Часть III / Лекция 26. Модели цвета

Объект кажется нам цветным, если он отражает и пропускает свет в узком диапазоне длин волн и поглощает все остальные длины волн. Параметры цвета: тон, насыщенность, светлость.

Тон определяет различие цветов и связан с длиной волны l (рис. 26.1).

Насыщенность есть степень ослабленности данного цвета белым цветом (рис. 26.2).

Системы смешения цветов

RGB (красный, зеленый, синий — основные цвета) — аддитивная система (рис. 26.3), используется в излучающих поверхностях (светящиеся материалы, экраны мониторов). Белый цвет в этой системе является «абсолютно грязным цветом», так как он получается смешением красного, зеленого и синего цветов.

При смешении основных цветов системы RGB могут получаться дополнительные, например: зеленый + синий = голубой, зеленый + красный = желтый... Также нужно иметь в виду, что, например, полученный голубой цвет будет дополнительным к основному красному, и при этом голубой + красный = белый. Отсуда вытекает общая формула: <дополнительный цвет> + <основной цвет> = белый (справедливо и такое равенство: белый - <дополнительный цвет> = <основной цвет>).

CMY (голубой, пурпурный, желтый) — субтрактивная система, используется в отражающих поверхностях. Дополнительный цвет из субтрактивной системы есть основной цвет из аддитивной системы и наоборот.

Две системы взаимнооднозначны: голубой — красный, желтый — синий, пурпурный — зеленый. Цвета каждой пары взаимно дополняют друг друга. Это означает, что, скажем, пурпурный фильтр пропустит все цвета, кроме зеленого, желтый фильтр пропустит любой цвет, кроме синего и т. д. Как и в RGB-системе, справедлива формула: <дополнительный цвет> + <основной цвет> = белый.

Основные цвета и аддитивной, и субтрактивной системы можно получить, имея соответствующий набор светофильтров (рис. 26.5).

Любой цвет можно представить тройками чисел вида: (r, g, b); r, g и b характеризуют относительное количество потоков красного, зеленого и синего цветов и могут принимать любое значение в диапазоне от нуля до единицы.

На графике тройки чисел (r, g, b) являются координатами вектора, проведенного из начала координат:

Проецируя единичную плоскость, мы получим цветовой график (рис. 26.7). r' = r/(r + g + b), g' = g/(r + g + b), b' = b/(r + g + b), где r', g', b' — относительные веса компонент RGB. Следовательно, r' + g' + b' = 1 и b' = 1 - r' - g'; таким образом, с учетом двумерности и неодинаковой чувствительности в координатах XY, компоненту b' можно трактовать как яркость (интенсивность).

На рис. 26.8 изображен график МКО (МКО — Международная комиссия по освещению), на котором любой цвет, видимый глазом, кодируется как точка, лежащая внутри контура (100% чистые цвета лежат на контуре). Хотя этот график имеет необычную форму, им очень удобно пользоваться при практических рассчетах.

Числа x и y дают относительное количество трех основных цветов, а третьей координатой дополнительно может быть задана интенсивность (см. формулы выше). D — это опорный белый цвет для экрана монитора. Стопроцентно чистые цвета лежат на контуре графика. Опорный белый цвет имеет 0% чистоты, то есть полностью разбавлен. Найти чистоту цветов означает найти отношение а/(а + b), где а — расстояние от белого до цвета, b — от цвета до контура.

Чтобы получить дополнительный цвет для основного, необходимо от основного цвета через опорный белый цвет провести прямую до пересечения с противоположной стороной фигуры.

Смешение цветов

Пусть имееется два цвета: c₁(x₁, y₁, Y₁) и c₂(x₂, y₂, Y₂), где x₁, y₁ — координаты первого цвета на графике МКО, x₂, y₂ — координаты второго цвета на графике МКО, Y₁, Y₂ — интенсивность. Требуется смешать c₁ и c₂ и получить цвет c₁₂(x₁₂, y₁₂, Y₁₂). С этой целью используются следующие формулы:
x₁₂ = (x₁ * Y₁/y₁ + x₂ * Y₂/y₂ )/(Y₁/y₁ + Y₂/y₂ ),
y₁₂ = (y₁ * Y₁/y₁ + y₂ * Y₂/y₂ )/(Y₁/y₁ + Y₂/y₂ ),
Y₁₂ = Y₁ + Y₂.

Пример: необходимо смешать три цвета c₁(0.1, 0.3, 10), c₂(0.35, 0.2, 10) и c₃(0.2, 0.5, 10) (рис. 26.9).

Вначале смешиваем c₁ и c₂: с помощью формул находим x₁₂, y₁₂, Y₁₂ — получаем c₁₂(0.25, 0.24, 20). Далее смешиваем c₁₂ и c₃ и получаем окончательно цвет c₁₂₃(0.24, 0.29, 30).

На рис. 26.10 представлены характеристики некоторых светоматериалов (фотопленка, видеопленка и т. д.). Из этого рисунка хорошо видно, что разного рода технические средства искажают (срезают) видимую часть спектра.