Аддитивные и субтрактивные цветовые модели

Цветовые модели могут быть разделены на две категории: аддитивные и субтрактивные. В аддитивных моделях новые цвета получаются посредством сложения основного цвета с черным. Чем больше интенсивность добавляемого цвета, тем ближе результирующий цвет к белому. Смешивание всех основных цветов дает чистый белый цвет, если значения их интенсивности максимальны, и чистый черный, если они равны 0. Аддитивные цветовые среды являются самосветящимися. Аддитивным является, например, цвет на мониторе.

Иначе устроены субтрактивные цветовые модели. Для получения новых цветов основные цвета вычитаются из белого. Чем больше интенсивность вычитаемого цвета, тем ближе результирующий цвет к черному. Следовательно, смешивание всех основных цветов создает чисто черный цвет в случае, когда значения их интенсивности максимальны, а отсутствие всех основных цветов теоретически задает чистый белый цвет. Другими словами, черный цвет может быть получен путем полного поглощения света цветовыми пигментами. В природе субтрактивные среды являются отражающими, т.е. цвет передается посредством отражения света от внешнего источника. Любое цветное изображение, визуализированное на бумаге, может служить примером применения субтрактивной цветовой модели.

Безупречных цветовых моделей не существует. Например, в субтрактивной цветовой модели смешивание всех цветов должно создавать черный цвет, но на практике при печати достичь этого невозможно. Смешение красок всех цветов обычно создает грязно-коричневый, а не черный цвет. Черный цвет, который мы видим на бумаге, является только аппроксимацией математического идеала (равно как и другие цвета).

В таблице приведены значения соответствующих первичных и ахроматических цветов, используемых в цветовых моделях RGB, CMY и HSV.

Таблица. Значения первичных и ахроматических цветов

	RGB	CMY	HSV
Красный	255, 0, 0	0, 255, 255	0, 240, 120
Желтый	255, 255, 0	0, 0, 255	40, 240, 120
Зеленый	0, 255, 0	255, 0, 255	80, 240, 120
Сине-зеленый	0, 255, 255	255, 0, 0	120, 240, 120
Синий	0, 0, 255	255, 255, 0	160, 240, 120
Красно-синий	255, 0, 255	0, 255, 0	200, 240, 120
Черный	0, 0, 0	255, 255, 255	160, 0, 0
0ттенки серого цвета	63, 63, 63, 127, 127, 127, 191, 191, 191	191, 191, 191, 127, 127, 127, 63, 63, 63	160, 0, 59, 160, 0, 120, 160, 0, 180
Белый	255, 255, 255	0, 0, 0	160, 0, 240

Модель RGB

RGB (Red-Green-Blue — красный-зеленый-синий) — цветовая модель, едва ли не наиболее широко используемая в настоящее время в графических форматах. RGB является аддитивной моделью, в которой для получения нужных цветов различные количества красного, зеленого и синего добавляются к черному. Графические файлы, в которых применяется цветовая модель RGB, представляют каждый пиксель в виде цветового триплета — трех числовых величин (R, G, В), соответствующих интенсивностям красного, зеленого и синего цветов. Для 24-битового цвета триплетом (0, 0, 0) обычно представляется черный цвет, а триплетом (255, 255, 255) — белый. Если все три величины RGB имею! одинаковые значения, например (63, 63, 63), (127, 127, 127) или (191, 191, 191), то результирующим будет один и i оттенков серого цвета.

Модель CMY

CMY (Cyan-Magenta-Yellow — голубой-пурпурный-желтый) — субтрактивная цветовая модель, применяемая для получения цветных изображений на белой поверхности. Эта модель используется в большинстве устройств вывода, таких как лазерные и струйные принтеры, когда для получения твердых копий краски наносятся на белую бумагу. При освещении каждый из трех основных цветов поглощает дополняющий его цвет: голубой цвет поглощает красный; пурпурный — зеленый; а желтый — синий. Например, если увеличить количество желтой краски, то интенсивность синего цвета и изображение уменьшится.

Как и во всех субтрактивных моделях, новые цвета в модели CMY получают вычитанием цветовых составляющих из белого цвета. Новые цвета имеют длину волны отраженного света, не поглощенного основными цветами CMY. Например, в результате поглощения голубого и пурпурного цветов образуется желтый, т.е. можно сказать, что желтый цвет является результатом "вычитания" из отраженного света голубой и пурпурной составляющих. Если все составляющие CMY будут вычтены (или поглощены), то результирующим цветом станет черный. Это почти так, на практике же получить идеальный черный цвет весьма сложно.

