Цветовые модели

     BMP (Windows Device Independent Bitmap). Формат ВМР является родным форматом Windows, он поддерживается всеми графическими редакторами, работающими под ее управлением. Применяется для хранения растровых изображений, предназначенных для использования в Windows и, по сути, больше ни на что не пригоден. Способен хранить как индексированный (до 256 цветов), так и RGB–цвет.

     CDR (CorelDRAW Document). Формат известен в прошлом низкой устойчивостью и плохой совместимостью файлов, тем не менее, пользоваться CorelDRAW чрезвычайно удобно.  

     Понятие цвета и его  характеристики

     Мы  смотрим на предметы и, характеризуя их, говорим примерно следующее: он большой, мягкий, светло–голубого цвета. При описании чего–либо в большинстве  случаев упоминается цвет, так  как он несет огромное количество информации. На самом деле тело не имеет  определенного цвета. Само понятие  цвета тесно связано с тем, как человек (человеческий взгляд) воспринимает свет; можно сказать, что цвет зарождается  в глазу.

     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%. Единственным атрибутом такого цвета является интенсивность или количество. С интенсивностью можно сопоставить скалярную величину, определяя черное, как 0, а белое как 1.

     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. (это основная цветовая характеристика). Насыщенность характеризует чистоту, т.е. степень ослабления (разбавления, осветления) 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 (интенсивность (мощность) цвета).

     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.

     Таким образом, для характеристики цвета  используются следующие атрибуты:

• Цветовой тон. Можно определить преобладающей длиной волны в спектре излучения. Цветовой тон позволяет отличать один цвет от другого – например, зеленый от красного, желтого и других.
• Яркость. Определяется энергией, интенсивностью светового излучения. Выражает количество воспринимаемого света.
• Насыщенность или чистота тона. Выражается долей присутствия белого цвета. В идеально чистом цвете примесь белого отсутствует. Если, например, к чистому красному цвету добавить в определенной пропорции белый цвет, то получится светлый бледно-красный цвет.

     Указанные три атрибута позволяют описать  все цвета и оттенки. То, что  атрибутов именно три, является одним  из проявлений трехмерных свойств цвета.

     Большинство людей различают цвета, а те, кто  занимается компьютерной графикой, должны четко чувствовать разницу не только в цветах, но и в тончайших  оттенках. Это очень важно, так  как именно цвет несет в себе большое  количество информации, которая ничуть не уступает в важности ни форме, ни массе, ни другим параметрам, определяющим каждое тело.

     Факторы, влияющие на внешний вид конкретного  цвета:

• источник света;
• информация об окружающих предметах;
• ваши глаза;

     Правильно подобранные цвета могут, как  привлечь внимание к желаемому изображению, так и оттолкнуть от него. Это  объясняется тем, что в зависимости  от того, какой цвет видит человек, у него возникают различные эмоции, которые подсознательно формируют  первое впечатление от видимого объекта.

     Цвет  в компьютерной графике нужен  для того, что:

     – он несет в себе определенную информацию об объектах. Например, летом деревья  зеленые, осенью – желтые. На черно–белой  фотографии определить пору года практически  невозможно, если на это не указывают  какие–либо другие дополнительные факты.

     – цвет необходим также для того, чтобы различать объекты.

     – с его помощью можно вывести  одни части изображения на первый план, другие же увести в фон, то есть акцентировать внимание на важном –  композиционном – центре.

     – без увеличения размера при помощи цвета можно передать некоторые  детали изображения.

     – в двумерной графике, а именно таковую мы видим на мониторе, так  как он не обладает третьим измерением, именно при помощи цвета, точнее оттенков, имитируется (передается) объем.

     – цвет используется для привлечения  внимания зрителя, создания красочного и интересного изображения.

     Любое компьютерное изображение характеризуется, кроме геометрических размеров и  разрешения (количество точек на один дюйм), максимальным числом цветов, которые  могут быть в нем использованы. Максимальное количество цветов, которое  может быть использовано в изображении  данного типа, называется глубиной цвета. Кроме полноцветных, существуют типы изображений с различной глубиной цвета – черно–белые штриховые, в оттенках серого, с индексированным цветом. Некоторые типы изображений имеют одинаковую глубину цвета, но различаются по цветовой модели.  
 

     Цветовые  модели и их виды

     Наука о цвете – это довольно сложная  и широкомасштабная наука, поэтому  в ней время от времени создаются  различные цветовые модели, применяемые  в той либо иной области. Одной  из таких моделей и является цветовой круг.

