Способы описания цвета

В компьютерной графике применяют понятие цветового разрешения (другое назва-

ние — глубина цвета). Оно определяет метод кодирования цветовой информации

и ее воспроизведения на экране монитора. Для отображения черно-белого изобра-

жения достаточно двух бит (белый и черный цвета). Восьмиразрядное кодирование

озволяет отобразить 256 градаций цветового тона. Два байта (16 бит) определяют

5 536 оттенков (такой режим называют High Color). При 24-разрядном способе

кодирования возможно определить более 16,5 миллионов цветов (режим называют

True Color).

15.2. Представление графических данных ____ __________ 413

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 суб-трактивным 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 Грассмана 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:

Таким образом, прямоугольная трехмерная координатная система цветового про­странства для аддитивного способа формирования изображения имеет точку начала координат, соответствующую абсолютно черному цвету (цветовое излучение отсут­ствует), и трд оси координат, соответствующих основным цветам. Любой цвет (С) может быть выражен в цветовом пространстве вектором, который описывается уравнением:

C_n=R_nR₊G_nG₊B_nB;

которое практически идентично уравнению свободного вектора в пространстве, рассматриваемому в векторной алгебре. Направление вектора характеризует цвет­ность, а его модуль выражает яркость.

Так как величина излучения основных цветов является основой цветовой модели, ее максимальное значение принято считать за единицу. Тогда в трехмерном цветовом

Глава 15. Введение в компьютерную графику

пространстве можно построить плоскость единичных цветов, образованную треу­гольником цветности. Каждой точке плоскости единичных цветов соответствует след цветового вектора, пронизывающего ее в этой точке. Следовательно, цвет­ность любого излучения может быть представлена единственной точкой внутри треугольника цветности, в вершинах которого находятся точки основных цветов. То есть положение точки любого цвета можно задать двумя координатами, а третья легко находится по двум другим.

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.

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,

15.2. Представление графических данных

так и субтрактивных источников цвета. Для аддитивных источников цветовой охват выражается треугольником с координатами вершин, соответствующими излуче­нию основных цветов R, G, В.

Для субтрактивных источников (полученных в процессе печати красками, черни­лами, красителями) используется модель CMYK, поэтому цветовой охват описы­вается шестиугольником, когда помимо точек синтеза основной триады (желтая, пурпурная, голубая) добавляются точки попарных наложений, соответствующие основным цветам: желтая + голубая = зеленая, желтая + пурпурная = красная, голу­бая + пурпурная = синяя.