- частота RAMDAC 250 - 350 МГц;
- глубина цвета - 24/32 бит/пиксель;
Глубина Z-буфера 16-32 разрядов;
Интерфейс AGP 2X/4X;
- API - DirectX 6, DirectX 7, DirectX 8.
- наряду с универсальными API-интерфейсами, фирмами-разработчиками видеоадаптеров, разрабатываются специализированные API, которые позволяют расширить возможности формирования графического изображения.
Цвет в компьютерной графике
Цвет – прежде всего, характеризуется яркостью изображения, а значит светом. Свет может быть излучаемым т.е. выходящим из некоторого источника (солнце, электрический светильник или экран дисплея), и отраженным от поверхности объекта. Излучаемый свет может содержать все цвета (белый свет), любую их комбинацию или только один цвет. Свет может изменить свой цвет при отражении от объекта. Таким образом, цвет объекта определяется цветом падающего на него света и цветом, который объект отражает, т.е. отражающими свойствами объекта.
Цвет может формироваться в процессе излучения света и в процессе его отражения. Как следствие, существуют ряд методов описания и формирования цвета (так называемые системы цветов или цветовое пространство).
Наиболее часто в компьютерной графике и смежных областях применя-
ется система аддитивных цветов и система субтрактивных цветов .
Аддитивный цвет получается при сложении лучей света разных цветов. В этой системе отсутствие всех цветов соответствует черному цвету, а присутствие всех цветов – белому. Система аддитивных цветов (система RGB) применяется для описания излучаемого света, например, от экрана монитора. Как из-
вестно из физики, в данном случае используются три основных цвета: красный, зеленый, синий (R, G, B). Если смешать их в равной пропорции, они образуют белый цвет, а при смешивании в разных пропорциях – любой другой.
В системе субтрактивных цветов происходит обратный процесс. Какойлибо цвет получается путем вычитания некоторого цвета из общего светового потока. В этой системе белый цвет появляется в результате отсутствия всех цветов, а их присутствие дает черный цвет. Система субтрактивных цветов применяется при работе с отраженным светом, например, от бумаги (издательское дело, полиграфия, многоцветная печать). Белый фон отражает все цвета, фон произвольного цвета – некоторые поглощает, остальные отражает. В этой системе основными являются голубой (cyan), пурпурный (magenta) и желтый (yellow) цвета (CMY). Эти цвета противоположны красному, зеленому, синему (RGB). Когда эти цвета смешиваются на белом фоне в равной пропорции, теоретически получается черный цвет. В действительности, типографские краски и другие материалы поглощают цвет не полностью, что приводит к искажению цветопередачи. Поэтому к этим трем цветам добавляется немного черной (Black) краски. Система цветов, основанная на таком четырехцветном процессе, обозначается CMYK .
Форматы графических файлов
Формат – это способ организации данных в памяти компьютера, на внешнем носителе, в базе данных и т.д. Количество применяемых в настоящее время типов форматов очень велико; они обычно делятся на группы – текстовые, графические, баз данных, электронных таблиц, Windows, Unix. Множество форматов существует для хранения графической информации. Практически любое программное обеспечение для работы с компьютерной графикой, использует свой собственный формат файлов, хотя в последние годы многие раз-
работчики стараются поддерживать некоторые форматы, ставшие почти уни-
версальными (TIFF, PCX, BMP, JPEG и др.).
Графический формат – это формат, в котором данные, описывающие графическое изображение записаны в файле. Такие форматы используются для того, чтобы логично и эффективно организовывать, сохранять и восстанавливать графические данные. В соответствии с видами компьютерной графики, наиболее распространены в настоящее время растровые, векторные и метафайловый графические форматы. Существуют и другие типы форматов - форматы сцены, анимации, мультимедиа, гипертекстовые и гипермедиа, объемные (трехмерные), аудиоформаты, форматы шрифтов и др.
Растровые форматы используются для хранения растровых данных. Файлы этого типа содержат точную пиксельную карту изображения и хорошо подходят для хранения реальных изображений, например, фотографического. Программа визуализации воссоздает это изображение на отображающей поверхности устройства вывода. Растровое изображение легко обрабатывается и упаковывается, однако при растяжении и сжатии таких изображений возникают искажения. Печать растровых изображений может выполняться только на устройствах, которые поддерживают точечный вывод; в частности, плоттеры не поддерживают растровые форматы файлов. Перенос изображения на различные устройства вывода может создавать проблемы, связанные со сменой разрешения графического изображения.
