ICH. Farbsysteme in der Computergrafik

1. Grundkonzepte der Computergrafik…………………2 S.

2. Farbe und Farbmodelle……………………………………...4 S.

3. RGB-Farbmodell…………………………………………5 Seiten.

4..HSB- und HSL-Farbsysteme…………………………………..6 S.

5. HSB-Farbmodell…………………………………………7 Seiten.

6. CIE Lab-Farbmodell……………………………………..8 Seiten.

7. CMYK-Farbmodell, Farbseparation…………………….. 8 Seiten.

II. Praktischer Teil

1.Praktische Frage (Erstellen einer Zeichnung in CorelDRAW)

Liste der verwendeten Literatur…………………….............11S.

Grundbegriffe der Computergrafik

In der Computergrafik ist das Konzept der Auflösung tendenziell am verwirrendsten, da wir mit mehreren Eigenschaften verschiedener Objekte gleichzeitig umgehen müssen. Es muss klar zwischen Bildschirmauflösung, Druckgeräteauflösung und Bildauflösung unterschieden werden. Alle diese Konzepte beziehen sich auf unterschiedliche Objekte. Diese Arten von Auflösungen stehen in keinem Zusammenhang miteinander, bis Sie wissen müssen, welche physische Größe das Bild auf dem Monitor, der Ausdruck auf Papier oder die Datei auf der Festplatte haben wird.

Die Bildschirmauflösung ist eine Eigenschaft des Computersystems (abhängig vom Monitor und der Grafikkarte) und des Betriebssystems (abhängig von den Windows-Einstellungen). Die Bildschirmauflösung wird in Pixel (Punkten) gemessen und bestimmt die Größe des Bildes, das vollständig auf den Bildschirm passt.
Die Druckerauflösung ist eine Eigenschaft des Druckers, die die Anzahl der einzelnen Punkte ausdrückt, die in einer Flächeneinheitslänge gedruckt werden können. Sie wird in der Einheit dpi (Punkte pro Zoll) gemessen und bestimmt die Größe eines Bildes bei einer bestimmten Qualität oder umgekehrt die Qualität eines Bildes bei einer bestimmten Größe.

Die Bildauflösung ist eine Eigenschaft des Bildes selbst. Es wird auch in Punkten pro Zoll (dpi) gemessen und beim Erstellen eines Bildes in einem Grafikeditor oder bei Verwendung eines Scanners eingestellt. Um ein Bild auf dem Bildschirm anzuzeigen, reicht eine Auflösung von 72 dpi und zum Drucken auf einem Drucker mindestens 300 dpi aus. Der Bildauflösungswert wird in der Bilddatei gespeichert.

Die physikalische Größe des Bildes bestimmt die Größe des Bildes vertikal (Höhe) und horizontal (Breite) und kann sowohl in Pixeln als auch in Längeneinheiten (Millimeter, Zentimeter, Zoll) gemessen werden. Es wird beim Erstellen des Bildes festgelegt und mit der Datei gespeichert. Wenn ein Bild für die Anzeige auf einem Bildschirm vorbereitet wird, werden seine Breite und Höhe in Pixel angegeben, um zu wissen, wie viel Platz es auf dem Bildschirm einnimmt. Wenn ein Bild für den Druck vorbereitet wird, wird seine Größe in Längeneinheiten angegeben, um zu wissen, wie viel Platz es auf dem Blatt Papier einnimmt.
Körperliche Größe und Bildauflösung sind untrennbar miteinander verbunden. Wenn Sie die Auflösung ändern, ändert sich automatisch die physische Größe.

Bei der Arbeit mit Farbe werden die folgenden Konzepte verwendet: Farbtiefe (auch Farbauflösung genannt) und Farbmodell.
Zur Kodierung der Farbe eines Bildpixels kann eine unterschiedliche Anzahl von Bits zugewiesen werden. Dadurch wird bestimmt, wie viele Farben gleichzeitig auf dem Bildschirm dargestellt werden können. Je länger der binäre Farbcode ist, desto mehr Farben können in einem Design verwendet werden.

Die Farbtiefe ist die Anzahl der Bits, die zum Kodieren der Farbe eines Pixels verwendet werden. Um ein zweifarbiges Bild (Schwarzweiß) zu kodieren, reicht es aus, ein Bit zur Darstellung der Farbe jedes Pixels zuzuweisen. Durch die Zuweisung eines Bytes können Sie 256 verschiedene Farben kodieren. Mit zwei Bytes (16 Bit) können Sie 65536 verschiedene Farben definieren. Dieser Modus wird High Color genannt. Wenn drei Bytes (24 Bit) zur Farbkodierung verwendet werden, können 16,5 Millionen Farben gleichzeitig angezeigt werden. Dieser Modus wird True Color genannt. Die Größe der Datei, in der das Bild gespeichert wird, hängt von der Farbtiefe ab.

Farben in der Natur sind selten einfach. Die meisten Farbtöne entstehen durch Mischen von Primärfarben. Die Methode, einen Farbton in seine Bestandteile zu zerlegen, wird als Farbe bezeichnet Modell. Es gibt viele verschiedene Arten von Farbmodellen, Computergrafiken verwenden jedoch normalerweise nicht mehr als drei. Diese Modelle sind unter den Namen RGB, CMYK, HSB bekannt.

Farbe und Farbmodelle.

Farbe ist additiv und subtraktiv.

Additive Farbe entsteht durch die Kombination von Licht verschiedener Farben. In diesem Schema repräsentiert das Fehlen aller Farben die Farbe Schwarz und das Vorhandensein aller Farben die Farbe Weiß. Ein additives Farbschema funktioniert mit emittiertem Licht, beispielsweise einem Computermonitor.

Bei der subtraktiven Farbgebung erfolgt der umgekehrte Vorgang. Hier erhält man eine Farbe durch Subtraktion anderer Farben vom gesamten Lichtstrahl. In diesem Schema erscheint Weiß als Ergebnis der Abwesenheit aller Farben, während ihre Anwesenheit Schwarz erzeugt. Die subtraktive Farbgebung funktioniert mit reflektiertem Licht.

In der Computergrafik wird das Konzept der Farbauflösung verwendet (ein anderer Name ist Farbtiefe). Es definiert eine Methode zum Kodieren von Farbinformationen für die Anzeige auf einem Monitorbildschirm. Um ein Schwarz-Weiß-Bild anzuzeigen, genügen zwei Bits (Weiß und Schwarz). Mit der 8-Bit-Kodierung können Sie 256 Farbabstufungen anzeigen. Zwei Bytes (16 Bit) definieren 65.536 Farbtöne (dieser Modus wird High Color genannt). Mit einer 24-Bit-Kodierungsmethode ist es möglich, mehr als 16,5 Millionen Farben zu definieren (der Modus wird aufgerufen). Aus praktischer Sicht kommt die Farbauflösung eines Monitors dem Konzept des Farbraums nahe. Damit ist der Bereich gemeint von Farben, die mit dem einen oder anderen Ausgabegerät (Monitor, Drucker, Druckmaschine usw.) wiedergegeben werden können. Nach den Prinzipien der Bilderzeugung mit additiven oder subtraktiven Verfahren wurden Methoden entwickelt, um einen Farbton in seine Bestandteile zu zerlegen , sogenannte Farbmodelle, sind die RGB- und HSB-Modelle (zur Erstellung und Verarbeitung additiver Bilder) und CMYK (werden hauptsächlich zum Drucken einer Kopie eines Bildes auf Druckgeräten verwendet). dimensionales Koordinatensystem, das einen Farbraum bildet, da aus den Grossmanschen Gesetzen folgt, dass Farbe durch einen Punkt im dreidimensionalen Raum ausgedrückt werden kann.

Grassmanns erstes Gesetz (Gesetz der Dreidimensionalität). Jede Farbe kann durch drei Komponenten eindeutig ausgedrückt werden, wenn sie linear unabhängig sind. Lineare Unabhängigkeit ist die Unmöglichkeit, eine dieser drei Farben durch Addition der beiden anderen zu erhalten.

Zweites Grassmannsches Gesetz (Kontinuitätsgesetz). Bei einer kontinuierlichen Strahlungsänderung ändert sich auch die Farbe der Mischung kontinuierlich. Es gibt keine Farbe, die nicht unendlich nah aneinander angepasst werden kann.

Das dritte Gesetz von Grassmann (Gesetz der Additivität). Die Farbe eines Strahlungsgemisches hängt nur von seiner Farbe ab, nicht jedoch von seiner spektralen Zusammensetzung. Das heißt, die Farbe (C) der Mischung wird durch die Summe der Farbgleichungen der Strahlung ausgedrückt:

Csum=(R1+R2+…+Rn)R+(G1+G2+…+Gn)G+ (B1+B2+…+Bn)B.

RGB-Farbmodell

Ein Computermonitor erzeugt Farben direkt durch die Emission von Licht und verwendet das RGB-Farbschema.

