Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Диплом версия 10.05.12-zamechaniya.doc
Скачиваний:
26
Добавлен:
16.09.2019
Размер:
326.66 Кб
Скачать

Глава I Основные понятия цвета и модели компьютерной графики

1.1. Общее понятие цвета (физика света).

Подумайте, насколько цвет важен в нашей повседневной жизни. Можно ли обходиться вообще без цветов? Давайте на минутку представим, что мир вдруг стал чёрно-белым: из-за бесполезности светофоров, которое перестанут выполнять свои функции, пробки парализуют движение, прокатится волна увольнений в различных областях, таких как мода, дизайн, производство краски, фотография и кино. Мир станет серым — ни голубого неба, ни зелёной травы, ни яркого жёлтого солнца. Совершенно ясно, что наше мироощущение очень зависит от различных цветов, и если нас лишить возможности их видеть, то человечество уже не почувствует той полноты жизни, которая присутствует сегодня. Комбинации цветов, точно так же как и музыкальное произведение, несут своё собственное настроение, расслабляя нас, если говорить о цветах спокойной холодной гаммы. Либо наоборот, теплые и яркие тона заряжают зрителя энергией деятельности и творчества. Нотами в цветовой композиции являются отдельные цвета, большинству из которых мы даём специальные названия (например, синий, красный или зелёный), а другие, ассоциируем с различными природными явлениями и объектами (например, гранатовый цвет или цвет мокрого асфальта). Правда, не стоит забывать, что цветовые комбинации и музыкальные произведении не являются гармоничными сами по себе — их гармонизируют наши чувства. И здесь речь идет о субъективном восприятии каждого конкретного человека. Но, безусловно, нельзя отрицать, что существуют определенные законы композиции форм, цветов или звуков, которые мы берем за эталон этой абстрактной гармонии.

Разнообразие цветов — бесконечно и ограничивается лишь физиологией нашего зрения. Одни цвета более выразительны (как, например, цвета радуги), другие лишь дополняют и придают пёструю и живую красоту нашему миру (например, летний луг, где одних только оттенков зеленого цвета может быть несколько тысяч!). Жизнь человека с древних времён была тесно связана с цветом. Он играл большую роль во всевозможных ритуалах, присутствовал в символике. Например, у некоторых народов белый цвет олицетворял святость и веру, а жёлтый (золотой) и красный — величественность. Также, достаточно отметить, что в истории Франции и Италии был период, когда использование синего цвета в различных областях жизнедеятельности строго контролировалось. В наше же время роль цвета в жизни людей немного изменилась. Большинство из нас уже не связывают его с ритуальными действами и не приписывают ему магические свойства, как было раньше. Но, тем не менее, строго определённые сочетания цветов прочно заняли свои позиции во всех областях современной деятельности: транспорт, архитектурные объекты, одежда, бытовые ритуальные действия и т. д.

В настоящий момент изучение цвета — целая научная ветвь. Существуют колориcтика и колориметрия, задачи которой — это, прежде всего, точное измерение цвета, создание математических моделей, описывающих образование цвета в различных физических системах и нахождение оптимальных цветовых сочетаний для наилучшего их восприятия человеком в заданных условиях.

Большим достижением в области «науки о цвете» стало появление компьютера, причём современного, способного отображать более 16 миллионов цветов. Дело в том, что цветов, отображаемых монитором, гораздо больше, чем тех, которые можно изобразить на листе бумаги. С ними можно оперативно работать: смешивать, разбавлять, менять одни цвета на другие, без потери качества картинки. Таким образом, компьютер — это замечательный и уникальный инструмент для работы с цветом.

В дальнейшем в этой главе мы будем употреблять слова – цвет и «свет» как синонимы, если речь идёт об излучаемом свете (например, о лампочке), где его яркость не имеет значения, и подразумевать под этим: свет определённого цветового оттенка.

Физическая природа цвета

Всё началось в далёком 1676 году, когда английский ученый, сэр Исаак Ньютон, используя стеклянную призму, разложил солнечный свет на цветовой спектр (цвета радуги). Этим опытом он доказал, что белый свет состоит из набора цветов, и чем ближе разлагаемый свет к бесцветному, тем на большее количество цветов его можно разложить.

Опыт с разложением света также дал начало новому этапу развития физической теории цвета.

С точки зрения физики, свет — это многоволновое электромагнитное излучение оптического диапазона.

Но как быть с тем, что при ударе об угол, у нас перед глазами появляются цветные звёздочки, нам могут присниться цветные сны, наши воспоминания могут быть цветными. Во всех этих случаях никакого «электромагнитного излучения оптического диапазона» в наши глаза не поступает.

Таким образом, выясняется, что электромагнитные волны не имеют цвета. Цвета возникают при наблюдении предмета человеком в его сознании и только тогда, когда этот предмет освещен.

Цвет — это ощущение, которое возникает в сознании человека при воздействии на его зрительный аппарат электромагнитного излучения с длиной волны в диапазоне примерно от 400 до 750 нм.

