Εγώ. Τα συστήματα χρωμάτων στα γραφικά υπολογιστών

1. Βασικές έννοιες γραφικών υπολογιστών…………………2 σελ.

2. Χρώμα και χρωματικά μοντέλα……………………………………...4 σελ.

3. Μοντέλο χρώματος RGB…………………………………………5 σελίδες.

4..Χρωματικά συστήματα HSB και HSL…………………………………..6 σελ.

5. Έγχρωμο μοντέλο HSB………………………………………… 7 σελίδες.

6. Έγχρωμο μοντέλο CIE Lab……………………………………..8 σελίδες.

7. Μοντέλο χρώματος CMYK, διαχωρισμός χρωμάτων……………………….. 8 σελίδες.

II. Πρακτικό μέρος

1.Πρακτική ερώτηση (δημιουργία σχεδίου στο CorelDRAW)

Κατάλογος χρησιμοποιημένης βιβλιογραφίας…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Βασικές έννοιες γραφικών υπολογιστών

Στα γραφικά υπολογιστών, η έννοια της ανάλυσης τείνει να είναι η πιο μπερδεμένη, καθώς πρέπει να αντιμετωπίσουμε πολλές ιδιότητες διαφορετικών αντικειμένων ταυτόχρονα. Είναι απαραίτητο να γίνει σαφής διάκριση μεταξύ ανάλυσης οθόνης, ανάλυσης συσκευής εκτύπωσης και ανάλυσης εικόνας. Όλες αυτές οι έννοιες αναφέρονται σε διαφορετικά αντικείμενα. Αυτοί οι τύποι αναλύσεων δεν σχετίζονται με κανέναν τρόπο μεταξύ τους έως ότου χρειαστεί να ξέρετε τι φυσικό μέγεθος θα έχει η εικόνα στην οθόνη της οθόνης, η εκτύπωση σε χαρτί ή το αρχείο στον σκληρό δίσκο.

Η ανάλυση οθόνης είναι μια ιδιότητα του συστήματος του υπολογιστή (ανάλογα με την οθόνη και την κάρτα βίντεο) και του λειτουργικού συστήματος (ανάλογα με τις ρυθμίσεις των Windows). Η ανάλυση της οθόνης μετριέται σε pixel (κουκκίδες) και καθορίζει το μέγεθος της εικόνας που μπορεί να χωρέσει εξ ολοκλήρου στην οθόνη.
Η ανάλυση εκτυπωτή είναι μια ιδιότητα του εκτυπωτή που εκφράζει τον αριθμό των μεμονωμένων κουκκίδων που μπορούν να εκτυπωθούν σε μια περιοχή μήκους μονάδας. Μετριέται σε μονάδες dpi (κουκκίδες ανά ίντσα) και καθορίζει το μέγεθος μιας εικόνας σε μια δεδομένη ποιότητα ή, αντίστροφα, την ποιότητα μιας εικόνας σε ένα δεδομένο μέγεθος.

Η ανάλυση εικόνας είναι μια ιδιότητα της ίδιας της εικόνας. Μετριέται επίσης σε κουκκίδες ανά ίντσα - dpi και ρυθμίζεται κατά τη δημιουργία μιας εικόνας σε ένα πρόγραμμα επεξεργασίας γραφικών ή τη χρήση ενός σαρωτή. Έτσι, για να προβάλετε μια εικόνα στην οθόνη, αρκεί να έχει ανάλυση 72 dpi και για εκτύπωση σε εκτυπωτή - όχι λιγότερο από 300 dpi. Η τιμή ανάλυσης εικόνας αποθηκεύεται στο αρχείο εικόνας.

Το φυσικό μέγεθος της εικόνας καθορίζει το μέγεθος της εικόνας κατακόρυφα (ύψος) και οριζόντια (πλάτος) και μπορεί να μετρηθεί τόσο σε pixel όσο και σε μονάδες μήκους (χιλιοστά, εκατοστά, ίντσες). Ρυθμίζεται όταν δημιουργείται η εικόνα και αποθηκεύεται μαζί με το αρχείο. Εάν μια εικόνα προετοιμάζεται για εμφάνιση σε μια οθόνη, τότε το πλάτος και το ύψος της καθορίζονται σε pixel για να γνωρίζουμε πόσο από την οθόνη καταλαμβάνει. Εάν μια εικόνα προετοιμάζεται για εκτύπωση, τότε το μέγεθός της καθορίζεται σε μονάδες μήκους για να γνωρίζουμε πόσο από το φύλλο χαρτιού θα καταλάβει.
Το φυσικό μέγεθος και η ανάλυση εικόνας είναι άρρηκτα συνδεδεμένα. Όταν αλλάζετε την ανάλυση, το φυσικό μέγεθος αλλάζει αυτόματα.

Όταν εργάζεστε με χρώμα, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες έννοιες: βάθος χρώματος (ονομάζεται επίσης ανάλυση χρώματος) και μοντέλο χρώματος.
Ένας διαφορετικός αριθμός bit μπορεί να εκχωρηθεί για την κωδικοποίηση του χρώματος ενός εικονοστοιχείου εικόνας. Αυτό καθορίζει πόσα χρώματα μπορούν να εμφανίζονται στην οθόνη ταυτόχρονα. Όσο μεγαλύτερος είναι ο δυαδικός χρωματικός κώδικας, τόσο περισσότερα χρώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο σχέδιο.

Το βάθος χρώματος είναι ο αριθμός των bit που χρησιμοποιούνται για την κωδικοποίηση του χρώματος ενός pixel. Για να κωδικοποιήσετε μια δίχρωμη (ασπρόμαυρη) εικόνα, αρκεί να εκχωρήσετε ένα bit για να αναπαραστήσετε το χρώμα κάθε pixel. Η κατανομή ενός byte σάς επιτρέπει να κωδικοποιήσετε 256 διαφορετικά χρώματα. Δύο byte (16 bit) σας επιτρέπουν να ορίσετε 65536 διαφορετικά χρώματα. Αυτή η λειτουργία ονομάζεται High Color. Εάν χρησιμοποιούνται τρία byte (24 bit) για την κωδικοποίηση χρώματος, μπορούν να εμφανιστούν 16,5 εκατομμύρια χρώματα ταυτόχρονα. Αυτή η λειτουργία ονομάζεται True Color. Το μέγεθος του αρχείου στο οποίο είναι αποθηκευμένη η εικόνα εξαρτάται από το βάθος χρώματος.

Τα χρώματα στη φύση σπάνια είναι απλά. Οι περισσότερες χρωματικές αποχρώσεις σχηματίζονται με την ανάμειξη των βασικών χρωμάτων. Η μέθοδος διαίρεσης μιας χρωματικής απόχρωσης στα συστατικά στοιχεία της ονομάζεται χρώμα μοντέλο. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι μοντέλων χρωμάτων, αλλά τα γραφικά υπολογιστών συνήθως δεν χρησιμοποιούν περισσότερα από τρία. Αυτά τα μοντέλα είναι γνωστά με τα ονόματα: RGB, CMYK, HSB.

Χρώμα και χρωματικά μοντέλα.

Το χρώμα είναι προσθετικό και αφαιρετικό.

Το πρόσθετο χρώμα λαμβάνεται με συνδυασμό φωτός διαφορετικών χρωμάτων. Σε αυτό το σχήμα, η απουσία όλων των χρωμάτων αντιπροσωπεύει το μαύρο χρώμα και η παρουσία όλων των χρωμάτων αντιπροσωπεύει το λευκό χρώμα. Ένας χρωματικός συνδυασμός προσθέτων λειτουργεί με εκπεμπόμενο φως, όπως μια οθόνη υπολογιστή.

Στον αφαιρετικό συνδυασμό χρωμάτων, συμβαίνει η αντίστροφη διαδικασία. Εδώ, ένα χρώμα λαμβάνεται αφαιρώντας άλλα χρώματα από τη συνολική ακτίνα φωτός. Σε αυτό το σχήμα, το λευκό εμφανίζεται ως αποτέλεσμα της απουσίας όλων των χρωμάτων, ενώ η παρουσία τους παράγει μαύρο. Ο αφαιρετικός συνδυασμός χρωμάτων λειτουργεί με το ανακλώμενο φως.

