Особенности передачи цвета в компьютерной графике. Рисуем в GIMP. Системы цветов HSB и HSL

Ребята, мы вкладываем душу в сайт. Cпасибо за то,
что открываете эту красоту. Спасибо за вдохновение и мурашки.
Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте

Схема № 1. Комплементарное сочетание

Комплементарными, или дополнительными, контрастными, являются цвета, которые расположены на противоположных сторонах цветового круга Иттена. Выглядит их сочетание очень живо и энергично, особенно при максимальной насыщенности цвета.

Схема № 2. Триада - сочетание 3 цветов

Сочетание 3 цветов, лежащих на одинаковом расстоянии друг от друга. Обеспечивает высокую контрастность при сохранении гармонии. Такая композиция выглядит достаточно живой даже при использовании бледных и ненасыщенных цветов.

Схема № 3. Аналогичное сочетание

Сочетание от 2 до 5 цветов, расположенных рядом друг с другом на цветовом круге (в идеале - 2–3 цвета). Впечатление: спокойное, располагающее. Пример сочетания аналогичных приглушенных цветов: желто-оранжевый, желтый, желто-зеленый, зеленый, сине-зеленый.

Схема № 4. Раздельно-комплементарное сочетание

Вариант комплементарного сочетания цветов, только вместо противоположного цвета используются соседние для него цвета. Сочетание основного цвета и двух дополнительных. Выглядит эта схема почти настолько же контрастно, но не настолько напряженно. Если вы не уверены, что сможете правильно использовать комплементарные сочетания, - используйте раздельно-комплементарные.

Схема № 5. Тетрада - сочетание 4 цветов

Цветовая схема, где один цвет - основной, два - дополняющие, а еще один выделяет акценты. Пример: сине-зеленый, сине-фиолетовый, красно-оранжевый, желто-оранжевый.

Схема № 6. Квадрат

Сочетания отдельных цветов

• Белый: сочетается со всем. Наилучшее сочетание с синим, красным и черным.
• Бежевый: с голубым, коричневым, изумрудным, черным, красным, белым.
• Серый: с цветом фуксии, красным, фиолетовым, розовым, синим.
• Розовый: с коричневым, белым, цветом зеленой мяты, оливковым, серым, бирюзовым, нежно-голубым.
• Фуксия (темно-розовый): с серым, желто-коричневым, цветом лайма, зеленой мяты, коричневым.
• Красный: с желтым, белым, бурым, зеленым, синим и черным.
• Томатно-красный: голубой, цвет зеленой мяты, песчаный, сливочно-белый, серый.
• Вишнево-красный: лазурный, серый, светло-оранжевый, песчаный, бледно-желтый, бежевый.
• Малиново-красный: белый, черный, цвет дамасской розы.
• Коричневый: ярко-голубой, кремовый, розовый, палевый, зеленый, бежевый.
• Светло-коричневый: бледно-желтый, кремово-белый, синий, зеленый, пурпурный, красный.
• Темно-коричневый: лимонно-желтый, голубой, цвет зеленой мяты, пурпурно-розовый, цветом лайма.
• Рыжевато-коричневый: розовый, темно-коричневый, синий, зеленый, пурпурный.
• Оранжевый: голубой, синий, лиловый, фиолетовый, белый, черный.
• Светло-оранжевый: серый, коричневый, оливковый.
• Темно-оранжевый: бледно-желтый, оливковый, коричневый, вишневый.
• Желтый: синий, лиловый, светло-голубой, фиолетовый, серый, черный.
• Лимонно-желтый: вишнево-красный, коричневый, синий, серый.
• Бледно-желтый: цвет фуксии, серый, коричневый, оттенки красного, желтовато-коричневый, синий, пурпурный.
• Золотисто-желтый: серый, коричневый, лазурный, красный, черный.
• Оливковый: апельсиновый, светло-коричневый, коричневый.
• Зеленый: золотисто-коричневый, оранжевый, салатный, желтый, коричневый, серый, кремовый, черный, сливочно-белый.
• Салатный цвет: коричневый, желтовато-коричневый, палевый, серый, темно-синий, красный, серый.
• Бирюзовый: цвет фуксии, вишнево-красный, желтый, коричневый, кремовый, темно-фиолетовый.
• Электрик красив в сочетании с золотисто-желтым, коричневым, светло-коричневым, серым или серебряным.
• Голубой: красный, серый, коричневый, оранжевый, розовый, белый, желтый.
• Темно-синий: светло-лиловый, голубой, желтовато-зеленый, коричневый, серый, бледно-желтый, оранжевый, зеленый, красный, белый.
• Лиловый: оранжевый, розовый, темно-фиолетовый, оливковый, серый, желтый, белый.
• Темно-фиолетовый: золотисто-коричневый, бледно-желтый, серый, бирюзовый, цвет зеленой мяты, светло-оранжевый.
• Черный универсален, элегантен, смотрится во всех сочетаниях, лучше всего с оранжевым, розовым, салатным, белым, красным, сиреневатым или желтым.

