Цель: получить представление о методах описания цветов в компьютерной графике – цветовых моделях.
Свет и цвет
Мир, окружающий человека, - это океан цвета. Цвет имеет не только информационную, но и эмоциональную составляющую. Для многих отраслей производства, в том числе для полиграфии и компьютерных технологий, необходимы объективные способы описания и обработки цвета.
Понятие света и цвета в компьютерной графике является основополагающим.
Цвета образуются в природе различным образом.
Источники света (солнце, лампочки, экраны компьютеров и телевизоров) излучают свет различных длин волн, воспринимаемый глазом как цветной свет. Попадая на поверхности несветящихся предметов, свет частично поглощается, а частично отражается. Отраженное излучение воспринимается глазом как окраска предметов. Таким образом, цвет объекта возникает в результате излучения или отражения. Описание цвета может опираться на составление любого цвета на основе основных цветов или на такие понятия как светлота, насыщенность, цветовой тон.
В связи с необходимостью описания различных физических процессов воспроизведения цвета, были разработаны различные цветовые модели, позволяющие с помощью математического аппарата описать определенные цветовые области спектра.
Цветовые модели описывают цветовые оттенки с помощью смешивания нескольких основных цветов. Основные цвета разбиваются на оттенки по яркости от темного к светлому и каждой градации яркости присваивается цифровое значение (например, самой темной – 0, самой светлой – 255). Считается, что в среднем человек способен воспринимать около 256 оттенков одного цвета. Поэтому, любой цвет можно разложить на оттенки основных цветов и обозначить его набором цифр – цветовых координат.
Таким образом, при выборе цветовой модели можно определять трехмерное цветовое координатное пространство, внутри которого каждый цвет представляется точкой. Такое пространство называется пространством цветовой модели.
Цветовая модель RGB
Цветов огромное количество, однако, при цветовосприятии человеческим глазом непосредственно воспринимаются три цвета - красный, зеленый, синий . Остальные цвета образуются при смешивании этих трех основных. Именно на данных цветах основана цветовая модель RGB – Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий).
При сложении (смешении) двух основных цветов результат осветляется (речь идет о световых лучах определенного цвета, чем больше света, тем светлее).
Смешав три базовых цвета в разных пропорциях, можно получить все многообразие оттенков.
Для описания конкретного оттенка нужно в скобках описать количество (интенсивность) каждого из основных цветов: сначала красного, потом зеленого, потом синего. Например, (240, 160, 25) - оранжевый цвет.
Рис.
1.3.
В модели RGB количество каждого компонента измеряется числом от 0 до 255, то есть имеет 256 градаций. Полное количество цветов, представляемых этой моделью равно 256*256*256 = 16 777 216.
Чёрный цвет получается, если интенсивность всех базовых цветов равна нулю – (0,0,0).
Белый цвет получается при их максимальной интенсивности -(255,255,255).
Ярко-синий цвет может быть определён как (0,0,255), красный как (255,0,0), ярко-фиолетовый - (255,0,255).
Применение: в этой модели кодирует изображение сканер, и отображает рисунок экран монитора.
Рис. 1.4.
Цвета в таких светящихся устройствах, как телевизоры и компьютерные мониторы формируются путем смешивания в различных пропорциях трех первичных цветов RGB, но такие средства воспроизведения цвета, как печатные издания и картины работают на поглощении одних длин волн и отражение других.
Цветовая модель CMYK разработана для полиграфии и базируется на четырех основных цветах: Cyan (голубой), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый), Black (черный). Чёрный означают K (по последней букве), чтобы не путать с B (англ. blue) из модели RGB.
Три первичных цвета RGB при смешивании создают белый цвет, а три первичных цвета CMY при смешивании создают черный цвет. Поскольку реальные чернила не создают чистых цветов, то к этим трем цветам добавляется отдельно черный цвет (К) и модель называется CMYK. Диапазон представления цветов в CMYK уже, чем в RGB, поэтому при преобразовании данных из RGB в CMYK цвета кажутся грязнее.
В цвета модели CMYK 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.
Рис. 1.5.