Στα γραφικά υπολογιστή, χρησιμοποιείται η έννοια της ανάλυσης χρώματος (άλλο όνομα είναι βάθος χρώματος). Καθορίζει μια μέθοδο για την κωδικοποίηση πληροφοριών χρώματος για εμφάνιση σε οθόνη οθόνης. Για να εμφανίσετε μια ασπρόμαυρη εικόνα, αρκούν δύο bit (άσπρο και μαύρο). Η κωδικοποίηση οκτώ bit σάς επιτρέπει να εμφανίζετε 256 διαβαθμίσεις χρωματικού τόνου. Δύο byte (16 bit) ορίζουν 65.536 αποχρώσεις (αυτή η λειτουργία ονομάζεται High Color). Με μια μέθοδο κωδικοποίησης 24 bit, είναι δυνατός ο ορισμός περισσότερων από 16,5 εκατομμυρίων χρωμάτων (η λειτουργία ονομάζεται. Από πρακτική άποψη, η χρωματική ανάλυση μιας οθόνης είναι κοντά στην έννοια της χρωματικής γκάμας. Σημαίνει το εύρος των χρωμάτων που μπορούν να αναπαραχθούν χρησιμοποιώντας τη μία ή την άλλη συσκευή εξόδου (οθόνη, εκτυπωτής, τυπογραφείο κ.λπ.) Σύμφωνα με τις αρχές του σχηματισμού εικόνας με χρήση προσθετικών ή αφαιρετικών μεθόδων, έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι για τη διαίρεση μιας χρωματικής απόχρωσης στα συστατικά της , που ονομάζονται έγχρωμα μοντέλα. Στα γραφικά υπολογιστών, τα μοντέλα RGB και HSB (για δημιουργία και επεξεργασία πρόσθετων εικόνων) και CMYK (για εκτύπωση αντιγράφου μιας εικόνας σε εξοπλισμό εκτύπωσης). Τα έγχρωμα μοντέλα βρίσκονται σε ένα τρισδιάστατο σύστημα συντεταγμένων που σχηματίζει ένας χρωματικός χώρος, αφού από τους νόμους του Grossman προκύπτει ότι το χρώμα μπορεί να εκφραστεί με ένα σημείο στον τρισδιάστατο χώρο.

Ο πρώτος νόμος του Grassmann (νόμος της τρισδιάστατης). Οποιοδήποτε χρώμα μπορεί να εκφραστεί μοναδικά από τρία συστατικά εάν είναι γραμμικά ανεξάρτητα. Γραμμική ανεξαρτησία είναι η αδυναμία λήψης οποιουδήποτε από αυτά τα τρία χρώματα προσθέτοντας τα άλλα δύο.

Ο δεύτερος νόμος του Grassmann (νόμος της συνέχειας). Με μια συνεχή αλλαγή στην ακτινοβολία, το χρώμα του μείγματος αλλάζει επίσης συνεχώς. Δεν υπάρχει χρώμα που να μην μπορεί να ταιριάξει απείρως κοντά.

Τρίτος νόμος του Grassmann (νόμος της προσθετικότητας). Το χρώμα ενός μείγματος ακτινοβολίας εξαρτάται μόνο από το χρώμα του, αλλά όχι από τη φασματική του σύνθεση. Δηλαδή, το χρώμα (C) του μείγματος εκφράζεται με το άθροισμα των χρωματικών εξισώσεων της ακτινοβολίας:

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

Χρωματικό μοντέλο RGB

Μια οθόνη υπολογιστή δημιουργεί χρώμα απευθείας εκπέμποντας φως και χρησιμοποιεί τον συνδυασμό χρωμάτων RGB.

Το χρωματικό μοντέλο RGB είναι προσθετικό, δηλαδή, οποιοδήποτε χρώμα είναι ένας συνδυασμός σε ποικίλες αναλογίες τριών βασικών χρωμάτων - κόκκινο (Κόκκινο), πράσινο (Πράσινο), μπλε (Μπλε). Χρησιμεύει ως βάση για τη δημιουργία και την επεξεργασία γραφικών υπολογιστών που προορίζονται για ηλεκτρονική αναπαραγωγή (σε οθόνη, τηλεόραση). Αν κοιτάξετε την οθόνη από κοντινή απόσταση, θα παρατηρήσετε ότι αποτελείται από μικροσκοπικές κουκκίδες κόκκινου, πράσινου και μπλε χρώματος. Ο υπολογιστής μπορεί να ελέγξει την ποσότητα του φωτός που εκπέμπεται από οποιοδήποτε έγχρωμο σημείο και, συνδυάζοντας διαφορετικούς συνδυασμούς οποιωνδήποτε χρωμάτων, μπορεί να δημιουργήσει οποιοδήποτε χρώμα. Όταν ένα συστατικό του κύριου χρώματος υπερτίθεται σε ένα άλλο, η φωτεινότητα της συνολικής ακτινοβολίας αυξάνεται. Ο συνδυασμός των τριών συστατικών δίνει ένα αχρωματικό γκρι χρώμα, το οποίο, με αυξανόμενη φωτεινότητα, πλησιάζει το λευκό. Με 256 επίπεδα διαβάθμισης τόνου, το μαύρο αντιστοιχεί σε μηδενικές τιμές RGB και το λευκό αντιστοιχεί σε μέγιστες τιμές, με συντεταγμένες (255,255,255).

Καθορισμένο από τη φύση των οθονών υπολογιστή, το σχήμα RGB είναι το πιο δημοφιλές και διαδεδομένο, αλλά έχει ένα μειονέκτημα: τα σχέδια υπολογιστή δεν χρειάζεται πάντα να υπάρχουν μόνο στην οθόνη, μερικές φορές πρέπει να εκτυπωθούν, τότε είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήστε ένα άλλο σύστημα χρωμάτων - CMYK.

Συστήματα χρωμάτων HSB και HSL

Τα συστήματα χρωμάτων HSB και HSL βασίζονται σε περιορισμούς που επιβάλλονται από το υλικό. Στο σύστημα HSB, το χρώμα περιγράφεται ως προς την απόχρωση, τον κορεσμό και τη φωτεινότητα. Ένα άλλο σύστημα HSL ορίζει την απόχρωση, τον κορεσμό και την ελαφρότητα. Ο τόνος είναι μια συγκεκριμένη απόχρωση χρώματος. Ο κορεσμός ενός χρώματος περιγράφει τη σχετική ένταση ή συχνότητά του. Η φωτεινότητα ή η φωτεινότητα υποδηλώνει την ποσότητα του μαύρου που προστίθεται σε ένα χρώμα, με αποτέλεσμα να φαίνεται πιο σκούρο. Το σύστημα HSB ταιριάζει καλά με το ανθρώπινο μοντέλο αντίληψης χρώματος, δηλαδή ισοδυναμεί με το μήκος κύματος του φωτός. Ο κορεσμός είναι η ένταση του κύματος και η φωτεινότητα είναι η συνολική ποσότητα φωτός. Το μειονέκτημα αυτού του συστήματος είναι ότι για να λειτουργήσει σε οθόνες υπολογιστών πρέπει να μετατραπεί στο σύστημα RGB και για τετράχρωμη εκτύπωση στο σύστημα CMYK.

Χρωματικό μοντέλο HSB

Το χρωματικό μοντέλο HSB αναπτύχθηκε με τη μέγιστη προσοχή στα χαρακτηριστικά της ανθρώπινης αντίληψης χρωμάτων. Βασίζεται στον χρωματικό τροχό Munsell. Το χρώμα περιγράφεται από τρία συστατικά: Απόχρωση, Κορεσμός και Φωτεινότητα. Η τιμή χρώματος επιλέγεται ως διάνυσμα που προέρχεται από το κέντρο του κύκλου. Η κουκκίδα στο κέντρο αντιστοιχεί στο λευκό χρώμα και οι κουκκίδες κατά μήκος της περιμέτρου του κύκλου αντιστοιχούν σε καθαρά φασματικά χρώματα. Η κατεύθυνση του διανύσματος καθορίζεται σε μοίρες και καθορίζει τη χρωματική απόχρωση. Το μήκος του διανύσματος καθορίζει τον κορεσμό του χρώματος. Σε έναν ξεχωριστό άξονα, που ονομάζεται αχρωματικός άξονας, ορίζεται η φωτεινότητα, με το σημείο μηδέν να αντιστοιχεί στο μαύρο χρώμα. Η χρωματική γκάμα του μοντέλου HSB καλύπτει όλες τις γνωστές τιμές των πραγματικών χρωμάτων.

Το μοντέλο HSB χρησιμοποιείται συνήθως κατά τη δημιουργία εικόνων σε υπολογιστή, προσομοιώνοντας τις τεχνικές εργασίας και τα εργαλεία των καλλιτεχνών. Υπάρχουν ειδικά προγράμματα που μιμούνται πινέλα, στυλό και μολύβια. Παρέχει μια απομίμηση της εργασίας με χρώματα και διάφορους καμβάδες. Μετά τη δημιουργία μιας εικόνας, συνιστάται η μετατροπή της σε διαφορετικό χρωματικό μοντέλο, ανάλογα με το πώς σκοπεύετε να τη δημοσιεύσετε.

Χρωματικό μοντέλο CIE Lab

Το 1920, αναπτύχθηκε το έγχρωμο χωρικό μοντέλο CIE Lab (Communication Internationale de I"Eclairage - μια διεθνής επιτροπή συνάντησης. L, a, b είναι οι ονομασίες των αξόνων συντεταγμένων σε αυτό το σύστημα). Το σύστημα είναι ανεξάρτητο από το υλικό και επομένως είναι συχνά χρησιμοποιείται για τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ συσκευών Στο μοντέλο CIE Lab, οποιοδήποτε χρώμα καθορίζεται από τη φωτεινότητα (L) και τα χρωματικά στοιχεία: την παράμετρο a, η οποία ποικίλλει στην περιοχή από πράσινο έως κόκκινο και την παράμετρο b, η οποία ποικίλλει στο εύρος από μπλε σε κίτρινο. Η χρωματική γκάμα του μοντέλου CIE Lab υπερβαίνει σημαντικά τις δυνατότητες των οθονών και των εκτυπωμένων συσκευών, επομένως η εικόνα που αντιπροσωπεύεται σε αυτό το μοντέλο πρέπει να μετατραπεί πριν από την έξοδο. Αυτό το μοντέλο αναπτύχθηκε για να ταιριάζει τις έγχρωμες φωτοχημικές διεργασίες με τις διαδικασίες εκτύπωσης και είναι σήμερα το προεπιλεγμένο πρότυπο για το Adobe Photoshop.

