Представление цвета в машинной графике

Свет как физическое явление представляет собой поток электро­магнитных волн различной длины и амплитуды. Глаз человека, будучи сложной оптической системой, воспринимает эти волны в диапазоне длин от 400 (фиолетовый) до 700 нм (красный). Свет воспринимается либо непосредственно от источника, например, от осветительных прибо­ров, либо как отраженный от поверхностей объектов или преломленный при прохождении сквозь прозрачные и полупрозрачные объекты. Цвет– это характеристика восприятия глазом электромагнитных волн разной длины, поскольку именно длина волны определяет для глаза видимый цвет. Амплитуда, определяющая энергию волны (пропорциональную квадрату амплитуды), отвечает заяркость цвета.Интенсивность светаесть мера энергии света, воздействующего на глаз, аяркость- это мера восприятия глазом этого воздействия. Таким образом, само понятие цвета является особенностью восприятия глазами человека окружающей среды. Самым общим описанием светового потока может служить спектральная функцияI(λ), ноописание цвета функциейI(λ)громоздко и приме­няется редко. К тому же, оно является избыточным, если подробнее рассмотреть, как глаз человека воспринимает свет.

На сетчатке глаза находятся два типа рецепторов: палочки и кол­бочки. Палочки реагируют на степень яркости (интенсивность) падающе­го света, а колбочки отвечают за различение цветов; при этом колбочки резко в отличие от палочек теряют свою чувствительность в темноте, поэтому при слабой интенсивности света все объекты начинают казаться серыми. Колбочки бывают трех видов (их часто обозначают S,MиL).

Ниже на рисунке представлены кривые чувствительности раз­личных видов колбочек. Пики на кривых чувствительности отвечают красному, зеленому и синему цветам, причем восприимчивость к синему цвету значительно ниже, чем к двум другим.

Основной принцип описания цвета, лежащий в основе современ­ных компьютерных графических средств, состоит в том, что путем сме­шивания из небольшого числа базовых или основных цветов можно получить остальные цвета, называемыесоставными. При этом цвет мож­но математически описать как соотношение базовых компонентов.

Объект может излучать свет или поглощать его. В первом и вто­ром случаях цвет объекта описывается по-разному, т.е. для его описания применяются разные модели цвета.

Цвета первого типа мы наблюдаем, глядя, например, на экран компьютера. Цвета излучения (аддитивные цвета)описывает модельRGB, названная так по первым буквам английских названий базовых цветов этой модели –Red(Красный),Green(Зеленый),Blue(Синий). Смешивая три цвета в равных соотношениях, получим серый цвет. При смешении основных цветов результат осветляется (света стало больше). Смешивая базовые цвета в разных пропорциях, можно получить все многообразие оттенков. Компоненты цвета называютцветовыми кана­лами.RGBявляется трехканальной цветовой моделью.

В модели RGBколичество каждого компонента измеряется чис­лом от 0 до 255, и на кодирование цвета одной точки нужно использовать 24 двоичных разряда. При этом обеспечивается однозначное определение 16.5 млн. различных цветов, что близко к чувствительности человеческо­го глаза. Режим представления цветной графики с использованием 24 бит называетсяполноцветным(True Color).

В цвета второго типа окрашено все, что не светится собственным светом. Окрашенные несветящиеся объекты поглощают часть спектра белого света, их освещающего. В зависимости от того, в какой области спектра происходит поглощение, объекты окрашены в разные цвета. Для описания их используется цветовая модель CMY. Цвета в моделиCMYназываютсясубтрактивными (вычитательными)и образуются при вычитании из белого света основных цветовRGB. Основных цветов тоже три:голубой(белый – красный),пурпурный(белый – зеленый),желтый(белый – синий). Смешение субтрактивных составляющих дает более темный цвет (поглощено больше света). При смешении всех трех базовых цветов получается черный цвет. Белый цвет соответствует отсут­ствию красок.

В полиграфии для улучшения качества печати в число основных красок (каналов) была дополнительно введена черная. CMYK–четы­рехканальная цветовая модель(CMYK:C–Cyan(Голубой),M–Magenta(Пурпурный),Y–Yellow(Желтый),K–blacK(Черный) илиKey(Ключевой, главный)). Все изображения при полноцветной печати конвертируются вCMYK. Для представления цветной графики в этой системе нужно иметь 32 двоичных разряда. Такой режим тоже называет­сяполноцветным(True Color).

Существует и ряд других моделей. Две рассмотренные наиболее важны, поскольку чаще используются. Ни одна из моделей не идеальна. Так модель CMYKнеточно передается экраном монитора, а цвета моделиRGBтрудно себе представить.

Если уменьшить число двоичных разрядов, используемых для кодирования цвета пиксела, то можно существенно сократить объем дан­ных, но при этом заметно сокращается диапазон кодируемых цветов. Кодирование цветной графики 16-разрядными двоичными числами назы­вается режимом High Color.

При кодировании информации о цвете с помощью восьми бит можно передать только 256 цветовых оттенков. Такой метод кодирования цвета называется индексным. Поскольку 256 значений недостаточно, чтобы передать весь диапазон цветов, доступный человеческому глазу, код каждой точки растра выражает не цвет, а только его номер (индекс) в справочной таблице, называемойпалитрой. Эта палитра должна прила­гаться к графическим данным – без нее нельзя правильно воспроизвести изображение на мониторе или бумаге.