Страница:
Излученный свет
При работе с излученным светом (например, при выводе изображения на монитор или проектор) цвет можно образовать, только варьируя свойства этого источника, заставляя его изменить спектральное распределение излучаемого света.
1. Любые четыре цвета находятся в линейной зависимости. Это означает, что любой цвет может быть получен в виде пропорциональной смеси трех линейно независимых базовых цветов. В качестве базовых можно выбрать, например, красный, зеленый и синий или желтый, бирюзовый и пурпурный. Выбрать базовые цвета можно бесконечным числом способов.
2. Если в смеси трех базовых цветов один из них изменять непрерывно, то итоговый цвет будет меняться тоже непрерывно.
3. Цвет смеси определяется только цветами смешиваемых компонентов и не зависит от их спектрального распределения.
Из первого закона вытекает, что цвет можно описать с помощью трех числовых параметров, определяющих пропорции базовых цветов при смешивании. Из второго закона следует, что цвет непрерывен, – любой цвет можно получить из любого другого, плавно меняя пропорцию смеси базовых цветов, и при этом всем промежуточным состояниям смеси будут соответствовать свои цвета.
Два первых закона Грассмана позволяют ввести очень важное понятие компьютерной графики – цветовое пространство. Цветовое пространство — это геометрическое место точек, каждая из которых соответствует определенному цвету.
Из третьего закона Грассмана следует, что если есть два визуально одинаковых цвета с различным спектральным составом, то результат их смешения с третьим цветом в обоих случаях будет одинаков. Это значит, что при формировании смеси цветов на цвет результата влияют не спектральные распределения источников света, а их цвет.
Смешивание световых потоков, соответствующих базовым цветам, выполняется, как правило, не в источнике света, а в глазу наблюдателя за счет подробно описанного в разд. 3.1.1 явления визуального смыкания. Так что технически задача синтеза цвета сводится к выполнению следующих этапов:
• выбору базовых цветов;
• созданию источников с необходимым спектральным распределением, формирующих световые потоки, образующие эти цвета;
• реализации механизма управления мощностью световых потоков, излучаемых этими источниками.
Эта техническая задача имеет множество вполне приемлемых решений.
ПримечаниеОднако эта задача в общем трудноосуществима. Спектральное распределение достаточно сложно представить в виде информационной модели, а его произвольное изменение для конкретного источника света в широком диапазоне – до сих пор техническая проблема, не имеющая удовлетворительного решения. К счастью, в компьютерной графике достаточно более простого решения – получить не световой поток с заданными спектральными характеристиками, а цвет, который этот поток вызывает при визуальном восприятии. Эта задача решается путем сложения световых потоков, создаваемых несколькими источниками с фиксированным спектральным распределением, в разных пропорциях. В основе синтеза цвета лежит ранее рассмотренное явление метамерии и законы Грассмана.
Предполагается, что среда, в которой распространяется световой поток на пути от источника к наблюдателю, прозрачна, т. е. не ослабляет этот поток или ослабляет его равномерно во всем диапазоне частот. Это условие не всегда соблюдается. Например, морская вода поглощает волны красного диапазона значительно сильнее, чем зеленого и синего.
ПримечаниеЭти три закона, сформулированные в середине XIX века, чрезвычайно важны для компьютерной графики.
Герман Гюнтер Грассман (Hermann Günther Grassmann, 1809–1877) – немецкий физик, математик и филолог, занимавшийся экспериментальным исследованием цветного зрения.
1. Любые четыре цвета находятся в линейной зависимости. Это означает, что любой цвет может быть получен в виде пропорциональной смеси трех линейно независимых базовых цветов. В качестве базовых можно выбрать, например, красный, зеленый и синий или желтый, бирюзовый и пурпурный. Выбрать базовые цвета можно бесконечным числом способов.
2. Если в смеси трех базовых цветов один из них изменять непрерывно, то итоговый цвет будет меняться тоже непрерывно.
3. Цвет смеси определяется только цветами смешиваемых компонентов и не зависит от их спектрального распределения.
