Кольори в комп’ютерній графіці

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Тема: “Кольори в комп'ютерній графіці”

Львів 2011

План

1. Поняття кольору

2. Сприйняття кольорів

3. Кольорові моделі

4. Однорідні з точки зору сприйняття кольорові простори

5.Системи впорядкування кольорів

6. Системи управління кольорами

1. Поняття кольору

Ми всі знаємо і використовуємо поняття кольору. Давайте звернемо увагу на той факт, що колір сам по собі не існує - він не є особливістю якогось фізичного об'єкту. Це лише перцепціональне почуття людини, яка виникає як результат збудження зорової системи електромагнітним випромінюванням видимого діапазону. Зорове почуття, для визначення якого зазвичай використовується поняття кольору, - це результат складної взаємодії багатьох чинників, таких як вид джерела світла, спектральний коефіцієнт віддзеркалення, чутливість спостерігача.

Колір є атрибутом зорового почуття. Формування відчуття кольору залежить від трьох елементів: джерела освітлення, об'єктів, що сприймаються, та зорової системи людини. Джерела світла - це фізичні випромінювачи із специфічним розподілом енергії. Властивості об'єктів можуть бути описані спеціальними коефіцієнтами, такими як коефіцієнт віддзеркалення або коефіцієнт поглинання, вони також характеризуються геометричними розмірами. Людська зорова система характеризується чутливістю до хвиль специфічної довжини.

Таким чином, очевидно, що визначити поняття кольору дуже важко. Проблема стає ще складніше, коли мова йде про точний опис і специфікацію кольору.

Ця проблема існує достатньо довгий час. Є багато придатних для використання кольорових моделей, але всі вони мають певні недоліки, тому роботи над розробкою моделей опису кольорів тривають.

Теорія кольорів є вельми широкою галуззю науки. Це міждисциплінарна наука і кожен її напрям розвиває теорію відповідно до власних потреб. Тому термінологія може відрізнятися. Пояснення понять кольору, кольоровості або відтінку також можуть бути неоднозначними. В наших лекціях ми використовуватимемо поняття кольору, що підказується здоровим глуздом. Відтінок означатиме спектральний колір, але звичайно це поняття буде замінятися поняттям кольору. Далі ми розглянемо декілька проблем, важливих з точки зору комп'ютерної графіки.

2. Сприйняття кольорів

Видимий спектр складається з хвиль в діапазоні приблизно від 380 нм до 780 нм. З фізичної точки зору колір відповідає довжині хвилі. Різні частини спектру сприймаються як різні кольори. Кольори єдиного монохроматичного спектрального рядка називають монохроматичними. Є кольори, які не можуть бути визначені єдиною довжиною хвилі. Наприклад, пурпурний колір визначений як комбінація довжин хвиль, що належать протилежним сторонам спектру, тобто її синій та червоній частинам.

З фізичної точки зору немає ніякої різниці між хвилями різної довжини або частоти. Сприйняття різних кольорів пов'язане тільки з інтерпретацією збуджуючих світлових сигналів, одержаних нашим мозком завдяки світлочутливим паличкам та колбочкам, що містяться в сітківці наших очей.

Колбочки чутливі до світла по всьому спектру. Вони переважно реагують на яскравість і відповідають за нічний зір, коли рівень яскравості в цілому маленький. Палички вимагають набагато більшого рівня яскравості.

Кольорове сприйняття залежить від декількох чинників: спектрального енергетичного розподілу джерела світла, спектрального коефіцієнта віддзеркалення або поглинання, чутливості специфічних рецепторів (всі характеристики як функція довжини хвилі). Кінцеве ототожнення і інтерпретація кольору об'єкту, що сприймається, відбувається в мозку.

Давайте звернемо увагу і на той факт, що об'єкти з різною властивістю відбивати світло можуть бути сприйняті як об'єкти однакового кольору. Це явище залежить також від джерела світла і називається метамерія. В той же час два об'єкти з однаковим номінальним кольором можуть бути сприйняти як об'єкти різного кольору, якщо їх освітлено джерелами світла, що значно відрізняються. Крім того, на процес сприйняття кольору можуть впливати особисті особливості сприйняття спостерігача, рівень освітлення, колір тла тощо.