Das RGB-Farbmodell ist additiv, das heißt, jede Farbe ist eine Kombination in unterschiedlichen Anteilen von drei Primärfarben – Rot (Rot), Grün (Grün), Blau (Blau). Es dient als Grundlage für die Erstellung und Bearbeitung von Computergrafiken zur elektronischen Wiedergabe (auf einem Monitor, Fernseher). Wenn Sie den Monitorbildschirm aus nächster Nähe betrachten, werden Sie feststellen, dass er aus winzigen Punkten in den Farben Rot, Grün und Blau besteht. Der Computer kann die Lichtmenge steuern, die durch jeden farbigen Punkt emittiert wird, und durch die Kombination verschiedener Kombinationen beliebiger Farben jede beliebige Farbe erzeugen. Wenn eine Komponente der Primärfarbe eine andere überlagert, erhöht sich die Helligkeit der Gesamtstrahlung. Die Kombination der drei Komponenten ergibt eine unbunte graue Farbe, die sich mit zunehmender Helligkeit dem Weiß annähert. Bei 256 abgestuften Tonstufen entspricht Schwarz Null-RGB-Werten und Weiß Maximalwerten mit Koordinaten (255,255,255).

Aufgrund der Beschaffenheit von Computermonitoren ist das RGB-Schema das beliebteste und am weitesten verbreitete Schema, hat jedoch einen Nachteil: Computerzeichnungen müssen nicht immer nur auf dem Monitor vorhanden sein, manchmal müssen sie ausgedruckt werden, dann ist es notwendig Verwenden Sie ein anderes Farbsystem – CMYK.

HSB- und HSL-Farbsysteme

Die Farbsysteme HSB und HSL basieren auf Einschränkungen durch die Hardware. Das HSB-System beschreibt Farben anhand von Farbton, Sättigung und Helligkeit. Ein weiteres HSL-System stellt Farbton, Sättigung und Helligkeit ein. Ton ist ein bestimmter Farbton. Die Sättigung einer Farbe beschreibt ihre relative Intensität oder Häufigkeit. Helligkeit oder Beleuchtungsstärke gibt an, wie viel Schwarz einer Farbe hinzugefügt wird, wodurch sie dunkler erscheint. Das HSB-System passt gut zum menschlichen Modell der Farbwahrnehmung, das heißt, es entspricht der Wellenlänge des Lichts. Sättigung ist die Intensität der Welle und Helligkeit ist die Gesamtlichtmenge. Der Nachteil dieses Systems besteht darin, dass es für die Arbeit auf Computermonitoren in das RGB-System und für den Vierfarbdruck in das CMYK-System konvertiert werden muss.

HSB-Farbmodell

Das HSB-Farbmodell wurde unter größtmöglicher Berücksichtigung der Eigenschaften der menschlichen Farbwahrnehmung entwickelt. Es basiert auf dem Munsell-Farbkreis. Farbe wird durch drei Komponenten beschrieben: Farbton, Sättigung und Helligkeit. Der Farbwert wird als Vektor gewählt, der vom Mittelpunkt des Kreises ausgeht. Der Punkt in der Mitte entspricht der Farbe Weiß und die Punkte entlang des Kreisumfangs entsprechen reinen Spektralfarben. Die Richtung des Vektors wird in Grad angegeben und bestimmt den Farbton. Die Länge des Vektors bestimmt die Farbsättigung. Auf einer separaten Achse, der sogenannten achromatischen Achse, wird die Helligkeit eingestellt, wobei der Nullpunkt der Farbe Schwarz entspricht. Der Farbraum des HSB-Modells deckt alle bekannten Werte realer Farben ab.

Das HSB-Modell wird üblicherweise bei der Erstellung von Bildern am Computer verwendet und simuliert die Arbeitstechniken und Werkzeuge von Künstlern. Es gibt spezielle Programme, die Pinsel, Stifte und Bleistifte imitieren. Bietet eine Nachahmung der Arbeit mit Farben und verschiedenen Leinwänden. Nachdem Sie ein Bild erstellt haben, empfiehlt es sich, es in ein anderes Farbmodell zu konvertieren, je nachdem, wie Sie es veröffentlichen möchten.

CIE Lab-Farbmodell

Im Jahr 1920 wurde das Farbraummodell CIE Lab entwickelt (Communication Internationale de l'Eclairage - eine internationale Tagungskommission. L, a, b sind die Bezeichnungen der Koordinatenachsen in diesem System). Das System ist hardwareunabhängig und wird daher häufig verwendet Wird zum Übertragen von Daten zwischen Geräten verwendet. Im CIE-Lab-Modell wird jede Farbe durch Helligkeit (L) und chromatische Komponenten bestimmt: den a-Parameter, der im Bereich von Grün bis Rot variiert, und den b-Parameter, der im Bereich von variiert Der Farbumfang des CIE Lab-Modells übersteigt die Möglichkeiten von Monitoren und gedruckten Medien erheblich, daher muss das in diesem Modell dargestellte Bild vor der Ausgabe konvertiert werden Es ist der Standardstandard für Adobe Photoshop.

CMYK-Farbmodell, Farbseparation

Dieses System war weithin bekannt, lange bevor Computer zur Erstellung grafischer Bilder eingesetzt wurden. Computer werden verwendet, um Bildfarben in CMYK-Farben zu zerlegen, und für den Druck wurden spezielle Modelle entwickelt. Die Konvertierung von Farben von RGB in CMYK ist mit einer Reihe von Herausforderungen verbunden. Die Hauptschwierigkeit besteht darin, dass die Farben in verschiedenen Systemen variieren können. Diese Systeme haben eine andere Art der Farbproduktion und das, was wir auf dem Monitorbildschirm sehen, kann beim Drucken nie exakt wiederholt werden. Derzeit gibt es Programme, mit denen Sie direkt in CMYK-Farben arbeiten können. Vektorgrafikprogramme verfügen bereits zuverlässig über diese Fähigkeit, während Rastergrafikprogramme den Benutzern erst seit kurzem die Möglichkeit bieten, mit CMYK-Farben zu arbeiten und das Erscheinungsbild des Designs beim Drucken genau abzustimmen.

Das CMYK-Farbmodell ist subtraktiv und wird bei der Vorbereitung von Publikationen für den Druck verwendet. CMY-Farbkomponenten sind Farben, die durch Subtraktion der Primärfarben von Weiß erhalten werden:

Cyan (Cyan) = Weiß - Rot = Grün + Blau;

Magenta = Weiß - Grün = Rot + Blau;

gelb = weiß - blau = rot + grün.

Diese Methode entspricht dem physikalischen Wesen der Wahrnehmung von Strahlen, die von gedruckten Originalen reflektiert werden. Cyan, Magenta und Gelb werden Komplementärfarben genannt, weil sie die Primärfarben Weiß ergänzen. Dies führt zum Hauptproblem des CMY-Farbmodells – die Überlagerung zusätzlicher Farben führt in der Praxis nicht zu reinem Schwarz. Daher wurde ein reiner Schwarzanteil in das Farbmodell aufgenommen. So erschien der vierte Buchstabe in der Abkürzung des CMYK-Farbmodells (Cyan, Magenta, Yellow, Black). Zum Drucken auf Druckgeräten muss ein farbiges Computerbild in Komponenten unterteilt werden, die den Komponenten des CMYK-Farbmodells entsprechen. Dieser Vorgang wird Farbseparation genannt. Das Ergebnis sind vier separate Bilder, die den gleichen Farbinhalt jeder Komponente im Original enthalten. Anschließend wird in einer Druckerei aus Platten, die auf Basis farbseparierter Filme erstellt wurden, ein mehrfarbiges Bild gedruckt, das durch Überlagerung von CMYK-Farben entsteht.

Indizierte Farbe, Arbeiten mit Palette

Alle zuvor beschriebenen Farbsysteme befassten sich mit dem gesamten Farbspektrum. Indizierte Farbpaletten sind Farbsätze, aus denen Sie die gewünschte Farbe auswählen können. Der Vorteil begrenzter Paletten besteht darin, dass sie viel weniger Speicher beanspruchen als vollständige RGB- und CMYK-Systeme. Der Computer erstellt eine Farbpalette und weist jeder Farbe eine Zahl von 1 bis 256 zu. Beim Speichern der Farbe eines einzelnen Pixels oder Objekts merkt sich der Computer dann einfach die Nummer, die diese Farbe in der Palette hatte. Um sich Zahlen von 1 bis 256 zu merken, benötigt ein Computer nur 8 Bit. Zum Vergleich: Eine Vollfarbe im RGB-System benötigt 24 Bit und im CMYK-System 32 Bit.

Literaturverzeichnis:

1.Computergrafik. Porev V.N.

2.Grundlagen der Computergrafik. Sergeev A.P., Kuschtschenko S.V.

3. Computergrafik. Dynamik, realistische Bilder. E. V. Shikin, A. V. Boreskov

Computer Grafik (11)Zusammenfassung >> Informatik

2 TYPEN COMPUTER GRAFIK Es gibt drei Arten Computer Grafik. Das ist Raster Grafik, Vektor Grafik und fraktal Grafik. Sie sind unterschiedlich... dreidimensional Systeme Koordinaten Jede Koordinate spiegelt den Beitrag jeder Komponente zum Ergebnis wider Farbe V...

