ВходЦвет в компьютерной графике. Использование цвета в компьютерной графике Атрибуты цвета в компьютерной графики
I . Системы цветов в компьютерной графике
1. Основные понятия компьютерной графики…………………2 стр.
2. Цвет и цветовые модели ……………………………………...4 стр.
3. Цветовая модель RGB…………………………………………5 стр.
4..Системы цветов HSB и HSL…………………………………..6 стр.
5. Цветовая модель HSB…………………………………………7 стр.
6. Цветовая модель CIE Lab……………………………………..8 стр.
7. Цветовая модель CMYK, цветоделение…………………….. 8 стр.
II . Практическая часть
1.Практический вопрос (создание рисунка в программе CorelDRAW)
Список используемой литературы …………………….............11стр.
Основные понятия компьютерной графики
В компьютерной графике с понятием разрешения обычно происходит больше всего путаницы, поскольку приходится иметь дело сразу с несколькими свойствами разных объектов. Следует четко различать: разрешение экрана, разрешение печатающего устройства и разрешение изображения. Все эти понятия относятся к разным объектам. Друг с другом эти виды разрешения никак не связаны пока не потребуется узнать, какой физический размер будет иметь картинка на экране монитора, отпечаток на бумаге или файл на жестком диске.
Разрешение экрана - это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек Windows). Разрешение экрана измеряется в пикселах (точках) и определяет размер изображения, которое может поместиться на экране целиком.
Разрешение принтера - это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины. Оно измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере.
Разрешение изображения - это свойство самого изображения. Оно тоже измеряется в точках на дюйм - dpi и задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Так, для просмотра изображения на экране достаточно, чтобы оно имело разрешение 72 dpi, а для печати на принтере - не меньше как 300 dpi. Значение разрешения изображения хранится в файле изображения.
Физический размер изображения определяет размер рисунка по вертикали (высота) и горизонтали (ширина) может измеряться как в пикселах, так и в единицах длины (миллиметрах, сантиметрах, дюймах). Он задается при создании изображения и хранится вместе с файлом. Если изображение готовят для демонстрации на экране, то его ширину и высоту задают в пикселах, чтобы знать, какую часть экрана оно занимает. Если изображение готовят для печати, то его размер задают в единицах длины, чтобы знать, какую часть листа бумаги оно займет.
Физический размер и разрешение изображения неразрывно связаны друг с другом. При изменении разрешения автоматически меняется физический размер.
При работе с цветом используются понятия: глубина цвета (его еще называют цветовое разрешение) и цветовая модель.
Для кодирования цвета пиксела изображения может быть выделено разное количество бит. От этого зависит то, сколько цветов на экране может отображаться одновременно. Чем больше длина двоичного кода цвета, тем больше цветов можно использовать в рисунке.
Глубина цвета - это количество бит, которое используют для кодирования цвета одного пиксела. Для кодирования двухцветного (черно-белого) изображения достаточно выделить по одному биту на представление цвета каждого пиксела. Выделение одного байта позволяет закодировать 256 различных цветовых оттенков. Два байта (16 битов) позволяют определить 65536 различных цветов. Этот режим называется High Color. Если для кодирования цвета используются три байта (24 бита), возможно одновременное отображение 16,5 млн цветов. Этот режим называется True Color. От глубины цвета зависит размер файла, в котором сохранено изображение.
Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуется смешением основных цветов. Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью . Существует много различных типов цветовых моделей, но в компьютерной графике, как правило, применяется не более трех. Эти модели известны под названиями: RGB, CMYK, НSB.
Цвет и цветовые модели.
Цвет аддитивный и субтрактивный.
Аддитивный цвет получается при соединении света разных цветов. В этой схеме отсутствие всех цветов представляет собой чёрный цвет, а присутствие всех цветов - белый. Схема аддитивных цветов работает с излучаемым светом, например, монитор компьютера.
В схеме субтрактивных цветов происходит обратный процесс. Здесь получается какой-либо цвет при вычитании других цветов из общего луча света. В этой схеме белый цвет появляется в результате отсутствия всех цветов, тогда как их присутствие даёт чёрный цвет. Схема субтрактивных цветов работает с отражённым светом.
