Глава 2. Цвет в компьютерной графике

Для описания цветовых оттенков, которые могут быть воспроизведены на экране компьютера и на принтере, разработаны специальные средства - цветовые модели (или системы цветов). Чтобы успешно применять их в компьютерной графике, необходимо:

• понимать особенности каждой цветовой модели;

• уметь определять тот или иной цвет, используя различные цветовые модели;

• понимать, как различные графические программы решают вопрос кодирования цвета;

• понимать, почему цветовые оттенки, отображаемые на мониторе, достаточно сложно точно воспроизвести при печати.

Мы видим предметы потому, что они излучают или отражают свет.

Свет - электромагнитное излучение.

Цвет характеризует действие излучения на глаз человека. Таким образом, лучи света, попадая на сетчатку глаза, производят ощущение цвета.

Излучаемый свет - это свет, выходящий из источника, например, Солнца, лампочки или экрана монитора.

Отраженный свет - это свет, «отскочивший» от поверхности объекта. Именно его мы видим, когда смотрим на какой-либо предмет, не являющийся источником света.

Излучаемый свет, идущий непосредственно от источника к глазу, сохраняет в себе все цвета, из которых он создан. Но этот свет может измениться при отражении от объекта или, если человек имеет болезни по зрению [[1]]

Подобно Солнцу и другим источникам освещения, монитор излучает свет. Бумага, на которой печатается изображение, отражает свет. Так как цвет может получиться в процессе излучения и в процессе отражения, то существуют два противоположных метода его описания: системы аддитивных и субтрактивных цветов.

2.1. Система аддитивных цветов – цветовая модель RGB

Если с близкого расстояния (а ещё лучше с помощью лупы) посмотреть на экран работающего монитора или телевизора, то нетрудно увидеть множество мельчайших точек красного (Red), зелёного (Green) и синего (Blue) цветов. Дело в том, что на поверхности экрана расположены тысячи фосфоресцирующих цветовых точек, которые бомбардируются электронами с большой скоростью. Цветовые точки излучают свет под воздействием электронного луча. Так как размеры этих точек очень малы (около 0,3 мм в диаметре), соседние разноцветные точки сливаются, формируя все другие цвета и оттенки, например:

красный + зелёный = жёлтый,

красный + синий = пурпурный,

зелёный + синий = голубой,

красный + зелёный + синий = белый.

На рисунке (рис. 3) вы видите получение различных цветов в системе RGB.

Рисунок 3. Система передачи цветов RGB

Компьютер может точно управлять количеством света, излучаемого через каждую точку экрана. Поэтому, изменяя интенсивность свечения цветных точек, можно создать большое многообразие оттенков.

Таким образом, аддитивный (add - присоединять) цвет получается при объединении (суммировании) лучей трёх основных цветов - красного, зелёного и синего. Если интенсивность каждого из них достигает 100%, то получается белый цвет. Отсутствие всех трёх цветов даёт чёрный цвет. Систему аддитивных цветов, используемую в компьютерных мониторах, принято обозначать аббревиатурой RGB.

2.2. Система субтрактивных цветов – цветовая модель

В процессе печати свет отражается от листа бумаги. Поэтому для печати графических изображений используется система цветов, работающая с отраженным светом - система субтрактивных цветов (subtract - вычитать).

Белый цвет состоит из всех цветов радуги. Если пропустить луч света через простую призму, он разложится в цветной спектр. Красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый цвета образуют видимый спектр света. Белая бумага при освещении отражает все цвета, окрашенная же бумага поглощает часть цветов, а остальные - отражает. Например, листок красной бумаги, освещённый белым светом, выглядит красным именно потому, что такая бумага поглощает все цвета, кроме красного. Та же красная бумага, освещённая синим цветом, будет выглядеть чёрной, так как синий цвет она поглощает.