Применение: . Так как модель описывает реальные полиграфические краски, ее используют для получения полиграфического оттиска. Пурпурный, голубой, желтый цвета составляют так называемую полиграфическую триаду.
Цветовая модель HSB
Модель HSB получила название по первым буквам английских слов: цветовой тон (hue), насыщенность (saturation), яркость (brightness).
H - Оттенок (hue)
Значение, определяющее положение цвета в спектре. Например, зеленый расположен между желтым и синим.
К "плюсам" этой модели относят то, что она неплохо согласуется с восприятием человека: цветовой тон является эквивалентом длины волны света, насыщенность - интенсивности волны, а яркость - количества света. Кроме того, данная модель является удобной и понятной, имеет большой цветовой охват.
К "минусам" данной модели относят наличие необходимости преобразования в модель RGB для отображения на экране монитора или в модель CMYK для получения полиграфического оттиска, а любое преобразование из модели в модель не обходится без потерь цветовоспроизведения.
Применение: HSB - модель, которую используют компьютерные художники.
Любой цвет в модели HSB определяется совим цветовым тоном (Hue) — собственно цветом, насыщенностью (Saturation) — процентом добавления у цвету белой краски и яркостью (Brightness) — процентом добавления черной краской.
Спектральные цвета или цветовые тона располагаются по краю цветового круга и характеризуются положением на нем, которое определяется величиной угла в диапазоне от 0 до 360°. Эти цвета обладают максимальной (100%) насыщенностью (S) и яркостью (B). Насыщенность изменяется по радиусу круга от 0 (в центре) до 100% (на краях). При значении насыщенности 0% любой цвет становится белым.
Яркость — параметр, определяющий освещенность или затемненность. Все цвета цветового круга имеют максимальную яркость (100%) вне зависимости от тона. Уменьшение яркости цвета означает его затемнение. Для отображения этого на модели добавляется новая координата, направленная вниз, на ней откладываются значения яркости от 100% до 0%. В результате получается цилиндр, который получается из серии кругов с уменьшающейся яркостью, нижний слой — черный.
Если в поля S и B ввести максимальное значение 100%, а в поле H — минимальное жначение 0°, то получится чистый красный цвет солнечного спектра. Этому же цвету соответствует красной цвет модели RGB, его код (255,0,0), что указывает на взаимосвязь этих моделей друг с другом.
Если затем в поле H увеличивать значение угла с шагом 20°, будут получаться цвета в том порядке, как они расположены в спектре: красный сменится оранжевым, оранжевый желтым, желтый зеленым и т. д. Угол 60° дает желтый цвет (255,255,0), 120° — зеленый цвет (0,255,0), 180° — голубой цвет (255,0,255), 240° — синий цвет (0,0,255) и т. д.
Чтобы получить розовый цвет (на языке модели HSB блеклый розовый), нужно в поле H ввести значение 0°, а насыщенность (S) понизить, например до 50%, задав максимальное значение яркости (B).
Серый цвет для модели HSB — это сведенные к нулю цветовой тон (H) и насыщенность (S) с яркостью (B) меньше 100%. Пример значений для светло-серого цвета: H = 0, S = 0, B = 80%; для темно-серого цвета: H = 0, S = 0, B = 40%.
Белый цвет задается так: H = 0, S = 0, B = 100%, а чтобы получить черный цвет, достаточно снизить до нуля значение яркости при любых значенях тона и насыщенности.
Здесь заглавные буквы не соответствуют никаким цветам, а символизируют тон (цвет), насыщенность и яркость (Hue Saturation Brightness). Предложена в 1978 году. Все цвета располагаются по кругу, и каждому соответствует свой градус, то есть всего насчитывается 360 вариантов – H определяет частоту света и принимает значение от 0 до 360 градусов (красный – 0, желтый – 60, зеленый – 120 градусов и так далее), т.е. любой цвет в ней определяется своим цветом (тоном), насыщенностью (то есть добавлением к нему белой краски) и яркостью.