В компьютерной графике применяют понятие цветового разрешения (другое название – глубина цвета). Оно определяет метод кодирования цветовой информации для ее воспроизведения на экране монитора. Для отображения черно- белого изображения достаточно двух бит (белый и черный цвета). Восьмиразрядное кодирование позволяет отобразить 256 градаций цветового тона. Два байта (16 бит) определяют 65 536 оттенков (такой режим называют High Color). При 24-разрядном способе кодирования возможно определить более 16,5 миллионов цветов (режим называют С практической точки зрения цветовому разрешению монитора близко понятие цветового охвата. Под ним подразумевается диапазон цветов, который можно воспроизвести с помощью того или иного устройства вывода (монитор, принтер, печатная машина и прочие). В соответствии с принципами формирования изображения аддитивным или субтрактивным методами разработаны способы разделения цветового оттенка на составляющие компоненты, называемые цветовыми моделями. В компьютерной графике в основном применяют модели RGB и HSB (для создания и обработки аддитивных изображений) и CMYK (для печати копии изображения на полиграфическом оборудовании). Цветовые модели расположены в трехмерной системе координат, образующей цветовое пространство, так как из законов Гроссмана следует, что цвет можно выразить точкой в трехмерном пространстве.
Первый закон Грассмана (закон трехмерности). Любой цвет однозначно выражается тремя составляющими, если они линейно независимы. Линейная независимость заключается в невозможности получить любой из этих трех цветов сложением двух остальных.
Второй закон Грассмана (закон непрерывности). При непрерывном изменении излучения цвет смеси также меняется непрерывно. Не существует такого цвета, к которому нельзя было бы подобрать бесконечно близкий.
Третий закон Грассмана (закон аддитивности). Цвет смеси излучений зависит только от их цвета, но не спектрального состава. То есть цвет (С) смеси выражается суммой цветовых уравнений излучений:
Cсумм=(R1+R2+…+Rn)R+(G1+G2+…+Gn)G+ (B1+B2+…+Bn)B.
Цветовая модель RGB
Монитор компьютера создает цвет непосредственно излучением света и, использует схему цветов RGB.
Цветовая модель RGB является аддитивной, то есть любой цвет представляет собой сочетание в различной пропорции трех основных цветов – красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue). Она служит основой при создании и обработке компьютерной графики, предназначенной для электронного воспроизведения (на мониторе, телевизоре). Если с близкого расстояния посмотреть на экран монитора, то можно заметить, что он состоит из мельчайших точек красного, зелёного и синего цветов. Компьютер может управлять количеством света, излучаемого через любую окрашенную точку и, комбинируя различные сочетания любых цветов, может создать любой цвет. 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 соответствуют нулевые значения RGB, а белому – максимальные, с координатами (255,255,255).
Будучи определена природой компьютерных мониторов, схема RGB является самой популярной и распространённой, но у неё есть недостаток: компьютерные рисунки не всегда должны присутствовать только на мониторе, иногда их приходится распечатывать, тогда необходимо использовать другую систему цветов - CMYK.
Системы цветов HSB и HSL
Системы цветов HSB и HSL базируется на ограничениях, накладываемых аппаратным обеспечением. В системе HSB описание цвета представляется в виде тона, насыщенности и яркости. В другой системе HSL задаётся тон, насыщенность и освещённость. Тон представляет собой конкретный оттенок цвета. Насыщенность цвета характеризует его относительную интенсивность или частоту. Яркость или освещённость показывают величину чёрного оттенка добавленного к цвету, что делает его более тёмным. Система HSB хорошо согласовывается с моделью восприятия цвета человеком, то есть он является эквивалентом длины волны света. Насыщенность - интенсивность волны, а яркость - общее количество света. Недостатком этой системы является то, что для работы на мониторах компьютера её необходимо преобразовать в систему RGB, а для четырехцветной печати в систему CMYK.