Наиболее распространенные растровые форматы – это Microsoft BMP, PCX, TIFF, TGA, GIF, JPEG и др.
Векторные файлы содержат не пиксельные значения, а математические описания элементов изображения – линий, кривых, многоугольников, сплайнов, а также элементов, которые можно разложить на простые геометрические объекты. По математическим описаниям графических форм программа визуализации строит изображение. Векторные форматы получили широкое распространение в программах для САПР, так как позволяют легко манипулировать фраг-
ментами изображения, масштабировать их и т.п. Однако такие форматы не годятся для обработки фотографий или сканирования изображений.
Векторные файлы структурно более просты, чем большинство растровых файлов. Наиболее распространенными векторными форматами являются
AutoCAD DXF, Microsoft SYLK, WMF, EPS и др.
Метафайлы могут хранить и растровые, и векторные данные. Они напоминают файлы векторного формата, так как содержат средства для определения элементов векторных данных, но могут включать и растровое представление изображения. Метафайлы часто используются для транспортировки растровых и векторных данных и изображений между аппаратными и программными платформами. Наиболее распространенны метафайловые форматы COM, WPG, PICT.
Файлы формата сцены (файлы описания сцены) разработаны для хранения сжатого представления всего изображения (или сцены). Они близки к векторным файлам, однако в отличие от них содержат не описания частей изображения, а состоят из инструкций, позволяющих программе визуализации восстановить изображение целиком.
Форматы анимации появились сравнительно недавно. Простейшие из них хранят изображения целиком, позволяя быстро отображать их в цикле одно за другим. Более сложные форматы анимации хранят только различия между двумя последовательно отображаемыми изображениями (фреймами) и изменяют только те пиксели, которые меняются при отображении очередного фрейма. При видеоанимации для создания иллюзии плавного движения необходимо отображать не менее 25 фреймов в секунду. Примерами форматов анимации могут служить TDDD и TTDDD.
Мультимедиа-форматы предназначены для хранения данных различных типов в одном файле. Они обычно позволяют объединять графическую, звуковую и видеоинформацию. Примерами могут служить форматы RIFF фирмы
Microsoft, MPEG и FLI фирмы Autodesk.
Гипертекст – это система, обеспечивающая нелинейный доступ к информации, обычно текстовой. Термин гипермедиа обозначает синтез гипертекста и мультимедиа. Современные гипертекстовые языки и сетевые протоколы поддерживают самые разнообразные средства, включая текст и шрифты, неподвижную и динамическую графику, аудио- и видеоданные. Гипертекст обеспечивает создание структуры, которая позволяет организовывать мультимедиаданные, отображать их и интерактивно перемещаться по ним. Гипертекстовые и гипермедийные системы, например WWW, хранят информационные ресурсы в виде файлов GIF, JPEG, MPEG, AVI, PostScript и др.
Трехмерные форматы . В файлах такого формата хранится описание формы и цвета объемных моделей воображаемых и реальных объектов. Объемные модели обычно конструируются из многоугольников и гладких поверхностей с учетом описаний соответствующих элементов: цвет, текстура, оптические эффекты и т.п. На этой основе программа визуализации реконструирует объект. Модели помещаются в сцены с источниками света и камерами (т.е. указываются точки наблюдения), поэтому объекты в трехмерных файлах часто на-
зываются элементами сцены .
Визуализация трехмерных моделей осуществляется программами моделирования и анимации (например, 3DStudio фирмы Autodesk). Они позволяют корректировать внешний вид изображения, изменяя и дополняя систему освещения, текстуру элементов сцены и их относительное расположение, и обеспечивают моделирование движения. Трехмерные данные сейчас поддерживаются рядом форматов, которые ранее служили только для хранения двухмерных векторных данных, например, форматом DXF. Форматы такого типа иногда называют расширенными векторными форматами.
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.