Stärkung des visuellen Eindrucks und Erhöhung der Informationsfülle des Bildes. Die Farbwahrnehmung entsteht durch das menschliche Gehirn durch die Analyse des Lichtflusses, der von emittierenden oder reflektierenden Objekten in die Netzhaut gelangt. Die Wahrnehmung von Farbe hängt von den physikalischen Eigenschaften des Lichts, also der elektromagnetischen Energie, von seiner Wechselwirkung mit physikalischen Substanzen sowie von deren Interpretation durch das menschliche visuelle System ab. Das menschliche Sehsystem nimmt elektromagnetische Energie mit Wellenlängen von 400 bis 700 nm als sichtbares Licht (1 nm = 10 -9 m) wahr. Licht wird entweder direkt von einer Quelle, beispielsweise einer Glühbirne, oder indirekt durch Reflexion oder Brechung von der Oberfläche eines Objekts empfangen. Eine Quelle oder ein Objekt ist achromatisch, wenn das beobachtete Licht alle sichtbaren Wellenlängen in etwa gleichen Anteilen enthält. Eine achromatische Quelle erscheint weiß und reflektiertes oder gebrochenes achromatisches Licht erscheint weiß, schwarz oder grau. Objekte, die mehr als 80 % des Lichts einer weißen Quelle achromatisch reflektieren, erscheinen weiß und weniger als 3 % erscheinen schwarz. Zwischenwerte erzeugen unterschiedliche Grautöne. Obwohl es schwer zu bestimmen ist Bei der Unterscheidung zwischen Helligkeit und Helligkeit wird Helligkeit im Allgemeinen als eine Eigenschaft von nicht leuchtenden oder reflektierenden Objekten angesehen und reicht von Schwarz bis Weiß, während Helligkeit eine Eigenschaft von selbstleuchtenden oder emittierenden Objekten ist und von niedrig bis hoch reicht. Wenn das wahrgenommene Licht Wellenlängen in beliebig ungleicher Menge enthält, spricht man von chromatischem Licht. Wenn die Wellenlängen konzentriert sind Oberkante sichtbares Spektrum, dann erscheint Licht Rot oder rötlich, d. h. die dominierende Wellenlänge liegt im roten Bereich des sichtbaren Spektrums. Wenn die Wellenlängen konzentriert sind unterer Teil sichtbares Spektrum also Das Licht erscheint blau oder bläulich, d. h. die dominierende Wellenlänge liegt im blauen Teil des Spektrums. Allerdings hat elektromagnetische Energie einer bestimmten Wellenlänge selbst keine Farbe. Das Farbempfinden entsteht durch die Umwandlung physikalischer Phänomene im menschlichen Auge und Gehirn. Die Farbe eines Objekts hängt von der Wellenlängenverteilung der Lichtquelle und von den physikalischen Eigenschaften des Objekts ab. Ein Objekt erscheint farbig, wenn es Licht nur in einem schmalen Wellenlängenbereich reflektiert oder durchlässt und alle anderen absorbiert.

In der Computergrafik werden zwei Systeme zum Mischen von Primärfarben verwendet: additiv – Rot, Grün, Blau (RGB) und subtraktiv – Cyan, Magenta, Gelb (CMY). Die Farben eines Systems sind komplementär zum anderen: Cyan zu Rot, Magenta zu Grün, Gelb zu Blau. Eine Komplementärfarbe ist der Unterschied zwischen Weiß und einer bestimmten Farbe: Cyan ist Weiß minus Rot, Magenta ist Weiß minus Grün, Gelb ist Weiß minus Blau. Obwohl Rot als Komplementärfarbe zu Cyan betrachtet werden kann, gelten traditionell Rot, Grün und Blau als Primärfarben und Cyan, Magenta und Gelb sind ihre Komplementärfarben. Interessant ist, dass es im Regenbogen- oder Prismenspektrum keine violette Farbe gibt, d. h. sie wird vom menschlichen visuellen System erzeugt. Für reflektierende Oberflächen Zum Einsatz kommen beispielsweise Druckfarben, Folien und nicht leuchtende Siebe subtraktives System CMY. Bei subtraktiven Systemen werden die Wellenlängen einer weiteren Farbe vom weißen Spektrum subtrahiert. Wenn beispielsweise Licht durch ein violettes Objekt reflektiert oder durchgelassen wird, wird der grüne Teil des Spektrums absorbiert. Wird das entstehende Licht von einem gelben Objekt reflektiert oder gebrochen, wird der blaue Teil des Spektrums absorbiert und es bleibt nur die rote Farbe übrig. Sobald es in einem blauen Objekt reflektiert oder gebrochen wird, wird die Farbe schwarz, da das gesamte sichtbare Spektrum eliminiert wird. Fotofilter funktionieren nach diesem Prinzip. Zusatzstoff Das RGB-Farbsystem ist praktisch für glühend Oberflächen wie CRT-Bildschirme oder Farblampen.

Möglichkeiten, Farbe zu beschreiben

In der Computergrafik wird das Konzept verwendet Farbauflösung (ein anderer Name ist Farbtiefe ). Es definiert eine Methode zum Kodieren von Farbinformationen für die Anzeige auf einem Monitorbildschirm. Um ein Schwarzweißbild anzuzeigen, reicht ein Bit (weiße und schwarze Farben). Mit der 8-Bit-Kodierung können Sie 256 Farbabstufungen anzeigen. Zwei Bytes (16 Bit) definieren 65.536 Farbtöne. Mit der 24-Bit-Kodierung können mehr als 16,5 Millionen Farben definiert werden

Aus praktischer Sicht Farbauflösung enges Konzept Der Farbumfang bezieht sich auf den Farbbereich, der auf Ausgabegeräten reproduziert werden kann. Farbmodelle werden in einem dreidimensionalen Koordinatensystem angeordnet, das einen Farbraum bildet. Dabei gehen sie von Grassmanns Gesetzen aus, dass Farbe durch einen Punkt im dreidimensionalen Raum ausgedrückt werden kann.

CIE Lab-Farbmodell

1920 wurde ein Farbraummodell entwickelt CIE-Labor

L,a,b – Bezeichnungen der Koordinatenachsen in diesem System). Das System ist Hardwareunabhängig und wird daher häufig zur Datenübertragung zwischen Geräten verwendet. Im CIE-Lab-Modell wird jede Farbe durch Helligkeit (I) und chromatische Komponenten bestimmt: den a-Parameter, der im Bereich von Grün bis Rot variiert, und den b-Parameter, der im Bereich von Blau bis Gelb variiert. Der Farbraum des CIE-Lab-Modells übersteigt die Möglichkeiten von Monitoren und Druckgeräten erheblich. Daher muss das in diesem Modell dargestellte Bild vor der Ausgabe konvertiert werden. Dieses Modell wurde entwickelt, um farbfotochemische Prozesse mit Druckprozessen in Einklang zu bringen. Heute ist es der Standardstandard für Adobe Photoshop.

RGB-Farbmodell

Abbildung: Additives RGB-Farbmodell

Das RGB-Farbmodell ist additiv, das heißt, jede Farbe ist eine Kombination in unterschiedlichen Anteilen von drei Primärfarben – Rot, Grün, Blau. Es dient als Grundlage für die Erstellung und Bearbeitung von Computergrafiken zur elektronischen Wiedergabe (auf einem Monitor, Fernseher). Wenn eine Komponente der Primärfarbe eine andere überlagert, erhöht sich die Helligkeit der Gesamtstrahlung. Die Kombination der drei Komponenten ergibt eine unbunte graue Farbe, die sich mit zunehmender Helligkeit dem Weiß annähert. Bei 256 abgestuften Tonstufen entspricht Schwarz Null-RGB-Werten und Weiß dem Maximum mit Koordinaten (255.255.255).

RGB mit Alphakanal

Mit dem Alphakanal können Sie ein Bild mit seinem Hintergrund kombinieren. Jeder Pixelwert enthält einen zusätzlichen Alpha-Wert, dessen Bitgröße der Farbtiefe des Bildes entspricht. Das RGB-Farbmodell mit Alphakanal kann nur mit Farbtiefen von 8 und 16 Bit verwendet werden.

Ein Alpha-Kanalwert von Null bedeutet, dass das Pixel vollständig transparent ist. In diesem Fall ist der Hintergrund vollständig durch das Bild hindurch sichtbar.

Der Wert des Alpha-Kanals ist gleich 2 Farbtiefe des Bildes -1

entspricht einem völlig undurchsichtigen Pixel; das bedeutet, dass der Hintergrund vollständig vom Bild verdeckt wird. Wenn der Alpha-Kanalwert einem Zwischenwert entspricht, wird die Pixelfarbe durch einen Algorithmus mit dem Hintergrund zusammengeführt.

