Цвет в компьютерной графике
Цвет - чрезвычайно сложная проблема как для физики, так и для физиологии, т. к. он имеет как психофизиологическую, так и физическую природу. Восприятие цвета зависит от физических свойств света, т. е. электромагнитной энергии, от его взаимодействия с физическими веществами, а также от их интерпретации зрительной системой человека. Другими словами, цвет предмета зависит не только от самого предмета, но также и от источника света, освещающего предмет, и от системы человеческого видения. Более того, одни предметы отражают свет (доска, бумага), а другие его пропускают (стекло, вода). Если поверхность, которая отражает только синий свет, освещается красным светом, она будет казаться черной. Аналогично, если источник зеленого света рассматривать через стекло, пропускающее только красный свет, он тоже покажется черным.
Самым простым является ахроматический цвет, т. е. такой, какой мы видим на экране черно-белого телевизора. При этом белыми выглядят объекты, ахроматически отражающие более 80% света белого источника, а черными - менее 3%. Промежуточные значения дают различные оттенки серого. Единственным атрибутом такого цвета является интенсивность или количество. С интенсивностью можно сопоставить скалярную величину, определяя черное как 0, а белое как 1. Тогда среднесерому цвету будет соответствовать значение 0.5.
Если воспринимаемый свет содержит длины волн в произвольных неравных количествах, то он называется хроматическим. При субъективном описании такого цвета обычно используют три величины: цветовой тон, насыщенность и светлота. Цветовой тон позволяет различать цвета, такие как красный, зеленый, желтый и т. д. Насыщенность характеризует чистоту, т. е. степень ослабления (разбавления) данного цвета белым светом, и позволяет отличать розовый цвет от красного, изумрудный от ярко-зеленого и т. д. Другими словами, по насыщенности судят о том, насколько мягким или резким кажется цвет. Светлота отражает представление об интенсивности, как о факторе, не зависящем от цветового тона и насыщенности.
Обычно встречаются не чистые монохроматические цвета, а их смеси. В основе трехкомпонентной теории света лежит предположение о том, что в центральной части сетчатки глаза находятся три типа чувствительных к цвету колбочек. Первый воспринимает зеленый цвет, второй - красный, а третий - синий цвет. Относительная чувствительность глаза максимальна для зеленого цвета и минимальна для синего. Если на все три типа колбочек воздействует одинаковый уровень энергетической яркости, то свет кажется белым. Ощущение белого цвета можно получить, смешивая любые три цвета, если ни один из них не является линейной комбинацией двух других. Такие цвета называют основными.
Человеческий глаз способен различать около 350 000 различных цветов. Это число получено в результате многочисленных опытов. Четко различимы примерно 128 цветовых тонов. Если меняется только насыщенность, то зрительная система способна выделить уже не так много цветов: мы можем различить от 16 (для желтого) до 23 (для красного и фиолетового) таких цветов. Результаты опытов обобщены в законах Грассмана:
- Глаз реагирует на три различных стимула, что подтверждает трехмерность природы цвета. В качестве стимулов можно рассматривать, например, доминирующую длину волны (цветовой фон), чистоту (насыщенность) и яркость (светлоту) или красный, зеленый и синий цвета.
- Четыре цвета всегда линейно зависимы, т. е. сС = rR + gG + bВ, где с, r, g, b не равны 0. Следовательно, для смеси двух цветов имеет место равенство (cC)1 + (сС)2 = (rR)1 + (rR)2 + (gG)1 + (gG)2 + (bB)1 + (ЬВ)2. Если цвет C1 равен цвету С и цвет С2 равен цвету С, то цвет С1 равен цвету С2 не зависимо от структуры спектров энергии с, С1, С2.
- Если в смеси трех цветов один непрерывно изменяется, а другие остаются постоянными, то цвет смеси будет меняться непрерывно, т. е. трехмерное цветовое пространство непрерывно.
Субтрактивная система цветов CMY применяется для отражающих поверхностей, например, типографских красок, пленок и несветящихся экранов.
Аддитивная цветовая система RGB удобна для светящихся поверхностей, например, экранов ЭЛТ или цветовых ламп.