Из первого закона вытекает, что цвет можно описать с помощью трех числовых параметров, определяющих пропорции базовых цветов при смешивании. Из второго закона следует, что цвет непрерывен, – любой цвет можно получить из любого другого, плавно меняя пропорцию смеси базовых цветов, и при этом всем промежуточным состояниям смеси будут соответствовать свои цвета.
Два первых закона Грассмана позволяют ввести очень важное понятие компьютерной графики – цветовое пространство. Цветовое пространство — это геометрическое место точек, каждая из которых соответствует определенному цвету.
ПримечаниеПоложение этих точек определяется в трехмерной системе цветовых координат. В различных цветовых моделях цветовые координаты могут иметь разный физический смысл. Например, каждая из координат цветового пространства может соответствовать одному базовому цвету. В этом случае значения координат равны долям базовых цветов в смеси, соответствующей сопоставленному точке цветового пространства цвету. Независимо от выбранной цветовой модели цветовое пространство всегда трехмерно – это вытекает из первого закона Грассмана.
По смыслу к цветовому пространству близок цветовой охват (gamut) – термин, обозначающий всю совокупность цветов, которую можно воспроизвести в рамках одной цветовой модели или на конкретном устройстве вывода.
Из третьего закона Грассмана следует, что если есть два визуально одинаковых цвета с различным спектральным составом, то результат их смешения с третьим цветом в обоих случаях будет одинаков. Это значит, что при формировании смеси цветов на цвет результата влияют не спектральные распределения источников света, а их цвет.
Смешивание световых потоков, соответствующих базовым цветам, выполняется, как правило, не в источнике света, а в глазу наблюдателя за счет подробно описанного в разд. 3.1.1 явления визуального смыкания. Так что технически задача синтеза цвета сводится к выполнению следующих этапов:
• выбору базовых цветов;
• созданию источников с необходимым спектральным распределением, формирующих световые потоки, образующие эти цвета;
• реализации механизма управления мощностью световых потоков, излучаемых этими источниками.
Эта техническая задача имеет множество вполне приемлемых решений.
Отраженный свет
При работе с отраженным светом источник света и рассматриваемый объект не совпадают. Наблюдатель видит объект, не излучающий света, за счет светового потока, отраженного от его поверхности. Если на объект не будет падать свет от отдельного источника (или нескольких источников), от его поверхности ничего не будет отражаться, и наблюдатель его не увидит.
При падении светового потока на поверхность объекта параллельно протекают два процесса: отражение и преломление, которые на рис. 1.3.3 условно представлены в виде стрелок.
Рис. 1.3.3. Отражение и преломление светового потока, падающего на поверхность объекта
Одна часть падающего света отражается от поверхности объекта, образуя отраженный световой поток (именно он и воспринимается наблюдателем визуально), другая – преломленный световой поток, направленный внутрь объекта. В зависимости от физических свойств поверхности объекта расщепление падающего на нее светового потока происходит в различных пропорциях для разных длин световых волн. Отсюда следует важный вывод: при отражении светового потока от поверхности объекта его спектральное распределение может измениться. Как следствие, это ведет к изменению цвета светового потока при отражении. Если на поверхность падает световой поток с равномерным спектральным распределением, он имеет белый цвет. Но после поглощения части световых волн объектом белый цвет изменяется, превращаясь в хроматический (имеющий цветовую составляющую). Субъективно это воспринимается наблюдателем как присутствие того или иного цвета у отражающего объекта.
Следовательно, механизм образования цвета неизлучающего объекта состоит в управлении спектральным распределением отраженного от внешнего источника светового потока. Это проявляется в виде ослабления или подавления в отраженном световом потоке отдельных волновых диапазонов за счет изменения физических свойств отражающей поверхности (в простейшем случае – нанесением на объект краски).
Технически задача синтеза цвета при отражении света сводится к следующему:
• выбору краски, ослабляющей интенсивность светового потока в отдельных волновых диапазонах;
• формированию необходимого для создания желаемого цвета спектрального распределения отраженного светового потока за счет нанесения этой краски на поверхность объекта.