HSB-Farbmodell


Reis. HSB-Farbmodell
Das HSB-Farbmodell wurde unter größtmöglicher Berücksichtigung der Eigenschaften der menschlichen Farbwahrnehmung entwickelt. Es basiert auf dem Munsell-Farbkreis. Farbe wird durch drei Komponenten beschrieben: Farbton (Farbton ), Sättigung (Sättigung ) und Helligkeit (Helligkeit ). Der Farbwert wird als Vektor gewählt, der vom Mittelpunkt des Kreises ausgeht. Der Punkt in der Mitte entspricht der Farbe Weiß und die Punkte entlang des Kreisumfangs entsprechen reinen Spektralfarben. Die Richtung des Vektors wird in Grad angegeben und bestimmt den Farbton. Die Länge des Vektors bestimmt die Farbsättigung. Auf einer separaten Achse namens achromatisch, wird die Helligkeit eingestellt, wobei der Nullpunkt Schwarz entspricht. Der Farbraum des HSB-Modells deckt alle bekannten Werte realer Farben ab.

ModellH.S.B.Es ist üblich, es beim Erstellen von Bildern am Computer zu verwenden und die Arbeitstechniken und Werkzeuge von Künstlern zu simulieren. Es gibt spezielle Programme, die Pinsel, Stifte und Bleistifte imitieren. Bietet eine Nachahmung der Arbeit mit Farben und verschiedenen Leinwänden. Nachdem Sie ein Bild erstellt haben, empfiehlt es sich, es in ein anderes Farbmodell zu konvertieren, je nachdem, wie Sie es veröffentlichen möchten. Derzeit wird dieses Farbmodell nur in einigen Bildverarbeitungsprogrammen verwendet.

YCbCr-Farbmodell

JPEG-Bilder werden fast immer im dreikomponentigen YCbCr-Farbraum gespeichert. Die Y- oder Luminanzkomponente repräsentiert die Helligkeit des Bildes. Die Komponenten Cb und Cr bestimmen die Farbe. Der Cb-Wert legt den Blauton des Bildes fest, und der Cr-Wert legt den Rotton des Bildes fest.

Die Beziehung zwischen den YCbCr- und RGB-Farbmodellen wird mithilfe der entsprechenden Formeln ermittelt.

Reis. CMYK-Farbmodell
Das Farbmodell ist subtraktiv und wird bei der Vorbereitung von Publikationen für den Druck verwendet. CMY-Farbkomponenten sind Farben, die durch Subtraktion der Primärfarben von Weiß erhalten werden:

Cyan (Cyan) = Weiß - Rot = Grün + Blau;

Magenta = Weiß - Grün = Rot + Blau;

gelb = weiß - blau = rot + grün.

Diese Methode entspricht dem physikalischen Wesen der Wahrnehmung von Strahlen, die von gedruckten Originalen reflektiert werden. Es werden die Farben Cyan, Magenta und Gelb genannt zusätzlich, weil sie die Grundfarben zu Weiß ergänzen. Dies führt zum Hauptproblem des CMY-Farbmodells – die Überlagerung zusätzlicher Farben führt in der Praxis nicht zu reinem Schwarz. Im CMYK-Modell stellen größere Komponentenwerte Farben dar, die näher an Schwarz liegen. Bei der Kombination von Cyan, Magenta und Gelb wird die gesamte Farbe absorbiert, was theoretisch zu Schwarz führen sollte, in der Praxis entsteht jedoch kein reines Schwarz. Daher wurde ein reiner Schwarzanteil in das Farbmodell aufgenommen. So erschien der vierte Buchstabe in der Abkürzung des CMYK-Farbmodells ( Cyan, Magenta, Gelb, Schwarz). Es gibt keine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen Modell und RGB. Mehrere CMYK-Werte werden demselben RGB-Wert zugeordnet.

Zum Drucken auf Druckgeräten muss ein farbiges Computerbild in Komponenten unterteilt werden, die den Komponenten des CMYK-Farbmodells entsprechen. Dieser Vorgang wird aufgerufen Farbtrennung. Das Ergebnis sind vier separate Bilder, die den gleichen Farbinhalt jeder Komponente im Original enthalten. Anschließend wird in einer Druckerei aus Platten, die auf Basis farbseparierter Filme erstellt wurden, ein mehrfarbiges Bild gedruckt, das durch Überlagerung von CMYK-Farben entsteht.

Die zur Darstellung von Bildern verwendeten Farbmodelle basieren auf dieser Annahme dass zwischen dem Wert einer Farbkomponente und der auf dem Bildschirm sichtbaren Farbe ein linearer Zusammenhang besteht. In der Realität reagieren die verwendeten Anzeigegeräte nicht linear auf das eingehende Eingangssignal.Gamma Die Näherung beschreibt die nichtlinearen Eigenschaften dieser Geräte. Aus mathematischer Sicht ist Gamma eine Potenzfunktion:

Die Anpassung des Gammawerts eines Bildes kann entweder in Verbindung mit der Konvertierung in den XYZ-Farbraum oder separat erfolgen. Das Anpassen von Gamma hat einen größeren Einfluss auf das Erscheinungsbild eines Bildes auf einem Computermonitor als das Konvertieren in und aus dem XYZ-Farbraum.

Die Auswirkung von Gamma auf ein Bild ist:dem Bauteil einen dunkleren oder helleren Farbton verleihen.

Koordinatensystem

Um ein komplexes realistisches Computerbild zu erstellen, ist es notwendig, das mathematische Modell des abgebildeten Objekts oder Prozesses auf dem Bildschirm räumlich und zeitlich zuverlässig zu wiederholen. In diesem Fall ist es notwendig, die Lage von Punkten, Linien und Flächen in verschiedenen Koordinatensystemen anzugeben. Die Position eines Punktes im euklidischen Raum wird durch einen Radiusvektor angegeben, der n Koordinaten und eine Erweiterung in n linear unabhängige Basisvektoren hat. Der Satz von Basisvektoren und Maßeinheiten für Entfernungen entlang dieser Vektoren bildet ein Koordinatensystem. Um die Form grafischer Objekte zu beschreiben, die Position von Objekten im Raum und ihre Projektionen auf dem Bildschirm anzugeben, werden verschiedene SCs verwendet, die jeweils am besten geeignet sind. Die Lage von Punkten im Raum lässt sich bequem mit einem kartesischen Koordinatensystem beschreiben. Das kartesische Koordinatensystem hat drei gerichtete Geraden, die nicht in derselben Ebene liegen – den Koordinatenachsen, die Achsen schneiden sich in einem Punkt – dem Ursprung. Die Maßeinheit wird an den Achsen ausgewählt. Die Position eines beliebigen Punktes im Raum wird durch die Koordinaten dieses Punktes beschrieben, bei denen es sich um die Abstände vom Koordinatenursprung zu den Projektionen des Punktes auf die entsprechenden Koordinatenachsen handelt. Für praktische Berechnungen komfortabel, so dass die Koordinatenachsen senkrecht zueinander stehen. Ein solches Koordinatensystem heißt orthogonal. Es gibt zwei Arten der relativen Anordnung von Achsen in einem orthogonalen Koordinatensystem. Achse 0 z kann in Richtung vom Beobachter in die Blattebene übergehen – es handelt sich hierbei um ein linkshändiges Koordinatensystem. Wenn die Achse 0 z geht von der Blattebene zum Beobachter – es handelt sich um ein rechtshändiges Koordinatensystem.

Koordinatensysteme, die am häufigsten in der Computergrafik verwendet werden

Weltkoordinatensystem ist das Hauptkoordinatensystem, in dem alle Szenenobjekte angegeben werden. Eine der häufigsten Aufgaben in der Computergrafik ist die Darstellung zweidimensionaler Graphen in einem bestimmten Koordinatensystem. Diese Diagramme sollen die Beziehung zwischen mithilfe von Funktionen definierten Variablen darstellen. Zum Beispiel Diagramme, die die Wahrnehmung von Licht durch das menschliche Auge charakterisieren. Um ein solches Diagramm zu erhalten, muss das Anwendungsprogramm die verschiedenen Ausgabeprimitive (Punkte, Linien, Symbolfolgen) beschreiben und ihre Position und Größe in einem rechteckigen Koordinatensystem angeben. Die Maßeinheiten, in denen diese Objekte angegeben werden, hängen von ihrer Beschaffenheit ab: Die Temperaturänderung kann beispielsweise in Grad pro Stunde angezeigt werden, die Bewegung eines Körpers im Raum in Kilometern pro Sekunde usw. Diese sind anwendungsspezifisch (oder benutzerorientierte) Koordinaten ermöglichen es Ihnen, Objekte in der zweidimensionalen oder dreidimensionalen Welt des Benutzers zu definieren, und sie werden normalerweise aufgerufen Weltkoordinaten.

Das feste Weltkoordinatensystem (MSC) x, y, z enthält einen Referenzpunkt (Koordinatenursprung) und eine linear unabhängige Basis (einen Satz von Basisvektoren – Koordinatenachsen), wodurch es möglich ist, die Geometrie digital zu beschreiben Eigenschaften eines beliebigen Grafikobjekts in absoluten Werten. Wir bezeichnen das Weltkoordinatensystem X M j M z M .

Modellkoordinatensystem– ein Koordinatensystem, in dem die innere Struktur von Objekten angegeben wird.

