Вводное лекционное занятие к теме: Способы представления цвета в компьютерных системах. Цветовые модели по дисциплине Графические средства в экономических информационных системах
Цели и задачи вводной лекции: n n дать на лекционном занятии основные понятия цвета, способов описания цвета (цветовых моделей) и представления цвета в компьютерных системах; ознакомить студентов с управлением цветом в различных графических средах и в компьютерных системах в целом; развитие практических навыков при поиске творческого решения проблемы посредством применения активной образовательной технологии case study. Формирование умения анализировать ситуацию и принимать решение; повышение интереса студентов к изучаемой дисциплине посредством ориентации на будущую профессиональную деятельность.
План изложения нового материала: 1) Понятие цвета: n восприятие цвета человеком; n понятие цвета и света с точки зрения физики; n основные характеристики цвета; n теоретические основы цветоведения (колориметрии). 2) Способы описания цвета (цветовые модели): n цветовая модель RGB; n цветовая модель CIE Lab; n цветовая модель HSB; n цветовая модель CMYK, цветоделение.
План изложения нового материала: 3) Представления цвета в компьютерных системах и программных средах: n системы управления цветом; n профили ICC; n инструменты для измерения цвета; n создание профиля монитора; n создание профиля сканера; n создание профиля печатающего устройства; n передача цветовых значений; n работа с цветом в Corel. Draw; n управление цветом в Photoshop; n работа с цветом в 3 D Studio. Max; n управление цветом в Macromedia Flash;
Список основной и дополнительной литературы Основная: n Молнина Е. В. Графика в MS Office. Векторная графика. Учебное пособие. Юрга: 2007. Изд–во ЮТИ ТПУ, 2007. 120 с. , тираж 100 экз. , усл. печ. л. 6, 92, Уч. изд. л. 6, 26 n Молнина Е. В. Растровая графика. Web анимация: Учебное пособие. Юрга: 2007. Изд–во ЮТИ ТПУ, 2007. 88 с. , тираж 100 экз. , усл. печ. л. 4, 9, Уч. изд. л. 4, 44 n Молнина Е. В. Основы работы с трехмерной графикой. Компьютерный видеомонтаж: Учебное пособие. Юрга: 2007. Изд –во ЮТИ ТПУ, 2007. 108 с. , тираж 100 экз. , усл. печ. л. 6, 28, Уч. изд. л. 5, 68 n С. В. Симонович и др. Информатика: Базовый курс. СПб. : Питер, 2002, . – 640 с. : ил. n Пореев В. Н. Компьютерная графика. – СПб. : БХВ Питербург, 2004. – 432 с. : ил.
Список основной и дополнительной литературы Дополнительная: n Гурский Ю. , Гурская И. Photoshop CS. Трюки и эффекты. 2 е издание. – СПб. : Питер, 2005. – 476 с. : ил. n Шелестов А. А. Компьютерная графика: Учебн. Пособ. Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2001. 121 с. n Компьютерная графика и вёрстка: Сorel DRAW, Adobe Photoshop, Page. Maker. СПб. : Питер, 2007. – 271 с. : ил. Электронный ресурс: Ауд. 17, гл. корп. К 1/incoming/17870/ГСв. ЭИС/лекции/Цвет. Модели
1) Понятие цвета: n n восприятие цвета человеком; понятие цвета и света с точки зрения физики; основные характеристики цвета; теоретические основы цветоведения (колориметрии).
Основные характеристики цвета n n Физические характеристики светового потока определяются параметрами мощности, яркости и освещенности. Визуальные параметры ощущения цвета характеризуются светлотой, то есть различимостью участков, сильнее или слабее отражающих свет.
Основные характеристики цвета n Минимальную разницу между яркостью различимых по светлоте объектов называют порогом. Величина порога пропорциональна логарифму отношения яркостей. Последовательность оптических характеристик объекта (расположенная по возрастанию или убыванию), выраженная в оптических плотностях или логарифмах яркостей, составляет градацию и является важнейшим инструментом для анализа и обработки изображения.
Основные характеристики цвета n n Для точного цветовоспроизведения изображения на экране монитора важным является понятие цветовой температуры Насыщенность цвета показывает, насколько данный цвет отличается от монохроматического ( «чистого» ) излучения того же цветового тона. В компьютерной графике за единицу принимается насыщенность цветов спектральных излучений.