Эта задача успешно решается с помощью полиграфических производственных процессов и применения печатающих устройств.
При падении светового потока на поверхность объекта параллельно протекают два процесса: отражение и преломление, которые на рис. 1.3.3 условно представлены в виде стрелок.
Одна часть падающего света отражается от поверхности объекта, образуя отраженный световой поток (именно он и воспринимается наблюдателем визуально), другая – преломленный световой поток, направленный внутрь объекта. В зависимости от физических свойств поверхности объекта расщепление падающего на нее светового потока происходит в различных пропорциях для разных длин световых волн. Отсюда следует важный вывод: при отражении светового потока от поверхности объекта его спектральное распределение может измениться. Как следствие, это ведет к изменению цвета светового потока при отражении. Если на поверхность падает световой поток с равномерным спектральным распределением, он имеет белый цвет. Но после поглощения части световых волн объектом белый цвет изменяется, превращаясь в хроматический (имеющий цветовую составляющую). Субъективно это воспринимается наблюдателем как присутствие того или иного цвета у отражающего объекта.
Следовательно, механизм образования цвета неизлучающего объекта состоит в управлении спектральным распределением отраженного от внешнего источника светового потока. Это проявляется в виде ослабления или подавления в отраженном световом потоке отдельных волновых диапазонов за счет изменения физических свойств отражающей поверхности (в простейшем случае – нанесением на объект краски).
Технически задача синтеза цвета при отражении света сводится к следующему:
• выбору краски, ослабляющей интенсивность светового потока в отдельных волновых диапазонах;
• формированию необходимого для создания желаемого цвета спектрального распределения отраженного светового потока за счет нанесения этой краски на поверхность объекта.
Эта задача успешно решается с помощью полиграфических производственных процессов и применения печатающих устройств.
Роль внешнего источника света
Однако в отличие от излучения света, когда на создаваемый цвет почти не влияют внешние условия, при отражении огромную роль играет спектральное распределение внешнего источника света. Если лист белой бумаги освещен источником с равномерным спектральным распределением, он будет выглядеть белым, поскольку примерно одинаково отражает все падающие на него световые волны. Но если тот же лист поместить под синюю лампу, он будет выглядеть синим. Лист по-прежнему отражает все падающие на него световые волны, только теперь в их составе практически нет ни красного, ни зеленого, ни других цветовых диапазонов (отличных от синего).
Изменим условия эксперимента, поместив под источник белого света красный лист бумаги. Поскольку цвет этого листа воспринимается как красный, можно сделать вывод, что при отражении от его поверхности световой поток в значительной степени утратил все волновые диапазоны, кроме красного – поверхность листа поглотила их. Если тот же лист поместить под синюю лампу, он будет выглядеть черным. Это объясняется тем, что синий волновой диапазон поглощается поверхностью бумаги, а других составляющих в падающем световом потоке просто нет. От листа ничего не отражается, и он воспринимается как черный.
Важный вывод: восприятие цвета в отраженном свете сильно зависит от спектрального распределения внешнего источника освещения. Поэтому при измерении цвета (колориметрии) и построении точных цветовых моделей необходимо учитывать характеристики источников света (см. табл. 1.3.1).
Принципиальные различия в механизмах образования цвета при излучении и отражении света требуют применения для этих случаев различных цветовых моделей. Некоторые такие модели рассматриваются в последующих разделах.
Изменим условия эксперимента, поместив под источник белого света красный лист бумаги. Поскольку цвет этого листа воспринимается как красный, можно сделать вывод, что при отражении от его поверхности световой поток в значительной степени утратил все волновые диапазоны, кроме красного – поверхность листа поглотила их. Если тот же лист поместить под синюю лампу, он будет выглядеть черным. Это объясняется тем, что синий волновой диапазон поглощается поверхностью бумаги, а других составляющих в падающем световом потоке просто нет. От листа ничего не отражается, и он воспринимается как черный.