Χρωματικό μοντέλο CMYK, διαχωρισμός χρωμάτων

Αυτό το σύστημα ήταν ευρέως γνωστό πολύ πριν χρησιμοποιηθούν οι υπολογιστές για τη δημιουργία γραφικών εικόνων. Οι υπολογιστές χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό των χρωμάτων εικόνας σε χρώματα CMYK και έχουν αναπτυχθεί ειδικά μοντέλα για εκτύπωση. Η μετατροπή χρωμάτων από RGB σε CMYK αντιμετωπίζει μια σειρά από προκλήσεις. Η κύρια δυσκολία είναι ότι τα χρώματα μπορεί να διαφέρουν σε διαφορετικά συστήματα. Αυτά τα συστήματα έχουν διαφορετική φύση παραγωγής χρώματος και αυτό που βλέπουμε στην οθόνη της οθόνης δεν μπορεί ποτέ να επαναληφθεί ακριβώς κατά την εκτύπωση. Επί του παρόντος, υπάρχουν προγράμματα που σας επιτρέπουν να εργάζεστε απευθείας σε χρώματα CMYK. Τα προγράμματα διανυσματικών γραφικών έχουν ήδη αξιόπιστα αυτήν την ικανότητα, ενώ τα προγράμματα γραφικών ράστερ μόλις πρόσφατα άρχισαν να παρέχουν στους χρήστες τα μέσα για να δουλέψουν με χρώματα CMYK και να τελειοποιήσουν πώς θα φαίνεται το σχέδιο κατά την εκτύπωση.

Το χρωματικό μοντέλο CMYK είναι αφαιρετικό και χρησιμοποιείται κατά την προετοιμασία εκδόσεων για εκτύπωση. Τα στοιχεία χρώματος CMY είναι χρώματα που λαμβάνονται με την αφαίρεση των βασικών χρωμάτων από το λευκό:

κυανό (κυανό) = λευκό - κόκκινο = πράσινο + μπλε;

ματζέντα = λευκό - πράσινο = κόκκινο + μπλε;

κίτρινο = λευκό - μπλε = κόκκινο + πράσινο.

Αυτή η μέθοδος αντιστοιχεί στη φυσική ουσία της αντίληψης των ακτίνων που αντανακλώνται από τα τυπωμένα πρωτότυπα. Το κυανό, το ματζέντα και το κίτρινο ονομάζονται συμπληρωματικά χρώματα επειδή συμπληρώνουν τα κύρια χρώματα στο λευκό. Αυτό οδηγεί στο κύριο πρόβλημα του χρωματικού μοντέλου CMY - η επικάλυψη πρόσθετων χρωμάτων στην πράξη δεν παράγει καθαρό μαύρο. Επομένως, ένα καθαρό μαύρο συστατικό συμπεριλήφθηκε στο χρωματικό μοντέλο. Έτσι εμφανίστηκε το τέταρτο γράμμα στη συντομογραφία του χρωματικού μοντέλου CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blackK). Για εκτύπωση σε εξοπλισμό εκτύπωσης, μια έγχρωμη εικόνα υπολογιστή πρέπει να χωριστεί σε στοιχεία που αντιστοιχούν στα στοιχεία του χρωματικού μοντέλου CMYK. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται διαχωρισμός χρωμάτων. Το αποτέλεσμα είναι τέσσερις ξεχωριστές εικόνες που περιέχουν το ίδιο χρώμα για κάθε στοιχείο στο πρωτότυπο. Στη συνέχεια, σε ένα τυπογραφείο, από πλάκες που δημιουργήθηκαν με βάση φιλμ διαχωρισμένα με χρώμα, εκτυπώνεται μια πολύχρωμη εικόνα, η οποία λαμβάνεται με επικάλυψη χρωμάτων CMYK.

Χρώμα με ευρετήριο, εργασία με παλέτα

Όλα τα συστήματα χρωμάτων που περιγράφηκαν προηγουμένως ασχολήθηκαν με ολόκληρο το φάσμα των χρωμάτων. Οι παλέτες χρωμάτων με ευρετήριο είναι σύνολα χρωμάτων από τα οποία μπορείτε να επιλέξετε το επιθυμητό χρώμα. Το πλεονέκτημα των περιορισμένων παλετών είναι ότι καταλαμβάνουν πολύ λιγότερη μνήμη από τα πλήρη συστήματα RGB και CMYK. Ο υπολογιστής δημιουργεί μια παλέτα χρωμάτων και εκχωρεί σε κάθε χρώμα έναν αριθμό από το 1 έως το 256. Στη συνέχεια, κατά την αποθήκευση του χρώματος ενός μεμονωμένου εικονοστοιχείου ή αντικειμένου, ο υπολογιστής απλώς θυμάται τον αριθμό που είχε αυτό το χρώμα στην παλέτα. Για να θυμάται αριθμούς από το 1 έως το 256, ένας υπολογιστής χρειάζεται μόνο 8 bit. Για σύγκριση, ένα πλήρες χρώμα στο σύστημα RGB παίρνει 24 bit και στο σύστημα CMYK παίρνει 32.

Βιβλιογραφία:

1.Γραφικά υπολογιστών. Porev V.N.

2.Βασικά γραφικά υπολογιστή. Sergeev A.P., Kushchenko S.V.

3. Γραφικά υπολογιστών. Δυναμική, ρεαλιστικές εικόνες. E.V. Shikin, A.V. Boreskov

Υπολογιστή ΓΡΑΦΙΚΕΣ ΤΕΧΝΕΣ (11)Περίληψη >> Επιστήμη Υπολογιστών

2 ΤΥΠΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ ΓΡΑΦΙΚΑΥπάρχουν τρεις τύποι υπολογιστή γραφικά. Αυτό είναι ράστερ ΓΡΑΦΙΚΕΣ ΤΕΧΝΕΣ, διάνυσμα ΓΡΑΦΙΚΕΣ ΤΕΧΝΕΣκαι φράκταλ ΓΡΑΦΙΚΕΣ ΤΕΧΝΕΣ. Είναι διαφορετικά... τρισδιάστατα συστήματασυντεταγμένες Κάθε συντεταγμένη αντικατοπτρίζει τη συμβολή κάθε συστατικού στο προκύπτον χρώμα V...

Ενίσχυση της οπτικής εντύπωσης και αύξηση του πλούτου πληροφοριών της εικόνας. Η αντίληψη του χρώματος σχηματίζεται από τον ανθρώπινο εγκέφαλο ως αποτέλεσμα της ανάλυσης της ροής φωτός που εισέρχεται στον αμφιβληστροειδή από την εκπομπή ή την ανάκλαση αντικειμένων. Η αντίληψη του χρώματος εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες του φωτός, δηλαδή την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια, από την αλληλεπίδρασή του με φυσικές ουσίες, καθώς και από την ερμηνεία τους από το ανθρώπινο οπτικό σύστημα. Το ανθρώπινο οπτικό σύστημα αντιλαμβάνεται την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια με μήκη κύματος από 400 έως 700 nm ως ορατό φως (1 nm = 10 -9 m). Το φως λαμβάνεται είτε απευθείας από μια πηγή, όπως ένας λαμπτήρας, είτε έμμεσα με ανάκλαση ή διάθλαση από την επιφάνεια ενός αντικειμένου. Μια πηγή ή ένα αντικείμενο είναι αχρωματικό εάν το παρατηρούμενο φως περιέχει όλα τα ορατά μήκη κύματος σε περίπου ίσες ποσότητες. Μια αχρωματική πηγή εμφανίζεται λευκή και το ανακλώμενο ή διαθλασμένο αχρωματικό φως εμφανίζεται λευκό, μαύρο ή γκρι. Τα αντικείμενα που αντανακλούν αχρωματικά περισσότερο από το 80% του φωτός από μια λευκή πηγή φαίνονται λευκά και λιγότερο από 3% φαίνονται μαύρα. Οι ενδιάμεσες τιμές παράγουν διαφορετικές αποχρώσεις του γκρι. Αν και είναι δύσκολο να οριστεί διάκριση μεταξύ ελαφρότητας και φωτεινότητας, η ελαφρότητα γενικά θεωρείται ότι είναι μια ιδιότητα των μη φωτεινών ή ανακλαστικών αντικειμένων και κυμαίνεται από μαύρο έως λευκό, ενώ η φωτεινότητα είναι μια ιδιότητα αυτοφωτεινών ή εκπεμπόμενων αντικειμένων και κυμαίνεται από χαμηλή έως υψηλή. Εάν το αντιληπτό φως περιέχει μήκη κύματος σε αυθαίρετες άνισες ποσότητες, τότε ονομάζεται χρωματικό.Αν τα μήκη κύματος είναι συγκεντρωμένα στο πάνω άκρηορατό φάσμα και μετά εμφανίζεται φως το κόκκινοή κοκκινωπό, δηλαδή το κυρίαρχο μήκος κύματος βρίσκεται στην κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Αν τα μήκη κύματος είναι συγκεντρωμένα σε κάτω μέροςορατό φάσμα, λοιπόν το φως φαίνεται μπλεή μπλε, δηλαδή το κυρίαρχο μήκος κύματος βρίσκεται στο μπλε τμήμα του φάσματος. Ωστόσο, η ίδια η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος δεν έχει χρώμα. Η αίσθηση του χρώματος προκύπτει ως αποτέλεσμα της μεταμόρφωσης των φυσικών φαινομένων στο ανθρώπινο μάτι και τον εγκέφαλο. Το χρώμα ενός αντικειμένου εξαρτάται από την κατανομή των μηκών κύματος της πηγής φωτός και από τις φυσικές ιδιότητες του αντικειμένου. Ένα αντικείμενο εμφανίζεται χρωματιστό εάν ανακλά ή μεταδίδει φως μόνο σε ένα στενό εύρος μηκών κύματος και απορροφά όλα τα άλλα.