Беручи до уваги той факт, що існує три види рецепторів, можна припустити, що маючи джерела трьох відповідних кольорів і змінюючи їх відносну інтенсивність, ми одержимо бажаний колір. На цьому базується метод генерації кольорового зображення пристроями відображення (дисплеями), які використовують три первинних кольори R, G і B. Колір відображається як аддитивна суміш первинних кольорів, що відповідає додаванню збуджуючих світлових сигналів. У разі друкування на папері чи іншому носії, де має місце вибіркове поглинання світла, використовується метод віднімання кольорів (так званий субтрактивний метод змішування кольорів). Тут типовий набір первинних кольорів - це C (блакитний), М (пурпурний) та Y (жовтий). Слід зазначити, що концепція трьох первинних кольорів - це ні що інше, як спрощення реального сприйняття кольорів зоровою системою людини. Насправді все набагато складніше і неможливо вибрати три первинні кольори, які вирішили б проблему відтворення всіх існуючих кольорів.

3. Кольорові моделі

Шкала яскравості.

Спочатку давайте звернемо увагу на шкалу яскравості, яка дуже важлива з практичної точки зору. Вона містить рівні сірого кольору, розміщені між білим і чорним кольорами. Звичайно ми використовуємо 8 бітів, щоб описати рівень сірого, так що ми маємо у своєму розпорядженні 256 рівнів сірого.

Модель RGB

З точки зору комп'ютерної графіки ця кольорова модель є дискретною. Кожний первинний колір може бути поданий кодом з довільною довжиною. Якщо первинний колір представлений як 8-бітний код, тоді для подання кольору довільної точки необхідно 24 біта. Такий спосіб подання інформації про колір називається повною кольоровою гаммою (full colour) або дійсним кольором (true colour). Загальна кількість кольорів, що можуть бути відображені на екрані, в рази використання такої системи кодування дорівнює 224, що приблизно складає 16.7 мільйонів кольорів. Це величезна кількість і хтось кмітливий може запитати, чи дійсно людське око спроможне відрізнити таке число відтінків. Ми повинні пам'ятати, що ці відтінки є результатом аддитивного змішування трьох первинних кольорів. Крім того, є кольори, які не можуть відображатися таким чином.

Модель HSV

На загальноприйнятій мові ми описуємо колір інтуїтивним шляхом, де використовуються такі поняття як відтінок, насиченість і світлота (тобто наскільки колір сприймається як світлий чи, навпаки, як темний). Відтінки мають свої імена. Отже ми говоримо про червоний колір, синій і т.п.

Насиченість описує місце кольору між чистим монохроматичним кольором (насиченість 100%) і білим кольором (насиченість 0%).

Світлота кольору описує інтенсивність кольорового світла с точки зору сприйняття людиною. Це поняття дозволяє розрізняти світлі і темні кольори, наприклад ми розрізняємо блідо-рожевий та темно-рожевий кольори.

4. Однорідні з точки зору сприйняття кольорові простори

Кольоровий простір Yxy окрім переваг має також недолік. Він полягає в тому, що Yxy - це неоднорідний простір с точки зору сприйняття. Це означає, що однакові зміни параметрів не відповідають однаковім змінам в кольорах, що сприймаються. Щоб уникнути цього недоліку, міжнародна комісія з освітлення запропонувала в 1976 два кольорових простора L*a*b* (скорочено до CIELAB) та L*u*v* (CIELUV). Обидва кольорові простори є однорідними з точки зору сприйняття.

L*u*v* орієнтований на світло випромінюючі пристрої, L*a*b* в основному використовується для визначення кольорів об'єктів (тобто відбитого світла). Параметри, що використовуються в цих просторах, - це відповідно L* - світлота, a* - місцеположення між червоним та зеленим кольорами, b* - місцеположення в рядку між блакитним і жовтим. (Структура обох кольорових просторів базується на протилежній кольоровій теорії, яка походить від спостереження, що немає такого кольору, як червоно - зелений і жовто - блакитний, натомість ми звичайно бачимо комбінації червоного і блакитного або зеленого і жовтого).

5.Системи впорядкування кольорів

Ці системи передбачають позначення кольорів і розташування їх у певному порядку без використання математичного опису та вимірювання фізичних величин. Такі системи не залежать від пристроїв, що будуть використані для відтворення кольорів. Вони визначають певний порядок і мають логічну систему інтуїтивно зрозумілих позначень. Вони містять відповідні незмінні та точні зразки кольорів.