Важный вывод: восприятие цвета в отраженном свете сильно зависит от спектрального распределения внешнего источника освещения. Поэтому при измерении цвета (колориметрии) и построении точных цветовых моделей необходимо учитывать характеристики источников света (см. табл. 1.3.1).
Принципиальные различия в механизмах образования цвета при излучении и отражении света требуют применения для этих случаев различных цветовых моделей. Некоторые такие модели рассматриваются в последующих разделах.
1.3.3. Ахроматические модели
Из материала, приведенного в предыдущем разделе, следует, что белый цвет воспринимается наблюдателем в том случае, когда световой поток в равных пропорциях содержит в себе излучения всех длин волн видимой части спектра. Черный цвет соответствует отсутствию светового потока или (что то же самое) световому потоку, в котором интенсивность всех световых волн равна нулю. Если же интенсивность световых волн в пределах видимого диапазона остается равной, но отличается от нуля и меньше 100 %, то наблюдатель видит серый цвет. Поскольку спектральное распределение светового потока для любого оттенка серого цвета остается равномерным (спектральные диаграммы совпадают с точностью до постоянного множителя), принято считать серый, черный и белый оттенками одного и того же цвета, называемого ахроматическим (не содержащим цветовой составляющей). Для описания изображений, содержащих только ахроматические цвета, используются две информационные модели – штриховая и монохромная.
Штриховая модель
Штриховым называется изображение, в информационной модели которого дескриптор цвета может принимать только одно из двух фиксированных значений. Это означает, что в пиксельном изображении пикселы могут быть лишь одного из двух цветов, а в векторном изображении все объекты могут иметь заливку и обводку только одного цвета.
Цветовое пространство штриховой модели включает в себя только две точки, соответствующие двум базовым цветам штриховой модели. Эти цвета принято называть цветом переднего плана и фоновым цветом. Штриховая цветовая модель не предусматривает возможности смешивания базовых цветов, они всегда присутствуют в изображении только в чистом виде. Поэтому для описания цвета в такой информационной модели достаточно единственного логического значения. Следовательно, в памяти компьютера дескриптор цвета штриховой модели изображения занимает 1 бит, и может принимать значения ноль или единица. Этим обусловлено главное достоинство штриховой модели – ее компактность.
Штриховая модель подходит для представления таких изображений, как офорты, гравюры, рисунки пером и шариковой ручкой. Несмотря на кажущуюся ограниченность и простоту, данная модель очень часто применяется при решении задач компьютерной графики.
Как вытекает из изложенного ранее, цвет переднего плана должен быть черным, а фоновый цвет – белым. Из-за этого штриховую модель довольно часто называют моделью черно-белого изображения. Этот термин представляется не очень удачным по нескольким причинам:
• аналогичным термином иногда обозначают монохромные изображения с белым и черным базовыми цветами;
• от перемены мест черного и белого ничего не меняется – любой из этих цветов может быть как фоновым, так и цветом переднего плана;
• вместо черного и белого возможны любые другие фиксированные цвета, и при этом ни суть модели, ни методы для работы с ней не изменяются.
Основные приемы работы со штриховыми изображениями описаны в разд. 3.6.1.
Цветовое пространство штриховой модели включает в себя только две точки, соответствующие двум базовым цветам штриховой модели. Эти цвета принято называть цветом переднего плана и фоновым цветом. Штриховая цветовая модель не предусматривает возможности смешивания базовых цветов, они всегда присутствуют в изображении только в чистом виде. Поэтому для описания цвета в такой информационной модели достаточно единственного логического значения. Следовательно, в памяти компьютера дескриптор цвета штриховой модели изображения занимает 1 бит, и может принимать значения ноль или единица. Этим обусловлено главное достоинство штриховой модели – ее компактность.
Штриховая модель подходит для представления таких изображений, как офорты, гравюры, рисунки пером и шариковой ручкой. Несмотря на кажущуюся ограниченность и простоту, данная модель очень часто применяется при решении задач компьютерной графики.
