Primer di computer grafica
|
Stampante |
Anche la stampante è un dispositivo raster, in quanto può depositare sulla carta un raster (una griglia rettangolare) di minuscoli punti colorati (o neri).
In computer grafica ci sono due famiglie di stampanti: le stampanti da scrivania e le macchine da stampa. In inglese ci si riferisce alla prime con i termini print, printer, mentre per le seconde si usano i termini press, pressing.
Le stampanti da scrivania possono essere a livelli di grigio oppure a colori compositi. Nelle stampanti da scrivania il colore è normalmente ottenuto in sintesi sottrattiva a partire dai tre primari ciano, magenta e giallo (C, M, Y, cyan, magenta, yellow), oppure dai quattro primari CMYK (K sta per nero, black) o da sei primari (CcMmYK) dove c e m stanno per varianti di C e M.
Le macchine da stampa sono di diversi tipi. Il tipo classico è la combinazione di una unità ottica che incide pellicole o lastre (con i colori che vengono preventivamente separati) con una macchina da stampa offset che produce i colori ricombinando le pellicole o le lastre. Di recente sono disponibili anche macchine da stampa digitali a colori che non necessitano della separazione del colore.
Caratteristiche del raster
Ogni stampante raster ha una risoluzione massima di stampa. Per esempio la Epson Stylus Color 1520 ha una risoluzione massima di 1440 pixel per pollice.
Similmente al monitor, che ha una risoluzione fissa del raster, oppure può essere impostato su alcune (poche) risoluzioni, la stampante può stampare ad una risoluzione fissata o scelta tra alcune (poche) risoluzioni (per esempio 360, 720 e 1440 pixel per pollice).
Nel caso di stampanti in bianco e nero ogni pixel del raster può essere bianco (cioè senza inchiostro) o nero (cioè con inchiostro). Contrariamente ad un monitor, in cui un pixel può assumere un qualunque colore (o un qualunque livello di grigio, se si tratta di un monitor a grigi), una stampante in bianco e nero ha solo due possibilità riguardo ad un pixel: lasciarlo del colore della carta (bianco) o riempirlo di inchiostro (o toner, o altro) e quindi renderlo nero. Una stampante non può stampare grigi: o stende l'inchiostro o non lo stende. Se è proprio necessario stampare in (per esempio) sette livelli di grigio occorre utilizzare sette inchiostri.
Come viene prodotto il grigio
Tuttavia il grigio si può ottenere lo stesso, precisamente in sintesi additiva spaziale. Il rettangolo qui in basso, se stampato su carta bianca con inchiostro nero, sembra grigio. Si tratta di un effetto ottico. Osservata attraverso una lente di ingrandimento, la superficie grigia rivela infatti di non essere compatta, bensì costituita da piccoli punti di inchiostro nero, tutti uguali e uniformemente distanziati.
Con una stampante a inchiostro nero si può ottenere il grigio stampando puntini neri su sfondo bianco
Complessivamente i punti neri occupano un'area che è il 50% dell'area totale del rettangolo, per cui un osservatore ad occhio nudo, a sufficiente distanza, ha l'impressione di vedere un grigio la cui luminosità è circa a metà strada tra la luminosità del bianco e quella del nero.
Anche la fotografia nella pagina successiva presenta numerose tonalità di grigio che variano con continuità , quando viene stampata su carta bianca con inchiostro nero. Anch'essa, osservata attraverso una lente di ingrandimento, presenta una struttura di piccoli punti di inchiostro nero, uniformemente distanziati, ma di dimensioni diverse, per simulare appunto le diverse tonalità di grigio presenti.
Questa tecnica di simulazione dei grigi mediante inchiostro nero su carta bianca (detta retinatura, screening) è stata introdotta alla fine del secolo scorso dal tedesco Georg Meisenbach (1841-1912). Il principio della retinatura, molto noto nel campo grafica tradizionale, viene utilizzato anche nella computer grafica con alcune modifiche e limitazioni, dovute principalmente all'utilizzo di tecnologia digitale al posto di tecnologia analogica.
Toni continui e mezzitoni
Tradizionalmente, la mezzatinta si otteneva fotografando l'originale a tono continuo interposto tra obiettivo e materiale fotosensibile una lastra di cristallo nella quale sono state tracciate due serie di linee parallele che si incontrano ad angolo retto: il retino, appunto, che, osservato in trasparenza, era costituito da un grande numero di quadratini trasparenti.
Retinatura digitale
Un retino (screen) è costituito da punti posti sull'intersezione di due fasci perpendicolari di rette parallele ed equidistanti.
Il numero di linee per unità di misura (centimetro o pollice) è la frequenza o lineatura del retino (detta anche intensità , screen frequency, misurata in linee per centimetro o linee per pollice). Naturalmente, la frequenza va misurata lungo le linee stesse.