Στα γραφικά υπολογιστών, χρησιμοποιούνται δύο συστήματα για την ανάμειξη βασικών χρωμάτων: πρόσθετο - κόκκινο, πράσινο, μπλε (RGB) και αφαιρετικό - κυανό, ματζέντα, κίτρινο (CMY). Τα χρώματα του ενός συστήματος είναι συμπληρωματικά του άλλου: κυανό προς κόκκινο, ματζέντα προς πράσινο, κίτρινο προς μπλε. Ένα συμπληρωματικό χρώμα είναι η διαφορά μεταξύ του λευκού και ενός δεδομένου χρώματος: το κυανό είναι λευκό μείον κόκκινο, ματζέντα είναι λευκό μείον πράσινο, κίτρινο είναι λευκό μείον μπλε. Αν και το κόκκινο μπορεί να θεωρηθεί συμπληρωματικό του κυανού, παραδοσιακά το κόκκινο, το πράσινο και το μπλε θεωρούνται τα κύρια χρώματα και το κυανό, το ματζέντα, το κίτρινο είναι τα συμπληρώματά τους. Είναι ενδιαφέρον ότι δεν υπάρχει μωβ χρώμα στο φάσμα του ουράνιου τόξου ή του πρίσματος, δηλαδή παράγεται από το ανθρώπινο οπτικό σύστημα. Για ανακλαστικές επιφάνειες, για παράδειγμα χρησιμοποιούνται μελάνια εκτύπωσης, φιλμ και μη φωτεινές οθόνες αφαιρετικό σύστημα CMY. Στα αφαιρετικά συστήματα, τα μήκη κύματος ενός επιπλέον χρώματος αφαιρούνται από το λευκό φάσμα. Για παράδειγμα, όταν το φως ανακλάται ή μεταδίδεται μέσω ενός μωβ αντικειμένου, το πράσινο τμήμα του φάσματος απορροφάται. Εάν το φως που προκύπτει ανακλάται ή διαθλάται από ένα κίτρινο αντικείμενο, το μπλε τμήμα του φάσματος απορροφάται και παραμένει μόνο το κόκκινο χρώμα. Μόλις ανακλαστεί ή διαθλαστεί σε ένα μπλε αντικείμενο, το χρώμα γίνεται μαύρο επειδή ολόκληρο το ορατό φάσμα εξαλείφεται. Τα φίλτρα φωτογραφιών λειτουργούν με αυτήν την αρχή. ΠρόσθετοςΤο σύστημα χρωμάτων RGB είναι βολικό για λαμπερόςεπιφάνειες όπως οθόνες CRT ή έγχρωμες λάμπες.

Τρόποι περιγραφής χρώματος

Στα γραφικά υπολογιστών η έννοια χρησιμοποιείται χρωματική ανάλυση (άλλο όνομα είναι βάθος χρώματος ). Καθορίζει μια μέθοδο για την κωδικοποίηση πληροφοριών χρώματος για εμφάνιση σε οθόνη οθόνης. Για να εμφανίσετε μια ασπρόμαυρη εικόνα, αρκεί ένα bit (λευκό και μαύρο χρώμα). Η κωδικοποίηση οκτώ bit σάς επιτρέπει να εμφανίζετε 256 διαβαθμίσεις χρωματικού τόνου. Δύο byte (16 bit) ορίζουν 65.536 αποχρώσεις. Με την κωδικοποίηση 24-bit, μπορούν να οριστούν περισσότερα από 16,5 εκατομμύρια χρώματα

Από πρακτικής άποψης χρωματική ανάλυσηστενή έννοια χρωματική γκάμα, η οποία αναφέρεται στο εύρος των χρωμάτων που μπορούν να αναπαραχθούν στις συσκευές εξόδου.Τα χρωματικά μοντέλα είναι διατεταγμένα σε ένα τρισδιάστατο σύστημα συντεταγμένων που σχηματίζει έναν χρωματικό χώρο. Σε αυτή την περίπτωση, προέρχονται από τους νόμους του Grassmann ότι το χρώμα μπορεί να εκφραστεί από ένα σημείο στον τρισδιάστατο χώρο.

Χρωματικό μοντέλο CIE Lab

Το 1920 αναπτύχθηκε ένα έγχρωμο χωρικό μοντέλο CIE Lab

L,a,b - προσδιορισμοί αξόνων συντεταγμένων σε αυτό το σύστημα). Το σύστημα είναι ανεξάρτητο υλικό και επομένως χρησιμοποιείται συχνά για τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ συσκευών. Στο μοντέλο CIE Lab, οποιοδήποτε χρώμα καθορίζεται από τη φωτεινότητα (I) και τα χρωματικά στοιχεία: την παράμετρο a, η οποία ποικίλλει στην περιοχή από πράσινο έως κόκκινο και την παράμετρο b, η οποία ποικίλλει στην περιοχή από μπλε έως κίτρινο. Η χρωματική γκάμα του μοντέλου CIE Lab υπερβαίνει σημαντικά τις δυνατότητες των οθονών και των συσκευών εκτύπωσης, επομένως πριν από την έξοδο της εικόνας που παρουσιάζεται σε αυτό το μοντέλο, πρέπει να μετατραπεί. Αυτό το μοντέλο αναπτύχθηκε για να εναρμονίσει τις έγχρωμες φωτοχημικές διεργασίες με τις διαδικασίες εκτύπωσης. Σήμερα είναι το προεπιλεγμένο πρότυπο για το Adobe Photoshop.

Χρωματικό μοντέλο RGB

Εικ. Πρόσθετο χρωματικό μοντέλο RGB

Το χρωματικό μοντέλο RGB είναι προσθετικό, δηλαδή, οποιοδήποτε χρώμα είναι ένας συνδυασμός σε ποικίλες αναλογίες τριών βασικών χρωμάτων - κόκκινο, πράσινο, μπλε. Χρησιμεύει ως βάση για τη δημιουργία και την επεξεργασία γραφικών υπολογιστών που προορίζονται για ηλεκτρονική αναπαραγωγή (σε οθόνη, τηλεόραση). Όταν ένα συστατικό του κύριου χρώματος υπερτίθεται σε ένα άλλο, η φωτεινότητα της συνολικής ακτινοβολίας αυξάνεται. Ο συνδυασμός των τριών συστατικών δίνει ένα αχρωματικό γκρι χρώμα, το οποίο, με αυξανόμενη φωτεινότητα, πλησιάζει το λευκό. Με 256 επίπεδα διαβάθμισης τόνου, το μαύρο αντιστοιχεί σε μηδενικές τιμές RGB και το λευκό - μέγιστο, με συντεταγμένες (255.255.255).

RGB με κανάλι Alpha

Το κανάλι άλφα σάς επιτρέπει να συνδυάσετε μια εικόνα με το φόντο της. Κάθε τιμή pixel περιέχει μια πρόσθετη τιμή Alpha της οποίας το μέγεθος bit είναι ίσο με το βάθος χρώματος της εικόνας. Το χρωματικό μοντέλο RGB με κανάλι Alpha μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο με βάθη χρώματος 8 και 16 bit.

Μια τιμή καναλιού Alpha μηδέν σημαίνει ότι το pixel είναι εντελώς διαφανές, οπότε το φόντο είναι εντελώς ορατό μέσω της εικόνας.

Η τιμή του καναλιού Alpha είναι ίση με 2 βάθος χρώματος εικόνας -1

αντιστοιχεί σε ένα εντελώς αδιαφανές pixel. αυτό σημαίνει ότι το φόντο καλύπτεται πλήρως από την εικόνα. Όταν η τιμή του καναλιού Alpha είναι ίση με μια ενδιάμεση τιμή, το χρώμα του εικονοστοιχείου αναμιγνύεται στο φόντο μέσω κάποιου αλγορίθμου.