Видимый спектр электромагнитного излучения показан на рисунке 2.1 вместе с другими типами электромагнитных волн. Из рисунка видно, что видимый диапазон заминает очень узкую полосу, тем не менее, наши глаза различают несколько миллионов цветов, выделяя семь доминирующих (цвета радуги). Эти цвета и их последовательность еще с детства все легко запоминают с помощью фразы: «Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан».

Для цветового восприятия, как мы уже отмечали, необходимо две обязательных составляющих — источник света и наблюдатель, а также одна необязательная — какой-либо предмет.

В результате можно выделить три схемы взаимодействия света и наблюдателя (рис. 2.2).

В первой схеме (см. рис. 2.2 а) присутствует только источник света и наблюдатель. В этом случае человек видит свет самого источника излучения и, например, может сказать, что цвет пламени костра имеет красно-жёлтый оттенок, а лампы накаливания — светло-жёлтый. Для понимания того, почему разные источники излучения имеют различные цвета, разберёмся в особенностях их спектрального состава.

Существует зависимость, которая показывает - какова яркость каждой цветовой составляющей всего видимого спектра. Например, в солнечном свете содержатся волны всех цветов (т.е. любой длины волны) примерно с одинаковыми интенсивностями, что говорит о бесцветности яркого солнечного света. При этом спектр лампы накаливания сосредоточен приблизительно в области от красного до жёлтого цветов, что характерно для любых сильно нагретых тел (в данном случае — вольфрамовой нити). А свет, к примеру, лазера является достаточно уникальным явлением современного прогресса, так как позволяет сосредоточить световую энергию в очень узкой спектральной области. Поэтому свет лазера называют «монохроматическим».

В повседневной жизни мы чаще встречаем свет, который либо отразился от какого-либо предмета, либо прошёл через полупрозрачный объект, например, оконное стекло (см. рис. 2.2 «б» и «в»). В результате мы уже наблюдаем искаженный спектральный состав света, который может кардинальным образом отличаться от света, излучаемого источником. За это изменение, прежде всего, отвечает химический состав вещества объекта и его текстура.

Стоит обратить внимание, что в природе мы чаше видим не прямой свет, а прошедший через какую-то среду. Типичный этому пример — голубое небо -солнечный свет, прошедший через сложную молекулярную структуру атмосферы, и оставивший в своём спектре только голубую составляющую.

Отметим, что для пропускающих свет веществ говорят о спектре прохождения, а для непрозрачных — о спектре поглощения. Поглощаемые цвета также можно назвать вычитаемыми, так как они исключаются из спектра освещаемого объекта.

Также не лишним будет напомнить, что любая поверхность (например, цветок) не имеет никакого цвета - цвет воспринимается нами только при её освещении.

Цветовой тон — атрибут зрительного ощущения, благодаря которому область просмотра воспринимается подобно одному из цветов (красному, синему, желтому и т. д.)

Ахроматический цвет — цвет, лишенный цветового тона (серый цвет).

Хроматический цвет — цвет, имеющий цветовой тон.

Монохроматический цвет — цвет, имеющий один узкий пик в оптической спектральной области. Характерен для лазеров, светоизлучающих диодов и света, прошедшего через узкополосные оптические фильтры.

Последнее, на чем я заострю внимание — это физические принципы изменения у цвета его яркости и насыщенности. Из этих двух понятий яркость является более интуитивно понятным, поэтому сразу же дадим ей определение.

Яркость — атрибут зрительного ощущения, согласно которому область просмотра воспринимается как испускающая большее или меньшее количество света.

Допустим, что один лист бумаги зелёного цвета лежит на ярком солнце, а другой, точно такой же, в тени. Спектры отражения обоих случаев показаны на рисунке «2.4 а». Как видно из рисунка, вид спектра остался неизменным (то есть как лист бумаги был зелёного цвета при высокой яркости освещения, так он и остался того же цвета при низкой). При перемещении листа в полностью тёмное помещение, отражённый свет будет отсутствовать (то есть никакого спектра мы не увидим).

С точки зрения изобразительного искусства, понижение соответствует добавлению в краску чёрного цвета.

Насыщенность — атрибут зрительного ощущения, согласно которому область просмотра воспринимается как более или менее бледная.

Менее насыщенные цвета мы также называем пастельными. Тут наоборот, с точки зрения изобразительного искусства, понижение насыщенности соответствует добавлению в краску белого цвета. Спектры, показывающие один цвет, но с разной насыщенностью, изображены на рисунке «2.4 б». Как видно из рисунка, при уменьшении насыщенности, цвета, не относящиеся к основному тону (в данном случае — зелёному), увеличивают свою интенсивность, что может привести к выравниванию спектра (это означает, что цвет станет серым). Таким образом, цвет, который мы видим каждый день, даже не задумываясь о его истинном происхождении, на самом деле лишь ощущение, которое возникает в нашем сознании при воздействии на зрительный аппарат электромагнитного излучения. А формально, можно даже считать, что цвета не существует.