Цвет в системах мультимедиа может использоваться как код, или как средство дизайна. Цветовой код используется для разделения различных видов информации, выводимой на экран. Например, аварийные сообщения операционной системы обычно выводятся на красном фоне.

Как средство дизайна цвет применяют для привлечения внимания, для психологического воздействия на пользователя: создания определенного настроения, возбуждения нужных эмоций, для уравновешивания экрана и просто для украшения.

При работе с цветом дизайнеры используют специальный инструмент - цветовой круг , который показывает взаимоотношения между различными цветами и иллюстрирует их связь друг с другом. С помощью цветового круга можно подбирать цвета, хорошо сочетающиеся между собой, обеспечивать стилистическое единство создаваемого документа. Цвета на цветовом круге располагаются следующим образом: красный 0 градусов; желтый - 60; зеленый - 120; cyan - 180; синий - 240; magenta - 360.

Природу цвета раскрыли И. Ньютон и М.В. Ломоносов. Их опыты происходили в затемненной комнате, в стене которой была прорезана щель, через которую проникал луч солнечного света. На пути этого луча устанавливалась стеклянная призма. Проходя через призму, солнечный луч разлагался на составляющие: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый цвета, которые можно было наблюдать на экране. Отодвинув экран, они на его место поставили вторую стеклянную призму, развернутую навстречу первой,- из нее на экран вышел опять белый луч. Это доказывало, что белый цвет состоит из большого количества других цветов. Помещая между призмами полоски бумаги, исследователи стали перекрывать отдельные цвета, наблюдая за тем, как изменится цвет луча на выходе второй призмы. Таким образом было установлено, что различные цвета по своим возможностям не одинаковы. Были выделены группы основных цветов, смешивание которых позволяло получать другие цвета. Наибольшими возможностями обладала группа, состоящая из красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue) цветов. По первым буквам английских названий этих цветов группа была названа RGB . Смешивание этих цветов в разных пропорциях позволяло получить любые другие оттенки цветов, включая и белый. Эта группа цветов впоследствии стала основной при производстве цветных телевизоров и мониторов электронных вычислительных машин.

Аналогичными возможностями обладает и другая группа основных цветов: CMYK - C yan, M agenta, Y ellow, blacK (голубой или бирюзовый; вишневый или пурпурный, или малиновый; желтый; и черный). Эта группа цветов получила распространение в полиграфии и у художников. Она же является основной и в устройствах вывода информации из ЭВМ - цветных принтерах, например, группа CMYK может быть получена из RGB за счет того, что красный и зеленый при отсутствии синего образуют желтый цвет (yellow), зеленый и синий при отсутствии красного образуют cyan, красный и синий при отсутствии зеленого - magenta, а полное отсутствие всех цветов - черный.

Триада основных печатных цветов: голубой, пурпурный и желтый (CMY , без черного) является, по сути, наследником трех основных цветов живописи (синего, красного и желтого). Изменение оттенка первых двух связано с отличным от художественных химическим составом печатных красок, но принцип смешения тот же самый. И художественные, и печатные краски, несмотря на провозглашаемую самодостаточность, не могут дать очень многих оттенков. Поэтому художники используют дополнительные краски на основе чистых пигментов, а печатники добавляют, как минимум, черную краску (черный цвет в устройствах вывода ЭВМ образуется за счет отсутствия R,G и B или C, M и Y соответственно).

Цвета, полученные при смешении основных, называются производными. Цвета, расположенные на цветовом круге напротив друг друга, называются дополнительными.