Χρωματικό μοντέλο HSB


Ρύζι. Χρωματικό μοντέλο HSB
Το χρωματικό μοντέλο HSB αναπτύχθηκε με τη μέγιστη προσοχή στα χαρακτηριστικά της ανθρώπινης αντίληψης χρωμάτων. Βασίζεται στον χρωματικό τροχό Munsell. Το χρώμα περιγράφεται από τρία συστατικά: απόχρωση (Απόχρωση ), κορεσμός (Κορεσμός ) και φωτεινότητα (Λάμψη ). Η τιμή χρώματος επιλέγεται ως διάνυσμα που προέρχεται από το κέντρο του κύκλου. Η κουκκίδα στο κέντρο αντιστοιχεί στο λευκό χρώμα και οι κουκκίδες κατά μήκος της περιμέτρου του κύκλου αντιστοιχούν σε καθαρά φασματικά χρώματα. Η κατεύθυνση του διανύσματος καθορίζεται σε μοίρες και καθορίζει τη χρωματική απόχρωση. Το μήκος του διανύσματος καθορίζει τον κορεσμό του χρώματος. Σε ξεχωριστό άξονα που ονομάζεται αχρωστικός, έχει ρυθμιστεί η φωτεινότητα, με το σημείο μηδέν να αντιστοιχεί στο μαύρο. Η χρωματική γκάμα του μοντέλου HSB καλύπτει όλες τις γνωστές τιμές των πραγματικών χρωμάτων.

ΜοντέλοH.S.B.Είναι σύνηθες να το χρησιμοποιείτε όταν δημιουργείτε εικόνες σε υπολογιστή, προσομοιώνοντας τις τεχνικές εργασίας και τα εργαλεία των καλλιτεχνών.Υπάρχουν ειδικά προγράμματα που μιμούνται πινέλα, στυλό και μολύβια. Παρέχει μια απομίμηση της εργασίας με χρώματα και διάφορους καμβάδες. Μετά τη δημιουργία μιας εικόνας, συνιστάται η μετατροπή της σε διαφορετικό χρωματικό μοντέλο, ανάλογα με το πώς σκοπεύετε να τη δημοσιεύσετε.Επί του παρόντος, αυτό το χρωματικό μοντέλο χρησιμοποιείται μόνο σε ορισμένα προγράμματα επεξεργασίας εικόνας.

Μοντέλο χρώματος YCbCr

Οι εικόνες JPEG αποθηκεύονται σχεδόν πάντα χρησιμοποιώντας τον χρωματικό χώρο YCbCr τριών συστατικών. Το στοιχείο Y ή φωτεινότητα αντιπροσωπεύει τη φωτεινότητα της εικόνας. Τα συστατικά Cb και Cr καθορίζουν το χρώμα. Η τιμή Cb καθορίζει το μπλε της εικόνας και η τιμή Cr την ερυθρότητα της εικόνας.

Η σχέση μεταξύ των μοντέλων χρώματος YCbCr και RGB βρίσκεται χρησιμοποιώντας τους αντίστοιχους τύπους.

Ρύζι. Χρωματικό μοντέλο CMYK
Το χρωματικό μοντέλο είναι αφαιρετικό και χρησιμοποιείται κατά την προετοιμασία εκδόσεων για εκτύπωση. Τα στοιχεία χρώματος CMY είναι χρώματα που λαμβάνονται με την αφαίρεση των βασικών χρωμάτων από το λευκό:

κυανό (κυανό) = λευκό - κόκκινο = πράσινο + μπλε;

ματζέντα = λευκό - πράσινο = κόκκινο + μπλε;

κίτρινο = λευκό - μπλε = κόκκινο + πράσινο.

Αυτή η μέθοδος αντιστοιχεί στη φυσική ουσία της αντίληψης των ακτίνων που αντανακλώνται από τα τυπωμένα πρωτότυπα. Τα χρώματα κυανό, ματζέντα και κίτρινο ονομάζονται πρόσθετος, γιατί συμπληρώνουν τα βασικά χρώματα στο λευκό. Αυτό οδηγεί στο κύριο πρόβλημα του χρωματικού μοντέλου CMY - η επικάλυψη πρόσθετων χρωμάτων στην πράξη δεν παράγει καθαρό μαύρο. Στο μοντέλο CMYK, οι μεγαλύτερες τιμές στοιχείων αντιπροσωπεύουν χρώματα πιο κοντά στο μαύρο. Όταν συνδυάζονται κυανό, ματζέντα και κίτρινο, απορροφάται όλο το χρώμα, κάτι που θεωρητικά θα έπρεπε να έχει ως αποτέλεσμα μαύρο, αλλά στην πράξη δεν δημιουργείται καθαρό μαύρο. Επομένως, ένα καθαρό μαύρο συστατικό συμπεριλήφθηκε στο χρωματικό μοντέλο. Έτσι εμφανίστηκε το τέταρτο γράμμα στη συντομογραφία του χρωματικού μοντέλου CMYK ( Κυανό, Ματζέντα, Κίτρινο, ΜαύροΚ). Δεν υπάρχει αντιστοιχία ένας προς έναν μεταξύ του μοντέλου και του RGB. Πολλαπλές τιμές CMYK αντιστοιχίζονται στην ίδια τιμή RGB.

Για εκτύπωση σε εξοπλισμό εκτύπωσης, μια έγχρωμη εικόνα υπολογιστή πρέπει να χωριστεί σε στοιχεία που αντιστοιχούν στα στοιχεία του χρωματικού μοντέλου CMYK. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται χρωματικός διαχωρισμός. Το αποτέλεσμα είναι τέσσερις ξεχωριστές εικόνες που περιέχουν το ίδιο χρώμα για κάθε στοιχείο στο πρωτότυπο. Στη συνέχεια, σε ένα τυπογραφείο, από πλάκες που δημιουργήθηκαν με βάση φιλμ διαχωρισμένα με χρώμα, εκτυπώνεται μια πολύχρωμη εικόνα, η οποία λαμβάνεται με επικάλυψη χρωμάτων CMYK.

Τα χρωματικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την αναπαράσταση εικόνων βασίζονται στην υπόθεση ότι υπάρχει μια γραμμική σχέση μεταξύ της τιμής ενός στοιχείου χρώματος και του χρώματος που είναι ορατό στην οθόνη. Στην πραγματικότητα, οι συσκευές οθόνης που χρησιμοποιούνται δεν ανταποκρίνονται γραμμικά στο εισερχόμενο σήμα εισόδου.Γάμμα η προσέγγιση περιγράφει τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά αυτών των συσκευών. Από μαθηματική άποψη, το γάμμα είναι μια συνάρτηση ισχύος:

Η προσαρμογή του γάμμα μιας εικόνας μπορεί να γίνει είτε σε συνδυασμό με τη μετατροπή στον χρωματικό χώρο XYZ, είτε χωριστά. Η προσαρμογή του γάμμα έχει μεγαλύτερο αντίκτυπο στην εμφάνιση μιας εικόνας σε μια οθόνη υπολογιστή από τη μετατροπή από και προς τον χρωματικό χώρο XYZ.

Η επίδραση του γάμμα σε μια εικόνα είναι:δίνοντας στο εξάρτημα μια πιο σκούρα ή πιο ανοιχτή απόχρωση.

Συστήματα συντεταγμένων

Για να δημιουργήσετε μια περίπλοκη ρεαλιστική εικόνα υπολογιστή, είναι απαραίτητο να επαναλάβετε αξιόπιστα το μαθηματικό μοντέλο του απεικονιζόμενου αντικειμένου ή διαδικασίας στην οθόνη στο χώρο και στο χρόνο.Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να καθοριστεί η θέση των σημείων, των γραμμών και των επιφανειών σε διαφορετικά συστήματα συντεταγμένων. Η θέση ενός σημείου στον Ευκλείδειο χώρο καθορίζεται από ένα διάνυσμα ακτίνας, το οποίο έχει n συντεταγμένες και επέκταση σε n γραμμικά ανεξάρτητα διανύσματα βάσης. Το σύνολο των διανυσμάτων βάσης και των μονάδων μέτρησης των αποστάσεων κατά μήκος αυτών των διανυσμάτων αποτελεί ένα σύστημα συντεταγμένων. Για να περιγράψετε το σχήμα των αντικειμένων γραφικών, καθορίστε τη θέση των αντικειμένων στο χώρο και τις προβολές τους στην οθόνη προβολής, χρησιμοποιούνται διάφορα SC, τα πιο βολικά σε κάθε συγκεκριμένη περίπτωση. Η θέση των σημείων στο χώρο περιγράφεται εύκολα χρησιμοποιώντας ένα καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων. Το καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων έχει τρεις κατευθυνόμενες ευθείες που δεν βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο - οι άξονες συντεταγμένων, οι άξονες τέμνονται σε ένα σημείο - η αρχή των συντεταγμένων. Η μονάδα μέτρησης επιλέγεται στους άξονες. Η θέση οποιουδήποτε σημείου στο χώρο περιγράφεται μέσω των συντεταγμένων αυτού του σημείου, οι οποίες είναι οι αποστάσεις από την αρχή των συντεταγμένων έως τις προβολές του σημείου στους αντίστοιχους άξονες συντεταγμένων.Για πρακτικούς υπολογισμούς βολικός, ώστε οι άξονες συντεταγμένων να είναι αμοιβαία κάθετοι. Ένα τέτοιο σύστημα συντεταγμένων ονομάζεται ορθογώνιο. Η σχετική διάταξη των αξόνων σε ένα ορθογώνιο σύστημα συντεταγμένων μπορεί να είναι δύο τύπων. Αξονας 0 zμπορεί να περάσει προς την κατεύθυνση από τον παρατηρητή στο επίπεδο του φύλλου - αυτό είναι ένα αριστερόστροφο σύστημα συντεταγμένων. Αν ο άξονας 0 zπερνά από το επίπεδο φύλλου στον παρατηρητή - αυτό είναι ένα δεξιόστροφο σύστημα συντεταγμένων.

