2. Введение в компьютерную графику - Основы оптики, цветовые модели

Глаз человека — орган чувств, основной деятельностью которого является зрение. Но как все это работает? Как мы видим то, что находится перед нами? Конечно, главную роль играет свет. Поперечный разрез человеческого глаза

На картинке мы видим человеческий глаз. Свет проходит через роговицу и попадает на хрусталик через зрачок. Важно знать, что хрусталик использует мышцы для расширения и сокращения, тем самым регулируя количество света, попадающего на сетчатку. Цифровые камеры делают то же самое, но об этом мы поговорим в другой раз. Перевернутое изображение попадает на сетчатку.

Линза также обеспечивает четкое видение как близких, так и удаленных объектов. Регулировка фокусного расстояния называется аккомодацией. Эта способность ослабевает с возрастом.

Но свет на сетчатке сам по себе не может ничего доказать. Мы получили результирующее изображение, но мы его не видим. Для обработки используются сложные химические реакции на световых рецепторах. Рецепторы света — это клетки, и мы делим их на два типа:

В человеческом глазу около 7,5 миллионов колбочек, и они являются основой цветового зрения. Палочек насчитывается около 120 миллионов, и прежде всего они позволяют нам видеть в темноте. Они в 10 раз более чувствительны, чем суппозитории. Они реагируют даже на очень небольшие изменения освещения.

Существует три типа суппозиториев. С большим отрывом: один синий, второй зеленый, третий красный (обратите внимание на модель RGB, об этом позже). Палочки не различают цвета.

Определение света (согласно волновой оптике) — «электромагнитное излучение видимой длины волны». Свет, к которому чувствителен человеческий глаз, имеет длину волны 400-800 нм (нанометров). Белый свет представляет собой смесь всех длин волн видимого спектра. Самое интересное, что снег на самом деле не белый. Можете ли вы догадаться, почему в комментариях?

Поверхность, отражающая менее 10% света, кажется нам черной. Большинство из вас это знают, но для тех из вас, кто не знает: видимый свет — не единственный свет (даже не большинство)! Мы также различаем радиоволны, микроволновое излучение, инфракрасный свет, видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Световой спектр

Хотя большинство людей этого не осознают, цвет не является свойством самих объектов. Все это происходит только в человеческом мозгу. Итак, вы можете себе представить, как на самом деле выглядит мир? То, какой цвет мы видим, зависит от нескольких переменных: самого объекта, качества света, состояния адаптации нашего зрительного аппарата, даже знаний о воспринимаемом объекте.

Почему эти знания важны для создания компьютерной графики? Например, в вопросе разрешения при печати рекламного щита. Или баланс белого при съемке. Или цветная репродукция в книге. Причин много, и я думаю, что художник-график ничего не потеряет, прочитав даже тысячу слов.

Я бы еще добавил, что классификация цветов, используемая в компьютерной графике, тоже основана на восприятии света человеческим глазом, но об этом позже. == Перцептивные свойства света

На протяжении всей истории человечества люди пытались классифицировать цвета по разным цветовым моделям. Они разработали их в соответствии с факторами: оттенок, яркость и насыщенность.

Оттенок — это свойство света, которое позволяет нам отличать один цвет от другого. Они могут смешиваться, создавая так называемые переходы.

Яркость или светлота — это простой диапазон цветов от черного до белого. Черный и белый считаются нейтральными цветами.

Насыщенность (saturation, или цветность) — это шкала от серого до чистого оттенка при постоянном значении яркости. Круг Манселла

Всего на цветовом круге Манселла десять цветных секторов. Существует пять основных цветов (красный, желтый, зеленый, синий и фиолетовый), среди которых есть еще пять составных цветов. Например, красный обозначается R, фиолетовый P. Между ними находится цвет RP.

Модель RGB(A), вероятно, является самой распространенной моделью в компьютерной графике. Его основные цвета — красный (red — R), зеленый (green — G) и синий (blue — B).

Основное свойство модели RGB(A) (и то, что отличает ее от модели CMYK) заключается в том, что цвета добавляются друг к другу при смешивании (поэтому она является аддитивной). Благодаря этому они создают свет нарастающей интенсивности. Следовательно, результирующая сумма всех цветов — белый.

Устройства, излучающие свет, используют эту цветовую модель. Например, мониторы, проекторы данных и т. д.

Если вы внимательно посмотрите на ЖК-монитор, то увидите «кубики», составленные из красных, зеленых и синих прямоугольников. Эти кубики — просто пиксели, их истинная форма. Пристальный взгляд на пиксели

Цвета в модели RGB(A) могут быть выражены в десятичной системе как числа от нуля до 255 или в шестнадцатеричной системе как числа от нуля до FF (т.е. всегда до 255). Таким образом, вы обычно можете видеть rgb(0,255,255) или #00FFFF в файлах CSS.

Тем не менее, я также включаю букву A в скобки для названия модели. Что это значит? Это альфа-канал, поэтому прозрачность. В CSS мы можем записать это так: rgba(0, 255, 255, 0.5), т.е. как четвертый параметр. Но обычно он имеет одинаковое значение 0-255. RGBA не является отдельной моделью!

Как я упоминал выше, модель CMY(K) противоположна модели RGB, которая является аддитивной (добавляются цвета). CMY(K) является субтрактивным, поэтому цвета вычитаются. В конечном счете, смесь всех цветов — черный. Модель в основном используется для печати.

CMYK использует голубой (cyan — C), пурпурный (magenta — M) и желтый (yellow — Y) цвета в качестве основных. Для экономии тонера (и для приятного черного цвета) также подмешивается черный (key - K).

Вероятно, они ближе всего к нашему интуитивному восприятию цветов. Они позволяют изменять отдельные цветовые характеристики, не затрагивая другие. Буквы в названии обозначают оттенок (hue — H), насыщенность (saturation — S) и значение (value — V), которое на самом деле является яркостью. Иногда мы встречаем букву Б (brightness — яркость). Принцип модели HSV

В модели HSL это оттенок (hue — H), насыщенность (saturation — S) и светлота (lightness – L). Модель предполагает, что наше интуитивное восприятие цвета не может различать отдельные цвета, если он слишком темный или слишком светлый.