Иногда в графическом дизайне используют другие цветовые модели, не основанные на составе основных цветов, например, модель HSB - Hue (оттенок), Saturation (насыщенность), Brightness (яркость), или HSL - Hue, Saturation, Lightness (освещенность). Яркостью принято называть степень близости данного цвета к белому или черному. Она измеряется в % от черного или белого цвета, которые смешиваются с данным цветом. (Скрининг - это операция по смешиванию чистого тона с черным. Например, синий цвет, содержащий 40% черного, имеет вдвое большую яркость, чем тот же синий цвет с 80% черного).

Оттенок (цвет) определяет степень отличия данного цвета от других. Он определяется величиной угла в градусах на цветовом круге.

Насыщенность - это мера интенсивности цвета. Чем выше насыщенность, тем более сочным кажется цвет. При малой насыщенности цвет выглядит темным и тусклым. Измеряется насыщенность (так же, как и яркость, и освещенность) в процентах. Насыщенность 100% определяет чистый цвет. Насыщенность 0% определяет белый, черный или серый цвета.

Составляя комбинации из разных оттенков и изменяя их яркость и насыщенность, можно получать разнообразные эффекты, оперируя всего несколькими цветами.

Система HSB (HSL) имеет перед другими системами важное преимущество: она больше соответствует природе цвета, хорошо согласуется с моделью восприятия цвета человеком. Многие оттенки можно быстро и удобно получить в HSB или HSL, конвертировав затем в RGB или CMYK.

По эмоциональному воздействию большинство цветов может быть отнесено к одной из двух категорий - теплым или холодным цветам.

Теплые тона создают эффект движения в сторону смотрящего, кажутся ближе, привлекают внимание, оказывают возбуждающее действие. К ним относятся красный, оранжевый, желтый цвета.

Холодные тона кажутся удаляющимися, создают ощущение движения в сторону от смотрящего, могут создать ощущение отчужденности и изоляции, но могут и успокоить, и ободрить. К холодным относятся голубой, синий, фиолетовый цвета.

Зеленый цвет является нейтральным.

Эффект движения, создаваемый теплыми и холодными цветами, часто используется дизайнерами, когда для фона выбираются холодные оттенки, а для объектов, расположенных на переднем плане,- теплые. В документах, где преобладают теплые тона, холодные цвета можно использовать для оформления выделений и усиления контраста, и наоборот. Применяя холодные оттенки, можно подчеркнуть легкомысленность, элегантность или строгость публикации. Глубокие теплые цвета действуют возбуждающе или передают ощущение близости.

Нужно учитывать также, что цвет фона может изменять оттенок основного цвета и производимое им впечатление.

Но цвета имеют много различных вариаций: у холодных цветов бывают теплые разновидности, а у теплых - холодные. Поэтому подбор цветов - процесс творческий, в котором однозначных рекомендаций не существует.

При использовании цветовых кодов (так называемых “визуальных направляющих”) необходимо учитывать, что более семи кодов неподготовленный человек запомнить не может. Поэтому увлекаться использованием цветовых кодов не следует. Кроме того, цветовое кодирование должно быть последовательным - в рамках одного документа, одной электронной информационной системы должны применяться одни и те же цветовые коды для обозначения одних и тех же явлений и процессов.

Различные комбинации цветов очень сильно влияют на читаемость текста. Текст и фон должны контрастировать друг с другом. Чем сильнее контраст, тем лучше читается текст. Помимо стандартного черного текста на белом фоне, удачными сочетаниями являются черный текст на желтом фоне и оранжевый текст на белом фоне.

Цвет - это очень мощное средство дизайна, помогающее привлечь внимание, направить взгляд в нужную сторону, поддерживать интерес пользователя. Но цветовое оформление ни в коем случае не должно отвлекать пользователя от основного содержания, вступать с ним в противоречие.

Голливудское качество кинофильмов предусматривает возможность размещения на экране одновременно около 20 млн.различных цветов. Атрибут пиксела, имеющий длину 1 байт, позволяет кодировать 256 различных цветов (стандарт VGA - Video Graphic Array). 15-битный атрибут платы SVGA (Super VGA) позволяет выводить на экран одновременно 32768 цветов (5 бит для кодирования каждого цвета - 32 различных оттенка для красного, синего и зеленого цветов, т.е. 32× 32× 32 = 32768). 24-битный атрибут специальных графических плат (Silicon Graphic, Indy R4000, Targa и др.) позволяет выводить на экран одновременно

256× 256× 256 = 16777216 цветов.