Συστήματα συντεταγμένων που χρησιμοποιούνται πιο συχνά στα γραφικά υπολογιστών

Παγκόσμιο σύστημα συντεταγμένωνείναι το κύριο σύστημα συντεταγμένων, στο οποίο καθορίζονται όλα τα αντικείμενα σκηνής. Μία από τις κοινές εργασίες στα γραφικά υπολογιστών είναι η απεικόνιση δισδιάστατων γραφημάτων σε ένα συγκεκριμένο σύστημα συντεταγμένων. Αυτά τα γραφήματα έχουν σχεδιαστεί για να δείχνουν τη σχέση μεταξύ των μεταβλητών που ορίζονται χρησιμοποιώντας συναρτήσεις. Για παράδειγμα, γραφήματα που χαρακτηρίζουν την αντίληψη του φωτός από το ανθρώπινο μάτι. Για να ληφθεί ένα τέτοιο γράφημα, το πρόγραμμα εφαρμογής πρέπει να περιγράφει τα διάφορα πρωτόγονα εξόδου (σημεία, γραμμές, σειρές συμβόλων), υποδεικνύοντας τη θέση και το μέγεθός τους σε ένα ορθογώνιο σύστημα συντεταγμένων. Οι μονάδες μέτρησης στις οποίες καθορίζονται αυτά τα αντικείμενα εξαρτώνται από τη φύση τους: η αλλαγή της θερμοκρασίας, για παράδειγμα, μπορεί να εμφανιστεί σε μοίρες ανά ώρα, η κίνηση ενός σώματος στο διάστημα σε χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο, κ.λπ. Αυτές είναι προσανατολισμένες στην εφαρμογή (ή προσανατολισμένες στο χρήστη) συντεταγμένες σάς επιτρέπουν να ορίζετε αντικείμενα στον δισδιάστατο ή τρισδιάστατο κόσμο του χρήστη και συνήθως ονομάζονται συντεταγμένες του κόσμου.

Το σύστημα συντεταγμένων σταθερού κόσμου (MSC) x, y, z, περιέχει ένα σημείο αναφοράς (προέλευση συντεταγμένων) και μια γραμμικά ανεξάρτητη βάση (ένα σύνολο διανυσμάτων βάσης - άξονες συντεταγμένων), χάρη σε αυτό είναι δυνατή η ψηφιακή περιγραφή του γεωμετρικού ιδιότητες οποιουδήποτε γραφικού αντικειμένου σε απόλυτες τιμές. Δηλώνουμε το παγκόσμιο σύστημα συντεταγμένων Χ Μ y Μ z Μ .

Μοντέλο σύστημα συντεταγμένων– ένα σύστημα συντεταγμένων στο οποίο καθορίζεται η εσωτερική δομή των αντικειμένων.

Σύστημα συντεταγμένων οθόνης - καθορίζει τη θέση των προβολών των γεωμετρικών αντικειμένων στην οθόνη προβολής. Η προβολή ενός σημείου στο ESC έχει συντεταγμένη z e =0. Ωστόσο, αυτή η συντεταγμένη δεν πρέπει να απορριφθεί, καθώς το MSK και το ESC επιλέγονται συχνά για να συμπίπτουν, καθώς και το διάνυσμα προβολής [ Χ ε y ε 0] μπορεί να συμμετέχει σε μετασχηματισμούς που απαιτούν όχι δύο, αλλά τρεις συντεταγμένες.

Η επιλογή του σημείου και της κατεύθυνσης θέασης μπορεί να περιγραφεί μαθηματικά εισάγοντας το καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων παρατηρητή, η αρχή του οποίου βρίσκεται στο σημείο θέασης και ένας από τους άξονες συμπίπτει με την κατεύθυνση θέασης

Σύστημα συντεταγμένων σκηνής(SKS) Χ Με y Με z Με, που περιγράφει τη θέση όλων των αντικειμένων στη σκηνή - κάποιο μέρος του παγκόσμιου χώρου με τη δική του προέλευση και βάση, που χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν τη θέση των αντικειμένων ανεξάρτητα από το MSK.

Σύστημα συντεταγμένων αντικειμένων (USC) Χ Ο y Ο z Ο, που σχετίζεται με ένα συγκεκριμένο αντικείμενο και εκτελεί όλες τις κινήσεις με αυτό στο SCS ή το MSC.
Η απεικόνιση τρισδιάστατων αντικειμένων θέτει μια σειρά από προκλήσεις. Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να θυμόμαστε ότι η εικόνα είναι επίπεδη, επομένως είναι απαραίτητο να επιτευχθεί επαρκής μετάδοση των οπτικών ιδιοτήτων των αντικειμένων, για να δοθεί μια αρκετά σαφής ιδέα του βάθους. Στη συνέχεια, θα ονομάσουμε ομάδες τρισδιάστατων αντικειμένων που προορίζονται για απεικόνιση χωρική σκηνή, και η δισδιάστατη εικόνα του είναι τρόπος.

Ρύζι. 4.3.Σύστημα συντεταγμένων αντικειμένου και σύστημα συντεταγμένων παρατηρητή
Η ορατή εικόνα σχηματίζεται σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο, το οποίο θα ονομάσουμε περαιτέρω εικόνα αεροπλάνο. Μέθοδοι για τη μετατροπή ενός τρισδιάστατου αντικειμένου σε μια δισδιάστατη εικόνα ( προβολές) μπορεί να είναι διαφορετική. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, η εικόνα που προκύπτει πρέπει επίσης να περιγραφεί σε κάποιο δισδιάστατο σύστημα συντεταγμένων. Ανάλογα με τη μέθοδο απόκτησής της, οι πραγματικές διαστάσεις της εικόνας μπορεί επίσης να είναι διαφορετικές. Οι διαφορετικοί τύποι προβολής θα συζητηθούν λεπτομερώς αργότερα.

Ρύζι. 4.4.Εικόνα επίπεδο και οθόνη

Δεδομένου ότι ο απώτερος στόχος μας είναι να αποκτήσουμε μια εικόνα στην οθόνη, η μεταφορά της εικόνας συνοδεύεται από αλλαγή της κλίμακας ανάλογα με το μέγεθος της οθόνης. Συνήθως, η αρχή των συντεταγμένων στο σύστημα συντεταγμένων εικόνας θεωρείται ότι είναι η κάτω αριστερή γωνία του φύλλου με την εικόνα. Στην οθόνη ενδείξεων, η προέλευση των συντεταγμένων βρίσκεται παραδοσιακά στην επάνω αριστερή γωνία. Η εμφάνιση ενός σχεδίου από το επίπεδο της εικόνας στην οθόνη πρέπει να γίνεται με ελάχιστη παραμόρφωση των αναλογιών, γεγονός που από μόνο του επιβάλλει έναν περιορισμό στην περιοχή της οθόνης που καταλαμβάνει το σχέδιο. Η αλλαγή της κλίμακας πρέπει να πραγματοποιείται διατηρώντας τις αναλογίες της περιοχής (Εικ. 4.4).

Τα αντικείμενα στο σύστημα συντεταγμένων του επιπέδου εικόνας καθορίζονται σε ορισμένες μονάδες μέτρησης και η κλίμακα είναι η ίδια κατά μήκος και των δύο αξόνων συντεταγμένων. Στην οθόνη, η μονάδα μέτρησης είναι το εικονοστοιχείο, το οποίο πρέπει να θεωρείται ορθογώνιο, επομένως οι κλίμακες κατά μήκος του οριζόντιου και του κατακόρυφου άξονα μπορεί να είναι διαφορετικές, κάτι που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τον καθορισμό των συντελεστών κλίμακας

Παράδειγμα μετασχηματισμών σε συστήματα συντεταγμένων

Για να χειριστείτε την εικόνα στην οθόνη, να κάνετε αλλαγές στη θέση, τον προσανατολισμό και το μέγεθός της, πραγματοποιούνται γεωμετρικοί μετασχηματισμοί. Σας επιτρέπουν να αλλάξετε τα χαρακτηριστικά των αντικειμένων στο διάστημα.Ας υποθέσουμε ότι πρέπει να δημιουργήσετε σε έναν υπολογιστή μια εικόνα της κίνησης του ήλιου στον ουρανό και ενός αυτοκινήτου κατά μήκος του εδάφους. Ο παρατηρητής βλέπει αυτή την εικόνα από ένα συγκεκριμένο σημείο στο διάστημα προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Για να περιγράψουμε μαθηματικά αυτούς τους πολύπλοκους μετασχηματισμούς, πρέπει πρώτα να επιλέξουμε συστήματα συντεταγμένων.

