Представление цвета в компьютерной графике

Содержание

Слайд 2

3.1. Основные понятия теории цвета Для того, что бы «увидеть» цвет необходимы три составляющих:

3.1. Основные понятия теории цвета

Для того, что бы «увидеть» цвет необходимы

три составляющих:
Слайд 3

Слайд 4

Свет и цвет Если пропустить луч белого света через простую призму,

Свет и цвет

Если пропустить луч белого света через простую призму, он

разложится на цветной спектр.
Цвета этого спектра, называемого видимым спектром света, условно классифицируют как:
Слайд 5

Физическая природа света и цвета Для нашего глаза каждый кусочек этого

Физическая природа света и цвета

Для нашего глаза каждый кусочек этого видимого

спектра обладает своими уникальными характеристиками, которые называют цветом.

Область электромагнитного спектра, видимая человеческим глазом, занимает диапазон примерно от 400 до 700 нанометров (10-9м).

Слайд 6

Для правильной интерпретации восприятия цвета необходимо различать понятия цвета и окраски

Для правильной интерпретации восприятия цвета необходимо различать понятия цвета и окраски

предмета.

Окраска это способность предмета отражать излучение в том или ином диапазоне длин волн.
Цвет включает окраску и условия освещенности.

Слайд 7

Цвет есть совокупность психофизиологических реакций человека на световое излучение, исходящее от

Цвет есть совокупность психофизиологических реакций человека на световое излучение, исходящее от

различных самосветящихся предметов (источников света) либо отраженное от поверхности несамосветящихся предметов, а также (в случае прозрачных сред) прошедшее через них.
Слайд 8

Излученный и отраженный цвет Все, что мы видим в окружающем нас

Излученный и отраженный цвет

Все, что мы видим в окружающем нас пространстве,

либо излучает свет, либо его отражает.
Излученный цвет – это свет, испускаемый активным источником.
Отраженный свет возникает при отображении некоторым предметом световых волн, падающих на него от источника света. Механизм отражения цвета зависит от цветового типа поверхности, которые делят на две группы:
Слайд 9

Хроматические и ахроматические цвета Все остальные цвета – хроматические (цветные): синий,

Хроматические и ахроматические цвета

Все остальные цвета – хроматические (цветные): синий, зеленый,

красный, желтый и т.д. Хроматические цвета характеризуются цветовым тоном, светлотой и насыщенностью.

Ахроматические (бесцветные) — это серые цвета различной светлоты, белый и черный цвета. Ахроматические цвета характеризуются светлотой.

Слайд 10

Восприятие цвета человеком A: роговая оболочка глаза B: хрусталик C: стекловидное

Восприятие цвета человеком

A: роговая оболочка глаза B: хрусталик C: стекловидное тело

D: сетчатка E: оптический нерв
Палочки (rods): 75-150 млн
Колбочки (cones): 6-7 млн, в ямке (fovea), - воспринимают цвет. К каждой - свой нерв.
Слайд 11

Интегральная чувствительность глаза к свету: Чувствительность трех типов колбочек к разным участкам спектра: Восприятие цвета человеком

Интегральная чувствительность глаза к свету:

Чувствительность трех типов колбочек к разным участкам

спектра:

Восприятие цвета человеком

Слайд 12

Слайд 13

Субъективность ощущения света Цвета воспринимаются различными людьми по-разному. Основные факторы, влияющие

Субъективность ощущения света

Цвета воспринимаются различными людьми по-разному. Основные факторы, влияющие на

восприятие цвета:
спектральная чувствительность глаза каждого человека;
возраст, острота зрения, расовая принадлежность;
настроение (утомленному человек серые стены кажутся темнее);
внешние факторы (контекст)
Слайд 14

3.2. Цветовые модели (пространства) Для обеспечения одинакового воспроизведения одного и того

3.2. Цветовые модели (пространства)

Для обеспечения одинакового воспроизведения одного и того же

цвета мониторами, принтерами и сканерами разных фирм-изготовителей необходимо наличие объективных измерительных систем, позволяющих установить однозначное определение цветовых координат.
Для этих целей разработаны специальные средства:
Слайд 15