Цветовая модель HSB
Цветовая модель HSB разработана с максимальным учетом особенностей восприятия цвета человеком. Она построена на основе цветового круга Манселла. Цвет описывается тремя компонентами: оттенком (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brigfitness). Значение цвета выбирается как вектор, исходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки по периметру окружности – чистым спектральным цветам. Направление вектора задается в градусах и определяет цветовой оттенок. Длина вектора определяет насыщенность цвета. На отдельной оси, называемой ахроматической, задается яркость, при этом нулевая точка соответствует черному цвету. Цветовой охват модели HSB перекрывает все известные значения реальных цветов.
- 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.
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.
Цвет в компьютерной графике.
При работе с цветом используются понятия: глубина цвета (его еще называют цветовое разрешение) и цветовая модель.
Для кодирования цвета пиксела изображения может быть выделено разное количество бит. От этого зависит то, сколько цветов на экране может отображаться одновременно. Чем больше длина двоичного кода цвета, тем больше цветов можно использовать в рисунке. Глубина цвета
- это количество бит, которое используют для кодирования цвета одного пиксела. Для кодирования двухцветного (черно-белого) изображения достаточно выделить по одному биту на представление цвета каждого пиксела. Выделение одного байта позволяет закодировать 256 различных цветовых оттенков. Два байта (16 битов) позволяют определить 65536 различных цветов. Этот режим называется High Color. Если для кодирования цвета используются три байта (24 бита), возможно одновременное отображение 16,5 млн цветов. Этот режим называется True Color. От глубины цвета зависит размер файла, в котором сохранено изображение.
Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуется смешением основных цветов. Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью . Существует много различных типов цветовых моделей, но в компьютерной графике, как правило, применяется не более трех. Эти модели известны под названиями: RGB, CMYK, НSB.
1. Цветовая модель RGB.
Наиболее проста для понимания и очевидна модель RGB. В этой модели работают мониторы и бытовые телевизоры. Любой цвет считается состоящим из трех основных компонентов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue)
. Эти цвета называются основными.
Считается также, что при наложении одного компонента на другой яркость суммарного цвета увеличивается. Совмещение трех компонентов дает нейтральный цвет (серый), который при большой яркости стремится к белому цвету. Это соответствует тому, что мы наблюдаем на экране монитора, поэтому данную модель применяют всегда, когда готовится изображение, предназначенное для воспроизведения на экране. Если изображение проходит компьютерную обработку в графическом редакторе, то его тоже следует представить в этой модели. 
Метод получения нового оттенка суммированием яркостей составляющих компонентов называют аддитивным методом
. Он применяется всюду, где цветное изображение рассматривается в проходящем свете («на просвет»): в мониторах, слайд-проекторах и т.п. Нетрудно догадаться, что чем меньше яркость, тем темнее оттенок. Поэтому в аддитивной модели центральная точка, имеющая нулевые значения компонентов (0,0,0), имеет черный цвет (отсутствие свечения экрана монитора). Белому цвету соответствуют максимальные значения составляющих (255, 255, 255). Модель RGB является аддитивной, а ее компоненты: красный (255,0,0), зеленый (0,255,0) и синий (0,0,255) - называют основными цветами
.
2. Цветовая модель CMYK.
Эту модель используют для подготовки не экранных, а печатных изображений. Они отличаются тем, что их видят не в проходящем, а в отраженном свете. Чем больше краски положено на бумагу, тем больше света она поглощает и меньше отражает. Совмещение трех основных красок поглощает почти весь падающий свет, и со стороны изображение выглядит почти черным. В отличие от модели RGB увеличение количества краски приводит не к увеличению визуальной яркости, а наоборот к ее уменьшению.
Поэтому для подготовки печатных изображений используется не аддитивная (суммирующая) модель, а субтрактивная (вычитающая) модель
. Цветовыми компонентами этой модели являются не основные цвета, а те, которые получаются в результате вычитания основных цветов из белого:
голубой (Cyan)
= Белый - красный = зелёный + синий (0,255,255)
пурпурный (сиреневый) (Magenta)
= Белый - зелёный = красный + синий (255,0,255)
жёлтый (Yellow)
= Белый - синий = красный + зелёный (255,255,0)
Эти три цвета называются дополнительными
, потому что они дополняют основные цвета до белого.