В системе субтрактивных цветов основными являются голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и жёлтый (Yellow). Каждый из них поглощает (вычитает) определённые цвета из белого света, падающего на печатаемую страницу. Вот как три основных цвета могут быть использованы для получения чёрного, красного, зелёного и синего цветов:

голубой + пурпурный + жёлтый = чёрный,

голубой + пурпурный = синий,

жёлтый + пурпурный = красный,

жёлтый + голубой = зелёный.

Смешивая основные цвета в разных пропорциях на белой бумаге, можно создать большое многообразие оттенков.

Белый цвет получается при отсутствии всех трёх основных цветов. Высокое процентное содержание голубого, пурпурного и жёлтого образует чёрный цвет. Точнее, чёрный цвет должен получиться теоретически, в действительности же из-за некоторых особенностей типографических красок смесь всех трёх основных цветов даёт грязно-коричневый тон, поэтому при печати изображения добавляется ещё чёрная краска (Black).

На рисунке (рис. 4) вы видите получение различных цветов в системе CMYK.

Рисунок 4. Система передачи цветов CMYK

Система CMYK по своей природе не может отобразить все оттенки, как это "умеет" модель RGB. Поэтому не ругайте принтер, напечатавший блеклую картинку вместо цветной и яркой, как она была на мониторе. Перевод изображения в эту цветовую модель также требует некоторых знаний в области полиграфии. Одна и та же картинка, конвертированная с различными параметрами, выглядит по-иному.

Систему субтрактивных цветов обозначают аббревиатурой CMYK (чтобы не возникла путаница с Blue, для обозначения Black используется символ К).

2.3. Система «Тон - Насыщенность - Яркость» - цветовая модель HSB

Системы цветов RGB и CMYK базируются на ограничениях, накладываемых аппаратным обеспечением (мониторами компьютеров и типографскими красками). Более интуитивным способом описания цвета является его представление в виде тона (Hue), насыщенности (Saturation) и яркости (Brightness). Для такой системы цветов используется аббревиатура HSB. Тон - конкретный оттенок цвета: красный, жёлтый, зелёный, пурпурный и т. п. Насыщенность характеризует «чистоту» цвета: уменьшая насыщенность, мы «разбавляем» его белым цветом. Яркость же зависит от количества чёрной краски, добавленной к данному цвету: чем меньше черноты, тем больше яркость цвета. Для отображения на мониторе компьютера система HSB преобразуется в RGB, а для печати на принтере - в систему CMYK. Можно создать произвольный цвет, указав в полях ввода Н, S и В значения для тона, насыщенности и яркости из диапазона от 0 до 255.

Существуют и другие цветовые модели [[2]], используемые в различных видеоустройствах.

Список литературы

1. Бейн, С. Эффективная робота: CorelDraw 11/С.Бейн. - СПб.: Питер, 2003.

2. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1986. – 400 с.

3. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. – 512 с.

4. Симонович, С.В.Информатика: Базовий курс / С. В. Симонович и др. - СПб.: Питер, 2001.

5. Шикин Е. В., Боресков А. В. Зайцев А. А. Начала компьютерной графики. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1993. – 138 с.

Якутский А. Форматы интернет-графики // Мир Internet. - 2002. -№11-12. - C. 22-25
Яхонтов В.Н. Компьютерная графика. – М.: ТИСБИ, 2003.

[1] При определённых формах дальтонизма зелёный цвет может восприниматься эквивалентно-ярким синему, а красный как очень тёмный, либо вообще как неразличимый. Люди с дихромией — нарушением восприятия красного, например, не способны видеть красный сигнал светофора при ярком солнечном дневном свете. При дейтанопии — нарушении восприятия зелёного, в ночных условиях зелёный сигнал светофора становится неотличимым от света уличных фонарей.

[2] В телевидении для стандарта PAL применяется цветовая модель YUV, для SÉCAM — модель YDbDr, а для NTSC — модель YIQ. Эти модели основаны на принципе, согласно которому основную информацию несёт яркость изображения — составляющая Y (важно — Y в этих моделях вычисляется совершенно по другому чем Y в модели XYZ), а две другие составляющие, отвечающие за цвет, менее важны.