Цвет, цветовые модели и пространства в компьютерной графике
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
способ реализации определенной цветовой модели в рамках конкретной графической программы.
3.2. Модель цвета XYZ
Рис. 3.2. Три функции подбора цветов для основных МКО.
Набор основных цветов МКО обычно называется моделью цвета XYZ, где параметры X, Y и Z представляют величину каждого основного цвета МКО, требуемую для получения выбранного цвета. Таким образом, цвет в модели XYZ описывается так же, как, например, в модели RGB.
В трехмерном пространстве цветов XYZ любой цвет С(Х) представляется как:
С(А) = (X, Y, Z) (1.1)
где X,Y,Z вычисляются из функций подбора цвета (рис. 3.2):
(1.2)
Параметр k в этих формулах равен 683 люмен/ватт, где "люмен" - единица измерения излучения в единичный телесный угол для "стандартного" точечного источника света (когда-то назывался свечой). Функция I() представляет спектральное излучение (избирательная интенсивность света в определенном направлении), а функция подбора цветов f выбирается так, чтобы параметр Y был равен яркости этого цвета. Значения светимости обычно нормируются в диапазон 0-100, где 100 представляет светимость белого света.
Любой цвет в пространстве цветов XYZ можно, используя единичные векторы X, Y, Z, представить в виде аддитивной комбинации основных цветов. Следовательно, уравнение (1.2) можно записать так:
С() = XX+YX+ZX. (1.3)
Нормированные значения XYZ
При обсуждении свойства цвета удобно нормировать величины в уравнении (1.2) на сумму X+Y+Z, представляющую общую лучистую энергию. Тогда нормированные величины можно вычислить следующим образом:
(1.4)
Поскольку х + у + z = 1, любой цвет можно представить, используя только величины х и у. Кроме того, мы нормировали набор параметров на общую энергию, так что параметры хну зависят теперь только от опенка и чистоты, поэтому они часто называются координатами цветности. Однако сами по себе значения х и у не позволяют полностью описать все свойства цвета, и по ним получить величины X, У и Z нельзя. Следовательно, полное описание цвета обычно дается с помощью трех значений: х, у и светимости (яркости) Y. Оставшиеся величины МКО вычисляются как:
(1.5)
где Z = 1 - х - у. С помощью координат цветности (х, у) на двухмерной диаграмме можно представить все цвета.
3.3 Диаграмма цветности МКО
Если изобразить нормированные значения x и у для цветов видимой части спектра, получим языкообразную кривую, показанную на рис. 3.3. Данная кривая называется диаграммой цветности МКО. Точки вдоль кривой представляют спектральные цвета (чистые цвета). Линия, соединяющая красную и фиолетовую точки и именуемая пурпурной линией, не является частью спектра. Внутренние точки диаграммы представляют все возможные комбинации цветов. Точка С на диаграмме соответствует положению белого света. В действительности данная точка изображена для источника белого света, известного как иллюминат С, который используется в качестве стандартной аппроксимации дневного света.
Рис. 3.3. Диаграмма цветности МКО для спектральных цветов от 400 до 700 нм.
3.4 Аддитивная Цветовая Модель RGB
Рис. 3.4.1. Модель цвета RGB. Любой цвет в пределах единичного куба можно описать в форме аддитивной комбинации трех основных цветов
Согласно трехцветной теории зрения глаза человека воспринимают цвет посредством стимуляции трех зрительных пигментов в колбочках сетчатки. Один из этих пигментов более чувствителен к свету с длиной порядка 630 нм (красный), другой имеет максимум чувствительности вблизи 530 нм (зеленый), а третий - на частоте порядка 450 нм (синий). Сравнивая интенсивности источников света, мы ощущаем цвет света. Данная теория зрения является основой для отображения цветовых выходов на мониторе с использованием трех основных цветов - красного (red), зеленого (green) и синего (blue), что называется моделью цвета RGB.
Данную модель можно представить, используя единичный куб, построенный по осям R, G и В, как показано на рис. 3.4.1. Начало координат представляет черный цвет, а противоположная вершина с координатами (1, 1, 1) - белый. Вершины куба, расположенные по осям, представляют основные цвета, а оставшиеся вершины - дополнительные цвета.
Вкратце история системы RGB такова. Томас Юнг (1773-1829) взял три фонаря и приспособил к ним красный, зеленый и синий светофильтры. так были получены источники света соответствующий цветов. направив на белый экран свет этих трех источников, ученый получил такое изображение (рис. 3.4.2). На экране свет от источников давал цветные круги. В местах пересечения кругов наблюдалось смешивание цветов. Желтый цвет получался путем смешивания красного и зеленого, голубой - смесь зеленого и синего, пурпурный - синего и красного, белый - всех трех основных цветов. Некоторое время спустя Джеймс Максвелл (1831-1879) изготовил первый колориметр, с помощью которого человек мог зрительно сравнить монохроматический цвет и цвет смешивания в заданной пропорции компонент RGB. Регулируя яркость каждой из смешиваемых компонент, можно добиться уравнивания цветов смеси и монохроматического излучения.
Рис. 3.4.2. Модель цвета RGB
Рис. 12.13. Цветовая гамма RGB для координат цветности NTSC. Иллюминат С находится в точке с координатами (0,310; 0.316) со значением яркости Y = 100,0
Как и система XYZ, RGB - это аддитивная модель. Каждую точку (цвет) внутри единичного куба можно представить взвешенной векторной суммой основных цветов, используя единичные вект?/p>