Существенную трудность в полиграфии представляет черный цвет. Теоретически его можно получить совмещением трех основных или дополнительных красок, но на практике результат оказывается негодным. Поэтому в цветовую модель CMYK добавлен четвертый компонент - черный
. Ему эта система обязана буквой К в названии (blacK).
В типографиях цветные изображения печатают в несколько приемов. Накладывая на бумагу по очереди голубой, пурпурный, желтый и черный отпечатки, получают полноцветную иллюстрацию. Поэтому готовое изображение, полученое на компьютере, перед печатью разделяют на четыре составляющих одноцветных изображения. Этот процесс называется цветоделением. Современные графические редакторы имеют средства для выполнения этой операции.
В отличие от модели RGB, центральная точка имеет белый цвет (отсутствие красителей на белой бумаге). К трем цветовым координатам добавлена четвертая - интенсивность черной краски. Ось черного цвета выглядит обособленной, но в этом есть смысл: при сложении цветных составляющих с черным цветом все равно получится черный цвет. Сложение цветов в модели CMYK каждый может проверить, взяв в руки голубой, серневый и желтый карандаши или фломастеры. Смесь голубого и желтого на бумаге дает зеленый цвет, сереневого с желтым - красный и т.д. При смешении всех трех цветов получается неопределенный темный цвет. Поэтому в этой модели черный цвет и понадобился дополнительно.
3. Цветовая модель НSB.
Некоторые графические редакторы позволяют работать с цветовой моделью HSB. Если модель RGB наиболее удобна для компьютера, а модель CMYK - для типографий, то модель HSB наиболее удобна для человека. Она проста и интуитивно понятна. В модели HSB тоже три компонента: оттенок цвета (Hue)
, насыщенность цвета (Saturation)
и яркость цвета (Brightness)
. Регулируя эти три компонента, можно получить столь же много произвольных цветов, как и при работе с другими моделями. Оттенок цвета указывает номер цвета в спектральной палитре. Насыщенность цвета характеризует его интенсивность - чем она выше, тем "чище" цвет. Яркость цвета зависит от добавления чёрного цвета к данному - чем её больше, тем яркость цвета меньше.
Цветовая модель HSB 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.). Создавая собственное художественное произведение, удобно работать в модели HSB, а по окончании работы его можно преобразовать в модель RGB или CMYK, в зависимости от того, будет ли оно использоваться как экранная или печатная иллюстрация. Значение цвета выбирается как вектор, выходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому (нейтральному) цвету, а точки по периметру - чистым цветам. Направление вектора определяет цветовой оттенок и задается в модели HSB в угловых градусах. Длина вектора определяет насыщенность цвета. Яркость цвета задают на отдельной оси, нулевая точка которой имеет черный цвет.
Цвет – один из факторов нашего восприятия светового излучения. Считалось, что белый свет – самый простой. Опыты Ньютона это опровергли. Ньютон пропустил белый свет через призму, в результате чего тот разложился на 7 составляющих (7 цветов радуги). При обратном процессе (т.е. пропускании набора различных цветов через другую призму) снова получался белый цвет.
Видимый нами свет – это лишь небольшой диапазон спектра электромагнитного излучения.
Белый цвет можно представить смесью всех цветов радуги. Иными словами, спектр белого является непрерывным и равномерным – в нем присутствуют излучения всех длин волн видимого диапазона. Можно предположить, что, если измерить интенсивность света, испускаемого или отраженного от объекта, во всех видимых длинах волн, то мы полностью определим цвет этого объекта.
Однако в реальности такое измерение не предсказывает визуальное представление объекта. Таким образом, можно определить только те оптические свойства, которые влияют на наблюдаемый цвет:- Цветовой тон . Можно определить преобладающей длиной волны в спектре излучения. Цветовой тон позволяет отличить один цвет от другого.
- Яркость . Определяется энергией, интенсивностью светового излучения. Выражает количество воспринимаемого света.
- Насыщенность (чистота тона) . Выражается долей присутствия белого цвета. В идеально чистом цвете примесь белого отсутствует.
Поэтому для описания цвета вводится понятие цветовой модели - как способа представления большого количества цветов посредством разложения его на простые составляющие.
