Computer Graphics Colors

Компютърна графикаКомпютърна графика

Създаване на реалистични Създаване на реалистични тримерни изображения – тримерни изображения –

цветови моделицветови модели

доц. М. Иванова

Технически университет - София

Цветови модели

• В компютърната графика се използват няколко цветови модели, тъй като няма един, който да отразява всички характеристики на цвета

• Цветови модел – метод за изразяване свойствата на цветовете в определен контекст

Цветови модели

• Светлината възприемана от човешкото око е под формата на електромагнитни вълни в тесен честотен спектър 400 nm-700nm:– Червен цвят = 7.5 x 1014 Hz (700nm)– Виолетов цвят = 4.3 x 1014 Hz (400nm)

Цветови модели• Светлинните източници излъчват всички

честоти от видимия спектър, затова идващата светлина се възприема като бяла

• Комбинацията от отразените честоти се възприема като цвят на обекта

• Честотите не са с еднакъв интензитет• Честотата с максимален интензитет –

доминираща честота и определя цвета

Цветови модели

• Други характеристики на цвета:– Яркост – свързва се с интензивността на

светлината– Наситеност – израз на чистотата на светлината,

зависи от отношението между доминиращата и останалите честоти

Цветови модели

• Наситеност=ED/EW

• Ако ED=EW – наситеността е 0

• Ако EW=0 – наситеността е 100%

Източник на бяла светлина Светлина с доминираща честота

Цветови модели

• Два цвята, които при комбинация, генерират бяла светлина, се наричат противоположни или допълващи се

Цветови модели

• Цветовите модели използват три цвята, наречени основни, при комбинирането на които се получава цветовата палитра на модела

• Съществува международен стандарт (CIE), използващ три основни абстрактни цвята X, Y, Z, чрез които се представят останалите цветове:x=x/(x+y+z); y=y/(x+y+z); z=z/(x+y+z);

• CIE (Commission Internationale d’Eclairage) стандарт

x ~ Ry ~ Gz ~ B

Цветови модели

10

• Международна стандартна цветова диаграма

x + y + z = 1

x = X / ( X + Y + Z )y = Y / ( X + Y + Z )z = Z / ( X + Y + Z )

z

y

x

Цветови модели

Цветови модели

• x+y+z=1 – това дава възможност всички цветове да бъдат представени в стандартна двумерна цветова диаграма

С

Точката С – стандартна апроксимирана слънчева светлина

Цветови модели• Определяне на доминиращата честота и наситеността

С

С1

С2

Изчисляване на доминираща честота и наситеността:-Доминираща честота – определя се в точката С2-Наситеност = СС1/СС2

Цветови модели

• Представяне на допълващите се цветове

С

С1

С2

•Допълващите се цветове лежат върху правата С1СС2•Бяла светлина=СС1/СС2

Цветови модели• Определяне на доминиращата честота за “неспектрални” цветове

•Неспектрални цветове – не може да бъде определена доминираща честота•Такъв е цветът в точка С1•Тогава за доминираща честота се приема С2, наречена допълваща доминираща честота

С

С1

С2

Неспектрален модел

Цветови модели

Цветови модели• Определяне на цветовете, които могат да бъдат получени при

използване на два или три основни цвята

•При два основни цвята С1 и С2 – получават се цветовете лежащи върху правата С1С2•При три основни цвята С3С4С5 - получават се цветовете лежащи вътре в триъгълника С3С4С5•Не съществуват три основни цвята за получаване на всички останалиС3

С1С2

С4

С5

Цветови модели• Цветовите модели се разделят на:

– Aпаратно ориентирани• RGB (red green blue)• CMY (cyan magenta yellow)

– Потребителски ориентирани• HSV (hue saturation value)• HLS (hue lightness saturation)

Цветови модели

А. Спектър на електромагнитните вълни В. Спектрална декомпозиция

А. Око В. Ретина С. Възприемане на

светлината

• RGB (red green blue) модел

• Три типа колбички:– L или R, чувствителни към червена светлина (610 nm) – M или G, чувствителни към зелена светлина (560 nm)– S или B, чувствителни към синя светлина (430 nm)

– Цветната слепота е резултат от липсващ тип колбички

Цветови модели• RGB (red green blue) модел

• Рецептори за цвят в окото

600550450 500 650400 700Wavelength λ (nm)

Rela

tive

sens

itivi

ty

0.0

1.0

Цветови модели

Адитивни основни цветове: (r,g,b) – производните цветове се получават чрез сумиранеАдитивни основни цветове: (r,g,b) – производните цветове се получават чрез сумиране

(0,1,0)(0,1,0)(1,0,0)(1,0,0)

(1,1,0)(1,1,0)

greengreengreengreenredredredred

yellowyellowyellowyellow

Цветови модели

(0,1,0)(0,1,0)greengreengreengreen

(0,1,1)(0,1,1)cyancyancyancyan

(0,0,1 )(0,0,1 )blueblueblueblue

Адитивни основни цветове: (r,g,b) – производните цветове се получават чрез сумиранеАдитивни основни цветове: (r,g,b) – производните цветове се получават чрез сумиране

Цветови модели

(1,0,1)(1,0,1)

(0,0,1 )(0,0,1 )

(1,0,0)(1,0,0)

magentamagentamagentamagenta

blueblueblueblue

redredredredАдитивни основни цветове: (r,g,b) – производните цветове се получават чрез сумиранеАдитивни основни цветове: (r,g,b) – производните цветове се получават чрез сумиране

Цветови модели

(1,0,1)(1,0,1)

(0,0,1 )(0,0,1 )

(0,1,0)(0,1,0)

(0,1,1)(0,1,1)

(1,0,0)(1,0,0)