По материалам книги Ю. Тихомиров "Программирование трехмерной графики"
I . Системы цветов в компьютерной графике
1. Основные понятия компьютерной графики…………………2 стр.
2. Цвет и цветовые модели ……………………………………...4 стр.
3. Цветовая модель RGB…………………………………………5 стр.
4..Системы цветов HSB и HSL…………………………………..6 стр.
5. Цветовая модель HSB…………………………………………7 стр.
6. Цветовая модель CIE Lab……………………………………..8 стр.
7. Цветовая модель CMYK, цветоделение…………………….. 8 стр.
II . Практическая часть
1.Практический вопрос (создание рисунка в программе CorelDRAW)
Список используемой литературы …………………….............11стр.
Основные понятия компьютерной графики
В компьютерной графике с понятием разрешения обычно происходит больше всего путаницы, поскольку приходится иметь дело сразу с несколькими свойствами разных объектов. Следует четко различать: разрешение экрана, разрешение печатающего устройства и разрешение изображения. Все эти понятия относятся к разным объектам. Друг с другом эти виды разрешения никак не связаны пока не потребуется узнать, какой физический размер будет иметь картинка на экране монитора, отпечаток на бумаге или файл на жестком диске.
Разрешение
экрана - это свойство компьютерной
системы (зависит от монитора и видеокарты)
и операционной системы (зависит от
настроек Windows). Разрешение экрана
измеряется в пикселах (точках) и определяет
размер изображения, которое может
поместиться на экране целиком.
Разрешение
принтера - это свойство принтера,
выражающее количество отдельных точек,
которые могут быть напечатаны на участке
единичной длины. Оно измеряется в
единицах dpi (точки на дюйм) и определяет
размер изображения при заданном качестве
или, наоборот, качество изображения при
заданном размере.
Разрешение изображения - это свойство самого изображения. Оно тоже измеряется в точках на дюйм - dpi и задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Так, для просмотра изображения на экране достаточно, чтобы оно имело разрешение 72 dpi, а для печати на принтере - не меньше как 300 dpi. Значение разрешения изображения хранится в файле изображения.
Физический
размер изображения определяет размер
рисунка по вертикали (высота) и горизонтали
(ширина) может измеряться как в пикселах,
так и в единицах длины (миллиметрах,
сантиметрах, дюймах). Он задается при
создании изображения и хранится вместе
с файлом. Если изображение
готовят для демонстрации на экране, то
его ширину и высоту задают в пикселах,
чтобы знать, какую часть экрана оно
занимает. Если изображение
готовят для печати, то его размер задают
в единицах длины, чтобы знать, какую
часть листа бумаги оно займет.
Физический
размер и разрешение изображения
неразрывно связаны друг с другом. При
изменении разрешения автоматически
меняется физический размер.
При работе
с цветом используются понятия: глубина
цвета (его еще называют цветовое
разрешение) и цветовая модель.
Для
кодирования цвета пиксела изображения
может быть выделено разное количество
бит. От этого зависит то, сколько цветов
на экране может отображаться одновременно.
Чем больше длина двоичного кода цвета,
тем больше цветов можно использовать
в рисунке.
Глубина цвета - это количество бит, которое используют для кодирования цвета одного пиксела. Для кодирования двухцветного (черно-белого) изображения достаточно выделить по одному биту на представление цвета каждого пиксела. Выделение одного байта позволяет закодировать 256 различных цветовых оттенков. Два байта (16 битов) позволяют определить 65536 различных цветов. Этот режим называется High Color. Если для кодирования цвета используются три байта (24 бита), возможно одновременное отображение 16,5 млн цветов. Этот режим называется True Color. От глубины цвета зависит размер файла, в котором сохранено изображение.
Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуется смешением основных цветов. Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью . Существует много различных типов цветовых моделей, но в компьютерной графике, как правило, применяется не более трех. Эти модели известны под названиями: RGB, CMYK, НSB.
Цвет и цветовые модели.
Цвет аддитивный и субтрактивный.
Аддитивный цвет получается при соединении света разных цветов. В этой схеме отсутствие всех цветов представляет собой чёрный цвет, а присутствие всех цветов - белый. Схема аддитивных цветов работает с излучаемым светом, например, монитор компьютера.