Для описания цветовых моделей существуют 2 системы цветности:
- аддитивная : аддитивный синтез цвета предполагает получение цвета смешением излучений. В аддитивном синтезе под белым цветом мы понимаем смешение основных излучений в максимальном количестве, а чёрный цвет - полное отсутствие излучений.
- субтрактивная : при субтрактивном синтезе компоненты излучения попадают в глаз не напрямую, а преобразуясь оптической средой - окрашенной поверхностью. Ее окраска выполняет функцию преобразователя энергии излучения источника света. Отражаясь от нее или проходя насквозь, одни лучи ослабляются сильнее, другие слабее.
Цветовая модель RGB.
Основные цвета разбиваются на оттенки по яркости (от темного к светлому), и каждой градации яркости присваивается цифровое значение (например, самой темной – 0, самой светлой – 255).
В модели RGB цвет можно представить в виде вектора
в трехмерной системе координат с началом отсчета в точке (0,0,0). Максимальное
значение каждой из компонент вектора примем за 1. Тогда вектор (1,1,1)
соответствует белому цвету.
Внутри полученного куба и «находятся» все цвета, образуя цветовое пространство.
Важно отметить особенные точки и линии этой модели.
Несмотря на неполный охват, стандарт RGB в настоящее время принят практических для всех излучающих устройств графического вывода (телевизоры, мониторы, плазменные панели и др.)
Цветовая модель CMY(K)
Эти цвета описывают отраженный от белой бумаги свет трех основных цветов RGB модели.
Формирование цвета происходит на белом фоне.
Цвета являются прямо противоположными красному, синему и зеленому, т.е. голубой полностью поглощает красный, пурпурный - зеленый, а желтый - синий.
Например, соединение в равных долях всех трех красок CMY в одной точке приведет к тому, что весь белый свет не будет отражен, а следовательно, цвет окажется черным. А вот одновременно и в равной пропорции нанесенные всевозможные пары из тройки CMY дадут нам основные цвета RGB.
Цвета модели CMY являются дополнительными к цветам RGB. Дополнительный цвет - цвет, дополняющий данный до белого. Так, например, дополнительный для красного цвета – голубой; для зеленого – пурпурный; для синего - желтый
Особенные точки и линии модели.
- Начало координат: при полном отсутствии краски (нулевые значения составляющих) получится белый цвет (белая бумага)
- Точка, ближайшая к зрителю: при смешении максимальных значений всех трех компонентов должен получиться черный цвет.
- Линия, соединяющая предыдущие две точки (по диагонали). Смешение равных значений трех компонентов даст оттенки серого.
- Три вершины куба дают чистые исходные цвета, остальные три отражают двойные смешения исходных цветов.
Цветовая модель HSV
Рассмотренные модели ориентированы на работу с цветопередающей аппаратурой и для некоторых людей неудобны. Поэтому модель HSV опирается на интуитивные понятия тона насыщенности и яркости.
В цветовом пространстве модели HSV (Hue - тон , Saturation - насыщенность , Value - количество света ), используется цилиндрическая система координат, а множество допустимых цветов представляет собой шестигранный конус, поставленный на вершину.
Основание конуса представляет яркие цвета и соответствует
V = 1. Однако цвета основания V = 1 не имеют одинаковой воспринимаемой интенсивности. Тон (H ) измеряется углом, отсчитываемым вокруг вертикальной оси OV . При этом красному цвету соответствует угол 0°, зелёному – угол 120° и т. д. Цвета, взаимно дополняющие друг друга до белого, находятся напротив один другого, т. е. их тона отличаются на 180°. Величина S изменяется от 0 на оси OV до 1 на гранях конуса.Конус имеет единичную высоту (V = 1) и основание, расположенное в начале координат. В основании конуса величины H и S смысла не имеют. Белому цвету соответствует пара S = 1, V = 1. Ось OV (S = 0) соответствует ахроматическим цветам (серым тонам).
Процесс добавления белого цвета к заданному можно представить как уменьшение насыщенности S , а процесс добавления чёрного цвета – как уменьшение яркости V . Основанию шестигранного конуса соответствует проекция RGB куба вдоль его главной диагонали.