Bildschirmkoordinatensystem - Es gibt die Position der Projektionen geometrischer Objekte auf dem Bildschirm an. Die Projektion eines Punktes im ESC hat die Koordinate z e =0. Diese Koordinate sollte jedoch nicht verworfen werden, da MSK und ESC häufig so gewählt werden, dass sie zusammenfallen, ebenso wie der Projektionsvektor [ X äh j äh 0] kann an Transformationen teilnehmen, die nicht zwei, sondern drei Koordinaten erfordern.

Die Wahl des Punktes und der Blickrichtung kann mathematisch durch die Einführung des Kartesischen beschrieben werden Beobachterkoordinatensystem, dessen Ursprung am Betrachtungspunkt liegt und eine der Achsen mit der Blickrichtung zusammenfällt

Szenenkoordinatensystem(SKS) X Mit j Mit z Mit, das die Position aller Objekte in der Szene beschreibt – ein Teil des Weltraums mit eigenem Ursprung und eigener Basis, der zur Beschreibung der Position von Objekten unabhängig vom MSK verwendet wird.

Objektkoordinatensystem (USC) X Ö j Ö z Ö, einem bestimmten Objekt zugeordnet und alle Bewegungen damit im SCS oder MSC ausgeführt.
Die Darstellung dreidimensionaler Objekte bringt eine Reihe von Herausforderungen mit sich. Zunächst müssen wir bedenken, dass das Bild flach ist. Daher ist es notwendig, eine angemessene Übertragung der visuellen Eigenschaften von Objekten zu erreichen, um eine ziemlich klare Vorstellung von der Tiefe zu vermitteln. Im Folgenden bezeichnen wir Gruppen von dreidimensionalen Objekten, die zur Darstellung bestimmt sind räumliche Szene, und sein zweidimensionales Bild ist Weg.

Reis. 4.3. Objektkoordinatensystem und Beobachterkoordinatensystem
Das sichtbare Bild entsteht auf einer bestimmten Ebene, die wir später nennen werden Bildebene. Methoden zur Umwandlung eines dreidimensionalen Objekts in ein zweidimensionales Bild ( Projektionen) kann unterschiedlich sein. Auf die eine oder andere Weise muss das resultierende Bild auch in einem zweidimensionalen Koordinatensystem beschrieben werden. Abhängig von der Methode zur Gewinnung können auch die tatsächlichen Abmessungen des Bildes unterschiedlich sein. Auf die verschiedenen Projektionsarten wird später noch näher eingegangen.

Reis. 4.4. Bildfläche und Leinwand

Da unser oberstes Ziel darin besteht, ein Bild auf dem Bildschirm zu erhalten, geht mit der Übertragung des Bildes eine Maßstabsänderung entsprechend der Bildschirmgröße einher. Typischerweise wird als Koordinatenursprung im Bildkoordinatensystem die untere linke Ecke des Blattes mit dem Bild angesehen. Auf dem Bildschirm befindet sich der Koordinatenursprung traditionell in der oberen linken Ecke. Die Darstellung einer Zeichnung aus der Bildebene auf dem Bildschirm muss mit minimaler Verzerrung der Proportionen erfolgen, was wiederum eine Einschränkung der von der Zeichnung eingenommenen Bildschirmfläche mit sich bringt. Die Änderung des Maßstabs sollte unter Beibehaltung der Flächenproportionen erfolgen (Abb. 4.4).

Objekte im Koordinatensystem der Bildebene werden in einigen Maßeinheiten angegeben und der Maßstab ist entlang beider Koordinatenachsen gleich. Auf dem Bildschirm ist die Maßeinheit das Pixel, das als rechteckig betrachtet werden sollte, daher können die Maßstäbe entlang der horizontalen und vertikalen Achse unterschiedlich sein, was bei der Einstellung der Skalierungsfaktoren berücksichtigt werden muss

Beispiel für Transformationen in Koordinatensystemen

Um das Bild auf dem Bildschirm zu manipulieren, seine Position, Ausrichtung und Größe zu ändern, werden geometrische Transformationen durchgeführt. Sie ermöglichen es Ihnen, die Eigenschaften von Objekten im Raum zu ändern. Nehmen wir an, Sie müssen auf einem Computer ein Bild der Bewegung der Sonne am Himmel und eines Autos am Boden erstellen. Der Beobachter sieht dieses Bild von einem bestimmten Punkt im Raum in einer bestimmten Richtung. Um diese komplexen Transformationen mathematisch zu beschreiben, müssen wir zunächst Koordinatensysteme auswählen.

Das erste Koordinatensystem ist das Weltkoordinatensystem. Definieren wir es mit Achsen X M j M z M, es befindet sich an einem bestimmten Punkt und bleibt immer bewegungslos.

Das zweite Koordinatensystem bestimmt die Position des Beobachters im Raum und legt die Blickrichtung fest – das Beobachterkoordinatensystem X N j N z N .

Das dritte System ist das Koordinatensystem des Objekts. Es wird zwei davon geben: das Sonnenkoordinatensystem und das Autokoordinatensystem. Diese Systeme können sich relativ zum Weltkoordinatensystem bewegen und ihre Position im Raum ändern. Die Koordinaten von Objektpunkten werden in Objektkoordinatensystemen angegeben, von denen jeder an das Weltkoordinatensystem gebunden ist. Das Koordinatensystem des Beobachters bewegt sich auch relativ zum Weltkoordinatensystem. Um ein dreidimensionales Objekt auf dem Display zu sehen, müssen Sie Folgendes tun:

• 
  Konvertieren Sie in seinem eigenen Koordinatensystem angegebene Objektkoordinaten in Weltkoordinaten.
• 
  Konvertieren Sie Objektkoordinaten vom Weltsystem in das Koordinatensystem des Beobachters.

Phasen der Bildgebung
Wie bereits erwähnt, untersucht die Computergrafik Methoden zur Konstruktion von Bildern verschiedener geometrischer Objekte und Szenen. Die Hauptphasen der Bildkonstruktion sind:

• 
  Modellierung, die Methoden der mathematischen Beschreibung von Objekten und Szenen unterschiedlichster Art im zwei- und dreidimensionalen Raum nutzt.
• 
  Visualisierung – Methoden zur Konstruktion realistischer Bilder der dreidimensionalen Welt auf einem flachen Computerbildschirm, während Modelle von Objekten und Szenen in ein statisches Bild oder einen Film (eine Folge statischer Bilder) umgewandelt werden.

Geometrische Transformationen

Das Ziel der Untersuchung geometrischer Transformationen besteht darin, zu lernen, wie man die Bewegung von Objekten beschreibt und Objekte mathematisch visualisiert. Eine geometrische Transformation ist eine Abbildung des Bildes eines Punktes, der zum n-dimensionalen euklidischen Raum gehört, auf einen Punkt des n'-dimensionalen Urbildes. Geometrische Transformationen umfassen projektive Transformationen und affine Transformationen.

Um ein Bild auf einem PC-Bildschirm zu synthetisieren, muss eine Methode zur mathematischen Beschreibung von Objekten im dreidimensionalen Raum oder auf einer Ebene vorgeschlagen werden. Projektive Transformationen zeigen die Szene aus der gewünschten Perspektive. Die Projektion ist eine Methode zum Übergang dreidimensionaler Objekte in deren Bild auf einer Ebene. Unter Projektion versteht man die Abbildung des dreidimensionalen Raums auf eine zweidimensionale Bildebene (CP). Die Gewinnung der Projektion basiert auf der Raytracing-Methode. Vom Projektionszentrum (Projektor) werden Strahlen durch jeden Punkt des Objekts gezogen, bis sie den CP schneiden. Die Figur auf der Ebene, die durch die Schnittpunkte der Strahlen mit der Bildebene gebildet wird, ist eine Projektion des Objekts. Eine wichtige Eigenschaft jeder Projektionsmethode ist die Zuverlässigkeit der Wahrnehmung eines Objekts anhand seiner Projektion. Es gibt keine Projektion, die für alle Aufgaben gleichermaßen gut geeignet ist. Die ebene geometrische Projektion ist eine Art Projektion auf eine ebene Fläche mit geraden Linien. Ebene geometrische Projektionen sind zentral und parallel. Wenn der Mittelpunkt der Projektion einen endlichen Abstand von der Projektionsebene hat, handelt es sich um eine Zentralprojektion. Wenn das Zentrum der Projektion ins Unendliche entfernt wird, ist eine solche Projektion parallel. Zentralprojektionen haben ein bis drei Fluchtpunkte. Der Fluchtpunkt ist der Schnittpunkt der Zentralprojektionen aller parallelen Linien, die nicht parallel zur Projektionsebene sind.

Farbe in der Computergrafik.