Как вытекает из изложенного ранее, цвет переднего плана должен быть черным, а фоновый цвет – белым. Из-за этого штриховую модель довольно часто называют моделью черно-белого изображения. Этот термин представляется не очень удачным по нескольким причинам:
• аналогичным термином иногда обозначают монохромные изображения с белым и черным базовыми цветами;
• от перемены мест черного и белого ничего не меняется – любой из этих цветов может быть как фоновым, так и цветом переднего плана;
• вместо черного и белого возможны любые другие фиксированные цвета, и при этом ни суть модели, ни методы для работы с ней не изменяются.
Основные приемы работы со штриховыми изображениями описаны в разд. 3.6.1.
Монохромная модель
Монохромная модель цвета представляет собой расширение штриховой модели, достигаемое за счет введения в цветовое пространство цветов, полученных смешиванием базовых цветов модели. Монохромным называется изображение, в котором используются цвета, полученные смешиванием в различных пропорциях двух фиксированных базовых цветов. Цвета, промежуточные по отношению к базовым цветам монохромной цветовой модели, называются оттенками. Оттенки отличаются друг от друга процентным содержанием базовых цветов. Как правило, в названии оттенка указывают содержание только одного базового цвета. Например, если в качестве цвета переднего плана выбран синий, а в качестве фонового – белый, то оттенки определяются следующим образом: «20 %-ный оттенок сине-белой монохромной модели цвета».
Цветовое пространство монохромной модели непрерывно и содержит в себе бесконечное число цветов. В компьютерной графике их принято упорядочивать по возрастанию доли базового цвета переднего плана. Упорядоченная совокупность всех цветов монохромной модели цвета называется монохромной шкалой или шкалой градаций базового цвета. Шкала градаций черного цвета представлена на рис. 1.3.4.
Рис. 1.3.4. Шкала градаций черного цвета
Рис. 1.3.5. Штриховое и монохромное изображения манипулятора «мышь»
Монохромная модель цвета очень широко применяется в компьютерной графике и полиграфии. Подавляющее большинство иллюстраций в этом учебнике подготовлены именно в виде монохромных изображений. Эта модель удобна для представления монохромных фотографий, деловой и художественной ахроматической графики, иллюстраций и схем.
ПримечаниеЧаще всего в качестве базовых цветов монохромной модели выбирают черный и белый. В этом случае в названии монохромной модели базовые цвета не указываются. Если упоминается 40 %-ный оттенок без дополнительных замечаний, речь идет о цвете, полученном смешиванием 40 % черного и 60 % белого цвета.
В подавляющем большинстве случаев как минимум один из базовых цветов монохромной модели – ахроматический. Тогда хроматика (цветность) всех оттенков такой модели имеет одинаковое значение, т. е. оттенки монохромны. При использовании в качестве базовых двух различных цветов, получившиеся оттенки модели уже не будут монохромными, их хроматика меняется от оттенка к оттенку. Однако в рамках курса компьютерной графики такую цветовую модель тоже целесообразно считать монохромной, поскольку она устроена точно так же, как истинно монохромная цветовая модель, и работают с ней теми же методами.
Цветовое пространство монохромной модели непрерывно и содержит в себе бесконечное число цветов. В компьютерной графике их принято упорядочивать по возрастанию доли базового цвета переднего плана. Упорядоченная совокупность всех цветов монохромной модели цвета называется монохромной шкалой или шкалой градаций базового цвета. Шкала градаций черного цвета представлена на рис. 1.3.4.
ПримечаниеНа рис. 1.3.5 представлены штриховое и монохромное изображения одного и того же предмета.
Когда употребляется термин "шкала градаций цвета", предполагается, что второй базовый цвет монохромной шкалы – ахроматический, т. е. черный или белый. Шкалу градаций черного цвета часто называют шкалой градаций серого. Поскольку серый цвет – это промежуточный оттенок монохромной модели с черным и белым базовыми цветами, данный термин не совсем точен.
