Российский государственный гуманитарный университет
Опубликован: 13.07.2022 | Доступ: свободный | Студентов: 280 / 10 | Длительность: 11:54:00
Специальности: Программист
Лекция 3:

Представление графической информации

Цвета, расположенные на противоположных концах диагонали цветового круга, называются комплементарными, или контрастными. Аналогичными называют от 2 до 3 соседних цветов. Цвета, расположенные в вершинах правильных или равнобедренных треугольников, образуют триады цветов, а цвета вершин квадратов или прямоугольников - тетрады. Все перечисленные сочетания цветов называют гармоничными, они используются в дизайне.

В компьютерной технике применяются цветовые модели RGB, CMYK, HSV (или HSB) и другие. Первая из этих моделей является аддитивной, вторая - субтрактивной, третья - перцепционной, или интуитивной (см. ниже). Данные модели являются аппаратно-зависимыми, синтезируемые цвета в них зависят от параметров устройства. Аппаратно-независимой является, например, цветовая модель CIE Lab. Эта модель, в частности, используется как промежуточная для преобразования цвета из модели RGB в модель CMYK.

Цветовая модель RGB

В цветовой модели RGB основными цветами являются красный, зеленый (green) и синий ( рис. 3.2 (a)). В ней используется аддитивное смешение цветов - метод синтеза цвета, основанный на сложении цветов излучающих объектов. Эта модель используется, например, для синтеза цвета на экране компьютера.

Цветовая модель RGB представляется в виде куба ( рис. 3.2 (b) ) со стороной 1 в системе координат Oxyz ( рис. 3.2 (c)), где координатные оси соответствуют яркости красного, зеленого и синего цвета.

Цвет, который получается вычитанием основного цвета из белого, называется дополнительным цветом для основного (сумма соответствующих компонент основного и дополнительного цветов равна 1). Для красного цвета дополнительным является голубой (cyan), для зеленого - пурпурный (magenta), а для синего - желтый цвет.

 Модель RGB: (a) основные и дополнительные цвета; (b) цветовой куб; (c) система координат

Рис. 3.2. Модель RGB: (a) основные и дополнительные цвета; (b) цветовой куб; (c) система координат

Вершины куба соответствуют основным и дополнительным цветам, а также черному и белому. Они имеют координаты:

  • черный (0, 0, 0)
  • белый (1, 1, 1)
  • красный (1, 0, 0)
  • голубой (0, 1, 1)
  • зеленый (0, 1, 0)
  • пурпурный (1, 0, 1)
  • синий (0, 0, 1)
  • желтый (1, 1, 0)

Оттенки серого, располагаются на главной диагонали куба, соединяющей вершины черного и белого цвета ( рис. 3.2 (c)). Таким образом, цвет с координатами (c, c, c), где 0 < c < 1, является оттенком серого. Чем менее насыщен цвет, тем ближе он к главной диагонали.

Режим кодирования цвета определяется его глубиной - числом бит, отводимых для хранения цвета. Например, в режиме истинного цвета (англ. True Color), или в полноцветном режиме, для кодирования цвета используется 24 бита - по 8 бит для красной, зеленой и синей составляющих. В режиме "высокого" цвета (англ. High Color) для кодирования зеленой компоненты используется 6 бит, а красной и синей - по 5 бит. Для кодирования цвета пикселя черно-белого изображения (с оттенками серого) достаточно 8 бит.

Общее число цветов, которое можно закодировать в режиме True Color, равно 2^{24}, или 16777216, в режиме High Color - 2^{16}, или 65536.

Если цвет имеет координаты x, y и z ( рис. 3.2 (c)), что записывают в виде rgb(x, y, z), то для кодирования в режиме True Color они заменяются округлениями соответственно чисел 255x, 255y и 255z до целых, так что получаются целые компоненты цвета вида rgb(N_x, N_y, N_z) (математически цвет представляется с помощью компонент 255x, 255y и 255z без округления до целых).

Рассмотрим примеры кодирования цвета в режиме True Color.

Пример 1. Цвета вершин куба кодируются в виде (hex):

черный (0, 0, 0) 000000 белый (255, 255, 255) ffffff
красный (255, 0, 0) ff0000 голубой (0, 255, 255) 00ffff
зеленый (0, 255, 0) 00ff00 пурпурный (255, 0, 255) ff00ff
синий (0, 0, 255) 0000ff желтый (255, 255, 0) ffff00

Пример 2. Цвет rgb(0,5, 0,8, 0,02) в 24-битном режиме имеет десятичные целые компоненты rgb(128, 204, 5). Соответственно, его двоичный код выглядит следующим образом:

100000001100110000000101,

или 80cc05 (hex). Цвет принадлежит зеленой цветовой гамме.

Пример 3. Пусть цвет имеет код b1b1b1 (hex). Три компоненты одинаковы, поэтому он является оттенком серого цвета: rgb(177, 177, 177).

Пример 4. Пусть цвет имеет код 2f1ae0 (hex). Тогда он имеет десятичные целые компоненты rgb(47, 26, 224). Соответственно, его дробные компоненты имеют вид: rgb(0,18, 0,1, 0,88) (найдите эту точку на кубе и определите тон).

Если 16-ричные коды каждой компоненты цвета состоят из двух одинаковых цифр, то вместо 6 цифр, представляющих цвет, может использоваться 3 цифры. Например, цвет 33cc99 (hex) может обозначаться как 3c9 (hex).

Вместе с моделью RGB используется также модель RGBA. Дополнительная альфа-компонента (обозначенная A) представляет прозрачность цвета и измеряется в пределах от 0 (полная прозрачность) до 1 (полная непрозрачность), либо указывается в процентах.

Цветовая модель CMYK

Цветовая модель CMYK - это модель субтрактивного синтеза, она используется в полиграфии. Основными цветами в этой модели являются голубой (cyan), пурпурный (magenta) и желтый (yellow). В субтрактивной модели цвет формируется с помощью вычитания основных цветов из белого. Субтрактивное смешение соответствует смешению красок на бумаге. Бумага отражает падающий свет. Наносимые на нее краски одни лучи света поглощают, а другие отражают. Цвет краски определяется лучами, которые не были поглощены. Голубая краска поглощает красный цвет, пурпурная - зеленый, желтая - синий. Поэтому данные поглощаемые цвета являются дополнительными для основных ( рис. 3.3 (a)).

Реальные краски не идеальны, при смешении трех основных красок на бумаге черного цвета не получится. Потому в модель была добавлена четвертая компонента (key) - черный цвет (black).

Пространство цветов в цветовой модели CMYK, как и в модели RGB, представляют на единичном цветовом кубе ( рис. 3.3 (b)), при этом начало координат находится в вершине белого цвета ( рис. 3.3 (c)), а оси координат соответствуют яркостям голубого, пурпурного и желтого цветов. Таким образом, компоненты цвета в модели CMYK имеют значения от 0 до 1; они также указываются в процентах от 1.

Модель CMYK: (a) основные и дополнительные цвета;(b) цветовой куб; (c) система координат

Рис. 3.3. Модель CMYK: (a) основные и дополнительные цвета;(b) цветовой куб; (c) система координат