Лекция 2 Системы цветов в компьютерной графике

Лекция 2. Системы цветов в компьютерной графике.

Восприятие окружающего пространства нашими органами зрения происходит не всегда одинаково. Например, некоторые предметы нам видны потому, что они излучают свет, а некоторые - потому, что свет отражают. Когда предметы излучают свет, они приобретают в нашем восприятии тот цвет, который видит глаз человека. Когда предметы отражают свет, то их цвет определяется цветом падающего на них света и цветом, который эти объекты отражают. Излучаемый свет выходит из активного источника, например, экрана монитора. Отраженный свет отражается от поверхности объекта, например, лист бумаги.

С другой стороны, цвет в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуют смешением некоторых основных цветов. Именно этих два замечания и позволяют нам говорить о различных цветовых моделях.

Способ разделения оттенка на составляющие компоненты называется

цветовой моделью.

Большинство графических пакетов позволяет оперировать широким кругом цветовых моделей, часть из которых создана для специальных целей, а другая - для особых типов красок, но чаще всего в основном применяют три класса моделей:

•Аддитивные модели RGB основанные на сложение цветов, - для вывода изображений на экран;

•Субтрактивные СМYК (СМY), основу которых составляет операция вычитания цветов (субтрактивный синтез) - для печати копии изображения на полиграфическом оборудовании;

•Перцепционные НSВ, Lab базирущиеся на восприятии - для

создания и обработки аддитивных изображений.

Перед тем как перейти непосредственно к их рассмотрению, уделим немного внимания общим физическим закономерностям, свойственным природе цвета.

В большинстве цветовых моделей для описания цвета используется трехмерная система координат. Она образует цветовое пространство, в котором цвет можно представить в виде точки с тремя координатами. Для оперерирования цветом в трехмерном пространстве немецкий физикматематик Герман Грассман (1809-1877) вывел три закона. Эти законы можно интерпретировать следующим образом:

1.Трехмерность природы цвета - глаз реагирует на три различные цветовые составляющие, либо красный, синий и зеленый цвет, либо цветовой оттенок, насыщенность цвета и яркость цвета;

2.Четыре цвета всегда линейно зависимы (закон аддитивности) - т.е. новый оттенок цвета будет получен суммированием яркостей составляющих компонентов, если цветное изображение рассматривается в проходящем свете, как бы «на просвет». Из этого закона следует, что чем меньше яркость, тем темнее будет получаться оттенок;

3.Цветовое пространство непрерывно - т.е., если в смеси трех цветов один цвет будет непрерывно изменяться, а другие цвета оставаться постоянными, то

цвет смеси также будет меняться непрерывно.

Цветовая модель RGB является аддитивной, т.е. любой цвет представляет собой сочетание в различной пропорции трех основных цветов - красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue). Она служит основной при создании и обработке компьютерной графики, предназначена для электронного воспроизведения (на мониторе, телевизоре). При наложении одного компонента основного цвета на другой яркость суммарного излучения увеличивается. Совмещение трех компонентов дает ахроматический серый цвет, который при увеличении яркости приближается к белому цвету. При 256 градационных уровнях тона черному цвету соответствует нулевые значения RGB, а белому - максимальные, с координатами (255, 255, 255).

В 24-битной системе обозначения цвета на каждый канал отводится по 8 бит, т.е. по 256 оттенков. Таким образом, общее количество цветов составляет 16,7 миллиона. Этого более чем достаточно для любой картинки, но это хорошо, когда изображение содержит отличающиеся пиксели, как например, фотография.

Если же мы имеем картинку, где большие области окрашены в один цвет, например, логотип, то эта модель становится непродуктивной, потому что она по-прежнему фиксирует цветовые значения каждого пикселя, не обращая внимание на их одинаковость.

Подобные изображения лучше записывать в системе индексированного цвета. В нем сначала составляется палитра оттенков, присутствующих в изображении. То есть записываются параметры цвета в системе RGB, затем каждому имеющемуся оттенку присваивается номер. И каждый пиксель картинки кодируется не 24 битами, а номером цвета. Визуально изображение не будет отличаться от изображения RGB, но зато размер файла будет существенно меньше.

Таким образом, исходя из количества оттенков в графической картинке, выбирают систему записи цвета.

Цветовая модель СМYК, конвертирование изображений. Цветовая модель СМYК относится к субтрактивным, и ее используют при подготовке публикации к печати. Цветовыми компонентами СМY служат цвета полученные вычитанием основных из белого:

Голубой (суаn)= белый - красный = зеленый + синий; Пурпурный (magenta)= белый - зеленый = красный + синий; Желтый (yellow)= белый - синий = красный + зеленый.

Такой метод соответствует физической сущности восприятия отраженных от печатных оригиналов лучей. Голубой, пурпурный и желтый цвета называются дополнительными, потому что они дополняют основные цвета до белого. Отсюда вытекает и главная проблема цветовой модели СМYналожение друг на друга дополнительных цветов на практике не дает чистого черного цвета.

Поэтому в цветовую модель был включен компонент чистого черного цвета. Так появилась четвертая буква в аббревиатуре цветовой модели СМYК (Суаn, Маgenta, Yellow,BlасК). Для печати на полиграфическом оборудовании цветное компьютерное изображение необходимо разделить на составляющие, соответствующие компонентам цветовой модели СМYК. Этот процесс

называют цветоделением. В итоге получают четыре отдельных изображения, содержащих одноцветное направление каждого компонента в оригинале. Затем в типографии с форм, созданных на основе цветоделенных пленок, печатают многоцветное изображение, получаемое наложением цветов СМYК.

Заметьте, система СМYК по своей природе не может отображать все оттенки, как это «умеет» модель RGB. Поэтому не удивляйтесь, если принтер напечатает блеклую картинку вместо цветной и яркой, которой она была на мониторе.

Перевод изображения в эту цветовую модель требует некоторых знаний

вобласти полиграфии. Растровая и векторная графика существует не обособленно друг от друга. Так, векторные рисунки могут включать в себя и растровые изображения. Кроме того, векторные и растровые изображения могут быть преобразованы друг в друга - в этом случае говорят о конвертировании графических файлов в другие форматы.

Достаточно просто выполняется преобразование векторных изображений

врастровые. Не всегда осуществимо преобразование растровой графики в векторную, так как для этого растровая картинка должна содержать линии, которые могут индентифицированы программой-конвертором.

Одна и та же картинка, конвертированная с различными параметрами, выглядит по-иному.

По большому счету, конвертирование изображения из системы КОВ в СМYК для того, чтобы распечатать на принтере, выполняет программадрайвер принтера.

Цветовая модель СМYК используется в файлах, приготовленных для полиграфической печати.

Цветовая модель НSВ.

Многие художники пользуются цветовой моделью НSВ. Эта математическая модель очень удобна для подпора оттенков и цветов. Модель Н8В основана на модели RGB, но имеет другую систему координат. Любой цвет в модели НSВ определяется своим цветовым тоном (оттенком),. насыщенностью (т.е. процентом добавления к цвету белой краски) и яркостью (процентом добавления черной краски).

Трехканальная модель НSВ по первым буквам Нuе (оттенок), Saturation (насыщенность) и Brightness (яркость).

Модель НSВ удобно представлять в виде цветового круга. Значение цвета выбирается как точка на круге (или вектор, выходящий из центра окружности и указывающий данную точку). Различные оттенки располагаются по окружности, состоящей из 360 . Красный цвет соответствует 0°, желтый - 60°, зеленый - 120°, бирюзовый - 180°, синий -240° и пурпурный - 300° градусам. Точки на самой окружности соответствуют чистым (максимально насыщенным) цветам. Точка в центре соответствует нейтральному цвету минимальной насыщенности (белый, серый, черный - это зависит от яркости). То есть, можно сказать, что угол наклона вектора определяет оттенок, длина вектора - насыщенность цвета.

Яркость цвета задают на отдельной оси, нижняя точка которой имеет минимальную яркость, а верхняя - максимальную. Цветовая модель НSВ разработана с максимальным учетом особенностей восприятия цвета

человеком, говорят, «построена на основе цветового круга «Манселла». Модель НSВ универсально применяется для цветокоррекции. Достоинство

этой модели состоит в том, что она создавалась не для мониторов или принтеров, а для людей. Ведь человек интуитивно воспринимает цвет, разделяя его на оттенок, насыщенность и яркость.

Модель НSВ принято использовать при создании изображений на компьютере с имитацией приемов работы и инструментария художников. После создания изображения его рекомендуется конвертирован, либо в аддитивную, либо в субтрактивную модель в зависимости от предполагаемого способа вывода изображения.