Не всі системи відповідають цим вимогам. Один з прикладів - Pantone Colour Formula Guide (посібник з кольорової формули (моделі) Pantone), який конкретизує кольори, але не впорядковує їх, тому що не має безперервної шкали. Система Pantone є складовою Pantone Colour Formula Guide. Вона містить 1012 зразків, кожен з яких має унікальний номер. Колір, який ми отримуємо при друці, повинен якомога краще нагадувати відповідний зразок Pantone. Система Pantone містить також Pantone Process Color Imaging Guide (посібник з процесу відображення кольорів). Тут розміщені 942 зразки кольорів, які можна відтворювати при чотирьох кольоровому процесі друку (CMYK). колір спектр яскравість модель

Інша найбільш розгорнута система - це PostScript Process Colour Guide (посібник з обробки кольорів PostScript), яка видана компанією Agfa. Вона містить більш ніж 16 000 зразків кольорів.

Одна з найвідоміших систем впорядкування - система Munsell. В ній колір представлений трьома атрибутами V, H, C - значення, відтінок і сигнал кольоровості відповідно. Головне припущення Munsell було в тому, що всі три значення повинні представляти рівні зміни у сприйнятті кольору.

Масштаб значення ділиться на 10 основних діапазонів. Чорний колір має значення 0, білий - 10, а проміжні значення призначені для відображення шкали яскравості. Всі кольори розміщені на колі і розбиті на 5 груп (пурпурний, синій, зелений, жовтий і червоний позначені відповідно 5P, 5B, 5G, 5Y і 5R). Крім того, на колі позначені 5 проміжних кольорів - 5PB, 5BG, 5GY, 5YR, і 5RP відповідно. Потім для кожного з 10 визначених кольорів було позначено 10 послідовних кольорів (див. рис.IV.11а). Нарешті 100 кольорів, що позначаються цілими номерами, були визначені і розміщені на однакових відстанях. Кольори з дробовими номерами розміщені між сусідніми кольорами з цілими номерами.

Третій атрибут - сигнал кольоровості - має візуально однакові діапазони з номерами, що зростають від 0 для нейтральних зразків у напрямі збільшення насиченості кольору. Діапазон шкали сигналу кольоровості відрізняється для конкретних кольорів

6.Системи управління кольорами

У комп'ютерній графіці ми маємо справу з різними пристроями, вони або створюють зображення в цифровій формі (сканери, цифрові камери), або дозволяють їх відтворення (монітори, принтери). Кожний з них характеризується своєю кольоровою гамою - областю кольорів, що відтворюються. У такій ситуації неможливо відтворити колір точно на різних пристроях. Одне з можливих рішень - скоротити гами кольорів цих пристроїв до однієї загальної гами. Інші рішення припускають можливість відображення гами кольорів одного пристрою на гаму кольорів іншого пристрою шляхом виконання відповідного колірного перетворення у відібраному, загальному кольоровому просторі. Звичайно проектування кольорів виконується у напрямі до центру гами, що скорочує насиченість і іноді сигнал яскравості, але зберігає відтінок кольору.

Інший підхід передбачає використання одного загального кольорового простору, незалежного від конкретного пристрою. Кольорові простори, які визначені CIE, придатні для цього. Далі для кожного пристрою може бути визначений так званий профіль пристрою, який дозволяє перетворення з кольорового простору пристрою у обраний кольоровий простір.

Деякі фірми (наприклад, Agfa, Kodak) розробили відповідні системи управління кольорами. Також був запропонований стандартизований формат для опису профілю (ICC). В операційній системі Windows такі файли мають тип .icm. Профілі нових пристроїв звичайно містяться в драйверах, що поставляються з ними. Звичайно, є профілі „по замовчуванню” (default profiles) - в такому разі передбачається, що користувач виконуватиме налаштування пристрою власноруч.

Мета системи управління кольорами - управляти профілями пристроїв і передавати зображення між пристроями, приймаючи до уваги ці профілі. Слід пам'ятати, що немає універсального способу кольорового перетворення, якщо гами кольорів різних пристроїв відрізняються.

Отже, ми повинні свідомо розуміти, що деякі відмінності в кольорах, відтворених на різних пристроях, можливі. Ситуація ускладнюється тим, що простір L*a*b, що переважно використовується на практиці, не підтримує умови спостереження повною мірою.

Размещено на Allbest.ru