(1,1,0)(1,1,0)

magentamagentamagentamagenta

blueblueblueblue

cyancyancyancyan

greengreengreengreenredredredred

yellowyellowyellowyellow

whitewhitewhitewhite(1,1,1)(1,1,1)

Адитивни основни цветове: (r,g,b) – производните цветове се получават чрез сумиранеАдитивни основни цветове: (r,g,b) – производните цветове се получават чрез сумиране

Цветови модели

Адитивни цветове (RGB) Субтрактивни цветове (CMYK)

Цветови модели

Цветови модели• RGB (red green blue) модел

(0,0,1 )(0,0,1 )blueblueblueblue

(1,0,1)(1,0,1)magentamagentamagentamagenta

(0,1,1)(0,1,1)cyancyancyancyan

(0,1,0)(0,1,0)greengreengreengreen

(1,1,0)(1,1,0)

yellowyellowyellowyellow(1,0,0)(1,0,0)

redredredred

whitewhitewhitewhite(1,1,1)(1,1,1)

(0,0,0)(0,0,0)blackblackblackblack

graygraygraygray

Цветови модели• RGB (red green blue) модел

(0,0,1 )(0,0,1 )blueblueblueblue

(1,0,1)(1,0,1)magentamagentamagentamagenta

(0,1,1)(0,1,1)cyancyancyancyan

(0,1,0)(0,1,0)greengreengreengreen

(1,1,0)(1,1,0)yellowyellowyellowyellow(1,0,0)(1,0,0)

redredredred

(1,1,1)(1,1,1)whitewhitewhitewhite

Цветови модели• RGB (red green blue) модел

Допълващи се цветове – добавяне на сиво

(0,0,1 )(0,0,1 ) (0,0,1 )(0,0,1 )blueblueblueblue

magentamagentamagentamagenta(0,1,1)(0,1,1)

cyancyancyancyan

(1,1,1)(1,1,1)whitewhitewhitewhite(1,0,1)(1,0,1)

(0,1,0)(0,1,0)(0,1,0)(0,1,0)greengreengreengreen

((1,1,01,1,0))yellowyellowyellowyellow(1,0,0)(1,0,0)redredredred

Цветови модели• RGB (red green blue) модел

Цветови модели• RGB (red green blue) модел

Цветови модели• CMY (cyan magenta yellow – синьо-зелен

пурпурен жълт) модел

• Използва се за процеси, при които се описват цветовите аспекти на отразената светлина

• Процесът е субтрактивен

• Превръщането от RGB в CMY се извършва, като от белия цвят се извади съответния основен цвят:

• Това е полезно, например при лазерните принтери– Ако се постави цвят cyan върху страницата, то

цветът cyan напълно ще се отразява, а червеният цвят ще се поглъща

B

G

R

Y

M

C

1

1

1

Цветови модели• CMY (cyan magenta yellow – синьо-зелен пурпурен жълт) модел

(1,1,0)(1,1,0)(1,1,0)(1,1,0)yellowyellowyellowyellow

(1,0,1)(1,0,1)(1,0,1)(1,0,1)magentamagentamagentamagenta

(1,0,0)(1,0,0)(1,0,0)(1,0,0)redredredredblackblackblackblack

Цветови модели• CMY (cyan magenta yellow – синьо-зелен пурпурен жълт) модел

(1,1,0)(1,1,0)yellowyellowyellowyellow

(0,1,0)(0,1,0)greengreengreengreen

(0,1,1)(0,1,1)cyancyancyancyan

Цветови модели• CMY (cyan magenta yellow – синьо-зелен пурпурен жълт) модел

(1,0,1)(1,0,1)magentamagentamagentamagenta

(0,0,1 )(0,0,1 )bbllueuebbllueue

(0,1,1)(0,1,1)cyancyancyancyan

Цветови модели• CMY (cyan magenta yellow – синьо-зелен пурпурен жълт) модел

(1,1,0)(1,1,0)yellowyellowyellowyellow

(0,1,0)(0,1,0)greengreengreengreen

(0,1,1)(0,1,1)cyancyancyancyan

(0,0,1 )(0,0,1 )blueblueblueblue

(1,0,1)(1,0,1)magentamagentamagentamagenta

(1,0,0)(1,0,0)redredredred

blackblackblackblack(0,0,0)(0,0,0)

blackblackblackblack

Цветови модели• CMY (cyan magenta yellow – синьо-зелен пурпурен жълт) модел

Цветови модели• CMY (cyan magenta yellow – синьо-зелен пурпурен жълт) модел

• Потребителски ориентиран модел (интуитивен)

• Цветовете се получават като към доминиращия цвят се добавя бяло или черно

Цветови модели• HSV (hue saturation value – цветови тон насищане яркост) модел

Цветови модели• HSV (hue saturation value – цветови тон насищане яркост) модел

Цветови модели• HSV (hue saturation value – цветови тон насищане яркост) модел

•Насищането се измерва по хоризонталната ос

120˚

0˚

V

S

H

1.0

0.0

240˚

yellowyellowyellowyellowgreengreengreengreen

cyancyancyancyanredredredred

magentamagentamagentamagentablueblueblueblue

blackblackblackblack

Цветови модели• HSV (hue saturation value – цветови тон насищане яркост) модел

– H = Hue– S = Saturation– V = Value (or brightness)

ValueSaturation

Hue

Цветови модели• HSV (hue saturation value – цветови тон насищане яркост) модел

Цветови модели• HLS (hue lightness saturation – цветови тон светлост насищане) модел – двоен конус

•Светлостта се изменя от 0 до 1•Чисти цветове се получават при L=0,5

1.0

S

L

0˚

0.0

H

whitewhitewhitewhite

blackblackblackblack

redredredred