Доброскок В.Л., д.т.н., профессор, Погарский А.В., аспирант

CОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЦВЕТОВОЙ МОДЕЛИ HSV ДЛЯ РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

 

Доброскок В.Л., д.т.н., профессор, Погарский А.В., аспирант

Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт»

 

Цветовая визуализация объектов позволяет более наглядно представлять их исследуемые характеристики. В САПР цветовая визуализация используется для сопоставления полученных результатов (шкала значений исследуемого признака) с цветовой шкалой. Цветовые шкалы достаточно широко применяются во многих областях науки и техники.

В машиностроении существуют шкалы отражающие изменение цвета объекта при технологическом воздействии на него, например: цвета побежалости стали, каления (свечения) металла (сплава) и др. Таким образом, специальные цветовые шкалы могут использоваться для визуализации изменений исследуемых технологических признаков. Обычно такие шкалы конструируются путем подбора сочетаний основных цветов, что вызывает сложности при необходимости обеспечения плавного перехода оттенков. Процедуры формирования таких шкал в прикладном программном обеспечении инкапсулированы (скрыты от конечного пользователя).

Базовая цветовая модель HSV (Hue, Saturation, Value) имеет фиксированную непрерывную шкалу с оттенками спектра разложения белого цвета. HSV-модель основана на предположении, что цвет может быть описан единственной монохроматической волной – цветовым тоном (оттенком) H с дополнительным заданием насыщенности S и светлоты (значение цвета, яркость) V. Использование фиксированной цветовой шкалы ограничивает возможности регулирования гаммы необходимых цветовых оттенков и их порядка расположения. Поэтому существует необходимость в разработке более гибкой цветовой модели для решения задач визуализации в предметной области технологии машиностроения.

В процессе исследований была разработана полигармоническая цветовая модель HSVP (Hue, Saturation, Value, Polyharmonic) основанная на принципах HSV. Главными отличиями предлагаемой модели являются:

- использование для представления компонент R/G/B гармонических непрерывных функций (косинусоид) вместо кусочно-линейных периодических функций ("трапецеидальные косинусы");

- цветовая шкала имеет начальный H = H_Left и конечный цвета H = H_Right, в диапазоне которых размещаются все соответствующие спектру оттенки (возможен вариант инверсии шкалы H_Left > H_Right);

- возможность независимого изменения насыщенности S (S_R, S_G, S_B), яркости V (V_R, V_G, V_B) и угла сдвига фазы косинусоидальных компонент R/G/B Þ P (P_R, P_G, P_B).

Для аппаратной реализации цветовой шкалы, необходим переход к цветовой модели RGB. Расчет компонент R_i / G_i / B_i = f(H_i) выполняется по следующей зависимости:

R_i/G_i/B_i = Y_{mean R/G/B} (A_R/G/B V_R/G/B / 255) cos(H_i - P_R/G/B),

где Y_{mean R/G/B}, A_R/G/B - вспомогательные переменные:

- среднее значение компонент R/G/B

Y_{mean R/G/B} = (Y_{max R/G/B} + Y_{min R/G/B}) / 2;

- амплитуда компонент R/G/B

A_R/G/B = (Y_{max R/G/B} - Y_{min R/G/B}) / 2 = V _R/G/B S _R/G/B / 510,

где Y_{max R/G/B} = V_R/G/B, Y_{min R/G/B} = V_R/G/B (1- S_R/G/B / 255) - максимальное и минимальное значения компонент R/G/B.

Возможности предложенного подхода были рассмотрены при построении шкал цветов свечения металла и побежалости стали (рис. 1). Параметры цветовой шкалы свечения металла: S_R/G/B = 255, P_R = 100°, P_G = 170°, P_B = 220°, V_R = 255, V_G = 255, V_B = 255, H_Left = 0°, H_Right = 150°. Параметры шкалы цветов побежалости стали: S_R/G/B = 215, P_R = 280°, P_G = 0°, P_B = 110°, V_R = 255, V_G = 240, V_B = 255, H_Left = 60°, H_Right = 330°.

 

Рисунок 1 – Шкалы цветов каления и побежалости, полученные при помощи полигармонической цветовой модели HSVP

 

Проведенные исследования показали, что предлагаемая полигармоническая цветовая модель HSVP существенно расширяет возможности конструирования шкал и создает предпосылки для более эффективного решения задач визуализации в предметной области технологии машиностроения.