Монохромная модель цвета очень широко применяется в компьютерной графике и полиграфии. Подавляющее большинство иллюстраций в этом учебнике подготовлены именно в виде монохромных изображений. Эта модель удобна для представления монохромных фотографий, деловой и художественной ахроматической графики, иллюстраций и схем.
ПримечаниеРанее уже отмечалось, что монохромная модель включает в себя бесконечное число цветов. На практике в этом нет необходимости, поэтому непрерывную монохромную шкалу заменяют на дискретную, разбитую на конечное число участков, внутри каждого из которых цвет не меняется. В полиграфии монохромную шкалу принято разделять на 100 участков и обозначать оттенки целыми процентами. В компьютерной графике монохромную шкалу чаще разбивают на 256 участков, обозначая оттенок номером соответствующего ему участка (0 соответствует черному цвету, а 255 – белому).
Нецветные фотографии принято называть черно-белыми. На самом деле они являются ахроматическими монохромными изображениями. Оттенки черного цвета в таких фотографиях образуются за счет различной степени потемнения мелко размолотых частиц светочувствительного препарата серебра, содержащегося в верхнем слое фотографической бумаги. Применение специальных окрашивающих препаратов (вирирование) позволяет переходить от ахроматической шкалы к хроматической, при этом черный цвет серебра заменяется равным ему по оттенку хроматическим цветом соли металла. Таким способом получают отпечатки с коричневым (сепия), синим и красным цветом переднего плана.
ПримечаниеЧисло двоичных разрядов, которые отводятся в информационной модели цвета для хранения информации о цвете одного элемента изображения, называют глубиной цвета или цветовой разрешающей способностью модели. Глубина цвета измеряется в битах на элемент (в пиксельной модели изображения – в битах на пиксел, сокращенно bpp). Чтобы определить, какое количество цветов содержит цветовое пространство модели, достаточно возвести двойку в степень, равную глубине цвета. Следовательно, глубина цвета монохромной модели, в которой шкала разбита на 256 участков, равна восьми.
Выбор числа 256 обусловлен спецификой представления дескриптора цвета монохромной модели в памяти компьютера. 256 = 28, следовательно, для хранения в памяти одного числа, меняющегося в диапазоне от 0 до 255, требуется 8 битов (один байт).
ПримечаниеПомимо основного назначения (представления монохромных изображений), монохромная модель в компьютерной графике обеспечивает выполнение множества технологических операций. В виде монохромного изображения хранятся маски и альфа-каналы (см. разд. 3.5.4), каналы цвета (см. разд. 3.4.4) и деленные формы, получающиеся в процессе цветоделения (см. разд. 3.11.4). Рассмотренные в разд. 3.9.5 дуплексы представляют собой совокупность совмещенных при выводе монохромных изображений. Это обеспечивает исключительную важность монохромной модели цвета и монохромных изображений.
Для штриховой модели с двумя базовыми цветами глубина цвета равна единице.
1.3.4. Модель индексированного цвета
В модели индексированного цвета цветовое пространство не является непрерывным. Так же, как в штриховой модели, число цветов здесь ограничено. Индексированной моделью цвета называется нумерованная совокупность цветов, составляющих палитру. Палитрой называется таблица образцов цвета, устанавливающая соответствие номера ячейки палитры (индекса) тому или иному цвету. Определение цвета каждого из образцов в палитре выполняется средствами аддитивной цветовой модели (см. разд. 1.3.5). Дескриптор цвета индексированной модели содержит в себе только номер цвета в палитре.
Число цветов в модели индексированного цвета может выбираться при составлении палитры. Как правило, размер палитры представляет собой целую степень двойки (4, 8, 16, 32, 64, 128 или 256 цветов). В палитру всегда включают черный и белый цвета. Одна из ячеек палитры резервируется под "прозрачный" цвет.
Палитра индексированного изображения может быть стандартной или локальной. Стандартные палитры составляются заранее. Имеются стандартные палитры для наиболее распространенных операционных систем, обозревателей Web, шкалы градаций черного цвета и др. При работе со стандартными палитрами нет необходимости включать их в информационную модель изображения, поскольку они входят в состав прикладного и системного программного обеспечения.