В схеме субтрактивных цветов происходит обратный процесс. Здесь получается какой-либо цвет при вычитании других цветов из общего луча света. В этой схеме белый цвет появляется в результате отсутствия всех цветов, тогда как их присутствие даёт чёрный цвет. Схема субтрактивных цветов работает с отражённым светом.
В компьютерной графике применяют понятие цветового разрешения (другое название – глубина цвета). Оно определяет метод кодирования цветовой информации для ее воспроизведения на экране монитора. Для отображения черно- белого изображения достаточно двух бит (белый и черный цвета). Восьмиразрядное кодирование позволяет отобразить 256 градаций цветового тона. 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 С практической точки зрения цветовому разрешению монитора близко понятие цветового охвата. Под ним подразумевается диапазон цветов, который можно воспроизвести с помощью того или иного устройства вывода (монитор, принтер, печатная машина и прочие). В соответствии с принципами формирования изображения аддитивным или субтрактивным методами разработаны способы разделения цветового оттенка на составляющие компоненты, называемые цветовыми моделями. 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). Цветовые модели расположены в трехмерной системе координат, образующей цветовое пространство, так как из законов Гроссмана следует, что цвет можно выразить точкой в трехмерном пространстве.
Первый закон Грассмана (закон трехмерности). Любой цвет однозначно выражается тремя составляющими, если они линейно независимы. Линейная независимость заключается в невозможности получить любой из этих трех цветов сложением двух остальных.
Второй закон Грассмана (закон непрерывности). При непрерывном изменении излучения цвет смеси также меняется непрерывно. Не существует такого цвета, к которому нельзя было бы подобрать бесконечно близкий.
Третий закон Грассмана (закон аддитивности). Цвет смеси излучений зависит только от их цвета, но не спектрального состава. То есть цвет (С) смеси выражается суммой цветовых уравнений излучений:
Cсумм=(R1+R2+…+Rn)R+(G1+G2+…+Gn)G+ (B1+B2+…+Bn)B.
Цветовая модель RGB
Монитор компьютера создает цвет непосредственно излучением света и, использует схему цветов RGB.
Цветовая модель RGB является аддитивной, то есть любой цвет представляет собой сочетание в различной пропорции трех основных цветов – красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue). Она служит основой при создании и обработке компьютерной графики, предназначенной для электронного воспроизведения (на мониторе, телевизоре). Если с близкого расстояния посмотреть на экран монитора, то можно заметить, что он состоит из мельчайших точек красного, зелёного и синего цветов. Компьютер может управлять количеством света, излучаемого через любую окрашенную точку и, комбинируя различные сочетания любых цветов, может создать любой цвет. При наложении одного компонента основного цвета на другой яркость суммарного излучения увеличивается. Совмещение трех компонентов дает ахроматический серый цвет, который при увеличении яркости приближается к белому цвету. При 256 градационных уровнях тона черному цвету соответствуют нулевые значения RGB, а белому – максимальные, с координатами (255,255,255).
Будучи определена природой компьютерных мониторов, схема RGB является самой популярной и распространённой, но у неё есть недостаток: компьютерные рисунки не всегда должны присутствовать только на мониторе, иногда их приходится распечатывать, тогда необходимо использовать другую систему цветов - CMYK.
Системы цветов HSB и HSL
Системы цветов HSB и HSL базируется на ограничениях, накладываемых аппаратным обеспечением. В системе HSB описание цвета представляется в виде тона, насыщенности и яркости. В другой системе HSL задаётся тон, насыщенность и освещённость. Тон представляет собой конкретный оттенок цвета. Насыщенность цвета характеризует его относительную интенсивность или частоту. Яркость или освещённость показывают величину чёрного оттенка добавленного к цвету, что делает его более тёмным. Система HSB хорошо согласовывается с моделью восприятия цвета человеком, то есть он является эквивалентом длины волны света. Насыщенность - интенсивность волны, а яркость - общее количество света. Недостатком этой системы является то, что для работы на мониторах компьютера её необходимо преобразовать в систему RGB, а для четырехцветной печати в систему CMYK.