3.2. Цветовые модели (пространства) Цветовые модели представляют средства для концептуального и

3.2. Цветовые модели (пространства)

Цветовые модели представляют средства для концептуального и количественного

описания цвета.
Цветовые модели используются для математического описания определенных цветовых областей спектра.
Независимо от того, что лежит в основе модели, она должна удовлетворять трем требованиям:
Реализовывать определения цвета некоторым стандартным способом, не зависящим от какого-либо конкретного устройства.
Точно задавать диапазон воспроизводимых цветов, поскольку ни одно множество не является бесконечным
Учитывать механизм восприятия цвета - излучение или отражение
Слайд 16

Классификация цветовых моделей По принципу действия цветовые модели можно условно разбить

Классификация цветовых моделей

По принципу действия цветовые модели можно условно разбить на

4 класса:
Существуют и другие классификации, например:
аппаратно-зависимые (RGB, CMYK);
аппаратно-независимые (XYZ, Lab);
Психологические (HSB, HSV, HSL).
Слайд 17

Опыт Томаса Юнга (1773-1829) Томас Юнг (1773—1829) взял три фонаря и

Опыт Томаса Юнга (1773-1829)

Томас Юнг (1773—1829) взял три фонаря и приспособил к

ним красный, зеленый и синий светофильтры. Так были получены источники света соответствующих цветов. Направив на белый экран свет этих трех источников, ученый получил такое изображение. На экране свет от источников давал цветные круги.
В местах пересечения кругов наблюдалось смешивание цветов. Желтый цвет получался смешиванием красного и зеленого, голубой — смесь зеленого и синего, пурпурный — синего и красного, а белый цвет образовывался смешением всех трех основных цветов.
Слайд 18

Законы Германа Грассмана (аддитивного синтеза света): 1. Закон трехмерности: Любой цвет

Законы Германа Грассмана (аддитивного синтеза света):
1. Закон трехмерности: Любой цвет однозначно

выражается тремя, если они линейно независимы. Линейная независимость заключается в том, что ни один из этих трех цветов нельзя получить сложением двух остальных.
2. Закон непрерывности: При непрерывном изменении излучения цвет смеси также меняется непрерывно. Не существует такого цвета, к которому нельзя было бы подобрать бесконечно близкий. 3. Закон аддитивности: Цвет смеси излучений зависит только от компонентов их цвета, а не от спектрального состава.
Как следствие - аддитивность цветовых уравнений: для смеси двух цветов С1 и С2 имеет место равенство:
С = С1 + С2 = (r1+r2)R + (g1+g2)G + (b1+b2)B

3.2.1. Аддитивная модель

Слайд 19

Треугольник Д. Максвелла Шотландский физик Джеймс Максвелл математически упорядочил цветовую модель.

Треугольник Д. Максвелла

Шотландский физик Джеймс Максвелл математически упорядочил цветовую модель. В

1872 году он предложил схему в виде равностороннего треугольника, предположив, что все видимые цвета находятся внутри него. В треугольнике Максвелла три основных цвета, красный, зеленый и синий, расположены по углам. 
В центре треугольника расположен белый цвет, получаемый комбинацией всех цветов спектра. Внутри треугольника можно расположить все цвета.
Слайд 20

Аддитивный синтез цвета: процесс получения различных цветов за счет смешивания (сложения)

Аддитивный синтез цвета: процесс получения различных цветов за счет смешивания (сложения)

излучений трех основных зон спектра — синего, зеленого и красного.
Математически цветовую модель RGB удобнее всего представлять в виде куба. В этом случае каждая его пространственная точка однозначно определяется значениями координат X, Y, Z. Если по оси Х откладывать красную составляющую, по оси Y – зеленую, Z- синюю, то каждому цвету можно поставить в соответствие точку внутри куба.

Аддитивная модель RGB

При использовании этой модели любой цвет может быть представлен в цветовом пространстве с помощью вектора:

сС=rR+gG+bB

Слайд 21

Аддитивная модель RGB Треугольник Максвелла Плоскость нормированного цвета и треугольник Максвелла:

Аддитивная модель RGB

Треугольник Максвелла

Плоскость нормированного цвета и треугольник Максвелла:

Проецирование треугольника цветности

на плоскость RG:
Слайд 22

sRGB является стандартом представления цветового спектра с использованием модели RGB. sRGB

sRGB является стандартом представления цветового спектра с использованием модели RGB.
sRGB создан совместно

компаниями HP и Microsoft в 1996 году для унификации использования модели RGB в мониторах, принтерах и Интернет-сайтах.