Насыщенность (Saturation) – это параметр цвета, определяющий его чистоту. Отсутствие серых примесей (чистота кривой) соответствует данному параметру. Уменьшение насыщенности цвета означает его разбеливание. Цвет с уменьшением насыщенности становится пастельным, блеклым, размытым. На модели все одинаково насыщенные цвета располагаются на концентрических окружностях, т. е. можно говорить об одинаковой насыщенности, например, зеленого и пурпурного цветов, и чем ближе к центру круга, тем все более разбеленные цвета получаются. В самом центре любой цвет максимально разбеливается, проще говоря, становится белым цветом.
Работу с насыщенностью можно характеризовать как добавление в спектральный цвет определенного процента белой краски. Чем больше в цвете содержание белого, тем ниже значение насыщенности, тем более блеклым он становится.
Яркость (Brightness) – это параметр цвета, определяющий освещенность или затемненность цвета. Амплитуда (высота) световой волны соответствует этому параметру. Уменьшение яркости цвета означает его зачернение. Работу с яркостью можно характеризовать как добавление в спектральный цвет определенного процента черной краски. Чем больше в цвете содержание черного, тем ниже яркость, тем более темным становится цвет.
Модель HSB – это пользовательская цветовая модель, которая позволяет выбирать цвет традиционным способом. Она намного беднее рассмотренной ранее RGB, так как позволяет работать всего лишь с 3 миллионами цветов.
Эта модель аппаратно–зависимая и не соответствует восприятию человеческого глаза, так как глаз воспринимает спектральные цвета как цвета с разной яркостью (синий кажется более темным, чем красный), а в модели HSB им всем приписывается яркость 100%.
Глубина цвета
В цифровой фотографии количество цветов, которые могут быть сохранены в изображении, – это мера битовой глубины цвета.
Глубина цвета – количество бит, приходящихся на один пиксель (bpp). Определяет количество бит, или разрядов, с помощью которых составляются коды потенциальных значений тона или цвета.
Количество цветов, характерное для различной глубины цвета (битовой глубины).
4-х битное изображение 8-битное изображение 24-битное изображение
Изображение в цветовом режиме Grayscale (Полутоновый) имеет глубину 8 бит для единственного черного цвета, что обеспечивает 256 оттенков серого цвета при переходе от белого к черному. Однако типичная цветная цифровая фотография имеет три основных цвета: красный, зеленый и синий (RGB). И большинство цифровых фотографий (после их сохранения и переноса в компьютер) имеет глубину 8 бит для цвета (различных тонов и оттенков), связанного с каждым из трех каналов (именно по этому принципу и создается 24-битовое изображение: 3 основных цветовых канала, каждый по 8 бит). Чтобы вычислить количество цветов, доступное в полноцветном изображении в режиме RGB, нужно перемножить число цветов каждого основного канала. Для 24-битового изображения в режиме RGB это будет 256×256x256 – примерно 16,7 миллионов доступных цветов.
Человеческий глаз способен различать 12-14 миллионов цветов, поэтому глубина цвета 24 бит считается минимальной для создания фотореалистичных изображений (с полутонами (continuous tone), так что глаз не видит резких границ при переходе от одного цвета к другому). Конечно, способность вашего фотоаппарата зафиксировать миллионы цветов еще не означает, что вы их действительно получите. На типичной фотографии обычно присутствует около 5000 различных цветов, но существуют специальные палитры и функции, которые способны довести число цветов до миллиона или даже биллиона.
Однако битовая глубина определяет не только количество цветов, но и постепенность переходов между ними, однородность и гладкость оттенков при переходах одного цвета в другой, что напрямую зависит от числа цветов. Представьте себе фотопортрет. На лице должно присутствовать множество различных цветов и оттенков, чтобы сложная текстура человеческой кожи была передана верно. Иначе вы получите неестественное, ступенчатое изображение, испещренное графическими погрешностями.
В памяти цифровой камеры (особенно это касается дорогих профессиональных моделей) изображение может сохраняться при глубине цвета фактически 16 бит, которые можно перевести в 48 бит (биллионы различных цветов) для изображения в цветовой модели RGB. Вообще говоря, вы не можете воспользоваться напрямую всей этой цветовой информацией (распечатать такое изображение или отобразить его на дисплее), но Photoshop и другие профессиональные программы редактирования изображений способны открывать и обрабатывать такие большие файлы.