Существует более практичный вариант CMY — модель CMYK, в которой символ К означает черный цвет. Введение в эту цветовую модель черного цвета в качестве независимой основной цветовой переменной позволило использовать недорогие красители. Модель CMYK часто называют четырехцветной, а результат ее применения — четырехцветной печатью. Во многих моделях точка, окрашенная в составной цвет, группируется из четырех точек, каждая из которых окрашена в один из основных цветов CMYK. Это хорошо видно при внимательном рассмотрении через лупу цветной фотографии из иллюстрированного журнала.

Данные в модели CMYK представляются либо цветовым триплетом, аналогичным RGB, либо четырьмя величинами. Если данные представлены цветовым триплетом, то отдельные цветовые величины противоположны величинам RGB. Так, для 24-битового пиксельного значения триплет (255, 255, 255) соответствует черному цвету, а триплет (0, 0, 0) — белому. 0днако в большинстве случаев для представления цветов в модели CMYK используется последовательность четырех величин.

Как правило, четыре цветовые составляющие CMYK задаются в процентах в диапазоне от 0 до 100.

Модель HSV

Модель HSV (Hue, Saturation, Value — оттенок, насыщенность, величина) — одна из многих цветовых моделей, в которых при моделировании новых цветов не смешивают основные цвета, а изменяют их свойства. 0ттенок — это "цвет" в общеупотребительном смысле этого слова, например красный, оранжевый, синий и т.д. Насыщенность (также называемая цветностью) определяется количеством белого в оттенке. В полностью насыщенном (100%) оттенке не содержится белого, такой оттенок считается чистым. Частично насыщенный оттенок светлее по цвету. Красный оттенок с 50%-ной насыщенностью соответствует розовому. Величина (также называемая яркостью) определяет интенсивность свечения цвета. 0ттенок с высокой интенсивностью является очень ярким, а с низкой — темным.

HSV (также называемая HSB) очень напоминает принцип, используемый художниками для получения нужных цветов, — смешивание белой, черной и серой с чистыми красками для получения различных тонов и оттенков (tint, shade и tone). 0ттенок tint является чистым, полностью насыщенным цветом, смешанным с белым, а оттенок shade — полностью насыщенным цветом, смешанным с черным. Тон (tone) — это полностью насыщенный цвет, к которому добавлены черный и белый цвета (серый). Если рассматривать модель HSV с точки зрения смеси этих цветов, то насыщенность будет представлять собой количество белого, величина ~ количество черного, а оттенок — тот цвет, к которому добавляются белый и черный.

Существуют несколько цветовых моделей, подобных HSV, в которых цвет моделируется посредством изменения оттенка двумя другими составляющими:

· HSI (Hue, Saturation, Intensity — оттенок, насыщенность, интенсивность),

• HSL (Hue, Saturation, Luminosity — оттенок, насыщенность, освещенность),

• HBL (Hue, Brightness, Luminosity — оттенок, яркость, освещенность).

Ни одна из этих систем не нашла широкого применения в графических файлах.

Модель YUV

Модель YUV (Y-signal, U-signal, V-signal) несколько отличается от других цветовых моделей. 0на основана на линейном преобразовании данных RGB-изображения и наиболее широко применяется для кодирования цвета в телевидении (однако это преобразование почти всегда сопровождается операцией квантования, создающей нелинейности). В этой модели Y определяет полутон или яркость, а составляющие U и V— цветность (цветовую информацию). На модели YUV основаны модели YcbCr и УРЬРг.

Черный, белый и серый

Черный, белый и серый являются нейтральными (ахроматическими) цветами, не имеющими оттенка и насыщенности. Белый и черный цвета соответствуют граничным значениям диапазона, причем черный соответствует минимальной интенсивности, серый — средней, а белый — максимальной. Можно считать, что гамма серого цвета точно определяет слои цветового пространства, каждый из которых состоит из точек с равной величиной трех основных цветов, не имеющих насыщенности и различающихся только интенсивностью.

В спецификациях файловых форматов белый цвет для удобства часто рассматривается как основной. Серый обычно рассматривается подобно другим составным цветам, 8-битовое пиксельное значение может представлять 256 различных составных цветов или 256 различных оттенков серого. В 24-битовом RGB-цвете триплеты (12, 12, 12), (128, 128, 128) и (199, 199, 199) являются оттенками серого.