Стандарт sRGB

Слайд 23

Цветовая модель CMY является «перевернутой» моделью RGB: C = 1 –

Цветовая модель CMY
является «перевернутой» моделью RGB:
C = 1 –

R
M = 1 – G
Y = 1 – B
основана на смешивании следующих цветов:
C – Cyan (голубой)
M – Magenta (пурпурный)
Y – Yellow (желтый)
K – Key, blacK (черный) (для CMYK )
используется в цветной полиграфии (т.к. печать на бумаге создается поглощением цветов)

3.2.2. Субтрактивная модель CMY

Субтрактивный синтез цвета: процесс получения цветов за счет поглощения (вычитания) излучений из белого цвета.

Слайд 24

Субстрактивное формирование оттенков 3.2.2. Субтрактивная модель CMYK Для получения полиграфических цветных

Субстрактивное формирование оттенков

3.2.2. Субтрактивная модель CMYK

Для получения полиграфических цветных изображений

используют так называемые триадные печатные краски: голубую, пурпурную и желтую. Эти краски прозрачны и каждая из них, как уже было указано, вычитает излучение одной из зон спектра.
Однако используют четвертую дополнительную черную краску поскольку:
не получается число черный;
на создание черного цвета с помощью CMY тратиться в трираза больше краски;
любые цветные краски дороже обычных.
Слайд 25

3.2.2. Субтрактивная модель CMYK В принтере присутствуют краски CMY и черная,

3.2.2. Субтрактивная модель CMYK

В принтере присутствуют краски CMY и черная, которая,

существенно дешевле, чем сумма трех красок CMY.
Поэтому стараются в первую очередь максимально использовать ее. Отсюда возникает следующий алгоритм вычисления количества красок (по CMYK):
K = min(C,M,Y), при min(C,M,Y)>0.33;
C = C - K;
M = M - K;
Y = Y - K;
Слайд 26

Схема смешения цветов для моделей RGB и CMY

Схема смешения цветов для моделей RGB и CMY

Слайд 27

Цветовой куб для моделей RGB и CMY

Цветовой куб для моделей RGB и CMY

Слайд 28

Потери при преобразовании цветовых моделей

Потери при преобразовании цветовых моделей

Слайд 29

Почему используются аббревиатуры RGB и CMYK? Почему RGB, а не GRB

Почему используются аббревиатуры RGB и CMYK?

Почему RGB, а не GRB или

BRG?
Почему CMYK, а не MCYK или YMCK
Слайд 30

Проблемы RGB В конце 1920-х годов В.Д. Райтом и Дж.Гилдом были

Проблемы RGB

В конце 1920-х годов В.Д. Райтом и Дж.Гилдом были проведены

эксперименты, в которых наблюдателю предлагалось каждому монохроматическому цвету фиксированной яркости в видимом диапазоне сопоставить цвет, составленный из смеси основных цветов R, G и B с некоторыми весами, регулируемыми наблюдателем.
Оказалось, что для некоторых монохроматических цветов необходимо было добавить к яркости испытуемого света один из базисных цветов (R), с тем, чтобы получить одинаковое восприятие. Это соответствует отрицательному весу R-компоненты:

Так как некоторые монохромные цвета раскладываются по RGB с отрицательными коэффициентами, то не все возможные цвета представимы в рамках модели RGB.