Теоретические основы цветоведения (колориметрии) Наука, которая изучает цвет и его измерения, называется колориметрией. n Она описывает общие закономерности цветового восприятия света человеком. n Одними из основных законов колориметрии являются законы смешивания цветов. Эти законы в наиболее полном виде были сформулированы в 1853 году немецким математиком Германом Грассманом
Первый закон Грассмана Цвет трехмерен — для его описания необходимы три компоненты. Любые четыре цвета находятся в линейной зависимости, хотя существует неограниченное число линейно независимых совокупностей из трех цветов. Иными словами, для любого заданного цвета (Ц) можно записать такое цветовое уравнение, выражающее линейную зависимость цветов: Ц=к 1*Ц 1+к 2*Ц 2+ к 3*Ц 3, где Ц 1, Ц 2 Ц 3 — некоторые базисные, линейно независимые цвета, коэффициенты к 1 к 2 и к 3 указывают количество соответствующего смешиваемого цвета.
Первый закон Грассмана n n Линейная независимость цветов Ц 1 Ц 2, Ц 3 означает, что ни один из них не может быть выражен взвешенной суммой (линейной комбинацией) двух других. Первый закон можно трактовать и в более широком смысле, а именно, в смысле трехмерности цвета. Необязательно для описания цвета применять смесь других цветов. Цвет также может быть описан тремя компонентами: оттенком (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brightness).
Второй закон Грассмана Если в смеси трех цветовых компонент одна меняется непрерывно, в то время, как две другие остаются постоянными, цвет смеси также изме няется непрерывно. Не существует такого цвета, к которому нельзя было бы подобрать бесконечно близкий.
Третий закон Грассмана Цвет смеси зависит только от цветов смешиваемых компонент и не зависит от их спектральных составов (закон аддитивности). n Смысл третьего закона становится более понятным, если учесть, что один и тот же цвет (в том числе и цвет смешиваемых компонент) может быть получен различными способами. Например, смешиваемая компонента может быть получена, в свою очередь, смешиванием других компонент.
Третий закон Грассмана То есть цвет смеси (Цсм) выражается суммой цветовых уравнений: n Ц 1=r 1 R+g 1 G+b 1 B; n Ц 2=r 2 R+g 2 G+b 2 B; n Цn=rn. R+gn. G+bn. B; Цсм=(r 1+r 2+…+rn)R+(g 1+g 2+…gn)G+(b 1+b 2+…+bn)B, где r, g, b – коэффициенты, означающие количество основных цветов – красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue).
Понятие цветового охвата устройств вывода -вывода n Под цветовым охватом подразумевается диапазон цветов, который можно воспроизвести с помощью того или иного устройства вывода (монитор, принтер, сканер, цифровая видеокамера и прочие).
Цветовой охват каждого из устройств n n A: Цветовое пространство человеческого глаза B: Цветовое пространство цветной пленки C: Цветовое пространство компьютерного дисплея D: Цветовое пространство печати
Способы описания цвета Глубина цвета В компьютерной графике применяют понятие цветового разрешения (другое название – глубина цвета). Оно определяет метод кодирования цветовой информации для ее воспроизведения на экране монитора. n Двухцветные. Bitmap, line art. Для отображения черно белого изображения достаточно 1 бита (белый и черный цвета). n Полутоновые. Grayscale Восьмиразрядное кодирование позволяет отобразить 256 градаций цветового тона. n Цветные изображения. Два байта (16 бит) определяют 65 536 оттенков (такой режим называют High Color). При 24 разрядном способе кодирования возможно определить более 16, 5 миллионов цветов (режим называют True Color). Существуют также индексированные цветные изображения (Indexed Color) используют палитру из 256 цветов.