Наложения и прозрачность

Некоторые графические форматы разрабатывались для хранения неподвижных изображений, полученных от видеоисточников. На практике такие изображения часто накладываются на "живое" видео во время воспроизведения. Нам всем это хорошо знакомо по телевизионным передачам, когда, например, в вечерних новостях за дикторами видны неподвижные изображения.

0бычные изображения непрозрачны, т.е. не существует условий, при которых можно манипулировать такими изображениями, накладывая одно на другое. Для того чтобы изображения могли накладываться, должен существовать некоторый механизм задания прозрачности на уровне всего изображения, полосы, фрагмента или пикселя. На практике прозрачностью обычно можно управлять при помощи дополнительной информации, содержащейся в каждом элементе пиксельных данных.

Наложение изображения можно осуществить простейшим способом, добавив к каждому пиксельному значению оверлейный бит. Установка такого оверлейного бита в некой области изображения позволяет программе визуализации или устройству вывода выборочно игнорировать те пиксельные значения, у которых этот бит установлен. В качестве примера рассмотрим формат TGA, поддерживающий данные следующего вида:

(15 битов) = (R, G, В) = (5 Битов, 5 битов, 5 битов)

Фактически это 15-битовое пиксельное значение хранится в 16 битах. 0стается лишний бит, который может быть использован для поддержки наложения изображений:

(R, G, В, Т) = (16 битов) = (5 битов, 5 битов, 5 битов, 1 оверлейный бит)

Создатель изображения или программа визуализации могут переключать этот оверлейный бит, который будет затем интерпретироваться устройством отображения как команда игнорировать данный пиксель. Таким образом, можно наложить два изображения, причем верхнее изображение должно содержать информацию, позволяющую образовывать "дыры", через которые будут видны фрагменты нижнего изображения.

Программа визуализации может выборочно переключать оверлейный бит в пиксельных значениях заданного цвета. Более того, эта программа может отключить отображение любых областей изображения, не окрашенных в данный цвет. Например, встретив изображение человека, стоящего на переднем плане контрастного, одинаково окрашенного и освещенного экрана, программа визуализации может переключить оверлейные биты всех пиксельных значений, имеющих цвет экрана, оставив изображение человека как бы вырезанным из фона. Такое вырезанное изображение можно затем наложить на любое другое.

Естественно, в этом примере предполагается, что цвет экрана отличается от цветов, использованных для изображения человека. Такой прием часто применяется на телевидении, когда синоптики рассказывают о погоде на фоне карт или дисплеев. Соглашения, унаследованные от традиционной аналоговой широковещательной технологии, включая применение синего оттенка для фона экранов, повсеместно применяются в широковещательной индустрии. Описанный процесс называется цветной рирпроекцией.

Более тщательно разработан механизм наложения изображений при помощи изменения прозрачности нижней и накладываемой картинок. В этом случае каждое пиксельное значение содержит не один оверлейный бит, а несколько (обычно восемь). В качестве примера рассмотрим формат TGA, поддерживающий данные в следующем виде:

(24 бита) = (R, G, В) = (8 битов, 8 битов, 8 битов)

Поскольку это 24-битовое пиксельное значение хранится в 32 битах, то оставшиеся 8 битов используются для поддержания прозрачности:

(R, G, В, Т) = (8 битов, 8 битов, 8 битов, 8 битов прозрачности)

Эти 8 битов прозрачности иногда называют альфа-каналом. Хотя это и несколько усложняет формат TGA, идеальный 8-битовый альфа-канал может поддерживать 256 уровней прозрачности — от 0 (указывает на то, что данный пиксель полностью прозрачен) до 255 (указывает на то, что данный пиксель непрозрачен).

Данные, определяющие прозрачность, обычно сохраняются, как в предыдущем примере, в виде части пиксельных данных, но могут появляться и в виде четвертой плоскости, сохраненной тем же способом, что и данные палитры в файлах с плоскостной организацией формата. Кроме того, такая информация может быть сохранена в виде отдельного блока, не зависящего от остальной информации (изображения и палитры) и имеющего те же размерности, что и изображение. Такой способ позволяет манипулировать данными о прозрачности независимо от пиксельных данных изображения.

Дата добавления: 2015-11-14