Слайд 31

3.2.3. Модели CIE. Модель XYZ В 1931 был принят стандарт CIE

3.2.3. Модели CIE. Модель XYZ

В 1931 был принят стандарт CIE (Commission

International de l’Eclairage - Международная комиссия по освещению) , в качестве основы которого были выбраны три перенасыщенных цвета XYZ, не соответствующих никаким реальным, но все реальные могут быть представлены их комбинациями с положительными коэффициентами. Введено понятие «стандартного наблюдателя».
Y – выражает интенсивность света [Вт/м2] с учетом спектральной чувствительности глаза стандартного наблюдателя и называется люминантностью (CIE luminance).
K- масштабный коэффициент, выбираемый исходя из того, какой цвет принимается белым.
Введены также нормированные координаты x,y,z:

Обратное преобразование:

На основе двух координат x и y введена плоская хроматическая CIE-диаграмма, которая вместе с Y позволяет полностью восстановить перенасыщенные цвета XYZ.

Рис. Стандартные кривые для идеального
наблюдателя CIE

Слайд 32

Комиссия ориентировала треугольник xy таким образом, что равные количества перенасыщенных основных

Комиссия ориентировала треугольник xy таким образом, что равные количества перенасыщенных основных

цветов XYZ давали в сумме белый.
Диаграмма представляет собой видимое множество цветов.
В центре области находится опорный белый цвет - точка равных энергий, с координатами x=y=0.33(3).
Система (x, y, Y) подчиняется законам Грассмана. Наибольшую площадь занимают цвета с преобладанием зеленого.

Цветовая CIE-диаграмма

Длины волн, соответствующие R,G и B, определены стандартом CIE

Слайд 33

Длины волн, соответствующие R,G и B, определены стандартом CIE

Длины волн, соответствующие R,G и B, определены стандартом CIE

Слайд 34

Цветовая CIE-диаграмма и цветовой охват На цветовом графике CIE удобно демонстрировать

Цветовая CIE-диаграмма и цветовой охват

На цветовом графике CIE удобно демонстрировать цветовой

охват различных систем и оборудования: телевидения, типографской печати, фотопленок и т.п.
Цветовой охват для аддитивных систем - треугольник с вершинами, соответствующими основным цветам RGB. Цвет, который можно получить в данной цветовой модели лежит внутри треугольника; цвета, лежащие вне - получить невозможно.
Для цветной пленки, охват есть криволинейный треугольник. Причина этого заключается в нелинейном (в данном случае логарифмическом) законе создания цветного изображения с помощью цветной пленки.
Слайд 35

XYZ как основа аппаратнонезависимого преобразования моделей Координаты цветности CIE представляют точный

XYZ как основа аппаратнонезависимого преобразования моделей

Координаты цветности CIE представляют точный стандарт

определения цвета.
Их необходимо знать для преобразования координат CIE в другие цветовые модели и обратно.
Например, преобразование RGB - CIE XYZ задается следующей формулой:

где - цвета для получения координат единичного основного цвета R, аналогично и для G и B.
Если известны координаты цветности CIE x и y для основных цветов RGB, то:

где

Слайд 36

Преобразования XYZ - RGB Матрица преобразования зависит, таким образом, от стандарта,

Преобразования XYZ - RGB

Матрица преобразования зависит, таким образом, от стандарта, определяющего

хроматические координаты x, y для цветов r, g, b. Ниже даны матрицы преобразования для рекомендации CIE 709:
Red Green Blue White
x 0.640 0.300 0.150 0.3127
y 0.330 0.600 0.060 0.3290

RGB в XYZ

XYZ в RGB

Если какой-либо цвет не может быть представлен в RGB, то у него хотя бы одна из координат будет меньше 0 или больше 1.

YCIE =0.213R+0.715G+0.072B

Слайд 37

Недостатком пространства CIE была его неравноконтрастность. т.е. оно не является перцептивно

Недостатком пространства CIE была его неравноконтрастность. т.е. оно не является перцептивно (визуально)

равномерным и не может использоваться для вычисления цветовых расстояний. Понимая это, ученые проводили дальнейшие исследования, и в 1960 г. Мак-Адам внес некоторые дополнения и изменения в существовавшее цветовое пространство, назвав его UVW (или CIE-60). Затем в 1964 г. по предложению Г. Вышецкого было введено пространство U*V*W* (CIE-64).
Вопреки ожиданию специалистов предложенная система оказалась недостаточно совершенной. В одних случаях используемые при расчете цветовых координат формулы давали удовлетворительные результаты (в основном при аддитивном синтезе), в других (при субтрактивном синтезе) погрешности оказывались чрезмерными.
Это заставило CIE принять новую равноконтрастную систему. В 1976 г. были устранены все разногласия и на свет появились пространства Luv и Lab, базирующиеся на том же XYZ.
Эти цветовые пространства принимают за основу самостоятельных колориметрических систем CIELuv и CIELab. Считается, что первая система в большей мере отвечает условиям аддитивного синтеза, а вторая — субтрактивного.