Ахроматический и хроматический цвет
Так как свет является еще и волной, то, разумеется, он имеет длину волны. Длин волн бесконечное множество, но наш глаз в состоянии регистрировать только их небольшой диапазон, известный под названием видимой части спектра.
Цвет имеет психофизиологическую и психофизическую природу. Цвет предмета зависит не только от самого предмета, но также и от источника света, освещающего предмет и от системы человеческого видения. Некоторые предметы отражают свет (стена), другие его пропускают (стекло). Если поверхность, которая отражает только синий цвет, освещается красным светом, она будет казаться черной. Если источник зеленого света рассматривается через стекло, пропускающее только красный свет, он тоже покажется черным.
Зрительная система человека воспринимает электромагнитную энергию с длинами волн от 400 до 700 нм как видимый свет.
Источник или объект являются ахроматическим, если наблюдаемый свет содержит все видимые длины волн в примерно равных количествах. Ахроматический источник кажется белым, а свет от него - белым, черным или серым. Ахроматический свет - это то, что мы видим на экране черно-белого телевизора. Белыми выглядят объекты, ахроматически отражающие более 80 % света белого источника, а черными - менее 3 %. Промежуточные значения дают различные оттенки серого цвета.
Ахроматический свет характеризуется интенсивностью (яркостью). Свет называется хроматический, если он содержит длины волн в произвольных неравных количествах. Если длины волн сконцентрированы у верхнего края видимого спектра, то свет кажется красным, если у нижнего - то синим.
Но сама по себе эл/м энергия определенной длины волны не имеет никакого цвета. Ощущение цвета возникает в результате преобразования физических явлений в глазу или мозге человека. Объект кажется цветным, если он отражает или пропускает свет лишь в узком диапазоне длин волн и поглощает все остальные.
Психофизиологическое представление света опр-ся:
1) цветовой тон
2) насыщенность
3) светлота
Цветовой тон позволяет различать цвета (к, з, с).
Насыщенность определяет степень ослабления (разбавления) данного цвета белым цветом и позволяет различать розовый цвет от красного, голубой от синего. У чистого цвета насыщенность = 100 % и уменьшается по мере добавления белого. Насыщенность ахроматического цвета = 0 %.
Светлота - это интенсивность, которая не зависит от цветового тона и насыщенности. Ноль - значит черный, более высокие значения характеризуют более яркие значения.
Психофизические определяющие цвета:
1) доминирующая длина волны
2) чистота
3) яркость.
Доминирующая длина волны определяет монохроматический цвет (рис. б ) Þ l = 520 нм ® зеленый.
Чистота характеризует насыщенность цвета и определяется отношением Е 1 и Е 2 . Е 1 - характеризует степень разбавления чистого цвета с l = 520 нм белым. Если Е 1 стремится к 0, то чистота - к 100 %, если Е 1 стремится к Е 2 , то свет - к белому и чистота - к 0.
Яркость пропорциональна энергии света и рассматривается как интенсивность на единицу площади. Для ахроматического света яркость есть интенсивность.
Художники используют другие характеристики цвета:
1) разбелы
2) оттенки
Разбелы получаются при добавлении в чистый цвет белого, оттенки - черного, тона - и черного, и белого.
Обычно встречаются не чистые монохроматические цвета, а их смеси. В основе 3-х компонентной теории света лежит предположение о том, что в сетчатке глаза есть 3 типа чувствительных к свету колбочек, которые воспринимают соответственно зеленый, красный и синий цвета. Относительная чувствительность глаза максимальна для зеленого цвета и минимальна для синего. Если на все 3 типа колбочек воздействует одинаковый уровень энергетической яркости (энергия в единицу t), то свет кажется белым.
Цветовые модели
RGB цвета используются в телевидении и выводе изображений на экран монитора. Эти три цвета дают возможность воспроизвести большинство цветов, которые вы можете видеть. Большинство, но не все. Цвета, производимые монитором, не являются абсолютно чистыми, поэтому и все производимые ими оттенки не могут быть воспроизведены с точностью.
Более того, яркостный диапазон мониторов сильно ограничен. Человеческий глаз в состоянии различать гораздо больше градаций яркости. Максимальная яркость монитора едва ли соответствует и половине максимальной яркости, которую наш глаз способен различить. Это часто может привести к сложностям при отображении сцен из реального мира, которые содержат широкие вариации яркости. Например, фотография пейзажа с фрагментом неба и участками земли находящимися в полной тени.
