُمثل التركيب القائم على العُقد الصورة المركبة بأكملها كرسم بياني موجه غير دوري ، يربط بين عناصر الوسائط والمؤثرات في خريطة إجرائية، مما يُوضح بشكلٍ بديهي تسلسل العمل من المدخلات المصدرية إلى المخرجات النهائية، وهو في الواقع الطريقة التي تتعامل بها جميع تطبيقات التركيب داخليًا مع الصور المركبة. يتيح هذا النوع من واجهات التركيب مرونة كبيرة، بما في ذلك إمكانية تعديل معلمات خطوة معالجة الصور السابقة "في سياقها" (أثناء عرض الصورة المركبة النهائية ). غالبًا ما تُعاني حزم التركيب القائمة على العُقد من ضعف في التعامل مع الإطارات الرئيسية والمؤثرات الزمنية، لأن سير عملها لا ينطلق مباشرةً من خط زمني، كما هو الحال في حزم التركيب القائمة على الطبقات. تشمل البرامج التي تتضمن واجهة قائمة على العُقد: Natron و Shake و Blender و Blackmagic Fusion و Nuke . تُعد العُقد وسيلة رائعة لتنظيم المؤثرات في لقطة معقدة مع الحفاظ على دقة التفاصيل الصغيرة.

يُمثل التركيب الطبقي كل عنصر وسائط في الصورة المركبة كطبقة منفصلة ضمن خط زمني، ولكل طبقة حدودها الزمنية وتأثيراتها وإطاراتها الرئيسية الخاصة. تُكدس جميع الطبقات فوق بعضها البعض، بأي ترتيب مطلوب؛ وعادةً ما تُعرض الطبقة السفلية كأساس في الصورة الناتجة، مع عرض كل طبقة أعلى تدريجيًا فوق الطبقات المركبة السابقة، وصولًا إلى الأعلى حتى يتم عرض جميع الطبقات في الصورة المركبة النهائية. يُعد التركيب الطبقي مناسبًا جدًا للتأثيرات ثنائية الأبعاد السريعة والتأثيرات ثلاثية الأبعاد المحدودة ، كما هو الحال في الرسوم المتحركة، ولكنه يصبح غير عملي في الصور المركبة الأكثر تعقيدًا التي تتضمن طبقات عديدة. يتمثل أحد الحلول الجزئية لهذه المشكلة في قدرة بعض البرامج على عرض ترتيب العناصر المركبة (مثل الصور أو التأثيرات أو السمات الأخرى) باستخدام مخطط انسيابي مرئي لتضمين التراكيب، أو "التركيبات"، مباشرةً في تركيبات أخرى، مما يُضيف تعقيدًا إلى ترتيب العرض من خلال تركيب الطبقات أولًا في التركيبة الأولى، ثم دمج الصورة الناتجة مع الصور الطبقية من التركيبة السابقة، وهكذا.

انظر أيضاً

للمزيد من القراءة