3.2.4. Цветовые пространства Luv и Lab

Слайд 38

3.2.4. Цветовое пространство Luv Цветовое пространство CIE Luv позволяет определить различие

3.2.4. Цветовое пространство Luv

Цветовое пространство CIE Luv позволяет определить различие цветов для человека

с "усредненным" зрением, (т.е. различные люди неодинаково воспринимают разницу между цветами).
Свое название пространство получило благодаря его компонентам L, u и v. 
Параметр L соответствует яркости цвета, u отвечает за переход от зеленого к красному (при увеличении), а при увеличении параметра v происходит переход от синего к фиолетовому.
Если u и v равны 0, то, меняя L, получаем цвета, являющиеся градациями серого.
Слайд 39

3.2.4. Цветовое пространство Lab Одновременно с разработкой CIE Luv было также

3.2.4. Цветовое пространство Lab

Одновременно с разработкой CIE Luv было также разработано перцептивно равномерное

цветовое пространство CIE Lab. Из этих двух моделей более широко применяется модель CIE Lab. Структура цветового пространства Lab основана на той теории, что цвет не может быть одновременно зеленым и красным или желтым и синим.
Следовательно, для описания атрибутов "красный/зеленый" и "желтый/синий" можно воспользоваться одними и теми же значениями. 
Слайд 40

В модели L*a*b* отделено значение светлоты (яркости) от значения хроматической составляющей

В модели L*a*b* отделено значение светлоты (яркости) от значения хроматической составляющей

(тон, насыщенность):
Яркость (светлота )задана координатой L (0-100)
Хроматическая составляющая задана двумя полярными координатами:
ось а от зеленого (-а) до красного (+а)
ось b - от синего (-b) до желтого (+b).
В модели CIE L*a*b* яркость (L), цветовой тон и насыщенность (a, b) могут рассматриваться раздельно.
В результате цвет изображения можно изменять без изменения самого изображения или его яркости.
Поскольку CIE L*a*b* не зависит от устройства, то, при переходе от RGB к CMYK или от CMYK к RGB, полезно во избежание потерь использовать модель CIE L*a*b* в качестве промежуточной.

3.2.4. Модель L*a*b* (CIELab)

Слайд 41

3.2.5. Перцепционные модели Для адекватного нашему восприятию подбора оттенков были введены

3.2.5. Перцепционные модели

Для адекватного нашему восприятию подбора оттенков были введены модели

 на основе параметров психофизиологического восприятия света:
цветовой тон позволяет различать цвета,
насыщенность задает степень "разбавления" чистого тона белым цветом,
светлота (яркость) - это интенсивность света в целом. 

Hue (тон) Saturation (насыенность) Value (значение)

Hue (тон) Saturation (насыщенность) Brithness (яркость)
Hue
Saturation
Lightness (светлота)

Перцепционные (субъективные) модели

Слайд 42

Данная цветовая модель задает цветовое пространство в терминах следующих составных компонент:

Данная цветовая модель задает цветовое пространство в терминах следующих составных компонент:
Hue

– оттенок цвета (красный, синий, зеленый)
Диапазон 0-360° (0-100% в некоторых реализациях)
Saturation – насыщенность цвета (цветовая чистота)
Диапазон от 0 до 100%. Меньшие значения насыщенности делают цвет серым, в то время как бОльшие значения – более «цветным»
Value (Brightness) – яркость цвета

3.2.5. Цветовая модель HSV

Слайд 43

3.2.5. Цветовая модель HSV

3.2.5. Цветовая модель HSV

Слайд 44

Данная цветовая модель задает цветовое пространство с терминах следующих компонент: Hue

Данная цветовая модель задает цветовое пространство с терминах следующих компонент:
Hue –

цветность
Saturation – насыщенность
Lightness (Luminosity, Luminance, Intensity) - освещенность