Цветовая модель HSB
Цветовая модель HSB разработана с максимальным учетом особенностей восприятия цвета человеком. Она построена на основе цветового круга Манселла. Цвет описывается тремя компонентами: оттенком (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brigfitness). 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. Цветовой охват модели HSB перекрывает все известные значения реальных цветов.
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.
Цветовая модель CIE Lab
В 1920 году была разработана цветовая пространственная модель CIE Lab (Communication Internationale de I"Eclairage – международная комиссия по совещанию. 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 а, 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 Photoshop.
Цветовая модель CMYK, цветоделение
Данная система была широко известна задолго до того, как компьютеры стали использоваться для создания графических изображений. Для разделения цветов изображения на цвета CMYK применяют компьютеры, а для полиграфии разработаны их специальные модели. Преобразование цветов из системы RGB в систему CMYK сталкивается с рядом проблем. Основная сложность заключается в том, что в разных системах цвета могут меняться. У этих систем различна сама природа получения цветов и то, что мы видим на экране мониторов никогда нельзя точно повторить при печати. В настоящее время существуют программы, которые позволяет работать непосредственно в цветах CMYK. Программы векторной графики уже надёжно обладают этой способностью, а программы растровой графики лишь в последнее время стали предоставлять пользователям средства работы с цветами CMYK и точного управления тем, как рисунок будет выглядеть при печати.
Цветовая модель CMYK относится к субтрактивным, и ее используют при подготовке публикаций к печати. Цветовыми компонентами CMY служат цвета, полученные вычитанием основных из белого:
голубой (cyan) = белый - красный = зеленый + синий;
пурпурный (magenta) = белый - зеленый = красный + синий;
желтый (yellow) = белый - синий = красный + зеленый.
Такой метод соответствует физической сущности восприятия отраженных от печатных оригиналов лучей. 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, blacK). Для печати на полиграфическом оборудовании цветное компьютерное изображение необходимо разделить на составляющие, соответствующие компонентам цветовой модели CMYK. Этот процесс называют цветоделением. В итоге получают четыре отдельных изображения, содержащих одноцветное содержимое каждого компонента в оригинале. Затем в типографии с форм, созданных на основе цветоделенных пленок, печатают многоцветное изображение, получаемое наложением цветов CMYK.
Индексированный цвет, работа с палитрой
Все описанные ранее системы цветов имели дело со всем спектром цветов. Индексированные палитры цветов - это наборы цветов, из которых можно выбрать необходимый цвет. Преимуществом ограниченных палитр является то, они что занимают гораздо меньше памяти, чем полные системы RGB и CMYK. Компьютер создаёт палитру цветов и присваивает каждому цвету номер от 1 до 256. Затем при сохранении цвета отдельного пиксела или объекта компьютер просто запоминает номер, который имел этот цвет в палитре. Для запоминания числа от 1 до 256 компьютеру необходимо всего 8 бит. Для сравнения полный цвет в системе RGB занимает 24 бита, а в системе CMYK - 32.
Список используемой литературы:
1.Компьютерная графика. Порев В.Н,
2.Основы компьютерной графики. Сергеев А. П., Кущенко С.В
3. Компьютерная графика. Динамика, реалистические изображения. Е.В.Шикин, А.В.Боресков
Компьютерная графика (11)Реферат >> Информатика
2 ВИДЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ Различают три вида компьютерной графики . Это растровая графика , векторная графика и фрактальная графика . Они отличаются... трехмерной системы координат. Каждая координата отражает вклад каждой составляющей в результирующий цвет в...
- частота RAMDAC 250 - 350 МГц;
- глубина цвета - 24/32 бит/пиксель;
Глубина Z-буфера 16-32 разрядов;
Интерфейс AGP 2X/4X;
- API - DirectX 6, DirectX 7, DirectX 8.
- наряду с универсальными API-интерфейсами, фирмами-разработчиками видеоадаптеров, разрабатываются специализированные API, которые позволяют расширить возможности формирования графического изображения.