Bei der Arbeit mit Farbe werden die folgenden Konzepte verwendet: Farbtiefe (auch Farbauflösung genannt) und Farbmodell.
Zur Kodierung der Farbe eines Bildpixels kann eine unterschiedliche Anzahl von Bits zugewiesen werden. Dadurch wird bestimmt, wie viele Farben gleichzeitig auf dem Bildschirm dargestellt werden können. Je länger der binäre Farbcode ist, desto mehr Farben können in einem Design verwendet werden. Farbtiefe ist die Anzahl der Bits, die zum Codieren der Farbe eines Pixels verwendet werden. Um ein zweifarbiges Bild (Schwarzweiß) zu kodieren, reicht es aus, ein Bit zur Darstellung der Farbe jedes Pixels zuzuweisen. Durch die Zuweisung eines Bytes können Sie 256 verschiedene Farben kodieren. Mit zwei Bytes (16 Bit) können Sie 65536 verschiedene Farben definieren. Dieser Modus wird High Color genannt. Wenn drei Bytes (24 Bit) zur Farbkodierung verwendet werden, können 16,5 Millionen Farben gleichzeitig angezeigt werden. Dieser Modus wird True Color genannt. Die Größe der Datei, in der das Bild gespeichert wird, hängt von der Farbtiefe ab.

Farben in der Natur sind selten einfach. Die meisten Farbtöne entstehen durch Mischen von Primärfarben. Die Methode, einen Farbton in seine Bestandteile zu zerlegen, heißt Farbmodell. Es gibt viele verschiedene Arten von Farbmodellen, Computergrafiken verwenden jedoch normalerweise nicht mehr als drei. Diese Modelle sind unter den Namen RGB, CMYK, HSB bekannt.

1. RGB-Farbmodell.

Das RGB-Modell ist am einfachsten zu verstehen und am offensichtlichsten. Dieses Modell funktioniert mit Monitoren und Haushaltsfernsehern. Jede Farbe besteht aus drei Hauptkomponenten: rot (Red), grün (Green) und blau (Blue). Diese Farben werden Primärfarben genannt.

Es wird auch angenommen, dass die Helligkeit der Gesamtfarbe zunimmt, wenn eine Komponente mit einer anderen überlagert wird. Die Kombination der drei Komponenten ergibt eine neutrale Farbe (Grau), die bei hoher Helligkeit zu Weiß tendiert. Dies entspricht dem, was wir auf dem Bildschirm sehen, daher wird dieses Modell immer dann verwendet, wenn ein Bild vorbereitet wird, das auf dem Bildschirm wiedergegeben werden soll. Wird das Bild einer Computerbearbeitung in einem Grafikeditor unterzogen, sollte es auch in diesem Modell dargestellt werden.
Die Methode zum Erhalten eines neuen Farbtons durch Summieren der Helligkeit der Bestandteile wird aufgerufen additive Methode. Es wird überall dort eingesetzt, wo ein Farbbild im Durchlicht („Durchlicht“) betrachtet wird: in Monitoren, Diaprojektoren usw. Es ist nicht schwer zu erraten, dass der Farbton umso dunkler ist, je geringer die Helligkeit ist. Daher hat im additiven Modell der zentrale Punkt, der null Komponentenwerte (0,0,0) hat, eine schwarze Farbe (kein Leuchten des Monitorbildschirms). Weiße Farbe entspricht den Maximalwerten der Komponenten (255, 255, 255). Das RGB-Modell ist additiv und seine Komponenten werden als Rot (255,0,0), Grün (0,255,0) und Blau (0,0,255) bezeichnet Grundfarben.

2. CMYK-Farbmodell.

Dieses Modell wird zur Erstellung gedruckter Bilder anstelle von Bildschirmbildern verwendet. Sie unterscheiden sich dadurch, dass sie nicht im Durchlicht, sondern im reflektierten Licht sichtbar sind. Je mehr Tinte Sie auf das Papier auftragen, desto mehr Licht absorbiert es und desto weniger reflektiert es. Die Kombination der drei Grundfarben absorbiert fast das gesamte einfallende Licht und von außen erscheint das Bild fast schwarz. Anders als beim RGB-Modell führt eine Erhöhung der Farbmenge nicht zu einer Erhöhung der visuellen Helligkeit, sondern vielmehr zu einer Verringerung.

Daher wird zur Erstellung gedruckter Bilder kein additives (summierendes) Modell verwendet, sondern subtraktives (subtraktives) Modell. Die Farbkomponenten dieses Modells sind nicht die Primärfarben, sondern diejenigen, die sich aus der Subtraktion der Primärfarben von Weiß ergeben:
blau (Cyan)= Weiß - Rot = Grün + Blau (0,255,255)
lila (lila) (Magenta)= Weiß - Grün = Rot + Blau (255,0,255)
Gelb= Weiß - Blau = Rot + Grün (255.255,0)
Diese drei Farben werden aufgerufen zusätzlich, weil sie die Grundfarben zu Weiß ergänzen.
Eine erhebliche Schwierigkeit beim Drucken ist die Farbe Schwarz. Theoretisch kann es durch die Kombination von drei Grund- oder Zusatzfarben erreicht werden, in der Praxis erweist sich das Ergebnis jedoch als ungeeignet. Daher wurde dem CMYK-Farbmodell eine vierte Komponente hinzugefügt – Schwarz. Ihm verdankt dieses System den Buchstaben K in seinem Namen (schwarz).

In Druckereien werden Farbbilder in mehreren Schritten gedruckt. Durch abwechselndes Platzieren von Cyan-, Magenta-, Gelb- und Schwarzdrucken auf Papier entsteht eine vollfarbige Illustration. Daher wird das am Computer erhaltene fertige Bild vor dem Drucken in vier Komponenten eines einfarbigen Bildes unterteilt. Dieser Vorgang wird Farbseparation genannt. Moderne Grafikeditoren verfügen über Tools, um diesen Vorgang auszuführen.
Im Gegensatz zum RGB-Modell ist der Mittelpunkt weiß (kein Farbstoff auf weißem Papier). Zu den drei Farbkoordinaten wurde eine vierte hinzugefügt – die Intensität der schwarzen Farbe. Die schwarze Achse sieht isoliert aus, aber das macht Sinn: Das Hinzufügen der farbigen Komponenten zu Schwarz führt immer noch zu Schwarz. Jeder kann die Hinzufügung von Farben im CMYK-Modell überprüfen, indem er zu blauen, grauen und gelben Bleistiften oder Filzstiften greift. Eine Mischung aus Blau und Gelb auf Papier ergibt Grün, Lila und Gelb ergibt Rot usw. Wenn alle drei Farben gemischt werden, entsteht eine unbestimmte dunkle Farbe. Daher wurde bei diesem Modell zusätzlich die Farbe Schwarz benötigt.

3. HSB-Farbmodell.

Bei einigen Grafikeditoren können Sie mit dem HSB-Farbmodell arbeiten. Wenn das RGB-Modell für Computer am bequemsten ist und das CMYK-Modell für Druckereien am praktischsten ist, dann ist das HSB-Modell für Menschen am praktischsten. Es ist einfach und intuitiv. Das HSB-Modell besteht außerdem aus drei Komponenten: Farbton (Hue), Farbsättigung (Sättigung) Und Farbhelligkeit (Helligkeit). Durch die Anpassung dieser drei Komponenten können Sie genauso viele individuelle Farben erstellen wie bei anderen Modellen. Der Farbton einer Farbe gibt die Nummer einer Farbe in der Spektralpalette an. Die Farbsättigung charakterisiert ihre Intensität – je höher sie ist, desto „reiner“ ist die Farbe. Die Helligkeit einer Farbe hängt von der Zugabe von Schwarz zu einer bestimmten Farbe ab – je mehr Schwarz vorhanden ist, desto geringer ist die Helligkeit der Farbe. Das HSB-Farbmodell eignet sich für die Verwendung in Grafikeditoren, deren Schwerpunkt nicht auf der Verarbeitung vorgefertigter Bilder, sondern auf deren Erstellung mit eigenen Händen liegt. Es gibt Programme, mit denen Sie verschiedene Künstlerwerkzeuge (Pinsel, Stifte, Filzstifte, Bleistifte), Malmaterialien (Aquarell, Gouache, Öl, Tinte, Kohle, Pastell) und Leinwandmaterialien (Leinwand, Karton, Reispapier, usw.). Wenn Sie Ihr eigenes Bildmaterial erstellen, können Sie bequem mit dem HSB-Modell arbeiten. Sobald Sie fertig sind, können Sie es in ein RGB- oder CMYK-Modell konvertieren, je nachdem, ob es als Bildschirm- oder gedruckte Illustration verwendet wird. Der Farbwert wird als Vektor gewählt, der vom Mittelpunkt des Kreises ausgeht. Der Punkt in der Mitte steht für weiße (neutrale) Farbe und die Punkte um den Rand herum für reine Farben. Die Richtung des Vektors bestimmt den Farbton und wird im HSB-Modell in Winkelgraden angegeben. Die Länge des Vektors bestimmt die Farbsättigung. Die Farbhelligkeit wird auf einer separaten Achse eingestellt, deren Nullpunkt Schwarz ist.