L'angolo che una linea di punti del retino forma con la verticale è l'angolo del retino (screen angle).
Comunemente un retino consiste di punti a forma (spot shape) di cerchio (retino a punti, dot screen), ma è possibile che i punti abbiano un'altra forma, per esempio la forma di linea (retino a linee, line screen) o di ellisse o di quadrato o altro ancora (si dà il nome di texture screen ai retini che danno l'idea di una trama).
Se i punti sono tutti delle stesse dimensioni, il retino è uniforme o piatto. Per un retino uniforme si può parlare di percentuale di grigio (screen percentage), cioè del rapporto percentuale tra puntini neri e superficie bianca.
Stampante a getto d'inchiostro Epson Stylus Color 1270
Stampante a getto d'inchiostro Canon
Come viene realizzato un retino digitale
In un retino tradizionale, realizzato fotograficamente, angolo e frequenza (e percentuale di grigio nei retini uniformi) sono indipendenti tra loro, cioè si possono realizzare retini con qualunque percentuale di grigio, qualunque angolo e qualunque frequenza. Con le tecniche digitali invece questi tre parametri non sono indipendenti. In altre parole, su un certo dispositivo d'uscita a raster, è possibile creare soltanto retini con certe angolature e l'angolatura determina le frequenze e le percentuali di grigio possibili. Se la risoluzione a cui si lavora è molto alta, ciò non crea un problema ma può diventarlo se la risoluzione è bassa.
Consideriamo come viene realizzato un retino su un dispositivo a raster nel caso più semplice: quello in cui l'angolo del retino è 0°.
Il raster di uscita viene suddiviso in zone quadrate di m x m punti. Ognuna di queste zone è detta punto di retino e m è il lato del punto di retino. In ogni punto di retino è possibile rappresentare m2+1 diverse percentuali (o livelli) di grigio annerendo rispettivamente 0, 1, 2, ..., m2 pixel. Per esempio, se m=4, e quindi i punti sono 16, è possibile ottenere le 17 percentuali di grigio indicate nell'immagine qui sotto.
Nel retino che si ottiene, l'angolo è 0° e la frequenza, se n è la risoluzione del dispositivo di uscita, è n/m. La relazione tra frequenza e numero di livelli di grigio ottenibili è dunque
livelli di grigio = lato2+1 = (risoluzione/frequenza)2+1
Questa è la tecnica per realizzare retini a 0°. La tecnica generale, che consente di realizzare retini anche con altre angolature, è più complessa.
Un retino è determinato semplicemente da due numeri interi x e y non ambedue nulli. Fissati questi due numeri, e fissato il dispositivo di uscita con risoluzione n, tutte le caratteristiche del retino ne discendono come segue.
I due numeri sono le distanze in orizzontale e in verticale dello spigolo di un punto di retino dallo spigolo corrispondente del punto adiacente. Fissato un pixel qualunque del raster, ne prendiamo un altro a x pixel più a destra e y pixel più in alto. Allora, il punto di retino, per il teorema di Pitagora, ha lato m
m = r(x2+y2)
quindi la frequenza è n/m = risoluzione/lato, il numero di grigi è m2+1 = x2+y2 +1 e l'angolo del retino è arctan (x/y).
Questa è la relazione generale, che comprende anche il caso a 0° (corrispondente a x=0).
Per esempio su una stampante la cui risoluzione è 300 punti per pollice, i retini con lineatura maggiore di 40 lpi possibili sono in numero limitato.
Solo quattro retini hanno un'inclinazione di 45°, la più utilizzata per retinature uniformi o di toni continui. Il numero di grigi disponibili è comunque sempre molto basso, qualunque sia il retino. Come vedremo, per avere risultati accettabili, sono necessari almeno un centinaio di grigi.
Punti di retino digitale
Il colore viene prodotto stampando più retini sovrapposti ad angolature diverse. Nel caso più comune i retini sono quattro, stampati rispettivamente con inchiostro ciano, magenta, giallo e nero (CMYK).
Per evitare il problema del moirè (interazione geometrica tra i retini che genera problemi di interferenza), tradizionalmente i retini vengono ruotati in questo modo: il giallo resta a 0°, il magenta a 15°, il nero a 45° e il ciano a 75°. E' possibile dimostrare che con questa combinazione di angoli e frequenze, la stessa posizione relativa dei punti nei quattro retini non viene mai ripetuta e il moirè è in realtà un micromoirè (rosetta), così piccolo da non generare alcun disturbo visivo.
Come si è visto queste angolazioni non sono ottenibili con precisione nel caso digitale, ma solo in maniera approssimata.
Le stampanti desktop oggi in produzione utilizzano queste tecnologie di stampa:
- laser a toner (laser)
- getto d'inchiostro (inkjet)
- inchiostro solido (solid-ink)
- sublimazione (dye-sublimation)
- cera termica (thermal-wax)