Общие понятия компьютерной графики

 

Цвет – это форма световой энергии, передаваемая в виде волн.

Факторы, влияющие на внешний вид конкретного цвета: источник света, информация об окружающих предметах, ваши глаза

Способы образования цвета в природе:

источники света (солнце, лампочка и т.д.) излучают свет различных длин волн спектра. Этот свет воспринимается глазом как цветной.

Свет отражается и поглощается, попадая на поверхность несветящихся предметов. Отраженное излучение воспринимается глазом как окраска предметов.

Для описания излучаемого и отраженного цвета используются разные математические модели. Их называют цветовыми моделями. В каждой модели определенный диапазон цветов представляют в виде 3D пространства. В этом пространстве каждый цвет существует в виде набора числовых координат. Этот метод дает возможность передавать цветовую информацию между компьютерами, программами и периферийными устройствами. Цветовые модели могут быть аппаратно-зависимыми (их пока большинство, RGB и CMYK в их числе) и аппаратно-независимыми (модель Lab). В большинстве «современных» визуализационных пакетов (например, в Photoshop) можно преобразовывать изображение из одной цветовой модели в другую.

Основные цветовые модели:

· RGB

· CMY (Cyan Magenta Yellow)

· CMYK (Cyan Magenta Yellow Key, причем Key означает черный цвет)

· HSB

· Lab

· HSV (Hue, Saturation, Value)

· HLS (Hue, Lightness, Saturation)

 

Таблица 14.1. Значений некоторых цветов в числовой модели RGB

Цвет	R	G	B
Красный (red)
Зеленый (green)
Синий (blue)
Пурпурный (magenta)
Голубой (cyan)
Желтый (yellow)
Белый (white)
Черный (black)

 

 

Модель RGB (Red Green Blue ) описывает излучаемые цвета и образована на трех базовых цветах: красном (red), зеленом (green) и синем (blue). Обычно ее называют моделью аддитивных основных цветов. Все цвета образуются смешиванием этих трех основных в разных пропорциях (т. е. с разными яркостями). При смешении двух лучей основных цветов, результирующий цвет будет светлее составляющих. Модель является аппаратно-зависимой, так как значения базовых цветов (а также точка белого) определяются качеством примененного в вашем мониторе люминофора. В результате на разных мониторах одно и то же изображение выглядит неодинаково. (рисунок 14. 1)

Рис.14.1. Модель RGB

 

Модель CMY (Cyan Magenta Yellow). В этой модели основные цвета образуются путем вычитания из белого цветов основных аддитивных цветов модели RGB.

Рис. 14.2. Получение модели CMY из RGB

 

Цвета, использующие белый свет, вычитая из него определенные участки спектра называются субтрактивными. Основные цвета этой модели: голубой (белый минус красный), фуксин (в некоторых книгах его называют пурпурным) (белый минус зеленый) и желтый (белый минус синий). Эти цвета являются полиграфической триадой и могут быть легко воспроизведены полиграфическими машинами. При смешение двух субтрактивных цветов результат затемняется (в модели RGB было наоборот). При нулевом значении всех компонент образуется белый цвет (белая бумага). Эта модель представляет отраженный цвет, и ее называют моделью субтрактивных основных цветов. Данная модель является основной для полиграфии и также является аппаратно-зависимой.

Рис.14.3. Модель CMY

 

Модель CMYK (Cyan Magenta Yellow Key, причем Key означает черный цвет). Эта модель является дальнейшим улучшением модели CMY и уже четырехканальна. Поскольку реальные типографские краски имеют примеси, их цвет не совпадает в точности с теоретически рассчитанным голубым, желтым и пурпурным. Особенно трудно получить из этих красок черный цвет. Поэтому в модели CMYK к триаде добавляют черный цвет. Почему-то в названии цветовой модели черный цвет зашифрован как K (от слова Key – ключ). Модель CMYK является «эмпирической», в отличие от теоретических моделей CMY и RGB. Модель является аппаратно-зависимой.

Модель HSB (Hue Saturation Brightness = Тон Насыщенность Яркость) построена на основе субъективного восприятия цвета человеком. Предложена в 1978 году. Эта модель тоже основана на цветах модели RGB, но любой цвет в ней определяется своим цветом (тоном), насыщенностью (то есть добавлением к нему белой краски) и яркостью ( то есть добавлением к нему черной краски). Фактически любой цвет получается из спектрального добавлением серой краски. Эта модель аппаратно-зависимая и не соответствует восприятию человеческого глаза, так как глаз воспринимает спектральные цвета как цвета с разной яркостью (синий кажется более темным, чем красный), а в модели HSB им всем приписывается яркость 100%. Модель является аппаратно-зависимой.