Цвет в компьютерной графике
Цвет – прежде всего, характеризуется яркостью изображения, а значит светом. Свет может быть излучаемым т.е. выходящим из некоторого источника (солнце, электрический светильник или экран дисплея), и отраженным от поверхности объекта. Излучаемый свет может содержать все цвета (белый свет), любую их комбинацию или только один цвет. Свет может изменить свой цвет при отражении от объекта. Таким образом, цвет объекта определяется цветом падающего на него света и цветом, который объект отражает, т.е. отражающими свойствами объекта.
Цвет может формироваться в процессе излучения света и в процессе его отражения. Как следствие, существуют ряд методов описания и формирования цвета (так называемые системы цветов или цветовое пространство).
Наиболее часто в компьютерной графике и смежных областях применя-
ется система аддитивных цветов и система субтрактивных цветов .
Аддитивный цвет получается при сложении лучей света разных цветов. В этой системе отсутствие всех цветов соответствует черному цвету, а присутствие всех цветов – белому. Система аддитивных цветов (система RGB) применяется для описания излучаемого света, например, от экрана монитора. Как из-
вестно из физики, в данном случае используются три основных цвета: красный, зеленый, синий (R, G, B). Если смешать их в равной пропорции, они образуют белый цвет, а при смешивании в разных пропорциях – любой другой.
В системе субтрактивных цветов происходит обратный процесс. Какойлибо цвет получается путем вычитания некоторого цвета из общего светового потока. В этой системе белый цвет появляется в результате отсутствия всех цветов, а их присутствие дает черный цвет. Система субтрактивных цветов применяется при работе с отраженным светом, например, от бумаги (издательское дело, полиграфия, многоцветная печать). Белый фон отражает все цвета, фон произвольного цвета – некоторые поглощает, остальные отражает. В этой системе основными являются голубой (cyan), пурпурный (magenta) и желтый (yellow) цвета (CMY). Эти цвета противоположны красному, зеленому, синему (RGB). Когда эти цвета смешиваются на белом фоне в равной пропорции, теоретически получается черный цвет. В действительности, типографские краски и другие материалы поглощают цвет не полностью, что приводит к искажению цветопередачи. Поэтому к этим трем цветам добавляется немного черной (Black) краски. Система цветов, основанная на таком четырехцветном процессе, обозначается CMYK .
Форматы графических файлов
Формат – это способ организации данных в памяти компьютера, на внешнем носителе, в базе данных и т.д. Количество применяемых в настоящее время типов форматов очень велико; они обычно делятся на группы – текстовые, графические, баз данных, электронных таблиц, Windows, Unix. Множество форматов существует для хранения графической информации. Практически любое программное обеспечение для работы с компьютерной графикой, использует свой собственный формат файлов, хотя в последние годы многие раз-
работчики стараются поддерживать некоторые форматы, ставшие почти уни-
версальными (TIFF, PCX, BMP, JPEG и др.).
Графический формат – это формат, в котором данные, описывающие графическое изображение записаны в файле. Такие форматы используются для того, чтобы логично и эффективно организовывать, сохранять и восстанавливать графические данные. В соответствии с видами компьютерной графики, наиболее распространены в настоящее время растровые, векторные и метафайловый графические форматы. Существуют и другие типы форматов - форматы сцены, анимации, мультимедиа, гипертекстовые и гипермедиа, объемные (трехмерные), аудиоформаты, форматы шрифтов и др.
Растровые форматы используются для хранения растровых данных. Файлы этого типа содержат точную пиксельную карту изображения и хорошо подходят для хранения реальных изображений, например, фотографического. Программа визуализации воссоздает это изображение на отображающей поверхности устройства вывода. Растровое изображение легко обрабатывается и упаковывается, однако при растяжении и сжатии таких изображений возникают искажения. Печать растровых изображений может выполняться только на устройствах, которые поддерживают точечный вывод; в частности, плоттеры не поддерживают растровые форматы файлов. Перенос изображения на различные устройства вывода может создавать проблемы, связанные со сменой разрешения графического изображения.
Наиболее распространенные растровые форматы – это Microsoft BMP, PCX, TIFF, TGA, GIF, JPEG и др.