Это возможности, обеспечиваемые адаптерами дисплеев (видеокартами). Но для того чтобы вывести такое количество цветов на экран одновременно, надо иметь на экране хотя бы один пиксел на каждый цвет. А при стандартной разрешающей способности экран монитора содержит 640× 480 = 307200 пиксел. Большего количества цветов на таком экране получить физически невозможно.

Если адаптер позволяет работать с 24-битным кодированием цвета, а экран монитора такого количества цветов воспринять не может, приходится работать с палитрой - ограниченным набором цветов, соответствующим возможностям экрана. Цвета на палитре можно менять. Но при этом нужно помнить, что при воспроизведении на другой ЭВМ цвета могут быть искажены, если в цветовой таблице этой ЭВМ загружена другая палитра.

Проблемы с палитрами возникают при достижении правильной цветопередачи компьютерной графики на разных ЭВМ (например, при использовании создаваемой мультимедийной системы в WWW). Если имеется изображение, содержащее миллионы цветов, то для правильной цветопередачи в условиях WWW необходимо сократить количество цветов до 256.

В Интернете до сих пор применяется цветовая модель Index Color, работающая на принципе 8-битного цвета. Она работает на основе создания палитры цветов. Все оттенки в файле делятся на 256 возможных вариантов, каждому из которых присваивается номер. Далее, на основе получившейся палитры цветов, строится таблица, где каждому номеру ячейки приписывается цветовой оттенок в значениях RGB.

Сокращение цветности выполняется с помощью операции клиширования (dithering). Клиширование цвета представляет собой процесс изменения цветового значения каждого пиксела по определенному алгоритму до ближайшего значения цвета из имеющейся (установленной) палитры.

Понятия света и цвета в компьютерной графике являются основополагающими. Обычно свет представляет собой непрерывный поток волн с различными длинами и различными амплитудами. Такой свет можно характеризовать энергетической спектральной кривой (рис. 2.2), где само значение функции представляет собой вклад волн с длиной волны  в общий волновой поток.

Рис. 2.2. Спектральная кривая света

Ощущение цвета возникает в мозге при возбуждении и торможении цветочувствительных клеток - рецепторов глазной сетчатки человека, колбочках. У человека существует три вида колбочек - «красные», «зелёные» и «синие», соответственно. Светочувствительность колбочек невысока, поэтому для хорошего восприятия цвета необходима достаточная освещённость или яркость. Каждое цветовое ощущение у человека может быть представлено в виде суммы ощущений этих трех цветов.

Основными характеристиками цвета являются цветовой тон, насыщенность, яркость.

Определение 2.6. Цветовой тон – атрибут визуального восприятия, согласно которому область кажется обладающей одним из воспринимаемых цветов (красного(R ) , зелёного(G ) или синего(В )). Является основной цветовой характеристикой.

Определение 2.7. Насыщенность – характеристика, выражаемая долей присутствия белого цвета. В идеально чистом цвете примесь белого отсутствует. Если, например, к чистому красному цвету добавить в определенной пропорции белый цвет, то получится светлый бледно-красный цвет.

Определение 2.8. Яркость – характеристика, определяемая энергией, интенсивностью светового излучения. Выражает количество воспринимаемого света.

Обыкновенный цвет (солнца, лампочки) состоит из всех цветов радуги. Если пропустить его через призму, то он разложится в цветной спектр радуги. Эти цвета представляют частоты электромагнитных колебаний, которые представляются невооруженным глазом.

Различают излучаемый и отраженный свет. Излучаемый свет - свет, выходящий из активного источника, содержит в себе все цвета. Отраженный свет может содержать все цвета, их комбинацию или только один цвет. Так как цвет может получиться в процессе излучения и поглощения, то существуют два противоположных метода его описания:

Система аддитивных цветов;

Система субтрактивных цветов.

Цветовая модель RGB. Аддитивный цвет получается при соединении лучей света разных цветов. Отсутствие всех цветов в этой системе есть черный цвет. Присутствие всех цветов – белый цвет. Эта система работает с излучаемым цветом, например, от монитора компьютера. В этой системе используется три основных цвета: красный, зеленый, синий (RGB). Система цветов RGB. Наиболее распространена и популярна. Используется в мониторах.

Цветовая модель CMY. В системе субтрактивных цветов происходит обратный процесс. Определенный цвет получается вычитанием других цветов из общего луча света. Белый цвет появляется в результате отсутствия всех цветов, тогда как их присутствие дает черный цвет. Эта система работает с отраженным цветом.

