Цветовые модели компьютерной графики. Аддитивные цветовые модели.
Свет — электромагнитное излучение. Цвет характеризует действие излучения на глаз человека. Таким образом, лучи света, попадая на сетчатку глаза, производят ощущение цвета. В КГ принято выделять, независимо от модели описания цвета, два типа цветовых моделей: ахроматические и хроматические модели. Ахроматический цвет описывается только одним параметром – интенсивностью, и очень часто характеризуется отдельным параметром – оконтуривание. Оконтуривание – это возможность размещения границ при переходе от одного уровня интенсивности к другому. Хроматический цвет дает визуальные цветовые ощущения и обычно описывается тремя базовыми параметрами:
Цветовой тон – определяется преобладающей длиной волны в спектре излучения и позволяет отличить один цвет от другого
Яркость – определяется интенсивностью светового освещения
Насыщенность – выражается долей присутствия чистого белого цвета в цветовом пигменте
(или чистом цвете)
Колориметрия — наука о цвете и измерении цвета. Это наука, исследующая методы измерения, выражение количества цвета и различий цветов, возникшая в XIX веке. В основу большинства цветовых моделей КГ положены законы науки о цвете – Колориметрии.
Цвет - трехмерен, любые четыре цвета находятся в линейной зависимости, хотя существует неограниченное число линейно-независимых совокупностей из трех частей (цветов). Ц= k1Ц1 + k2Ц2 + k3Ц3
Если в смеси трех цветовых компонентов один меняется непрерывно, в то время как два других остаются постоянными, цвет смеси также изменяете непрерывно.
Цвет смеси зависит только от цветов смешиваемых компонентов и не зависит от того как эти компоненты были получены.
С учетом корпускулярной и волновой теории света, законов и принципов колориметрии, психофизиологических теорий восприятия цвета человеком в КГ реализован и активно используется следующие частные цветовые модели:
Цветовой атлас
систематизированный набор разноокрашенных образцов, служащих цветовыми эталонами. Предназначен для измерения цветов объектов путём визуального сравнения. Сравнение производится в условиях идентичного освещения.
HSV (пирамидальная)
Пирамидальная модель – описывается компонентами, определяющими три основные оси: S – величина насыщенности цвета, V – количество цвета, H – цветовой тон. Комбинация этих параметров относительно шести базовых цветов позволяет смоделировать практически любой новый цвет.
Методы описания поверхностей. Векторная полигональная модель.
Параметрические кубические поверхности.
Поверхность Эрмита.
Поверхность в форме Эрмита представляет собой поверхностную зону, ограниченную с 2-х сторон кривыми в форме Эрмита относительно параметра t и еще с 2-х сторон кривыми Эрмита относительно параметра S. Для общего описания такого куска поверхностей может быть представлена следующая матрица.
Поверхность Безье.
Поверхность Безье описывается крывыми в форме Безье, которые образуют выпуклый купол, состоящий min из 16-ти управляющих точек, изменения местоположения которых позволяет менять конфигурацию поверхности расположенную под куполом.
Поверхность в форме B-сплайнов.
Строится путем аппроксимации куска поверхности вокруг множества точек, причем множество точек не рассматривается как совокупность, а образует управляющие цепочки(полилинии), которые несут ответственность за определение уровня изгиба кусков поверхности.
Чем больше количество плоскостей лежат в сформированные полилинии, тем больше будет величина изгиба аппроксимируемой поверхности. Если все полилинии будут лежать на одной линии, то поверхность станет линией.
Для описания пространственных объектов используются следующие элементы: вершины, отрезки прямых (векторы), полилинии, полигоны, полигональные поверхности. Элемент "вершина" (vertex) — главный элемент описания, все остальные являются производными. При использовании трехмерной декартовой системы координаты вершин определяются как (xi, yi, zi). Каждый объект однозначно определяется координатами собственных вершин.
Вершина может моделировать отдельный точечный объект, размер которого не имеет значения, а также может использоваться в качестве конечных точек для линейных объектов и полигонов.
Двумя вершинами задается вектор. Несколько векторов составляют полилинию. Полилиния может моделировать отдельный линейный объект, толщина которого не учитывается, а также может представлять контур полигона. Полигон моделирует площадный объект. Один полигон может описывать плоскую грань объемного объекта. Несколько граней составляют объемный объект в виде полигональной поверхности — многогранник или незамкнутую поверхность (в литературе часто используется название "полигональная сетка"). Векторную полигональную модель можно считать наиболее распространенной в современных системах трехмерной КГ. Она широко используется в САПР, ГИС, компьютерных тренажерах, играх и т.д. Положительные черты векторной полигональной модели: ● удобство масштабирования объектов. При увеличении или уменьшении объекты выглядят более качественно, чем при растровых моделях описания. Диапазон масштабирования определяется точностью аппроксимации и разрядностью чисел для представления координат вершин;
●небольшой объем данных для описания простых поверхностей, которые адекватно аппроксимируются плоскими гранями;
● необходимость вычислять только координаты вершин при преобразованиях систем координат или перемещении объектов;
● аппаратная поддержка многих операций в современных графических видеосистемах, которая обусловливает достаточно высокую скорость для анимации. Недостатки:
●сложность алгоритмов визуализации для создания реалистичных изображений; сложность алгоритмов выполнения топологических операций, таких, например, как разрезы;
-аппроксимация плоскими гранями приводит к погрешности моделирования. При моделировании поверхностей, которые имеют сложную фрактальную форму, обычно невозможно увеличивать число граней из-за ограничений по быстродействию и объему памяти компьютера.