       
 
 
 
 
 
 
 

     Многим  известно о том, что существует 3 первичные цвета, которые невозможно получить и которые образуют все  остальные. Основные цвета – это желтый, красный и синий. При смешивании желтого с красным получается оранжевый, синего с желтым – зеленый, а красного с синим – фиолетовый. Таким образом, можно составить круг, который будет содержать все цвета. Он представлен на рис. и называется большим кругом Освальда.

     Наряду  с кругом Освальда есть еще и  круг Гете, в котором основные цвета расположены в углах равностороннего треугольника, а дополнительные – в углах перевернутого треугольника.

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Друг  напротив друга расположены контрастные  цвета.

     Для описания излучаемого и отраженного  цвета используются разные математические модели – цветовые модели (цветовое пространство), т.е. – это способ описания цвета с помощью количественных характеристик. Цветовые модели могут быть аппаратно–зависимыми (их пока большинство, RGB и CMYK в их числе) и аппаратно–независимыми (модель Lab). В большинстве «современных» визуализационных пакетов (например, в Photoshop) можно преобразовывать изображение из одной цветовой модели в другую.

     В цветовой модели (пространстве) каждому  цвету можно поставить в соответствие строго определенную точку. В этом случае цветовая модель – это просто упрощенное геометрическое представление, основанное на системе координатных осей и принятого  масштаба.

     Основные  цветовые модели:

• RGB;
• CMY (Cyan Magenta Yellow);
• CMYK (Cyan Magenta Yellow Key, причем Key означает черный цвет);
• HSB;
• Lab;
• HSV (Hue, Saturation, Value);
• HLS (Hue, Lightness, Saturation);
• и другие.

     В цифровых технологиях используются, как минимум четыре, основных модели: RGB, CMYK, HSB в различных вариантах  и Lab. В полиграфии используются также многочисленные библиотеки плашечных цветов.

     Цвета одной модели являются дополнительными  к цветам другой модели. Дополнительный цвет – цвет, дополняющий данный до белого. Дополнительный для красного – голубой (зеленый+синий), дополнительный для зеленого – пурпурный (красный+синий), дополнительный для синего – желтый (красный+зеленый) и т.д.

     По  принципу действия перечисленные цветовые модели можно условно разить на три класса:

• аддитивные (RGB), основанные на сложении цветов;
• субтрактивные (CMY, CMYK), основу которых составляет операция вычитания цветов (субтрактивный синтез);
• перцепционные (HSB, HLS, LAB, YCC), базирующиеся на восприятии.

      Аддитивный  цвет получается на основе законов  Грассмана путем соединения лучей  света разных цветов. В основе этого  явления лежит тот факт, что  большинство цветов видимого спектра  могут быть получены путем смешивания в различных пропорциях трех основных цветовых компонент. Этими компонентами, которые в теории цвета иногда называются первичными цветами, являются красный (Red), зеленый (Green) и синий (Вlue) цвета. При попарном смешивании пер– 
вичных цветов образуются вторичные цвета: голубой (Сyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow). Следует отметить, что первичные и вторичные цвета относятся к базовым цветам.

      Базовыми цветами называют цвета, с помощью которых можно получить практически весь спектр видимых цветов.

      Для получения новых цветов с помощью  аддитивного синтеза можно использовать и различные комбинации из двух основных цветов, варьирование состава которых  приводит к изменению результирующего  цвета.

     Таким образом, цветовые модели (цветовое пространство) представляют средства для концептуального и количественного описания цвета. Цветовой режим – это способ реализации определенной цветовой модели в рамках конкретной графической программы. 

     Закон Грассмана (законы смешивания цветов)

      В большинстве цветовых моделей для  описания цвета используется трехмерная система координат. Она образует цветовое пространство, в котором  цвет можно представить в виде точки с тремя координатами. Для  оперирования цветом в трехмерном пространстве Т. Грассман вывел три закона (1853г):

     1. Цвет трехмерен – для его описания необходимы три компоненты. Любые четыре цвета находятся в линейной зависимости, хотя существует неограниченное число линейно независимых совокупностей из трех цветов.

     Иными словами, для любого заданного цвета  можно записать такое цветовое уравнение, выражающее линейную зависимость цветов.

     Первый  закон можно трактовать и в  более широком смысле, а именно, в смысле трехмерности цвета. Необязательно для описания цвета применять смесь других цветов, можно использовать и другие величины – но их обязательно должно быть три.

     2.  Если в смеси трех цветовых компонент одна меняется непрерывно, в то время, как две другие остаются постоянными, цвет смеси также изменяется непрерывно.