Цветовые модели В соответствии с принципами формирования изображения аддитивным или субтрактивным методами разработаны способы разделения цветового оттенка на составляющие компоненты, называемые цветовыми моделями. Цветовые модели соответственно разделяют на аддитивные и субтрактивные n В компьютерной графике в основном применяют модели RGB и HSB (для создания и обработки аддитивных изображений) и CMYK (для печати копии изображения на полиграфическом оборудовании). n
Аддитивная цветовая модель RGB n Эта модель используется для описания цветов, которые получаются с по мощью устройств, основанных на принципе излучения. В качестве основных цветов выбран красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue). Иные цвета и оттенки получаются смешиванием определенного количества указанных основных цветов.
История системы RGB n Томас Юнг (1773— 1829) взял три фонаря и приспособил к ним красный, зеленый и синий светофильтры. Так были получены источники света соответствующих цветов. Направив на белый экран свет этих трех источников, ученый получил такое изображение На экране свет от источников давал цветные круги. В местах пе ресечения кругов наблюдалось смешивание цветов. Желтый цвет получался смешиванием красного и зеленого, голубой — смесь зеленого и синего, пурный — синего и красного, а белый цвет образовывался смешением всех трех основных цветов.
Описание характеристик цвета, привязанное к конкретной цветовой модели (или устройству) называется цветовым пространством. n n Цветовые модели расположены в трехмерной системе координат, образующей цветовое пространство, так как из законов Грассмана следует, что цвет можно выразить точкой в трехмерном пространстве. На рисунке представлены координаты модели RGB
Трехмерное цветовое пространство RGB n Цветовой куб. Это трехмерное представление цветовой модели RGB, удачно описывающее основные правила композиции цвета этой системы.
Насколько велико цветовое пространство RGB? n Если на плоскости единичных цветов указать значения координат, соответствующих реальным спектральным излучениям оптического диапазона (от 380 до 700 нм), и соединить их кривой, то мы получим линию, являющуюся геометрическим местом точек цветности монохроматических излучений, называемую локусом. Внутри локуса находятся все реальные цвета.
Насколько велико цветовое пространство RGB? n Как оказалось, ни один цвет монохроматического излучения (за исключени ем самих цветов R, G и В) не может быть представлен только положительными значениями коэффициентов смешивания.
Как избежать отрицательных значений координат? n n n Чтобы избежать отрицательных значений координат, была выбрана колориметрическая система XYZ, полученная путем пересчета из RGB. В этой системе точке белого соответствуют координаты (0, 33; 0, 33). Колориметрическая система XYZ является универсальной, в ней можно выразить цветовой охват как аддитивных, так и субтрактивных источников цвета. Для аддитивных источников цветовой охват выражается треугольником с координатами вершин, соответствующими излучению основных цветов R, G, B.
Другие цветовые модели n n Для решения проблемы отрицательных коэффициентов, которая имеет место для модели RGB, в 1931 году Международной Комиссией по Освещению (CIE) была принятая колориметрическая система XYZ. В системе МКО XYZ в качестве основных цветов были приняты также три цвета, однако они являются условными, нереальными.
Цветовая модель CIE Lab n n В 1920 году была разработана цветовая пространственная модель CIE Lab (Communication Internationale de l’Eclairage – международная комиссия по освещению. L, a, b – обозначения осей координат в этой системе. Система является аппаратно независимой и потому часто применяется для переноса данных между устройствами. В модели CIE Lab любой цвет определяется светлотой (L) и хроматическими компонентами: параметром a, изменяющимся в диапазоне от зеленого до красного, и параметром b, изменяющимся в диапазоне от синего до желтого. Цветовой охват модели CIE Lab значительно превосходит возможности мониторов и печатных устройств, поэтому перед выводом изображения, представленного в этой модели, его приходится преобразовывать. Данная модель была разработана для согласования цветных фотохимических процессов с полиграфическими. Сегодня она является принятым по умолчанию стандартом для программы Adobe Photo. Shop.
Цветовая модель HSB n Цветовая модель HSB разработана с максимальным учетом особенностей восприятия цвета человеком. n Она построена на основе цветового круга Манселла. n Цветовой охват модели HSB перекрывает известные значения реальных цветов все
n Цвет описывается тремя компонентами: оттенком (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brightness).