Доброго времени суток, дорогие читатели, знакомые, посетители, мимопроходящие личности и прочие странные существа! Сегодня мы поговорим о немного специфической, но несомненно важной вещи для любого пользователя, а именно о такой штуке: представление цвета в компьютере.
Как ни крути, но рано или поздно все столкнутся с практической необходимостью понимания, что такое цветовая модель, да и просто сие знание полезно с точки зрения расширения кругозора и осознания - что и как работает в компьютере и из чего он состоит как с программной, так и с физической точки зрения.
Что такое цветовая модель
В общем виде цветовая модель - это некоторая абстрактная вещь, в которой цвет представляется в виде совокупности чисел. И каждая такая модель имеет свои особенности и недостатки. По сути, это как с языком, например, если цвет - это слово "дом", то на разных языках оно будет писаться и звучать по-разному, но при этом смысл слова везде будет одинаковый. Так же и с цветом.
Мы рассмотрим самые основные модели. Их 5 . Как правило, используется одновременно несколько различных моделей, т.к. некоторые удобнее всего использовать в визуальном виде, а другие в численном.
RGB
Это самая распространенная модель представления цвета. В ней любой цвет рассматривается как оттенки трех основных (или базовых) цветов: красный (Red) , зеленый (Green) и синий (Blue). При этом существует два вида этой модели: восьмибитное представление, где цвет задается числами от 0 до 255 (например, цвет будет соответствовать синему, а - желтому), и шестнадцатибитное , которое чаще всего используется в графических редакторах и html , где цвет задается числами от 0 до ff (зеленый - #00ff00 , синий - #0000ff , желтый - #ffff00 ).
Разница представлений в том, что в восьмибитном виде для каждого базового цвета используется отдельная шкала, а в шестнадцатибитном уже сразу вводится цвет. Иными словами, восьмибитное представление - три шкалы с каждым основным цветов, шестнадцатибитное - одна шкала с тремя цветами.
Особенность этой модели в том, что здесь новый цвет получается путем добавления оттенков основных цветов, т.е. "смешивания".
Хотите знать и уметь, больше и сами?
Мы предлагаем Вам обучение по направлениям: компьютеры, программы, администрирование, сервера, сети, сайтостроение, SEO и другое. Узнайте подробности сейчас!
На картинке выше видно, как цвета смешиваются друг с другом, образуя новые цвета (желтый - [255,255,0 ], пурпурный - [255,0,255 ], голубой - [0,255,255 ] и белый [255,255,255 ]).
При этом эта модель чаще всего используется именно в численном виде, а не в визуальном (когда цвет задается вводом его значения в соотв. поля, а не выбирается мышкой). Для визуальной настройки цвета используются другие модели. Потому что визуально модель RGB представляет собой трехмерный кубик, который, как Вы видите на картинке выше, не очень удобно использовать:)
Так что это самая распространенная модель у веб-дизайнеров (передаем пламенный привет css ) и программистов.
Недостаток этой модели в том, что она зависит от аппаратной части, иными словами, одна и та же картинка будет неодинаково выглядеть на разных мониторах (ибо в мониторах используется так называемый люминофор - вещество, которое преобразовывает поглощаемую им энергию в световое излучение, а посему в зависимости от качества этого вещества будут определяться базовые цвета) .
CMYK
Это тоже очень распространенная модель, но многие о ней могли вообще ничего не слышать:)
А всё из-за того, что она используется исключительно для печати. Она расшифровывается как Cyan, Magenta, Yellow, Black (или Key Color ), т.е. Голубой, Пурпурный, Желтый и Черный (или ключевой цвет ).