Farbe in der Computergrafik

Farbe ist sowohl für die Physik als auch für die Physiologie ein äußerst komplexes Problem, da sie sowohl psychophysiologischer als auch physikalischer Natur ist. Die Wahrnehmung von Farbe hängt von den physikalischen Eigenschaften des Lichts, also der elektromagnetischen Energie, von seiner Wechselwirkung mit physikalischen Substanzen sowie von deren Interpretation durch das menschliche visuelle System ab. Mit anderen Worten: Die Farbe eines Objekts hängt nicht nur vom Objekt selbst ab, sondern auch von der Lichtquelle, die das Objekt beleuchtet, und vom menschlichen Sehsystem. Darüber hinaus reflektieren einige Gegenstände Licht (Karton, Papier), während andere es durchlassen (Glas, Wasser). Wird eine Oberfläche, die nur blaues Licht reflektiert, mit rotem Licht beleuchtet, erscheint sie schwarz. Wenn eine grüne Lichtquelle durch Glas betrachtet wird, das nur rotes Licht durchlässt, erscheint sie ebenfalls schwarz.

Am einfachsten ist die achromatische Farbe, also die Art, die wir auf einem Schwarz-Weiß-Fernsehbildschirm sehen. In diesem Fall erscheinen Objekte, die mehr als 80 % des Lichts einer weißen Quelle achromatisch reflektieren, weiß und weniger als 3 % schwarz. Zwischenwerte erzeugen unterschiedliche Grautöne. Das einzige Merkmal einer solchen Farbe ist Intensität oder Quantität. Die Intensität kann einem Skalarwert zugeordnet werden, der Schwarz als 0 und Weiß als 1 definiert. Dann entspricht der Wert 0,5 der durchschnittlichen Graufarbe.

Wenn das wahrgenommene Licht Wellenlängen in beliebig ungleicher Menge enthält, spricht man von chromatischem Licht. Bei der subjektiven Beschreibung einer solchen Farbe werden üblicherweise drei Werte verwendet: Farbton, Sättigung und Helligkeit. Mit dem Farbton können Sie Farben wie Rot, Grün, Gelb usw. unterscheiden. Die Sättigung charakterisiert die Reinheit, d. h. den Grad, in dem eine bestimmte Farbe durch weißes Licht abgeschwächt (verdünnt) wird, und ermöglicht es Ihnen, Rosa von Rot und Smaragd von zu unterscheiden B. helles Grün usw. Mit anderen Worten: Die Sättigung beurteilt, wie weich oder hart eine Farbe erscheint. Helligkeit spiegelt die Idee der Intensität als einem von Farbton und Sättigung unabhängigen Faktor wider.

Normalerweise gibt es keine reinen monochromatischen Farben, sondern Mischungen daraus. Die Dreikomponententheorie des Lichts basiert auf der Annahme, dass es im zentralen Teil der Netzhaut drei Arten farbempfindlicher Zapfen gibt. Der erste nimmt Grün wahr, der zweite Rot und der Dritte Blau. Die relative Empfindlichkeit des Auges ist für Grün maximal und für Blau minimal. Werden alle drei Zapfenarten der gleichen energetischen Helligkeit ausgesetzt, erscheint das Licht weiß. Das Gefühl von Weiß kann durch Mischen dreier beliebiger Farben erzielt werden, solange keine davon eine lineare Kombination der beiden anderen ist. Diese Farben werden Primärfarben genannt.

Das menschliche Auge ist in der Lage, etwa 350.000 verschiedene Farben zu unterscheiden. Diese Zahl wurde als Ergebnis zahlreicher Experimente ermittelt. Ungefähr 128 Farbtöne sind deutlich sichtbar. Wenn sich nur die Sättigung ändert, ist das visuelle System nicht mehr in der Lage, so viele Farben zu unterscheiden: Wir können zwischen 16 (für Gelb) und 23 (für Rot und Violett) solcher Farben unterscheiden. Die experimentellen Ergebnisse sind in den Grassmannschen Gesetzen zusammengefasst:

• Das Auge reagiert auf drei verschiedene Reize, was die dreidimensionale Natur der Farbe bestätigt. Als Reize kommen beispielsweise die dominante Wellenlänge (Farbhintergrund), Reinheit (Sättigung) und Helligkeit (Helligkeit) oder die Farben Rot, Grün und Blau in Betracht.
• Die vier Farben sind immer linear abhängig, also cC = rR + gG + bB, wobei c, r, g, b ungleich 0 sind. Daher gilt für eine Mischung zweier Farben die Gleichheit (cC)1 + (cC)2 = ( rR)1 + (rR)2 + (gG)1 + (gG)2 + (bB)1 + (lbB)2. Wenn Farbe C1 gleich Farbe C und Farbe C2 gleich Farbe C ist, dann ist Farbe C1 gleich Farbe C2, unabhängig von der Struktur der Energiespektren c, C1, C2.
• Wenn sich in einer Mischung aus drei Farben eine kontinuierlich ändert, während die anderen konstant bleiben, ändert sich die Farbe der Mischung kontinuierlich, d. h. der dreidimensionale Farbraum ist kontinuierlich.

Das subtraktive Farbsystem CMY wird für reflektierende Oberflächen wie Druckfarben, Folien und nicht leuchtende Bildschirme verwendet.

Das additive RGB-Farbsystem eignet sich für leuchtende Oberflächen wie CRT-Bildschirme oder Farblampen.

Basierend auf Materialien aus dem Buch von Y. Tikhomirov „Programming 3D Graphics“

Farbe kann in Multimediasystemen als Code oder als Gestaltungsmittel eingesetzt werden. Ein Farbcode wird verwendet, um verschiedene Arten von Informationen zu trennen, die auf dem Bildschirm angezeigt werden. Beispielsweise werden Alarmmeldungen des Betriebssystems normalerweise auf einem roten Hintergrund angezeigt.

Als Gestaltungsmittel dient Farbe dazu, Aufmerksamkeit zu erregen, eine psychologische Wirkung auf den Benutzer auszuüben: eine bestimmte Stimmung zu erzeugen, die richtigen Emotionen zu wecken, den Bildschirm auszubalancieren und einfach zur Dekoration.

Bei der Arbeit mit Farbe verwenden Designer ein spezielles Werkzeug – Farbkreis, das die Beziehungen zwischen verschiedenen Farben zeigt und ihre Beziehung zueinander verdeutlicht. Mithilfe des Farbkreises können Sie Farben auswählen, die sich gut miteinander kombinieren lassen und die stilistische Einheit des erstellten Dokuments gewährleisten. Die Farben im Farbkreis sind wie folgt angeordnet: Rot 0 Grad; gelb - 60; grün - 120; Cyan - 180; blau - 240; Magenta - 360.

Die Natur der Farbe wurde von I. Newton und M.V. enthüllt. Lomonossow. Ihre Experimente fanden in einem abgedunkelten Raum statt, in dessen Wand ein Schlitz geschnitten war, durch den ein Sonnenstrahl eindrang. Im Strahlengang wurde ein Glasprisma eingebaut. Beim Durchgang durch das Prisma wurde der Sonnenstrahl in seine Bestandteile zerlegt: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett, die auf dem Bildschirm beobachtet werden konnten. Sie schoben den Schirm beiseite und setzten an seiner Stelle ein zweites Glasprisma auf, das dem ersten zugewandt war, und ein weißer Strahl fiel wieder auf den Schirm. Dies bewies, dass weiße Farbe aus einer Vielzahl anderer Farben besteht. Indem sie Papierstreifen zwischen die Prismen legten, begannen die Forscher, einzelne Farben zu überlappen, und beobachteten, wie sich die Farbe des Strahls am Ausgang des zweiten Prismas änderte. Somit wurde festgestellt, dass verschiedene Farben in ihren Fähigkeiten nicht gleich sind. Es wurden Gruppen von Primärfarben identifiziert, deren Mischung es ermöglichte, andere Farben zu erhalten. Das größte Potenzial hatte die Gruppe bestehend aus den Farben Rot (Red), Grün (Green) und Blau (Blue). Die Gruppe wurde nach den Anfangsbuchstaben der englischen Namen dieser Blumen benannt. RGB. Durch das Mischen dieser Farben in unterschiedlichen Anteilen konnten beliebige andere Farbtöne, einschließlich Weiß, erhalten werden. Diese Farbgruppe wurde später zur Hauptfarbgruppe bei der Herstellung von Farbfernsehern und elektronischen Computermonitoren.

Eine andere Gruppe von Primärfarben verfügt über ähnliche Fähigkeiten: CMYK - C Yan, M Agentin, Y gelb, schwarz K(Blau oder Türkis; Kirsche oder Lila oder Purpur; Gelb; und Schwarz). Diese Farbgruppe hat sich im Druck und bei Künstlern weit verbreitet. Es ist auch das wichtigste in Geräten zur Ausgabe von Informationen von einem Computer – Farbdruckern, beispielsweise kann die CMYK-Gruppe aus RGB gewonnen werden, da Rot und Grün in Abwesenheit von Blau Gelb, Grün und Blau bilden Das Fehlen von Rot ergibt Cyan, Rot und Blau ergeben bei Fehlen von Grün Magenta, und das völlige Fehlen aller Farben ergibt Schwarz.