H определяет частоту света и принимает значение от 0 до 360 градусов.

V или B: V – значение (принимает значения от 0 до 1) или B – яркость, определяющая уровень белого света (принимает значения от 0 до 100%). Являются высотой конуса. S – определяет насыщенность цвета. Значение ее является радиусом конуса.

 

Рис. 14.4. Цветовой круг при S=1 и V=1 (B=100%)

 

Модель Lab является аппаратно-независимой моделью, что отличает ее от описанных выше. Экспериментально доказано, что восприятие цвета зависит от наблюдателя (вспомните дальтоников, существует разница в возрастном восприятии цвета и т.д.) и условий наблюдения (в темноте все серое). Ученые из Международной Комиссии по Освещению в 1931 г. стандартизировали условия наблюдения цветов и исследовали восприятие цвета у большой группы людей. В результате были экспериментально определены базовые компоненты новой цветовой модели XYZ. Эта модель аппаратно независима, поскольку описывает цвета так, как они воспринимаются человеком, точнее «стандартным наблюдателем CIE». Ее приняли за стандарт. Цветовая модель Lab, использующаяся в компьютерной графике, является производной от цветовой модели XYZ. Название она получила от своих базовых компонентов L, a и b. Компонент L несет информацию о яркостях изображения, а компоненты а и b – о его цветах (т. е. a и b – хроматические компоненты). Компонент а изменяется от зеленого до красного, а b – от синего до желтого. Яркость в этой модели отделена от цвета, что удобно для регулирования контраста, резкости и т.д. Однако, будучи абстрактной и сильно математизированной эта модель остается пока что неудобной для практической работы. Поскольку все цветовые модели являются математическими, они легко конвертируются одна в другую по простым формулам. Такие конверторы встроены во все «приличные» графические программы.

Для того, чтобы компьютер мог обрабатывать изображения, они должны быть представлены в цифровом виде (закодированы).

 

Цветоделение

 

Диапазон цветов, которые может воспроизвести устройство, называется цветовым охватом. Определенный цветовой охват имеют электронно-лучевые трубки мониторов и полиграфические краски (диапазон цветов, который они могут воспроизвести), цветовые модели (диапазон цветов, который они могут описать) и, конечно, человеческий глаз (диапазон воспринимаемых им цветов, или локус). Монитор может воспроизвести только часть того, что видит человеческий глаз. Область цветового охвата монитора больше, чем область цветового охвата офсетной печати, но существуют цвета, которые могут быть воспроизведены монитором и не могут быть напечатаны и, наоборот, цвета, которые могут быть напечатаны и не могут быть показаны монитором. На рисунке показан охват человеческого глаза (соответствует модели цвета XYZ), монитора, отображающего цвета в модели RGB, и офсетного станка, являющегося CMYK-устройством.

Рис. 14.5. Цветовой охват разных

 

Цветоделение играет главную роль в качественной печати полиграфического процесса. Оно заключается в получении индивидуальных форм для каждой краски. Для наиболее типичного случая печати триадными красками это формы для голубой, пурпурной, желтой и черной красок (модель CMYK). Фактически цветоделение есть преобразование изображения в цветовую модель CMYK из любых других моделей. В конечном итоге получают четыре пленки для каждого цвета, которые по отдельности выводятся на фотонаборном автомате. Совмещение этих пленок даст нужное цветное изображение.

Некоторые типографии работают с красками американского стандарта офсетной печати SWOP. В любом случае перед подготовкой цветных иллюстрации следует получить консультацию в типографии. Имеет значение и то, что монитор Вашего компьютера должен быть правильно настроен на цвет. Без выполнения этих условий типографская иллюстрация по цвету не будет совпадать с авторской. Заметим, что разные печатные устройства (например, струйный принтер и фотонаборный автомат) могут потребовать различных моделей цветоделения для определения цветового профиля.

Если изображения предназначено для цветной печати, в него необходимо внедрять цветовые ICC-профили. В процессе работы над цветным изображением, оно проходит ряд устройств, в которых применяются различные способы его отображения (или ввода). Типичными устройствами являются: цветной сканер, цифровая камера, монитор, цветной принтер и т.д. Каждое из них имеет свой уникальный набор цветов, которые это устройство может отобразить (или распознать). Этот набор называется цветовым охватом устройства. Даже работающие с одной и той же цветовой моделью устройства не будут похожим образом интерпретировать одинаковые исходные значения. Зеленый фильтр сканера не соответствует зеленым флуоресцентным элементам монитора. Это значит, что цвета, которые вы сканируете, не обязательно будут теми цветами, которые вы увидите на мониторе. Более того, при импортировании в другое приложение цвета изображения могут меняться.