Цветовая модель HSB (HSL) n n Основные составляющие: тон (Hue), насыщенность (Saturation) освещенность (Lightness) или яркость (Brightness)
Цветовая модель HSB n n n Значение цвета выбирается как вектор, исходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки по периметру окружности – чистым спектральным цветам. Направление вектора задается в градусах и определяет цветовой оттенок. Длина вектора определяет насыщенность цвета. На отдельной оси, называемой ахроматической, задается яркость, при этом нулевая точка соответствует черному цвету
Цветовая модель HSB n Модель HSB принято использовать при создании изображений на компьютере с имитацией приемов работы и инструментария художников. Существуют специальные программы, имитирующие кисти, перья, карандаши. Обеспечивается имитация работы с красками и различными полотнами. После создания изображения его рекомендуется преобразовать в другую цветовую модель, в зависимости от предполагаемого способа публикации.
Система HSB не единственная цветовая модель, где яркостные и цветовые характеристики рассматриваются отдельно. n n n Таковыми являются системы HLS, HSI, YUV и некоторые другие. Во всех этих моделях цвет задается не как смешение трех базовых цветовых координат, а по значениям цветового тона, насыщенности и интенсивности. В модели HSI используются тон (Hue), насыщенность (Saturation) и интенсивность (Intensity), в модели HLS тон (Hue), насыщенность (Saturation) и светлота (Lightness). Модель YUV представляет собой вариант системы HSB и применяется при передаче телевизионных сообщений в стандарте PAL.
Субтрактивная модель CMYK n Для субтрактивных источников (полученных в процессе печати красками, чернилами, красителями) используется модель CMYK
Субтрактивная цветовая модель CMYK n Используется для описания цвета при получении изображений на устройст вах, которые реализуют принцип поглощения (вычитания) цветов. Назва ние данной модели составлено из названий основных субтрактивных цве тов — голубого ( yan), C пурпурного (Magenta) и желтого (Yellow) Цветовыми компонентами CMY служат цвета, полученные вычитанием основных из белого: n голубой (cyan) = белый красный = зеленый + синий; n пурпурный (magenta) = белый зеленый = красный + синий; n желтый (yellow) = белый синий = красный + зеленый.
Поглощение и отражение световых волн. Примеры этого рисунка иллюстрируют закономерности цветообразования при отражении света от непрозрачных носителей
Такой метод соответствует физической сущности восприятия отраженных от печатных оригиналов лучей n n n Голубой, пурпурный и желтый цвета называются дополнительными, потому что они дополняют основные цвета до белого. Отсюда вытекает и главная проблема цветовой модели CMY – наложение друг на друга дополнительных цветов на практике не дает чистого черного цвета. Поэтому в цветовую модель был включен компонент чистого черного цвета. Так появилась четвертая буква в аббревиатуре цветовой модели CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blac. K).
Системы управления цветом n n Образованный в 1993 году международный консорциум по цвету (ICC) разработал и стандартизировал системы управления цветом (Color Management System, CMS). Такие системы призваны обеспечить постоянство цвета на всех этапах работы для любых устройств. При создании и обработке элементов компьютерной графики необходимо добиться, чтобы изображение выглядело практически одинаково на всех стадиях процесса, на любом устройстве отображения, при любом методе визуализации (аддитивном или субтрактивном). Иначе, чем больше переходных этапов будет содержать процесс обработки, тем большие искажения будут вноситься в оригинал, и конечный результат может совершенно не удовлетворять даже минимальным требованиям к качеству.
Системы управления цветом n n Для согласования цветов на всех стадиях обработки компьютерной графики применяют системы управления цветом (Color Management System – CMS). Такие системы содержат набор объективных параметров, обязательных для всех устройств при обмене цветовыми данными. Универсальность CMS достигается введением трех типов переменных, каждая из которых управляет представлением цвета на своем уровне:
Представления цвета в компьютерных системах и программных средах: n n n Системы управления цветом Профили ICC Инструменты для измерения цвета Создание профиля монитора Создание профиля сканера Создание профиля печатающего устройства Передача цветовых значений Работа с цветом в Corel. Draw Управление цветом в Photoshop Работа с цветом в 3 D Studio. Max Управление цветом в Macromedia Flash Работа с цветом в Premiere
Скачать презентацию Вводное лекционное занятие к теме Способы представления цвета
21650c82e29b27a038f7bdd0f864b93e.ppt