Векторные файлы содержат не пиксельные значения, а математические описания элементов изображения – линий, кривых, многоугольников, сплайнов, а также элементов, которые можно разложить на простые геометрические объекты. По математическим описаниям графических форм программа визуализации строит изображение. Векторные форматы получили широкое распространение в программах для САПР, так как позволяют легко манипулировать фраг-
ментами изображения, масштабировать их и т.п. Однако такие форматы не годятся для обработки фотографий или сканирования изображений.
Векторные файлы структурно более просты, чем большинство растровых файлов. Наиболее распространенными векторными форматами являются
AutoCAD DXF, Microsoft SYLK, WMF, EPS и др.
Метафайлы могут хранить и растровые, и векторные данные. Они напоминают файлы векторного формата, так как содержат средства для определения элементов векторных данных, но могут включать и растровое представление изображения. Метафайлы часто используются для транспортировки растровых и векторных данных и изображений между аппаратными и программными платформами. Наиболее распространенны метафайловые форматы COM, WPG, PICT.
Файлы формата сцены (файлы описания сцены) разработаны для хранения сжатого представления всего изображения (или сцены). Они близки к векторным файлам, однако в отличие от них содержат не описания частей изображения, а состоят из инструкций, позволяющих программе визуализации восстановить изображение целиком.
Форматы анимации появились сравнительно недавно. Простейшие из них хранят изображения целиком, позволяя быстро отображать их в цикле одно за другим. Более сложные форматы анимации хранят только различия между двумя последовательно отображаемыми изображениями (фреймами) и изменяют только те пиксели, которые меняются при отображении очередного фрейма. При видеоанимации для создания иллюзии плавного движения необходимо отображать не менее 25 фреймов в секунду. Примерами форматов анимации могут служить TDDD и TTDDD.
Мультимедиа-форматы предназначены для хранения данных различных типов в одном файле. Они обычно позволяют объединять графическую, звуковую и видеоинформацию. Примерами могут служить форматы RIFF фирмы
Microsoft, MPEG и FLI фирмы Autodesk.
Гипертекст – это система, обеспечивающая нелинейный доступ к информации, обычно текстовой. Термин гипермедиа обозначает синтез гипертекста и мультимедиа. Современные гипертекстовые языки и сетевые протоколы поддерживают самые разнообразные средства, включая текст и шрифты, неподвижную и динамическую графику, аудио- и видеоданные. Гипертекст обеспечивает создание структуры, которая позволяет организовывать мультимедиаданные, отображать их и интерактивно перемещаться по ним. Гипертекстовые и гипермедийные системы, например WWW, хранят информационные ресурсы в виде файлов GIF, JPEG, MPEG, AVI, PostScript и др.
Трехмерные форматы . В файлах такого формата хранится описание формы и цвета объемных моделей воображаемых и реальных объектов. Объемные модели обычно конструируются из многоугольников и гладких поверхностей с учетом описаний соответствующих элементов: цвет, текстура, оптические эффекты и т.п. На этой основе программа визуализации реконструирует объект. Модели помещаются в сцены с источниками света и камерами (т.е. указываются точки наблюдения), поэтому объекты в трехмерных файлах часто на-
зываются элементами сцены .
Визуализация трехмерных моделей осуществляется программами моделирования и анимации (например, 3DStudio фирмы Autodesk). Они позволяют корректировать внешний вид изображения, изменяя и дополняя систему освещения, текстуру элементов сцены и их относительное расположение, и обеспечивают моделирование движения. Трехмерные данные сейчас поддерживаются рядом форматов, которые ранее служили только для хранения двухмерных векторных данных, например, форматом DXF. Форматы такого типа иногда называют расширенными векторными форматами.
поток электромагнитных волн различной длины и амплитуды. Глаз человека, будучи сложной оптической системой, воспринимает эти волны в диапазоне длин приблизительно от 350 до 780 нм. Свет воспринимается либо непосредственно от источника, например, от осветительных приборов, либо как отраженный от поверхностей объектов или преломленный при прохождении сквозь прозрачные и полупрозрачные объекты. Цвет - это характеристика восприятия глазом электромагнитных волн разной длины, поскольку именно длина волны определяет для глаза видимый цвет. Амплитуда, определяющая энергию волны (пропорциональную квадрату амплитуды), отвечает за яркость цвета. Таким образом, само понятие цвета является особенностью человеческого "видения" окружающей среды.