В системе субтрактивных цветов основными являются голубой, пурпурный, желтый (CMY – Cyan, Magenta, Yellow). При их смешении предполагается, что должен получиться черный цвет. В действительности типографские краски поглощают свет не полностью, и поэтому комбинация трех основных цветов выглядит темно-коричневой. Эта система используется в основном в полиграфии. Преобразование рисунков из системы RGB в систему CMYK сталкивается с рядом проблем. Основная сложность в том, что в разных системах цвета могут меняться. В этих системах различна природа получения цветов, и поэтому то, что отображается на экране монитора никогда нельзя в точности повторить при печати. Процесс преобразования усложняется необходимостью корректировать несовершенство типографских красок.

Цветовая модель HSV. Рассмотренные выше цветовые модели так или иначе используют смешение некоторых основных цветов. Цветовую модель HSV, можно отнести к альтернативному типу.

Рис. 2.3. Цветовая модель HSV

В модели HSV (рис. 2.3) цвет описывается следующими параметрами: цветовой тон H (Hue), насыщенность S (Saturation), яркость, светлота V(Value). Значение H измеряется в градусах от 0 до 360, поскольку здесь цвета радуги располагаются по кругу в таком порядке: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Значения S и V находятся в диапазоне (0…1).

Примеры кодирования цветов для модели HSV. При S=0 (т.е. на оси V) - серые тона. Значение V=0 соответствует черному цвету. Белый цвет кодируется как S=0, V=1. Цвета, расположенные по кругу напротив друг друга, т.е. отличающиеся по H на 180 º, являются дополнительными. Задание цвета с помощью параметров HSV достаточно часто используется в графических системах, причем обычно показывается развертка конуса.

Цветовая модель HSV удобна для применения в тех графических редакторах, которые ориентированы не на обработку готовых изображений, а на их создание своими руками. Существуют такие программы, которые позволяют имитировать различные инструменты художника (кисти, перья, фломастеры, карандаши), материалы красок (акварель, гуашь, масло, тушь, уголь, пастель) и материалы полотна (холст, картон, рисовая бумага и пр.).

Существуют и другие цветовые модели, построенные аналогично HSV, например модели HLS (Hue, Lighting, Saturation) и HSB также использует цветовой конус. В модели HSB тоже три компонента: оттенок цвета (Hue), насыщенность цвета (Saturation) и яркость цвета (Brightness). Регулируя их, можно получить столь же много произвольных цветов, как и при работе с другими моделями.

Цветовая модель Lab. Все вышеперечисленные модели описывают цвет тремя параметрами и в достаточно широком диапазоне. Теперь рассмотрим цветовую модель, в которой цвет задается одним числом, но уже для ограниченного диапазона цветов (оттенков).

На практике часто используются черно-белые (серые) полутоновые изображения. Серые цвета в модели RGB описываются одинаковыми значениями компонентов, т.е. r i = g i = b i . Таким образом, для серых изображений нет необходимости использовать тройки чисел - достаточно и одного числа. Это позволяет упростить цветовую модель. Каждая градация определяется яркостью Y. Значение Y=0 соответствует черному цвету, максимальное значение Y – белому.

Для преобразования цветных изображений, представленных в системе RGB, в градации серого используют соотношение

Y = 0,299R + 0,587G + 0,114B,

где коэффициенты при R, G и B учитывают различную чувствительность зрения к соответствующим цветам и, кроме того, их сумма равна единице.

Очевидно, что обратное преобразование R =Y, G =Y, B =Y не даст никаких других цветов, кроме градаций серого.

Разнообразие моделей обусловлено различными областями их использования. Каждая из цветовых моделей была разработана для эффективного выполнения отдельных операций: ввода изображений, визуализаций на экране, печати на бумаге, обработки изображений, сохранения в файлах, колориметрических расчетов и измерений. Преобразование из одной модели в другую может привести к искажению цветов изображения.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие виды представления видеоинформации Вы знаете?

2. Что представляет собой битовая глубина?

3. Что такое разрешающая способность растра?

4. Какие характеристики влияют на размер изображения?

5. В чем особенность масштабирования растровых и векторных изображений?

6. Назовите основные характеристики цвета?

7. Какие цветовые системы Вы знаете?

8. Дайте определение аддитивной системе цветов. В каких устройствах она используется?

9. Что представляет собой система субтрактивных цветов?

