Моделирование цветовых оттенков, законы Грассмана

Для представления цвета и создания аппаратных средств компьютерной графики удобно пользоваться понятием цветовой модели. Цветовая модель –это упрощенный геометрический способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты.

Цветовые модели приняторасполагать в трехмерной системе координат, которая называетсяцветовым пространством.Цвет при этом выражают точкой в цветовом пространстве. Формирование цвета в точке подчиняется определенным законам, которые в середине XIX века сформулировал немецкий математик, физик и филолог Герман Грассман^[21]. Учение Грассмана о цветоделении сводится к трем законам.

1-й закон Грассмана (закон трехмерности).Любой цвет однозначно выражается тремя составляющими, если они линейно независимы. Линейная независимость заключается в невозможности получить любой из трех цветов сложением двух остальных.

2-й 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.

3-й закон Грассмана (закон аддитивности).Цвет смеси выражается суммой цветовых излучений. Любой цвет в цветовом пространстве представляется вектором, который описывается уравнением

С_n=R_nR+G_nG+B_nB

При этом направление вектора характеризует цветность излучения, а модуль выражает яркость.

Законы Грассмана положены в основу построения цветовых моделей. В компьютерной графике принято использовать два типа цветовых моделей. Первый тип предназначен для моделирования самосветящихся или излучающих объектов, связанных с аддитивным (суммарным) цветовоспроизведением, второй тип – для несветящихся или отражающих объектов, связанных субтрактивным (вычитающим) цветовоспроизведением.

Цветовая модель RGB

Цветовая модель RGB предназначена для моделирования излучающих объектов на основе аддитивного цветовоспроизведения или аддитивного синтеза. Цветовой оттенок в этой модели складывается из трех основных цветов – красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue).

МодельRGB относится к аппаратно-ориентированным моделям, которые используются в дисплеях для формирования оттенков светящихся пикселей экрана.

Для геометрического представления модели используется трехмерная система координат или так называемый RGB – куб
(рис. 10.3).

Начало отсчета в этом кубе (0,0,0) соответствует черному цвету, а максимальное значение (255,255,255) – белому цвету.

Любая точка на поверхности цветового куба имеет три цветовых координаты или три значения цветности, которые определяют суммарный цвет одного пикселя на экране. Для задания цвета пикселя, таким образом, на экран передается три значения цветности, для каждого цвета используют 8-битовое разрешение (256 оттенков). Это позволяет воспроизвести любой цветовой оттенок в точке, но одновременно создает трудности в регистрации и сохранении большого количества возможных цветовых оттенков.

Для упрощения цветовоспроизведения и уменьшения числа возможных цветовых оттенков используют так называемую цветовую электронную палитру, состоящую из конечного числа ячеек, каждая из которых содержит определенный цветовой оттенок. Электронная палитра охватывает ограниченный набор цветов, общее число цветов или цветовых оттенков зависит от принятого цветового разрешения – числа возможных оттенков. Если, например, для модели RGB выбрать 8-битовое разрешение, то электронная палитра будет содержать 256 возможных оттенков. Цветовая палитра, соответствующая 8 битовому разрешению, называетсяиндексной палитрой. В индексной палитре каждому цвету присваивается определенный номер или индекс, значение которого задает цвет пикселя. Это позволяет заменить цветовые координаты индексом и уменьшить тем самым размер графического файла.

Наряду с индексной употребляют понятие безопасная палитра – сокращенный вариант индексной палитры, в котором используется всего 216 фиксированных цветовых оттенков. Безопасная палитра в качестве базовой фиксированной таблицы цветности используется при передаче цветных изображений в сети Интернет. Использование безопасной палитры лежит в основе формирования сетевых изображений с уменьшенным объемом файлов.

Цветовая модель CMYK

Цветовая модель CMYKпредназначена для моделирования отражающих объектов на основе субтрактивного (вычитающего) цветовоспроизведения или субтрактивного синтеза. Основное назначение модели – цветовоспроизведение полиграфических печатных объектов, которые не излучают, а только отражают падающий на них свет. Цветовой оттенок в модели CMYK складывается не из основных цветов, а из дополнительных, которые получают в результате вычитания основного цвета из белого.

Дополнительные цвета или цветовые компоненты модели CMYK формируют следущим образом:

– Голубой (Cyan) = белый – красный = зеленый + синий

– Пурпурный (Magenta) = белый – зеленый = красный + синий

– Желтый (Yellow) = белый – синий = красный + зеленый

Для геометрического представления модели используется трехмерная система координат или так называемый цветовой куб модели CMYK (рис. 10.4), по осям которого откладываются направления дополнительных цветов. Начало отсчета в этом кубе соответствует белому цвету, а максимальное значение – черному цвету.

Из названий дополнительных цветов складывается аббревиатура CMY. Основной недостаток модели CMY выражается в том, что наложение трех дополнительных цветов не дает чистый черный цвет, поэтому модель дополняется четвертым цветом – черным.В название модели добавляется буква К (от слова blacK), откуда получается полное название CMYK. При этом цвет каждой точки на цветовом кубе имеет четыре составляющих и обозначается четырьмя координатами.

Основное назначение модели CMYK – это разложение изображения на четыре составляющих, соответствующих цветовым компонентам этой модели. Процесс разложения изображения называют цветоделением и используют при подготовке цветных изображений к тиражированной печати. Все современные графические редакторы позволяют выполнять цветоделение изображений. В процессе печати каждую из цветовых составляющих наносят последовательно одну за другой, формируя результирующее изображение послойно в несколько приемов.