Использование этой модели на печати обусловлено тем, что смешивать по три оттенка для каждого нового цвета слишком затратно и грязно, т.к. когда на бумагу сначала наносится один цвет, потом поверх него другой и затем поверх них третий цвет, во-первых, бумага сильно намокает (если струйная печать), во-вторых, совсем не факт, что получится именно тот оттенок, что Вы хотели. Да, физика она такая:)
Наиболее внимательные могли заметить, что на картинке присутствуют три цвета, а черный получается путем смешивания этих трех. Так, стало быть, зачем его вынесли отдельно? Опять же причина в том, что, во-первых, смешивать три цвета это затратно с точки зрения использования тонера (спец. порошок для картриджа от принтера, который используется вместо чернил в лазерных принтерах), во-вторых, бумага сильно мокнет, что увеличивает время просушки, в-третьих, цвета в действительности могут не смешаться должным образом, а быть более блеклыми, например. Картинка ниже показывает эту модель в реальности
Таким образом, получится скорее не черный, а грязно-серый или грязно-коричневый.
Поэтому (и не только) ввели еще черный цвет, чтобы не пачкать бумагу, не тратиться на тонеры и вообще жить было проще:)
Очень наглядно иллюстрирует всю суть следующая анимация (открывается по клику, вес около 14 Mb ):
Цвет в этой модели задается числами от 0 до 100 , где эти числа часто называют "частями" или "порциями" выбранного цвета. Например, цвет "хаки" получается путем смешивания 30 частей голубой краски, 45 - пурпурной, 80 - желтой и 5 - черной, т.е. цвет хаки будет .
Трудности этой модели заключаются в том, что в суровых реалиях (или в реальных суровиях) цвет зависит не столько от числовых данных, сколько от характеристики бумаги, краски в тонере, способе нанесения этой краски и т.п. Так что числовые значения будут однозначно определять цвет на мониторе, но они не покажут реальной картины на бумаге.
HSV (HSB) и HSL
Эти две цветовые модели я объединил, т.к. они схожи по своему принципу.
Трехмерная реализация HSL (слева) и HSV (справа) моделей представлена в виде цилиндра ниже, но на практике в ПО (программном обеспечении) не используется, ибо.. ибо трехмерная:)
HSV (или HSB) означает Hue, Saturation, Value (еще может именоваться Brightness ), где:
- Hue - цветовой тон, т.е. оттенок цвета.
- Saturation - насыщенность. Чем выше этот параметр, тем "чище" будет цвет, а чем ниже, тем ближе он будет к серому.
- Value (Brightness ) - значение (яркость) цвета. Чем выше значение, тем ярче будет цвет (но не белее). А чем ниже, тем темнее (0% - черный)
HSL - Hue, Saturation, Lightness
- Hue - Вы уже знаете
- Saturation - аналогично
- Lightness - это светлота цвета (не путать с яркостью) . Чем выше параметр, тем светлее цвет (100% - белый), а чем ниже, тем темнее (0% - черный).
Более распространенная модель - HSV , она часто используется вместе с моделью RGB , где HSV показана в визуальном виде, а числовые значения задаются в RGB . :
Здесь RGB- модель обведена красным и значения оттенков задаются числами от 0 до 255 , либо сразу можно указать цвет в шестнадцатеричном виде. А синим обведена HSV модель (визуальная часть в левом прямоугольнике, числовая - в правом ). Также часто можно указать непрозрачность (так называемый альфа-канал ).
Такая модель чаще всего используется в простой (или непрофессиональной) обработке изображений, т.к. при помощи неё удобно регулировать основные параметры фотографий, не прибегая к куче различных фильтров или отдельных настроек.
Например во всеми любимом (или проклинаемом) фотошопе присутствуют обе модели, только одна из них находится в редакторе выбора цвета, а другая - в окне настроек Hue/Saturation
Здесь красным показа RGB-
модель, синим - HSB
, зеленым - CMYK
и голубым Lab
(о ней чуть позже), что видно на картинке:)
А HSL-
модель находится в таком вот окошке:
Недостаток HSB- модели в том, что она также зависит от аппаратной части. Она просто не соответствуют восприятию человеческого глаза, т.к. оный воспринимает цвета с разной яркостью (например, синий воспринимается нами более темным, чем красный), а в этой модели у всех цветов одинаковая яркость. У HSL аналогичные проблемы:)
Таких недостатков хотели избежать, поэтому одна небезызвестная компания CIE (Международная комиссия по освещению - Commission Internationale de l"Eclairage ) придумала новую модель, призванную не зависеть от аппаратной части. И назвали её Lab (нет, это не сокращение от Laboratory ).