Рис.
2.1.
На рис. 2.1 схематически изображен глаз человека. Фоторецепторы, расположенные на поверхности сетчатки, играют роль приемников света. Хрусталик - это своеобразная линза, формирующая изображение, а радужная оболочка исполняет роль диафрагмы, регулируя количество света, пропускаемого внутрь глаза. Чувствительные клетки глаза неодинаково реагируют на волны различной длины. Интенсивность света есть мера энергии света, воздействующего на глаз, а яркость - это мера восприятия глазом этого воздействия. Интегральная кривая спектральной чувствительности глаза приведена на рис. 2.2 ; это стандартная кривая Международной комиссии по освещению (МКО, или CIE - Comission International de l"Eclairage) .
Фоторецепторы подразделяются на два вида: палочки и колбочки. Палочки являются высокочувствительными элементами и работают в условиях слабого освещения. Они нечувствительны к длине волны и поэтому не "различают" цвета. Колбочки же, наоборот, обладают узкой спектральной кривой и "различают" цвета. Палочек существует только один тип, а колбочки подразделяются на три вида, каждый из которых чувствителен к определенному диапазону длин волн (длинные, средние или короткие.) Чувствительность их также различна.
На рис. 2.3 представлены кривые чувствительности колбочек для всех трех видов. Видно, что наибольшей чувствительностью обладают колбочки, воспринимающие цвета зеленого спектра, немного слабее - "красные" колбочки и существенно слабее - "синие".
Рис. 2.2.
Рис. 2.3.
Таким образом, если функция характеризует спектральное разложение светового излучения от некоторого источника (рис. 2.4), т. е. распределение интенсивности по длинам волн, то три типа колбочек будут посылать в мозг сигналы (красный, зеленый, синий), мощность которых определяется интегральными соотношениями
где
- функции чувствительности соответствующих типов колбочек.
Рис. 2.4.
Если воспринимаемый свет содержит все видимые длины волн в приблизительно равных количествах, то он называется ахроматическим и при максимальной интенсивности воспринимается как белый, а при более низких интенсивностях - как оттенки серого цвета. Интенсивность отраженного света удобно рассматривать в диапазоне от 0 до 1, и тогда нулевое значение будет соответствовать черному цвету. Если же свет содержит длины волн в неравных пропорциях, то он является хроматическим . Объект , отражающий свет, воспринимается как цветной, если он отражает или пропускает свет в узком диапазоне длин волн. Точно так же и источник света воспринимается как цветной, если он испускает волны в узком диапазоне длин. При освещении цветной поверхности цветным источником света могут получаться довольно разнообразные цветовые эффекты.
Понятие цвета
Цвет – чрезвычайно сложная проблема, как для физики, так и для физиологии, т.к. он имеет как психофизиологическую, так и физическую природу. Восприятие цвета зависит от физических свойств света, т. е. электромагнитной энергии, от его взаимодействия с физическими веществами, а также от их интерпретации зрительной системой человека. Другими словами, цвет предмета зависит не только от самого предмета, но также и от источника света, освещающего предмет, и от системы человеческого видения. Более того, одни предметы отражают свет (доска, бумага), а другие его пропускают (стекло, вода). Если поверхность, которая отражает только синий свет, освещается красным светом, она будет казаться черной. Аналогично, если источник зеленого света рассматривать через стекло, пропускающее только красный свет, он тоже покажется черным.
Самым простым является ахроматический цвет, т.е. такой, какой мы видим на экране черно–белого телевизора. При этом белыми выглядят объекты, ахроматически отражающие более 80% света белого источника, а черными – менее 3%. Единственным атрибутом такого цвета является интенсивность или количество. С интенсивностью можно сопоставить скалярную величину, определяя черное, как 0, а белое как 1.
Если воспринимаемый свет содержит длины волн в произвольных неравных количествах, то он называется хроматическим .