Задача качественной передачи цвета сводится к правильному построению профилей. Процесс построения профиля для устройства называется характеризацией устройства (в просторечии – цветокалибровкой). Для профилей устройств был разработан универсальный формат, получивший название ICC. Каждое устройство, задействованное в полиграфическом процессе (монитор, сканер, принтер и т.д.) имеет свою таблицу цветовых описаний (ICC-профиль). Эти профили могут быть включены в изображение.

 

Типы профилей

 

Входной (или исходный). Описывает цветовой диапазон устройства для съемки изображения (сканер, цифровой аппарат).

Профиль отображения. Описывает экранное пространство конкретного монитора.

Выходной (или целевой). Описывает цветовой диапазон воспроизводящего устройства (принтер, плоттер, печатный станок и др.)

При профилировании устройств их уникальные цветовые диапазоны сравниваются со стандартным эталонным пространством. На практике идеальный результат цветопередачи так и не будет получен, но вы будете к нему приближаться. Несовпадение цветовых охватов разных цветовых моделей (а соответственно, и устройств, которые они описывают) приводит к тому, что цвета, существующие в одной модели, отсутствуют в другой. При переводе цветов изображений из модели в модель визуализационные пакеты используют специальные алгоритмы преобразования. Разумеется, нельзя сохранить исходные цвета, отсутствующие в целевой цветовой модели, но зато стараются сохранить их соотношение. Благодаря этому, после преобразования изображение будет восприниматься похожим на оригинал. Преобразование цветовых охватов выполняет система управления цветом. Ее основная функция –следить за наилучшей передачей цветов всеми устройствами, используемыми в технологической цепочке. Одно и тоже изображение на устройствах с различными цветовыми охватами будет выглядеть по-разному. Чтобы свести к минимуму такие искажения в допечатных комплексах применяют системы цветосинхронизации. Операцию цветоделения можно выполнить, например, во всем известной программе Adobe PhotoShop.

Работу с цветом в допечатном комплексе логически можно разделить на две части:

· цветокоррекция

· цветосинхронизация

Эти части могут использоваться как независимо друг от друга, так и в комплексе, дополняя друг друга. Это набор действий, направленных на преобразование изображения, при котором достигается требуемое сочетание цветов. Если требуется убрать цветовую вуаль с изображения – выполняют цветокоррекцию. Если требуется добавить цветовую вуаль определенного тона (довольно распространенный дизайнерский прием) – опять выполняют цветокоррекцию. Но наиболее распространенное применение цветокоррекции – это «вытягивание» цветов на изображениях, в которых эти цвета представлены недостаточно хорошо. Используя средства обычных программ, например Adobe Photoshop, трудно выполнять такие коррекции. По этой причине для цветокоррекции применяется специализированое программное обеспечение, например, LinoColor.

Выводы:

· Разные пакеты могут дать неодинаковые результаты цветоделения. Следует учитывать, что при видимом сходстве результатов, цветоделение в разных программах, отображение изображения в цветовой модели CMYK всего лишь эмуляция цветов полиграфической триады на RGB мониторе.

· Независимо от того, каким программным обеспечением Вы пользуетесь, оценить результаты цветоделения и цветокоррекции можно лишь на цветопробе (желательно на пробопечатном станке на реальной бумаге). При использовании одних и тех же параметров цветоделения и визуальном совпадении полученных цветоделенных изображений в печати результаты могут быть получены разные результаты. Это обуславливается также полиграфическими параметрами печатающего устройства.

· Обладая определенным опытом работы, можно оценить цветоделенное изображение просматривая его по каналам или пользуясь программными инструментами, показывающими процентные соотношения CMYK.

· При подготовке цветной полиграфической продукции максимум внимания всегда уделяется качеству цветопередачи. Добиться поистине высококачественного цвета можно только с применением специальных программных и аппаратных инструментов

· Представление пространственных данных – это способ цифрового описания пространственных объектов, тип структуры пространственных данных.

· Под графическим форматом понимается способ машинной реализации представления пространственных данных. Наиболее употребительными форматами хранения и формирования компьютерных изображений являются: векторное и растровое. Достаточно распространены также регулярно-ячеистое и квадротомическое (квадродерево). К менее распространенным или применяемым для представления пространственных объектов определенного типа относятся также гиперграфовая модель, модель типа TIN и ее многомерные расширения. Известны гибридые представления пространственных данных.