10. Перечислите альтернативные цветовые системы.

Цвет и свет в компьютерной графике

Человек является трихроматом - сетчатка глаза имеет 3 вида рецепторов света, ответственных за цветное зрение (колбочки). Каждый вид колбочек реагирует на определенный диапазон видимого спектра. Отклик, вызываемый в колбочках светом определѐнного спектра называется цветовым стимулом , при этом свет с разными спектрами может иметь один и тот же цветовой стимул, и таким образом восприниматься одинаково человеком. Это явление называется метамерией - два излучения с разными спектрами, но одинаковыми цветовыми стимулами будут неразличимы человеком. Можно определить цветовое пространство стимулов как евклидово пространство, если задать координаты x, y, z в качестве значений стимулов, соответствующих отклику

колбочек длинно-волнового (L), средне-волнового (M) и коротко-волнового (S) диапазона оптического спектра. Начало координат (S, M, L) = (0, 0, 0) будет представлять чѐрный цвет.

Цветовая модель - это описание цветовых оттенков для представления на экране монитора и при печати на принтере.

Аддитивная цветовая модель RGB

Аддитивный (от англ. «add - «присоединять») цвет получается при объединении (суммировании) трех основных цветов - красного, зеленого и синего. Если интенсивность каждого из них достигает 100%, то получается белый цвет. Отсутствие всех трех цветов дает черный цвет.

стр. 2 из 15

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГЕОМЕТРИЯ И ГРАФИКА

Аддитивную цветовую модель, используемую в компьютерных мониторах, принято обозначать аббревиатурой RGB (Red - красный, Green - зеленый, Blue

Синий). Изменяя интенсивность свечения цветных точек, можно создать большое многообразие оттенков.

красный + зеленый - желтый; красный + синий - пурпурный; зеленый + синий - голубой; красный + зеленый + синий = белый.

На рисунке показаны различные комбинации красного, зеленого и синего.

Формирование собственных цветовых оттенков в модели RGB

Графические редакторы, как правило, позволяют комбинировать требуемый цвет из 256 оттенков красного, 256 оттенков зеленого и 256 оттенков синего.

Таким образом, на экране компьютера можно получить 16 777 216 цветовых оттенков.

Диалоговое окно для формирования цветов в модели RGB программы

стр. 3 из 15

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГЕОМЕТРИЯ И ГРАФИКА

Субтрактивная цветовая модель

В субтрактивной цветовой модели основными цветами являются голубой, пурпурный и желтый. Каждый из них поглощает (вычитает) определенные цвета из белого света, падающего на печатаемую страницу. Отсюда и название модели

Субтрактивная (от англ. « subtract* - «вычитать»). Вот как три основных цвета могут быть использованы для получения черного, красного, зеленого и синего цветов:

голубой + пурпурный + желтый = черный; голубой + пурпурный = синий; желтый + пурпурный = красный; желтый + голубой = зеленый.

Субтрактивное смешение цветов

Субтрактивная цветовая модель CMYK

Субтрактивную цветовую модель обозначают аббревиатурой CMYK (Cyan

Голубой, Magenta - пурпурный, Yellow - желтый, Black - черный. Чтобы не возникла путаница с «Вlue», для обозначения "Black" используется символ «К»).

Взаимосвязь аддитивной и субтрактивной цветовых моделей

Модель RGB работает с излучаемым светом, a CMYK - с отраженным. Если необходимо распечатать на принтере изображение, полученное на мониторе, специальная программа выполняет преобразование одной цветовой модели в другую.

CIE XYZ - линейная 3-компонентная цветовая модель, основанная на результатах измерения характеристик человеческого глаза. Построена на основе зрительных возможностей так называемого «стандартного наблюдателя», то есть гипотетического зрителя, возможности которого были тщательно изучены и

x = X/(X + Y + Z), y = Y/(X + Y + Z).

Обычно диаграмма Yxy используется для иллюстрации характеристик гамутов различных устройств воспроизведения цвета - дисплеев и принтеров.