При моделировании света на компьютере все три цвета обрабатываются отдельно, за исключением каких-либо нестандартных ситуаций, когда цвета не влияют друг на друга. Иногда полноцветные изображения получают путем последовательного просчета красного, зеленого и синего изображений и их дальнейшим комбинированием.
Обычно компьютеры оперируют со светом в виде величин, определяющих количество содержащихся в нем красного, зеленого и синего цветов. Например, белый - это равное количество всех трех, Желтый - равное количество красного и зеленого и полное отсутствие синего. Все цветовые оттенки можно визуально представить в виде куба, где по осям координат будут отложены соответствующие величины трех исходных цветов. Это и есть трехцветная световая модель (RGB Model).
Системы смешивания основных цветов
1. Аддитивная - красный зеленый синий (RGB)
2. Субтрактивная - голубой (cyan, точнее сине-зеленый),
пурпурный (magenta), желтый (yellow)
Цвета одной системы являются дополнением к другой. Дополнительный цвет - это разность белого и данного цвета (Г=Б-К, П=Б-З, Ж=Б-С).
Аддитивная цветовая система удобна для светящихся поверхностей (экраны ЭЛТ, цветовые лампы). Субтрактивная цветовая система используется для отражающих поверхностей (цветные печатные устройства, типографские краски, несветящиеся экраны).
Уравнение монохроматического цвета:
где C - цвет,
R, G, B - 3 потока света,
r, g, b - относительные количества потоков света (от 0 до 1).
Соотношение между двумя цветовыми системами можно выразить математически:
Цветовые пространства RGB и CMY 3-хмерны и условно их можно изобразить в виде куба;
Началом координат в цветном кубе RGB является черный цвет, а в CMY - белый. Ахроматические, т.е. серые цвета, в обеих моделях расположены по диагонали от Б до Ч.
Модели RGB и CMY аппаратно-ориентированы. Модель HVS ориентирована на пользователя. В основе лежат интуитивно принятые художниками понятия разбела, оттенка, тона.
Цветовая модель HSV
Смит предложил построить модель субъективного восприятия в виде объемного тела HVS
(Н - цветовой тон (Hue)
S - насыщенность (Saturation)
V - светлота (Value))
Если цветной куб RGB спроецировать на плоскость вдоль диагонали Б-Ч, получается шестиугольник с основными и дополнительными цветами в вершинах. Интенсивность возрастает от 0 в вершине до 1 на верхней грани. Насыщенность определяется расстоянием от оси, а тон - углом (0° - 360°), отсчитываемым от красного цвета. Насыщенность меняется от 0 на оси до 1 на границе шестиугольника.
Насыщенность зависит от цветового охвата (расстояние от оси до границы). При S=1 цвета полностью насыщены. Ненулевая линейная комбинация трех основных цветов не может быть полностью насыщена. Если S=0, Н неопределен, т.е. лежит на центральной оси и является ахроматическим (серым)
Чистые цвета у художников: V=1, S=1
Разбелы - цвета с увеличенным содержанием белого, т.е. с меньшим S (лежат на плоскости шестиугольника)
Оттенки - цвета с уменьшенным V (ребра от вершины)
Тон - цвета с уменьшенным S и с уменьшенным V.
Модель HLS
В основе цветной модели HLS, применяемой фирмой Textronix, лежит цветная система Оствальда.
Н - цветовой тон (Hue)
L - светлота (Lightness)
S - насыщенность (Saturation)
Модель п.с. двойной шестигранный конус. Цветной тон задается углом поворота вокруг вертикальной оси относительно красного цвета. Цвета следуют по периметру, как и в модели HVS. HLS - результат модификации HSV за счет вытягивания вверх белого цвета. Дополнение каждого цвета отстоит на 180° от этого цветового тона. Насыщенность измеряется в радиальном направлении от 0 до 1. светлота измеряется вертикально по оси от 0 (Ч) до 1 (Б).
Для ахроматических цветов S=0, а максимально насыщенные цветовые тона получаются при S=1, L=0,5.