Lab или L,a,b
Эта модель является одной из стандартных, хотя и малоизвестна рядовому пользователю.
Расшифровывается она следующим образом:
- L - Luminance - освещенность (это совокупность яркости и интенсивности)
- a - один из компонентов цвета, меняется от зеленого до красного
- b - второй из компонентов цвета, меняется от синего до желтого
На рисунке показаны диапазоны компонент a и b для освещенности 25% (слева) и 75% (справа)
Яркость в этой модели отделяется от цветов, поэтому при помощи неё удобно регулировать контраст, резкость и другие светопоказатели, не трогая при этом цвета:)
Однако эта модель совсем неочевидная для использования и ею довольно трудно пользоваться на практике. Поэтому её используют в основном в обработке изображений и для конвертации оных из одной цветовой модели в другую без потерь (да, это единственная модель, которая делает это без потерь), обычным же смертным страждущим пользователям достаточно, как правило, HSL и HSV плюс фильтры.
Ну и в качестве примера работы модели HSV, HSL и Lab вот картинка из Википедии (кликабельно)
Интуитивная модель HSB – сокращение от английских слов Hue (Оттенок или Цвет), Saturation (Насыщенность) и Brightness (Яркость). HSB-математическая модель, основанная на модели RGB, но имеющая другую систему координат, представляет собой цветовой круг. Цветовая модель очень удобна для подбора оттенков и цветов.
Модель HSB имеет широкий цветовой охват, он меньше чем у модели Lab, но больше цветового охвата модели CMYK.
Режим HSB был в Photoshop лишь в первых двух версиях. Затем его перенесли в окно выбора цвета (Color Picker).
Вариантами этой модели является HLS (Hue – Тон, Lightness – Освещенность, Saturation – Насыщенность) и HSV (Hue, Saturation, Value – Значение).
Модель Grayscale
Изображение в градациях серого не содержит информации о цвете. Полутоновое изображение имеет 256 ступеней яркости. В оперативной памяти занимает по одному байту на пиксель.
В Adobe Photoshop CS 5 этот режим также используется как промежуточный этап, перед выбором моделей Bitmap и Duotone.
Полутоновое изображение может быть сохранено в любом формате, кроме DCS 1.0.
Модель Bitmap
Растровое или черно-белое изображение состоит только из черных или белых точек. Может быть полезно при подготовке изображений к черно-белой печати. Вид получаемой «растровой картинки» зависит от используемого метода растеризации. У монохромного изображения разрешение должно быть равно разрешению устройства вывода.
Модель Duotone
Дуплекс (двуцвет или дуотон) расширяет тоновый диапазон, а также позволяет тонировать полутоновые изображения. В режиме Duotone изображение может быть одноцветным (monotone), двуцветным (duotone), трехцветным (tritone) и четырехцветным (quadtone).
Модель Indexed Color
Индексированная (фиксированная) цветовая палитра содержит не более 256 цветов. Используется для размещения изображений во Всемирной паутине или мультимедийных презентаций. В этой модели сильно ограничены возможности редактирования изображений.
Изображение с индексированной палитрой цветов может быть сохранено в PSD, PSB, BMP, GIF, EPS, PCX, PDF, Photoshop Raw, Photoshop 2.0, PICT, PNG, Targa, TIFF.
Модель Multichannel
В мультиканальной (многоканальной) модели каждый из каналов изображения содержит 256 уровней серого. Может содержать любое количество цветовых каналов. Общее количество цветовых и альфа-каналов не может превышать 56-ти. Эта модель используется для специальных режимов печати, например, при использовании заказных (плашечных) цветов, а также при некоторых преобразованиях из одной цветовой модели в другую.
Изображение в мультиканальной модели может быть сохранено лишь в PSD, PSB, Photoshop 2.0, Photoshop Raw, DCS 2.0.
Тыщенко О.Б. Adobe Certified Instructor in Photoshop CS 6 (ACI), Adobe Certified Expert in Photoshop CS 6 (ACE)