Свойства диаграммы тональности

Свойства:

– На диаграмме представлены все цвета, видимые среднестатистическому человеку

– Все цвета, которые могут быть получены смешением любых двух, лежат на прямой между ними

– Все цвета, которые могут быть получены смешением трех цветов,

лежат внутри треугольника Смешивая три данных реальных источника света, невозможно получить все цвета, видимые человеком

Трехмерное пространство

L* - яркость (lightness)

– L* =0 черный

– L* = 100 белый

а* - положение между фиолетовым и зеленым

– а* < 0 фиолетовый

– а* > 0 зеленый

b* - положение между желтым и синим

– b* < 0 желтый

– b* > 0 синий

стр. 6 из 15

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГЕОМЕТРИЯ И ГРАФИКА

HSV (англ. Hue, Saturation, Value - тон, насыщенность, значение) или HSB (англ. Hue, Saturation, Brightness - оттенок, насыщенность, яркость) - цветовая модель, в которой координатами цвета являются:

Шкала оттенков - Hue

Hue - цветовой тон, (например, красный, зелѐный или сине-голубой). Варьируется в пределах 0-360°, однако иногда приводится к диапазону 0-100 или 0-1.

Saturation - насыщенность. Варьируется в пределах 0-100 или 0-1. Чем больше этот параметр, тем «чище» цвет, поэтому этот параметр иногда называют чистотой цвета. А чем ближе этот параметр к нулю, тем ближе цвет к нейтральному серому.

Value (значение цвета) или Brightness - яркость. Также задаѐтся в пределах

Модель была создана Элви Реем Смитом, одним из основателей Pixar, в 1978 году. Она является нелинейным преобразованием модели RGB.

Следует отметить, что HSV (HSB) и HSL - две разные цветовые модели.

Трѐхмерные визуализации пространства HSV

Простейший способ отобразить HSV в трѐхмерное пространство - воспользоваться цилиндрической системой координат. Здесь координата H определяется полярным углом, S - радиус-вектором, а V - Z-координатой. То есть, оттенок изменяется при движении вдоль окружности цилиндра, насыщенность - вдоль радиуса, а яркость - вдоль высоты. Несмотря на «математическую» точность, у такой модели есть существенный недостаток: на практике количество различимых глазом уровней насыщенности и оттенков уменьшается при приближении яркости (V) к нулю (то есть, на оттенках, близких к чѐрному). Также на малых S и V появляются существенные ошибки округления при переводе RGB в HSV и наоборот.

стр. 7 из 15

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГЕОМЕТРИЯ И ГРАФИКА

Другой способ визуализации цветового пространства - конус. Как и в цилиндре, оттенок изменяется по окружности конуса. Насыщенность цвета возрастает с отдалением от оси конуса, а яркость - с приближением к его основанию. Иногда вместо конуса используется шестиугольная правильная пирамида.

Визуализация HSV в прикладном ПО

Цветовой круг

Эта визуализация состоит из цветового круга (то есть, поперечного сечения цилиндра) и движка яркости (высоты цилиндра). Эта визуализация получила широкую известность по первым версиям ПО компании Corel. На данный момент применяется чрезвычайно редко, чаще используют кольцевую модель

стр. 8 из 15

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГЕОМЕТРИЯ И ГРАФИКА

Модель HSV часто используется в программах компьютерной графики, так как удобна для человека. Следовательно необходимо развернуть трѐхмерное пространства HSV на двухмерный экран компьютера

Цветовое кольцо

Оттенок представляется в виде радужного кольца, а насыщенность и значение цвета выбираются при помощи вписанного в это кольцо треугольника. Его вертикальная ось, как правило, регулирует насыщенность, а горизонтальная позволяет изменять значение цвета. Таким образом, для выбора цвета нужно сначала указать оттенок, а потом выбрать нужный цвет из треугольника.

Цветовые пространства

Исходные (reference) цветовые пространства:

– CIE XYZ

– CIE L*a*b

стр. 9 из 15

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГЕОМЕТРИЯ И ГРАФИКА

– CIE RGB (не используется)

Цветовые модели:

– RGB

– CMYK

– HSV

Производные цветовые пространства:

– sRGB (RGB)

– Adobe RGB (RGB)

Пространство sRGB

Создано Microsoft, Hewlett-Packard

Стандартизировано в 1996г.

На данный момент широко используется:

– Мониторы

– Фотоаппараты

Если для изображения не указано цветовое пространство, можно считать, что это sRGB

Недостатки: исходные цвета сильно внутри видимой человеком области

Пространство Adobe RGB

Разработано Adobe в 1998

Цель – иметь возможность работать на мониторе с большинством цветов, доступных в модели CMYK на принтерах

Более широкий диапазон передаваемых цветов (gamut)

Проблема: 8 бит на цвет может не хватать

стр. 10 из 15

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГЕОМЕТРИЯ И ГРАФИКА

Цветовая температура

Цветовая температура (Тс) - характеристика хода интенсивности излучения источника света как функция длины волны в оптическом диапазоне.