Локальные палитры строятся на основе анализа конкретного изображения. Эта процедура может проводиться вручную, но чаще средствами графических редакторов. При автоматическом построении палитры выбирается ее размер и алгоритм выбора образцов цвета. На рис. 1.3.6 представлено одно и то же изображение, преобразованное в индексированную модель с различной глубиной цвета.
Рис. 1.3.6. Индексированная модель цвета: а – глубина цвета 6 битов; б – глубина цвета 5 битов; в – глубина цвета 4 бита
В компьютерной графике индексированная модель цвета применяется довольно давно. Первые цветные мониторы позволяли работать только с изображениями, представленными с помощью этой модели, причем глубина цвета была очень невелика, всего 4 бита, и существовали только фиксированные палитры. Сегодня изображения с индексированной моделью цвета еще остаются в анимации и WWW, но для экранных приложений (компьютерных игр, тренажеров, мультимедийных презентаций) разработаны более совершенные цветовые модели.
Число цветов в модели индексированного цвета может выбираться при составлении палитры. Как правило, размер палитры представляет собой целую степень двойки (4, 8, 16, 32, 64, 128 или 256 цветов). В палитру всегда включают черный и белый цвета. Одна из ячеек палитры резервируется под "прозрачный" цвет.
ПримечаниеВ зависимости от размера палитры меняется глубина цвета индексированной модели. Она может составлять от двух до восьми битов на элемент изображения. При глубине цвета, равной единице, индексированная модель цвета превращается в штриховую.
При рендеринге изображения, в информационной модели которого используется индексированная модель цвета, элементы изображения, которым назначен прозрачный цвет, не обрабатываются – на их месте остается фоновое изображение.
Палитра индексированного изображения может быть стандартной или локальной. Стандартные палитры составляются заранее. Имеются стандартные палитры для наиболее распространенных операционных систем, обозревателей Web, шкалы градаций черного цвета и др. При работе со стандартными палитрами нет необходимости включать их в информационную модель изображения, поскольку они входят в состав прикладного и системного программного обеспечения.
Локальные палитры строятся на основе анализа конкретного изображения. Эта процедура может проводиться вручную, но чаще средствами графических редакторов. При автоматическом построении палитры выбирается ее размер и алгоритм выбора образцов цвета. На рис. 1.3.6 представлено одно и то же изображение, преобразованное в индексированную модель с различной глубиной цвета.
В компьютерной графике индексированная модель цвета применяется довольно давно. Первые цветные мониторы позволяли работать только с изображениями, представленными с помощью этой модели, причем глубина цвета была очень невелика, всего 4 бита, и существовали только фиксированные палитры. Сегодня изображения с индексированной моделью цвета еще остаются в анимации и WWW, но для экранных приложений (компьютерных игр, тренажеров, мультимедийных презентаций) разработаны более совершенные цветовые модели.
Имитация цвета
Размер палитры ограничивает число цветов, которые могут одновременно присутствовать в изображении на основе индексированной модели цвета. Однако при работе с пиксельными изображениями и достаточно малом размере пикселов визуально может восприниматься значительно больше цветов, чем имеется в палитре. Это достигается за счет имитации цвета (dithering) – приема, основанного на явлении визуального смыкания, описанном в разд. 3.1.1. При имитации цвета смежные пикселы изображения, окрашенные цветами, выбранными из палитры, визуально воспринимаются в виде более крупного пятна, причем его цвет, образованный за счет смешивания цветов нескольких пикселов, в палитре не присутствует. На рис. 1.3.7 в методических целях этот прием представлен для изображения со сравнительно большим размером пикселов.
Рис. 1.3.7. Имитация цвета для монохромного индексированного изображения: а – имитация отсутствует; б – имитация цвета по методу диффузии
Имитация цвета – важный прием, использующийся не только совместно с индексированной моделью, но и с описанными в последующих разделах полноцветными моделями.