Triade der primären Druckfarben: Cyan, Magenta und Gelb ( CMY, ohne Schwarz) ist in der Tat der Erbe der drei Grundfarben der Malerei (Blau, Rot und Gelb). Die Farbtonveränderung der ersten beiden ist auf die unterschiedliche chemische Zusammensetzung von Druckfarben im Vergleich zu künstlerischen Farben zurückzuführen, das Mischprinzip ist jedoch das gleiche. Sowohl künstlerische als auch Druckfarben können trotz ihrer angeblichen Selbstgenügsamkeit nicht sehr viele Farbtöne liefern. Daher verwenden Künstler zusätzliche Tinten auf Basis reiner Pigmente und Drucker fügen mindestens schwarze Tinte hinzu (schwarze Farbe entsteht in Computerausgabegeräten durch das Fehlen von R, G und B bzw. C, M und Y).

Farben, die durch Mischen von Primärfarben entstehen, werden als Derivate bezeichnet. Farben, die sich im Farbkreis gegenüberstehen, werden Komplementärfarben genannt.

Manchmal werden im Grafikdesign andere Farbmodelle verwendet, die nicht auf der Zusammensetzung von Primärfarben basieren, beispielsweise dem Modell H.S.B.- Farbton (Farbton), Sättigung (Sättigung), Helligkeit (Helligkeit) oder HSL- Farbton, Sättigung, Helligkeit (Beleuchtungsstärke). Als Helligkeit wird üblicherweise der Grad der Nähe einer bestimmten Farbe zu Weiß oder Schwarz bezeichnet. Es wird als der Prozentsatz an Schwarz oder Weiß gemessen, der mit einer bestimmten Farbe gemischt wird. (Beim Rastern wird ein reiner Farbton mit Schwarz gemischt. Beispielsweise weist eine blaue Farbe mit 40 % Schwarz die doppelte Helligkeit auf wie die gleiche blaue Farbe mit 80 % Schwarz.)

Der Farbton (Farbe) bestimmt den Grad, in dem sich eine bestimmte Farbe von anderen unterscheidet. Sie wird durch die Größe des Winkels in Grad auf dem Farbkreis bestimmt.

Die Sättigung ist ein Maß für die Intensität einer Farbe. Je höher die Sättigung, desto lebendiger erscheint die Farbe. Bei geringer Sättigung erscheint die Farbe dunkel und matt. Die Sättigung wird (sowie Helligkeit und Beleuchtung) in Prozent gemessen. Eine Sättigung von 100 % definiert eine reine Farbe. Eine Sättigung von 0 % definiert Weiß, Schwarz oder Grau.

Indem Sie verschiedene Farbtöne kombinieren und deren Helligkeit und Sättigung verändern, können Sie mit nur wenigen Farben vielfältige Effekte erzielen.

Das HSB-System (HSL) hat gegenüber anderen Systemen einen wichtigen Vorteil: Es stimmt besser mit der Natur der Farbe überein und stimmt gut mit dem menschlichen Farbwahrnehmungsmodell überein. Viele Farbtöne können schnell und bequem in HSB oder HSL erstellt und anschließend in RGB oder CMYK umgewandelt werden.

Aufgrund ihrer emotionalen Wirkung lassen sich die meisten Farben in eine von zwei Kategorien einteilen – warme oder kühle Farben.

Warme Farben wirken wie eine Bewegung auf den Betrachter zu, wirken näher, erregen Aufmerksamkeit und wirken spannend. Dazu gehören die Farben Rot, Orange und Gelb.

Kühle Töne scheinen zurückzutreten, erzeugen ein Gefühl der Abkehr vom Betrachter, können ein Gefühl der Entfremdung und Isolation hervorrufen, können aber auch beruhigen und ermutigen. Zu den kalten Farben gehören Blau, Indigo und Violett.

Grün ist eine neutrale Farbe.

Der durch warme und kühle Farben erzeugte Bewegungseffekt wird von Designern häufig genutzt, wenn sie kühle Farbtöne für den Hintergrund und warme Farbtöne für Objekte im Vordergrund wählen. In Dokumenten, in denen warme Töne vorherrschen, können kühle Farben verwendet werden, um Akzente zu setzen und den Kontrast zu verstärken, und umgekehrt. Durch die Verwendung kühler Farbtöne können Sie die Frivolität, Eleganz oder Strenge der Publikation betonen. Tiefe, warme Farben wirken anregend oder vermitteln ein Gefühl der Intimität.

Es sollte auch berücksichtigt werden, dass die Hintergrundfarbe den Farbton der Hauptfarbe und den damit verbundenen Eindruck verändern kann.

Aber Farben haben viele verschiedene Variationen: Kalte Farben haben warme Varianten und warme Farben haben kühle Varianten. Daher ist die Farbauswahl ein kreativer Prozess, bei dem es keine klaren Empfehlungen gibt.

Bei der Verwendung von Farbcodes (sog. „Visual Guides“) ist zu berücksichtigen, dass sich ein ungeschulter Mensch nicht mehr als sieben Codes merken kann. Daher sollten Sie sich nicht von der Verwendung von Farbcodes verleiten lassen. Darüber hinaus muss die Farbcodierung konsistent sein – innerhalb desselben Dokuments, eines elektronischen Informationssystems müssen dieselben Farbcodes verwendet werden, um dieselben Phänomene und Prozesse anzuzeigen.

Unterschiedliche Farbkombinationen wirken sich stark auf die Lesbarkeit von Text aus. Text und Hintergrund sollten einen Kontrast zueinander bilden. Je stärker der Kontrast, desto besser wird der Text gelesen. Gute Kombinationen sind neben dem standardmäßigen schwarzen Text auf weißem Hintergrund auch schwarzer Text auf gelbem Hintergrund und orangefarbener Text auf weißem Hintergrund.

Farbe ist ein sehr wirkungsvolles Designwerkzeug, das dabei hilft, Aufmerksamkeit zu erregen, den Blick in die richtige Richtung zu lenken und das Interesse des Benutzers aufrechtzuerhalten. Die Farbgestaltung sollte den Nutzer jedoch keinesfalls vom Hauptinhalt ablenken oder mit diesem in Konflikt geraten.

Filme in Hollywood-Qualität bieten die Möglichkeit, etwa 20 Millionen verschiedene Farben gleichzeitig auf dem Bildschirm darzustellen. Das Pixelattribut, das eine Länge von 1 Byte hat, ermöglicht die Kodierung von 256 verschiedenen Farben (VGA – Video Graphic Array Standard). Das 15-Bit-SVGA-Kartenattribut (Super VGA) ermöglicht die gleichzeitige Anzeige von 32.768 Farben (5 Bit für jede Farbkodierung – 32 verschiedene Schattierungen für Rot, Blau und Grün, also 32 × 32× 32 = 32768). Das 24-Bit-Attribut spezieller Grafikkarten (Silicon Graphic, Indy R4000, Targa usw.) ermöglicht die gleichzeitige Anzeige

256× 256× 256 = 16777216 Farben.

Hierbei handelt es sich um Funktionen, die von Anzeigeadaptern (Grafikkarten) bereitgestellt werden. Um jedoch so viele Farben gleichzeitig auf dem Bildschirm anzuzeigen, muss für jede Farbe auf dem Bildschirm mindestens ein Pixel vorhanden sein. Und bei Standardauflösung enthält der Monitorbildschirm 640 × 480 = 307200 Pixel. Es ist physikalisch unmöglich, auf einem solchen Bildschirm mehr Farben zu erzielen.

Wenn der Adapter das Arbeiten mit 24-Bit-Farbcodierung ermöglicht, der Monitorbildschirm jedoch nicht so viele Farben wahrnehmen kann, müssen Sie damit arbeiten Palette- eine begrenzte Auswahl an Farben, die den Möglichkeiten des Bildschirms entsprechen. Die Farben auf der Palette können geändert werden. Sie müssen jedoch bedenken, dass es beim Spielen auf einem anderen Computer zu Farbverzerrungen kommen kann, wenn eine andere Palette in die Farbtabelle dieses Computers geladen wird.

Bei der korrekten Farbwiedergabe von Computergrafiken auf verschiedenen Computern (z. B. bei der Nutzung des erstellten Multimediasystems im WWW) treten Probleme mit Paletten auf. Wenn Sie ein Bild haben, das Millionen von Farben enthält, müssen Sie für eine korrekte Farbwiedergabe unter WWW-Bedingungen die Anzahl der Farben auf 256 reduzieren.

Das Internet verwendet immer noch das Index Color-Farbmodell, das auf dem Prinzip der 8-Bit-Farbe basiert. Es funktioniert durch die Erstellung einer Farbpalette. Alle Farbtöne in der Datei sind in 256 mögliche Optionen unterteilt, denen jeweils eine Nummer zugeordnet ist. Als nächstes wird basierend auf der resultierenden Farbpalette eine Tabelle erstellt, in der jeder Zellennummer ein Farbton in RGB-Werten zugewiesen wird.

Die Farbreduktion wird mithilfe der Dithering-Operation durchgeführt. Unter Farbklischee versteht man den Prozess, bei dem der Farbwert jedes Pixels mithilfe eines bestimmten Algorithmus auf den nächstgelegenen Farbwert aus der vorhandenen (etablierten) Palette geändert wird.