Единицы измерения

Цветовая температура источника света:

характеризует спектральный состав излучения источника света;

является основой объективности впечатления от цвета отражающих объектов и источников света.

Шкала цветовых температур распространѐнных источников света

800 К - начало видимого темно-красного свечения раскалѐнных тел 2000 К - свет пламени свечи, 2360 К - лампа накаливания, вакуумная,

2800-2854 К - газонаполненные (газополные) лампы накаливания с вольфрамовой спиралью, 3200-3250 К - типичные киносъѐмочные лампы,

5500 К - дневной свет, прямой солнечный, 6500 К - стандартный источник дневного белого света, он близок к полуденному солнечному свету,

7500 К - дневной свет, с большой долей рассеянного от чистого голубого неба, 100000 К - цвет источника с «бесконечной температурой»

поток электромагнитных волн различной длины и амплитуды. Глаз человека, будучи сложной оптической системой, воспринимает эти волны в диапазоне длин приблизительно от 350 до 780 нм. Свет воспринимается либо непосредственно от источника, например, от осветительных приборов, либо как отраженный от поверхностей объектов или преломленный при прохождении сквозь прозрачные и полупрозрачные объекты. Цвет - это характеристика восприятия глазом электромагнитных волн разной длины, поскольку именно длина волны определяет для глаза видимый цвет. Амплитуда, определяющая энергию волны (пропорциональную квадрату амплитуды), отвечает за яркость цвета. Таким образом, само понятие цвета является особенностью человеческого "видения" окружающей среды.

Рис. 2.1.

На рис. 2.1 схематически изображен глаз человека. Фоторецепторы, расположенные на поверхности сетчатки, играют роль приемников света. Хрусталик - это своеобразная линза, формирующая изображение, а радужная оболочка исполняет роль диафрагмы, регулируя количество света, пропускаемого внутрь глаза. Чувствительные клетки глаза неодинаково реагируют на волны различной длины. Интенсивность света есть мера энергии света, воздействующего на глаз, а яркость - это мера восприятия глазом этого воздействия. Интегральная кривая спектральной чувствительности глаза приведена на рис. 2.2 ; это стандартная кривая Международной комиссии по освещению (МКО, или CIE - Comission International de l"Eclairage) .

Фоторецепторы подразделяются на два вида: палочки и колбочки. Палочки являются высокочувствительными элементами и работают в условиях слабого освещения. Они нечувствительны к длине волны и поэтому не "различают" цвета. Колбочки же, наоборот, обладают узкой спектральной кривой и "различают" цвета. Палочек существует только один тип, а колбочки подразделяются на три вида, каждый из которых чувствителен к определенному диапазону длин волн (длинные, средние или короткие.) Чувствительность их также различна.

На рис. 2.3 представлены кривые чувствительности колбочек для всех трех видов. Видно, что наибольшей чувствительностью обладают колбочки, воспринимающие цвета зеленого спектра, немного слабее - "красные" колбочки и существенно слабее - "синие".

Рис. 2.2.

Рис. 2.3.

Таким образом, если функция характеризует спектральное разложение светового излучения от некоторого источника (рис. 2.4), т. е. распределение интенсивности по длинам волн, то три типа колбочек будут посылать в мозг сигналы (красный, зеленый, синий), мощность которых определяется интегральными соотношениями

где - функции чувствительности соответствующих типов колбочек.

Рис. 2.4.

Если воспринимаемый свет содержит все видимые длины волн в приблизительно равных количествах, то он называется ахроматическим и при максимальной интенсивности воспринимается как белый, а при более низких интенсивностях - как оттенки серого цвета. Интенсивность отраженного света удобно рассматривать в диапазоне от 0 до 1, и тогда нулевое значение будет соответствовать черному цвету. Если же свет содержит длины волн в неравных пропорциях, то он является хроматическим . Объект , отражающий свет, воспринимается как цветной, если он отражает или пропускает свет в узком диапазоне длин волн. Точно так же и источник света воспринимается как цветной, если он испускает волны в узком диапазоне длин. При освещении цветной поверхности цветным источником света могут получаться довольно разнообразные цветовые эффекты.