Цилиндрическая цветовая модель
Используется цветовая система Манселла, основанная на наборе образцов света. Система Манселла - это стандарт восприятия. Цвет определяется:
Цветовым тоном
Насыщенностью
Светлотой
На центральной оси - значение интенсивности меняется от черного к белому. Цветовой тон определяется углом. Главное преимущество - одинаковые приращения насыщенности, тона и интенсивности вызывают ощущения одинаковых изменений при восприятии.
Цветовая гармония
Цветные дисплеи и устройства получения твердых копий позволяют создавать широкий диапазон цветов. Одни цветовые сочетания хорошо гармонируют друг с другом, другие - взаимно несовместимы. Как отбирать цвета, чтобы они гармонировали друг с другом?
Выбор цветов обычно определяется путем проведения гладкой траектории в цветовом пространстве и/или путем ограничения диапазона используемых цветов в цветовой модели плоскостями (или шестигранными конусами) постоянной насыщенности
Использование цветов одного и того же цветового тона
Использование двух дополнительных цветов и их смесей
Использование цветов постоянной светлоты
При выборе цветов случайным образом, они будут выглядеть слишком яркими. Смит провел эксперимент, где сетка 16´16 заполнялась цветами случайным образом и имела мало привлекательный вид.
Если рисунок включает несколько цветов, то в качестве фона надо использовать дополнение к одному из них. Если цветов много, то фон лучше сделать серым.
Если 2 примыкающих друг к другу цвета не гармонизируют, их можно разделить черной линией.
С физиологической точки зрения низкая чувствительность глаза к синему цвету означает, что на черном фоне трудно различить синий цвет. Отсюда следует, что желтый цвет (дополнительный к синему) трудно различить на белом (дополнительный к черному).
СЖАТИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ
Основные сведения
Стоит начать считывать цветные или полутоновые изображения сканером в ½ формата А4 и 100 Мб-ый диск будет заполнен меньше чем за 1 час (размер графического файла от 400 Кб до нескольких Мб). А сравнимый по качеству с телепередачей компьютерный фильм требует хранения данных объемом около 22 Мб/сек. Поэтому остро встала проблема сжатия и восстановления информации. Но сжатие файла сильно зависит от его структуры.
Принципиально сжатие делят на архивацию и компрессию. Первое - без потери качества, второе - с потерями. Разница между этими способами в том, что второй не подразумевает полного восстановления исходного сохраненного изображения в полном качестве. Но каким бы не был алгоритм компрессии данных, для работы с ним файл нужно проанализировать и распаковать, т. е. вернуть данные в исходный незапакованный вид для их быстрой обработки (обычно это происходит прозрачно для пользователя).
Архивация, или сжатие графических данных, возможно как для растровой, так и для векторной графики. При этом способе уменьшения данных, программа анализирует наличие в сжимаемых данных некоторых одинаковых последовательностей данных, и исключает их, записывая вместо повторяющегося фрагмента ссылку на предыдущий такой же (для последующего восстановления). Такими одинаковыми последовательностями могут быть пикселы одного цвета, повторяющиеся текстовые данные, или некая избыточная информация, которая в рамках данного массива данных повторяется несколько раз. Например, растровый файл, состоящий из подложки строго одного цвета (например, серого), имеет в своей структуре очень много повторяющихся фрагментов.
Компрессия (конвертирование) данных - это способ сохранения данных таким образом, при использовании которого не гарантируется (хотя иногда возможно) полное восстановление исходных графических данных. При таком способе хранения данных обычно графическая информация немного "портится" по сравнению с оригинальной, но этими искажениями можно управлять, и при их небольшом значении ими вполне можно пренебречь. Обычно файлы, сохраненные с использованием этого способа хранения, занимают значительно меньше дискового пространства, чем файлы, сохраненные с использованием простой архивации (сжатия). Суть методов сжатия с потерей качества - ликвидировать те места, которые человеческим глазом не воспринимаются или воспринимаются не очень хорошо, другими словами, практически не заметны. Чем выше степень компрессии, тем больше ущерб качеству. Оптимальное решение выбирается для конкретного случая с учетом применения.
Иногда не стоит прибегать к компрессии: проще уменьшить избыточный размер, цветность или разрешение. Результат тот же - уменьшение размера.