При субъективном описании такого цвета обычно используют три величины , такие как цветовой тон, насыщенность и яркость. Цветовой тон позволяет различать цвета, такие как красный, зеленый, желтый и т.д. (это основная цветовая характеристика). Насыщенность характеризует чистоту, т.е. степень ослабления (разбавления, осветления) данного цвета белым светом, и позволяет отличать розовый цвет от красного, изумрудный от ярко–зеленого и т. д. Другими словами, по насыщенности судят о том, насколько мягким или резким кажется цвет. Яркость отражает представление об интенсивности, как о факторе, не зависящем от цветового тона и насыщенности (интенсивность (мощность) цвета).
Обычно встречаются не чистые монохроматические цвета, а их смеси. В основе трехкомпонентной теории света лежит предположение о том, что в центральной части сетчатки глаза находятся три типа чувствительных к цвету колбочек. Первый воспринимает зеленый цвет, второй – красный, а третий – синий цвет. Относительная чувствительность глаза максимальна для зеленого цвета и минимальна для синего. Если на все три типа колбочек воздействует одинаковый уровень энергетической яркости, то свет кажется белым. Ощущение белого цвета можно получить, смешивая любые три цвета, если ни один из них не является линейной комбинацией двух других. Такие цвета называют основными .
Человеческий глаз способен различать около 350 000 различных цветов. Это число получено в результате многочисленных опытов. Четко различимы примерно 128 цветовых тонов. Если меняется только насыщенность, то зрительная система способна выделить уже не так много цветов: мы можем различить от 16 (для желтого) до 23 (для красного и фиолетового) таких цветов.
Таким образом, для характеристики цвета используются следующие атрибуты:
· Цветовой тон . Можно определить преобладающей длиной волны в спектре излучения. Позволяет различать цвета.
· Насыщенность или чистота тона. Выражается долей присутствия белого цвета. В идеально чистом цвете примесь белого отсутствует. Если, например, к чистому красному цвету добавить в определенной пропорции белый цвет, то получится светлый бледно-красный цвет.
· Яркость . Определяется энергией, интенсивностью светового излучения. Выражает количество воспринимаемого света.
Указанные три атрибута позволяют описать все цвета и оттенки. То, что атрибутов именно три, является одним из проявлений трёхмерности свойств цвета.
Большинство людей различают цвета, а те, кто занимается компьютерной графикой, должны четко чувствовать разницу не только в цветах, но и в тончайших оттенках. Это очень важно, так как именно цвет несет в себе большое количество информации, которая ничуть не уступает в важности ни форме, ни массе, ни другим параметрам, определяющим каждое тело.
Факторы, влияющие на внешний вид конкретного цвета:
§ источник света;
§ информация об окружающих предметах;
§ ваши глаза;
Правильно подобранные цвета могут, как привлечь внимание к желаемому изображению, так и оттолкнуть от него. Это объясняется тем, что в зависимости от того, какой цвет видит человек, у него возникают различные эмоции, которые подсознательно формируют первое впечатление от видимого объекта.
Цвет в компьютерной графике необходим в силу следующих причин:
§ он несет в себе определенную информацию об объектах. Например, летом деревья зеленые, осенью – желтые. На черно–белой фотографии определить пору года практически невозможно, если на это не указывают какие–либо другие дополнительные факты.
§ цвет необходим также для того, чтобы различать объекты.
§ с его помощью можно вывести одни части изображения на первый план, другие же увести в фон, то есть акцентировать внимание на важном – композиционном – центре.
§ без увеличения размера при помощи цвета можно передать некоторые детали изображения.
§ в двумерной графике, а именно таковую мы видим на мониторе, так как он не обладает третьим измерением, именно при помощи цвета, точнее оттенков, имитируется (передается) объем.
§ цвет используется для привлечения внимания зрителя, создания красочного и интересного изображения.
Любое компьютерное изображение характеризуется, кроме геометрических размеров и разрешения (количество точек на один дюйм), максимальным числом цветов, которые могут быть в нем использованы. Максимальное количество цветов, которое может быть использовано в изображении данного типа, называется глубиной цвета.
Кроме полноцветных, существуют типы изображений с различной глубиной цвета – черно–белые штриховые, в оттенках серого, с индексированным цветом. Некоторые типы изображений имеют одинаковую глубину цвета, но различаются по цветовой модели.