Το πρώτο σύστημα συντεταγμένων είναι το παγκόσμιο, ας το ορίσουμε με άξονες Χ Μ y Μ z Μ, βρίσκεται σε κάποιο σημείο και παραμένει πάντα ακίνητο.

Το δεύτερο σύστημα συντεταγμένων καθορίζει τη θέση του παρατηρητή στο διάστημα και καθορίζει την κατεύθυνση θέασης - το σύστημα συντεταγμένων του παρατηρητή Χ n y n z n .

Το τρίτο σύστημα είναι το σύστημα συντεταγμένων του αντικειμένου, θα υπάρχουν δύο από αυτά: το σύστημα συντεταγμένων του ήλιου και το σύστημα συντεταγμένων του αυτοκινήτου. Αυτά τα συστήματα μπορούν να κινηθούν και να αλλάξουν τη θέση τους στο διάστημα σε σχέση με το παγκόσμιο σύστημα συντεταγμένων. Οι συντεταγμένες των σημείων αντικειμένων καθορίζονται στα συστήματα συντεταγμένων αντικειμένων, καθένα από αυτά συνδέεται με το παγκόσμιο σύστημα συντεταγμένων. Το σύστημα συντεταγμένων του παρατηρητή κινείται επίσης σε σχέση με το παγκόσμιο σύστημα συντεταγμένων. Για να δείτε ένα τρισδιάστατο αντικείμενο στην οθόνη πρέπει να κάνετε:

• 
  Να μετατρέψει τις συντεταγμένες αντικειμένων που καθορίζονται στο δικό του σύστημα συντεταγμένων σε συντεταγμένες του κόσμου.
• 
  Μετατροπή συντεταγμένων αντικειμένων από το παγκόσμιο σύστημα στο σύστημα συντεταγμένων του παρατηρητή.

Στάδια απεικόνισης
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα γραφικά υπολογιστών μελετούν μεθόδους για την κατασκευή εικόνων διαφόρων γεωμετρικών αντικειμένων και σκηνών. Τα κύρια στάδια κατασκευής της εικόνας είναι:

• 
  Μοντελοποίηση, που χρησιμοποιεί μεθόδους μαθηματικής περιγραφής αντικειμένων και σκηνών μεγάλης ποικιλίας φύσης σε δισδιάστατο και τρισδιάστατο χώρο.
• 
  Οπτικοποίηση – μέθοδοι κατασκευής ρεαλιστικών εικόνων του τρισδιάστατου κόσμου σε μια επίπεδη οθόνη υπολογιστή, ενώ μοντέλα αντικειμένων και σκηνών μετατρέπονται σε στατική εικόνα ή φιλμ (ακολουθία στατικών καρέ).

Γεωμετρικοί μετασχηματισμοί

Ο στόχος της μελέτης των γεωμετρικών μετασχηματισμών είναι να μάθουμε πώς να περιγράφουμε την κίνηση των αντικειμένων και να οπτικοποιούμε τα αντικείμενα μαθηματικά. Ένας γεωμετρικός μετασχηματισμός είναι μια χαρτογράφηση της εικόνας ενός σημείου που ανήκει στον ν-διάστατο Ευκλείδειο χώρο σε ένα σημείο της n-διάστατης προεικόνας. Οι γεωμετρικοί μετασχηματισμοί περιλαμβάνουν προβολικούς μετασχηματισμούς και συγγενικούς μετασχηματισμούς.

Προκειμένου να συντεθεί μια εικόνα σε μια οθόνη υπολογιστή, είναι απαραίτητο να προταθεί μια μέθοδος για τη μαθηματική περιγραφή αντικειμένων σε τρισδιάστατο χώρο ή σε επίπεδο. Οι προβολικοί μετασχηματισμοί απεικονίζουν τη σκηνή από την επιθυμητή οπτική γωνία. Η προβολή είναι μια μέθοδος μετάβασης τρισδιάστατων αντικειμένων στην εικόνα τους σε ένα επίπεδο. Η προβολή είναι η χαρτογράφηση του τρισδιάστατου χώρου σε ένα δισδιάστατο επίπεδο εικόνας (CP). Η λήψη της προβολής βασίζεται στη μέθοδο ανίχνευσης ακτίνων. Από το κέντρο προβολής (προβολέας), οι ακτίνες διέρχονται από κάθε σημείο του αντικειμένου μέχρι να τέμνονται με το CP. Το σχήμα στο επίπεδο, το οποίο σχηματίζεται από τα σημεία τομής των ακτίνων με το επίπεδο της εικόνας, είναι μια προβολή του αντικειμένου. Μια σημαντική ιδιότητα οποιασδήποτε μεθόδου προβολής είναι η αξιοπιστία της αντίληψης ενός αντικειμένου από την προβολή του. Δεν υπάρχει προβολή που να είναι εξίσου κατάλληλη για όλες τις εργασίες. Η επίπεδη γεωμετρική προβολή είναι ένας τύπος προβολής σε επίπεδη επιφάνεια με ευθείες γραμμές. Οι επίπεδες γεωμετρικές προβολές είναι κεντρικές και παράλληλες. Εάν το κέντρο της προβολής είναι μια πεπερασμένη απόσταση από το επίπεδο προβολής, τότε είναι μια κεντρική προβολή. Εάν το κέντρο της προβολής αφαιρεθεί στο άπειρο, τότε μια τέτοια προβολή είναι παράλληλη. Οι κεντρικές προεξοχές έχουν από ένα έως τρία σημεία εξαφάνισης. Το σημείο φυγής είναι το σημείο τομής των κεντρικών προβολών όλων των παράλληλων γραμμών που δεν είναι παράλληλες με το επίπεδο προβολής.

Χρώμα στα γραφικά του υπολογιστή.

Όταν εργάζεστε με χρώμα, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες έννοιες: βάθος χρώματος (ονομάζεται επίσης ανάλυση χρώματος) και μοντέλο χρώματος.
Ένας διαφορετικός αριθμός bit μπορεί να εκχωρηθεί για την κωδικοποίηση του χρώματος ενός εικονοστοιχείου εικόνας. Αυτό καθορίζει πόσα χρώματα μπορούν να εμφανίζονται στην οθόνη ταυτόχρονα. Όσο μεγαλύτερος είναι ο δυαδικός χρωματικός κώδικας, τόσο περισσότερα χρώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο σχέδιο. Βάθος χρώματοςείναι ο αριθμός των bit που χρησιμοποιούνται για την κωδικοποίηση του χρώματος ενός pixel. Για να κωδικοποιήσετε μια δίχρωμη (ασπρόμαυρη) εικόνα, αρκεί να εκχωρήσετε ένα bit για να αναπαραστήσετε το χρώμα κάθε pixel. Η κατανομή ενός byte σάς επιτρέπει να κωδικοποιήσετε 256 διαφορετικά χρώματα. Δύο byte (16 bit) σας επιτρέπουν να ορίσετε 65536 διαφορετικά χρώματα. Αυτή η λειτουργία ονομάζεται High Color. Εάν χρησιμοποιούνται τρία byte (24 bit) για την κωδικοποίηση χρώματος, μπορούν να εμφανιστούν 16,5 εκατομμύρια χρώματα ταυτόχρονα. Αυτή η λειτουργία ονομάζεται True Color. Το μέγεθος του αρχείου στο οποίο είναι αποθηκευμένη η εικόνα εξαρτάται από το βάθος χρώματος.

Τα χρώματα στη φύση σπάνια είναι απλά. Οι περισσότερες χρωματικές αποχρώσεις σχηματίζονται με την ανάμειξη των βασικών χρωμάτων. Η μέθοδος διαχωρισμού μιας χρωματικής απόχρωσης στα συστατικά στοιχεία της ονομάζεται χρωματικό μοντέλο. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι μοντέλων χρωμάτων, αλλά τα γραφικά υπολογιστών συνήθως δεν χρησιμοποιούν περισσότερα από τρία. Αυτά τα μοντέλα είναι γνωστά με τα ονόματα: RGB, CMYK, HSB.

1. Χρωματικό μοντέλο RGB.

Το πιο εύκολο και προφανές μοντέλο είναι το RGB. Αυτό το μοντέλο λειτουργεί με οθόνες και οικιακές τηλεοράσεις. Κάθε χρώμα θεωρείται ότι αποτελείται από τρία κύρια συστατικά: κόκκινο (κόκκινο), πράσινο (πράσινο) και μπλε (μπλε). Αυτά τα χρώματα ονομάζονται πρωτεύοντα.

