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


• 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


• 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


• Наситеност=ED/EW

• Ако ED=EW – наситеността е 0

• Ако EW=0 – наситеността е 100%

Източник на бяла светлина Светлина с доминираща честота


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


• 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


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



• 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


• 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• 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)


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


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


(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)

(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


(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 цветове (RGB) Субтрактивни цветове (CMYK)




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



(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






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

redredredred

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


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• 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


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





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



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





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

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

blackblackblackblack



• 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



•Насищането се измерва по хоризонталната ос

120˚

0˚

V

S

H

1.0

0.0

240˚

yellowyellowyellowyellowgreengreengreengreen

cyancyancyancyanredredredred

magentamagentamagentamagentablueblueblueblue



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

ValueSaturation

Hue


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


redredredred

Education

Computer Graphics Colors