Имитация цвета – важный прием, использующийся не только совместно с индексированной моделью, но и с описанными в последующих разделах полноцветными моделями.
1.3.5. Аддитивная модель
Аддитивными моделями цвета (от англ. add – складывать) называются цветовые модели, в которых световой поток со спектральным распределением, визуально воспринимающимся как нужный цвет, создается на основе операции пропорционального смешивания света, излучаемого тремя источниками. Схемы смешивания могут быть различными, одна из них представлена на рис. 1.3.8.
Рис. 1.3.8. Схема смешивания световых потоков в аддитивной модели цвета
Аддитивная модель цвета предполагает, что каждый из источников света имеет свое постоянное спектральное распределение, а его интенсивность регулируется.
Существуют две разновидности аддитивной модели цвета: аппаратно-зависимая и перцептивная. В аппаратно-зависимой модели цветовое пространство зависит от характеристик устройства вывода изображения (монитора, проектора). Из-за этого одно и то же изображение, представленное на основе такой модели, при воспроизведении на различных устройствах будет восприниматься визуально немного по-разному. Перцептивная модель построена с учетом особенностей зрения наблюдателя, а не технических характеристик устройства.
Аддитивная модель цвета предполагает, что каждый из источников света имеет свое постоянное спектральное распределение, а его интенсивность регулируется.
Существуют две разновидности аддитивной модели цвета: аппаратно-зависимая и перцептивная. В аппаратно-зависимой модели цветовое пространство зависит от характеристик устройства вывода изображения (монитора, проектора). Из-за этого одно и то же изображение, представленное на основе такой модели, при воспроизведении на различных устройствах будет восприниматься визуально немного по-разному. Перцептивная модель построена с учетом особенностей зрения наблюдателя, а не технических характеристик устройства.
Модель RGB
Название этой модели происходит от аббревиатуры, состоящей из первых букв английских названий ее базовых цветов (см. разд. 1.3.2). Красный, зеленый и синий цвета были выбраны в качестве базовых потому, что эти волновые диапазоны видимой части спектра максимально удалены друг от друга. Кроме того, они близки к диапазонам, на которые избирательно реагируют колбочки сетчатки.
Цветовое пространство модели RGB непрерывно, но принято разбивать диапазоны интенсивности свечения источников на 256 интервалов. Нулевое значение соответствует отсутствию свечения, 255 – максимальной интенсивности, которую обеспечивает источник света. На рис. 1.3.9 цветовое пространство RGB представлено в виде куба в декартовой системе координат, в которой каждая из осей соответствует интенсивности свечения одного из источников базового цвета.
Рис. 1.3.9. Цветовое пространство модели RGB
На гранях куба, определяющего цветовое пространство, и внутри него каждой точке соответствует свой цвет. При разбиении каждой из осей цветовых координат на 256 интервалов глубина цвета модели составляет 24 бита. Это означает, что в ней имеется 224 цветов, т. е. 16 777 216.
Цветовое пространство модели RGB непрерывно, но принято разбивать диапазоны интенсивности свечения источников на 256 интервалов. Нулевое значение соответствует отсутствию свечения, 255 – максимальной интенсивности, которую обеспечивает источник света. На рис. 1.3.9 цветовое пространство RGB представлено в виде куба в декартовой системе координат, в которой каждая из осей соответствует интенсивности свечения одного из источников базового цвета.
На гранях куба, определяющего цветовое пространство, и внутри него каждой точке соответствует свой цвет. При разбиении каждой из осей цветовых координат на 256 интервалов глубина цвета модели составляет 24 бита. Это означает, что в ней имеется 224 цветов, т. е. 16 777 216.
Примечание
В задачах, требующих высокой точности воспроизведения цвета, может устанавливаться удвоенная глубина цвета 48 битов и даже учетверенная – 96 битов. Конечно, при этом соответственно вдвое или вчетверо увеличивается объем памяти, необходимый для размещения информационной модели изображения.