3.2.5. Цветовая модель HSL

Слайд 45

Слайд 46

Модель HSL более интуитивно отражает понятие насыщенности и освещенности Насыщенность в

Модель HSL более интуитивно отражает понятие насыщенности и освещенности
Насыщенность в модели

HSL всегда изменяется от полностью насыщенного цвета к эквивалентному серому цвету, в то время как в модели HSV при V=1 полностью насыщенный цвет переходит к белому
Освещенность в модели HSL изменяется от черного через выбранное значение цветности – к белому, а в модели HSV – проходит лишь половину пути – от черного к выбранному цветному.

Сравнение моделей HSL и HSV

Слайд 47

При передаче телевизионных аналоговых сигналов используются следующие цветовые модели: YUV (используется

При передаче телевизионных аналоговых сигналов используются следующие цветовые модели:
YUV (используется в

телевизионном сигнале PAL)
YDbDr (используется при передаче SECAM-сигнала)
YIQ (NTSC-сигнал)
В этих моделях Y-составляющая несет яркостную составляющую изображения, а остальные – информацию о цвете
Этот подход позволил перейти на передачу цветного телевизионного сигнала, сохранив совместимость с черно-белым телевидением

Другие цветовые модели

Слайд 48

Цветовые модели описывают способы передачи цветовой информации в числовом виде Идеальных

Цветовые модели описывают способы передачи цветовой информации в числовом виде
Идеальных цветовых

моделей не существует. В различных ситуациях наиболее удобной может оказаться та или иная модель
Слайд 49

Иллюзия Эббингаузена (Ebbinghaus) Здесь сразу две иллюзии: классическая иллюзия искажения размера

Иллюзия Эббингаузена (Ebbinghaus)

Здесь сразу две иллюзии:
классическая иллюзия искажения размера (оба

черных кружка имеют одинаковый размер)
цветовая иллюзия - серые кружки справа выглядят светлее левых, хотя на самом деле они одного цвета.
Слайд 50

Иллюзия размера

Иллюзия размера

Слайд 51

Слайд 52

Иллюзия цвета и контраста Решетка Геринга

Иллюзия цвета и контраста

Решетка Геринга

Слайд 53

Иллюзия цвета и контраста Решетка Вертгеймера-Коффки

Иллюзия цвета и контраста

Решетка Вертгеймера-Коффки

- Предыдущая
Техническое и программное обеспечение компьютерной графики
Следующая -
Технологическая линия первичной переработки скота

Похожие презентации

Викторина по творчеству и биографии Антона Павловича Чехова - презентация для начальной школы_
Человек и профессия
Критерии успешности учителя, воспитателя
21 нче февраль – Халыкара туган тел көне
Функции по защите информации руководителя предприятия
Features that are available only in the Advanced version: 3D simulation
Презентация "Инвестиции муниципального образования" - скачать презентации по Экономике
Архитектура. Разновидности форм кровли. Учитель ИЗО,МОСШ№3, г. Белоярский, ХМАО Шаньшерова М.М.
ПОДГОТОВКА К СЕРТИФИКАЦИОННОМУ АУДИТУ Евгения Соловей Сибирский сертификационный центр
Неоинституциональная экономическая теория К.э.н., ст. препод. Бренделева Елена Алексеевна
Региональные туристские организации
Back-end. Протокол HTTP
Чертежи фасадов зданий. Последовательность вычерчивания фасада здания. Наименование фасадов здания на чертеже
Индуизм. Тилака или тилак. Теория и практика
Развитие скоростно-силовых способностей юных волейболистов
Презентация Экологические права граждан и общественных объединений
Скрининг состояния организма за 5 минут с DePuls+
Золотое сечение. Научно-практическая конфереция
Работы победителей муниципального этапа областного конкурса детского и юношеского изобразительного искусства «Я рисую
Конфликты в школе
«Методы повышения учебной мотивации учащихся, развитие познавательной активности учащихся»
Табакерка
Хабар агенттіг
телестудия LEONARUS
Введение
Поиск информации в сети интернет. Адресная строка
Логические основы ЭВМ
Распознаватели регулярных языков
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть