18. Физические основы цвета в компьютерной графике. Типы цветовых моделей.

Физические основы цвета в компьютерной графике.

Свойства света

↙ ↘

частица волна

В независимости от источника, свет представляет собой смесь цветов.

Цвет бывает хроматическим (цветной) и ахроматическим (черно-белый, серый).

Физические характеристики цвета:

-яркость; длинна волны; энергия, переносимая светом; цветность; окраска; цвет-окраска; освещенность.

Типы цветовых моделей.

по принципу получения цвета, цветовые модели делятся:

• аддитивные (RGB)

• субтрактивные (CMY, CMYK)

• перцепционные (HSB, LAB)

Аддитивная цветовая модель.

первичные цвета: синий, красный, зеленый

вторичные цвета: фиолетовый, желтый, пурпурный и т.д.

Базовые цвета – это первичные и вторичные.

Ограничения RGB:

• аппаратная зависимость

• ограничения цветового охвата

Субтрактивные модели используются для печатных цветов. Они аппаратно независимые. Не соответствуют моделям RGB. Малый охват цветов.

При освещении дневным светом бумаги голубого цвета поглощается красный спектр цвета; при освещении бумаги желтого цвета поглощается синий спектр цвета. На этом основана технология CMYK.

Существует несколько вариантов субтрактивных моделей для различных цветов. Планшетные (смесевые цвета) – это цвета, которые воспроизводятся на бумаге готовыми смесями.

Перцепционные модели для устранения аппаратной зависимости. Имеют более интуитивный способ создания цвета. Для того, чтобы создать цвет мы должны изменять значения яркости и цветности.

• Hue — цветовой тон, (например, красный, зелёный 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 задаётся в пределах 0—100 и 0—1.

В цветовом пространстве Lab значение светлоты отделено от значения хроматической составляющей цвета (тон, насыщенность). Светлота задана координатой L (изменяется от 0 до 100, то есть от самого темного до самого светлого), хроматическая составляющая — двумя полярными координатами a и b. Первая обозначает положение цвета в диапазоне от зеленого до пурпурного, вторая — от синего до желтого.

В отличие от цветовых пространств RGB или CMYK, которые являются, по сути, набором аппаратных данных для воспроизведения цвета на бумаге или на экране монитора (цвет может зависеть от типа печатной машины, марки красок, влажности воздуха в цеху или производителя монитора и его настроек), Lab однозначно определяет цвет.

Lab нашел широкое применение в программном обеспечении для обработки изображений в качестве промежуточного цветового пространства, через которое происходит конвертирование данных между другими цветовыми пространствами (например, из RGB сканера в CMYK печатного процесса).

Благодаря характеру определения цвета в Lab появляется возможность отдельно воздействовать на яркость, контраст изображения и на его цвет.

Цветовая модель - это система представления широкого диапазона цветов и оттенков с помощью концептуального и количественного его описания (например, на основе ограниченного числа доступных красок в полиграфии или цветовых каналов в мониторах).      По принципу действия все цветовые модели разделяются на четыре класса: аддитивные, субтрактивные, перцепционные и колориметрические, хотя последние часто относят к перцепционным моделям. Рассмотрим их подробнее.     Вопрос19   

Аддитивная цветовая модель (RGB)      Рассматриваемый класс цветовых моделей представлен единственной моделью, получившей распространение на практике. В основе этой модели лежит тот факт, что большинство цветов видимого спектра можно получить путем смешения трех цветов, называемых первичными. Этими цветами являются красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue), a модель, соответственно, получила название RGB. Когда все три компоненты принимают максимальное значение, получается яркий белый цвет. Одинаковые нулевые значения образуют абсолютно черный цвет (точнее, отсутствие света), а одинаковые ненулевые значения соответствуют шкале серого цвета. Сочетания компонент, где их значения не равны, образуют соответствующий цветовой тон. При этом попарное смешение первичных цветов образует вторичные цвета: голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow). Первичные и вторичные цвета относятся к базовым цветам.     Математически цветовую модель RGB удобнее всего представлять в виде куба. В этом случае каждому цвету однозначно можно сопоставить точку внутри куба, соответствующую значениям координат X (Red), Y (Green) и Z (Blue). Тогда направление вектора, исходящего из начала координат, однозначно определяет цветность, а его модуль выражает яркость. Несмотря на простоту и наглядность цветовой модели RGB, она имеет два существенных недостатка: аппаратная зависимость (например, использование различных люминофоров и его элементарное старение в мониторах) и ограниченный цветовой охват (невозможность получения всех цветов видимого спектра).       Вопрос 20

Субтрактивные цветовые модели (CMY и CMYK)        Для описания отраженного от объекта цвета используется субтрактивная цветовая модель. Субтрактивные цвета, в отличие от аддитивных, получаются путем поглощения (вычитания - subtract) одного из первичных цветов из белого цвета, что соответствует физике процессов поглощения и отражения света от поверхности объекта:

• белый - красный = голубой;

• белый - зеленый = пурпурный;

• белый - синий = желтый.

       Таким образом, для описания этих процессов используется модель CMY, в которой используется три основных субтрактивных цвета, а именно голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow).      В результате при смешении двух субтрактивных красок результирующий цвет затемняется (положено больше краски - поглощено больше света). Смешивание равных значений трех компонент дает оттенки серого цвета. Белый цвет получается при отсутствии всех цветов (отсутствии краски), тогда как их присутствие в полном объеме теоретически дает черный цвет. Однако в реальном технологическом процессе получение черного цвета путем смешения трех основных (вторичных) цветов на бумаге не эффективно. И на это имеется две причины. Во-первых, практически невозможно создать идеально чистые пурпурные, голубые и желтые краски. В результате при смешении этих цветов получается не чистый черный цвет, а грязно-коричневый. Во-вторых, неэкономный расход красок на создание черного цвета и это при том, что любые цветные краски дороже обычных черных.       Как следствие, на практике широкое распространение получила иная субтрактивная цветовая модель, называемая CMYK и использующая дополнительную, четвертую, черную краску. Заметим, что в названии модели используется буква К (последняя буква в слове BlaK (черный)), чтобы избежать путаницы, т.к. с буквы В в английском языке начинается и слово Blue (синий). Хотя иногда букву К трактуют как первую букву в слове Key (ключ, ключевой), т.к. эта краска является главной в процессе цветной печати и последней наносится на бумагу.       Цветовая модель CMYK имеет те же ограничения, что и RGB-модель - аппаратная зависимость и ограниченный цветовой диапазон. Причем она даже более аппаратно-зависима и цветовой диапазон еще уже, чем у RGB-модели, т.к. цветные красители имеют худшие характеристики по сравнению с люминофором в мониторах. Например, она не может воспроизводить яркие насыщенные цвета, а также ряд специфических цветов, таких как металлический и золотистый.       Об экранных цветах, которые невозможно воссоздать при печати, говорят, что они лежат вне цветового охвата модели CMYK. Для предотвращения таких ситуаций обычно используют комплекс специальных мер, включающий выявление и исключение (заменой близким) несоответствующих цветов еще на этапе создания и редактирования изображений или расширением цветового охвата модели путем добавления новых или плашечных цветов (плашечными называются цвета или краски, созданные с помощью специальных технологий и на основе использования для каждого цвета уникальных красителей или чернил). Например, к краскам CMYK добавляются еще зеленая и оранжевая краски (шестицветная печать), что позволяет существенно расширить диапазон воспроизводимых цветов. Еще один способ, возможно, наиболее эффективный, заключается в использовании систем управления цветом - CMS (color management system), которые мы рассмотрим несколько позже в параграфе, который так и называется "Системы управления цветом"

        Сравнение двух цветовых моделей