Цвет в компьютерной графике
Цвет - чрезвычайно сложная проблема как для физики, так и для физиологии, т. к. он имеет как психофизиологическую, так и физическую природу. Восприятие цвета зависит от физических свойств света, т. е. электромагнитной энергии, от его взаимодействия с физическими веществами, а также от их интерпретации зрительной системой человека. Другими словами, цвет предмета зависит не только от самого предмета, но также и от источника света, освещающего предмет, и от системы человеческого видения. Более того, одни предметы отражают свет (доска, бумага), а другие его пропускают (стекло, вода). Если поверхность, которая отражает только синий свет, освещается красным светом, она будет казаться черной. Аналогично, если источник зеленого света рассматривать через стекло, пропускающее только красный свет, он тоже покажется черным.
Самым простым является ахроматический цвет, т. е. такой, какой мы видим на экране черно-белого телевизора. При этом белыми выглядят объекты, ахроматически отражающие более 80% света белого источника, а черными - менее 3%. Промежуточные значения дают различные оттенки серого. Единственным атрибутом такого цвета является интенсивность или количество. С интенсивностью можно сопоставить скалярную величину, определяя черное как 0, а белое как 1. Тогда среднесерому цвету будет соответствовать значение 0.5.
Если воспринимаемый свет содержит длины волн в произвольных неравных количествах, то он называется хроматическим. При субъективном описании такого цвета обычно используют три величины: цветовой тон, насыщенность и светлота. Цветовой тон позволяет различать цвета, такие как красный, зеленый, желтый и т. д. Насыщенность характеризует чистоту, т. е. степень ослабления (разбавления) данного цвета белым светом, и позволяет отличать розовый цвет от красного, изумрудный от ярко-зеленого и т. д. Другими словами, по насыщенности судят о том, насколько мягким или резким кажется цвет. Светлота отражает представление об интенсивности, как о факторе, не зависящем от цветового тона и насыщенности.
Обычно встречаются не чистые монохроматические цвета, а их смеси. В основе трехкомпонентной теории света лежит предположение о том, что в центральной части сетчатки глаза находятся три типа чувствительных к цвету колбочек. Первый воспринимает зеленый цвет, второй - красный, а третий - синий цвет. Относительная чувствительность глаза максимальна для зеленого цвета и минимальна для синего. Если на все три типа колбочек воздействует одинаковый уровень энергетической яркости, то свет кажется белым. Ощущение белого цвета можно получить, смешивая любые три цвета, если ни один из них не является линейной комбинацией двух других. Такие цвета называют основными.
Человеческий глаз способен различать около 350 000 различных цветов. Это число получено в результате многочисленных опытов. Четко различимы примерно 128 цветовых тонов. Если меняется только насыщенность, то зрительная система способна выделить уже не так много цветов: мы можем различить от 16 (для желтого) до 23 (для красного и фиолетового) таких цветов. Результаты опытов обобщены в законах Грассмана:
- Глаз реагирует на три различных стимула, что подтверждает трехмерность природы цвета. В качестве стимулов можно рассматривать, например, доминирующую длину волны (цветовой фон), чистоту (насыщенность) и яркость (светлоту) или красный, зеленый и синий цвета.
- Четыре цвета всегда линейно зависимы, т. е. сС = rR + gG + bВ, где с, r, g, b не равны 0. Следовательно, для смеси двух цветов имеет место равенство (cC)1 + (сС)2 = (rR)1 + (rR)2 + (gG)1 + (gG)2 + (bB)1 + (ЬВ)2. Если цвет C1 равен цвету С и цвет С2 равен цвету С, то цвет С1 равен цвету С2 не зависимо от структуры спектров энергии с, С1, С2.
- Если в смеси трех цветов один непрерывно изменяется, а другие остаются постоянными, то цвет смеси будет меняться непрерывно, т. е. трехмерное цветовое пространство непрерывно.
Субтрактивная система цветов CMY применяется для отражающих поверхностей, например, типографских красок, пленок и несветящихся экранов.
Аддитивная цветовая система RGB удобна для светящихся поверхностей, например, экранов ЭЛТ или цветовых ламп.
По материалам книги Ю. Тихомиров "Программирование трехмерной графики"
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.
Loading...