Πιστεύεται επίσης ότι όταν ένα στοιχείο υπερτίθεται σε ένα άλλο, η φωτεινότητα του συνολικού χρώματος αυξάνεται. Ο συνδυασμός των τριών συστατικών δίνει ένα ουδέτερο χρώμα (γκρι), το οποίο τείνει προς το λευκό σε υψηλή φωτεινότητα. Αυτό αντιστοιχεί σε αυτό που βλέπουμε στην οθόνη της οθόνης, επομένως αυτό το μοντέλο χρησιμοποιείται πάντα κατά την προετοιμασία μιας εικόνας που προορίζεται να αναπαραχθεί στην οθόνη. Εάν η εικόνα υφίσταται επεξεργασία υπολογιστή σε πρόγραμμα επεξεργασίας γραφικών, τότε θα πρέπει να παρουσιάζεται και σε αυτό το μοντέλο.
Η μέθοδος απόκτησης μιας νέας απόχρωσης αθροίζοντας τη φωτεινότητα των συστατικών στοιχείων ονομάζεται προσθετική μέθοδος. Χρησιμοποιείται όπου μια έγχρωμη εικόνα προβάλλεται σε μεταδιδόμενο φως («μέσω μετάδοσης»): σε οθόνες, προβολείς διαφανειών κ.λπ. Δεν είναι δύσκολο να μαντέψει κανείς ότι όσο χαμηλότερη είναι η φωτεινότητα, τόσο πιο σκούρα είναι η απόχρωση. Επομένως, στο προσθετικό μοντέλο, το κεντρικό σημείο, το οποίο έχει μηδενικές τιμές συστατικών (0,0,0), έχει μαύρο χρώμα (χωρίς λάμψη της οθόνης της οθόνης). Το λευκό χρώμα αντιστοιχεί στις μέγιστες τιμές των εξαρτημάτων (255, 255, 255). Το μοντέλο RGB είναι προσθετικό και τα συστατικά του: κόκκινο (255,0,0), πράσινο (0,255,0) και μπλε (0,0,255) ονομάζονται βασικά χρώματα.

2. Χρωματικό μοντέλο CMYK.

Αυτό το μοντέλο χρησιμοποιείται για την προετοιμασία εκτυπωμένων εικόνων αντί για εικόνες οθόνης. Διαφέρουν στο ότι δεν φαίνονται στο μεταδιδόμενο φως, αλλά στο ανακλώμενο φως. Όσο περισσότερο μελάνι βάζετε στο χαρτί, τόσο περισσότερο φως απορροφά και τόσο λιγότερο ανακλάται. Ο συνδυασμός των τριών βασικών χρωμάτων απορροφά σχεδόν όλο το προσπίπτον φως και από έξω η εικόνα φαίνεται σχεδόν μαύρη. Σε αντίθεση με το μοντέλο RGB, η αύξηση της ποσότητας της βαφής δεν οδηγεί σε αύξηση της οπτικής φωτεινότητας, αλλά μάλλον σε μείωση.

Επομένως, για την προετοιμασία εκτυπωμένων εικόνων, δεν χρησιμοποιείται προσθετικό (αθροιστικό) μοντέλο, αλλά αφαιρετικό (αφαιρετικό) μοντέλο. Τα χρωματικά συστατικά αυτού του μοντέλου δεν είναι τα κύρια χρώματα, αλλά αυτά που προκύπτουν από την αφαίρεση των βασικών χρωμάτων από το λευκό:
μπλε (κυανό)= Λευκό - κόκκινο = πράσινο + μπλε (0.255.255)
μωβ (λιλά) (ματζέντα)= Λευκό - πράσινο = κόκκινο + μπλε (255,0,255)
κίτρινος= Λευκό - μπλε = κόκκινο + πράσινο (255,255,0)
Αυτά τα τρία χρώματα λέγονται πρόσθετος, γιατί συμπληρώνουν τα βασικά χρώματα στο λευκό.
Μια σημαντική δυσκολία στην εκτύπωση είναι το μαύρο χρώμα. Θεωρητικά, μπορεί να επιτευχθεί συνδυάζοντας τρία βασικά ή πρόσθετα χρώματα, αλλά στην πράξη το αποτέλεσμα αποδεικνύεται ακατάλληλο. Επομένως, ένα τέταρτο στοιχείο προστέθηκε στο χρωματικό μοντέλο CMYK - μαύρος. Αυτό το σύστημα του οφείλει το γράμμα Κ στο όνομά του (μαύρο Κ).

Στα τυπογραφεία οι έγχρωμες εικόνες εκτυπώνονται σε διάφορα στάδια. Τοποθετώντας διαδοχικά κυανό, ματζέντα, κίτρινο και μαύρο εκτυπώσεις σε χαρτί, προκύπτει μια έγχρωμη απεικόνιση. Επομένως, η τελική εικόνα που λαμβάνεται σε έναν υπολογιστή χωρίζεται σε τέσσερα στοιχεία μιας μονόχρωμης εικόνας πριν από την εκτύπωση. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται διαχωρισμός χρωμάτων. Οι σύγχρονοι επεξεργαστές γραφικών διαθέτουν εργαλεία για την εκτέλεση αυτής της λειτουργίας.
Σε αντίθεση με το μοντέλο RGB, το κεντρικό σημείο είναι λευκό (χωρίς βαφές σε λευκό χαρτί). Στις τρεις χρωματικές συντεταγμένες έχει προστεθεί μια τέταρτη - η ένταση της μαύρης βαφής. Ο μαύρος άξονας φαίνεται απομονωμένος, αλλά αυτό είναι λογικό: η προσθήκη των έγχρωμων στοιχείων στο μαύρο θα εξακολουθεί να έχει ως αποτέλεσμα μαύρο. Οποιοσδήποτε μπορεί να ελέγξει την προσθήκη χρωμάτων στο μοντέλο CMYK, σηκώνοντας μπλε, γκρι και κίτρινα μολύβια ή μαρκαδόρους. Ένα μείγμα μπλε και κίτρινου σε χαρτί παράγει πράσινο, μοβ και κίτρινο παράγει κόκκινο κ.λπ. Όταν αναμειγνύονται και τα τρία χρώματα, το αποτέλεσμα είναι ένα απροσδιόριστο σκούρο χρώμα. Επομένως, σε αυτό το μοντέλο χρειαζόταν επιπλέον μαύρο χρώμα.

3. Χρωματικό μοντέλο HSB.

Ορισμένοι επεξεργαστές γραφικών σάς επιτρέπουν να εργαστείτε με το χρωματικό μοντέλο HSB. Εάν το μοντέλο RGB είναι πιο βολικό για υπολογιστές και το μοντέλο CMYK είναι πιο βολικό για τυπογραφεία, τότε το μοντέλο HSB είναι πιο βολικό για τους ανθρώπους. Είναι απλό και διαισθητικό. Το μοντέλο HSB έχει επίσης τρία στοιχεία: απόχρωση χρώματος (απόχρωση), κορεσμός χρώματος (Κορεσμός)Και φωτεινότητα χρώματος (Φωτεινότητα). Προσαρμόζοντας αυτά τα τρία στοιχεία, μπορείτε να δημιουργήσετε τόσα προσαρμοσμένα χρώματα όπως και με άλλα μοντέλα. Η απόχρωση ενός χρώματος υποδεικνύει τον αριθμό ενός χρώματος στη φασματική παλέτα. Ο κορεσμός χρώματος χαρακτηρίζει την έντασή του - όσο υψηλότερος είναι, τόσο πιο «καθαρό» είναι το χρώμα. Η φωτεινότητα ενός χρώματος εξαρτάται από την προσθήκη του μαύρου σε ένα δεδομένο χρώμα - όσο περισσότερο είναι, τόσο λιγότερη φωτεινότητα είναι το χρώμα. Το χρωματικό μοντέλο HSB είναι βολικό για χρήση σε αυτούς τους επεξεργαστές γραφικών που δεν επικεντρώνονται στην επεξεργασία έτοιμων εικόνων, αλλά στη δημιουργία τους με τα χέρια σας. Υπάρχουν προγράμματα που σας επιτρέπουν να προσομοιώσετε διάφορα εργαλεία καλλιτέχνη (βούρτσες, στυλό, μαρκαδόρους, μολύβια), υλικά βαφής (ακουαρέλα, γκουάς, λάδι, μελάνι, κάρβουνο, παστέλ) και υλικά καμβά (καμβάς, χαρτόνι, ριζόχαρτο, και τα λοιπά.). Όταν δημιουργείτε το δικό σας έργο τέχνης, είναι βολικό να εργάζεστε στο μοντέλο HSB και μόλις τελειώσετε, μπορεί να μετατραπεί σε μοντέλο RGB ή CMYK, ανάλογα με το αν θα χρησιμοποιηθεί ως οθόνη ή ως έντυπη απεικόνιση. Η τιμή χρώματος επιλέγεται ως διάνυσμα που εκτείνεται από το κέντρο του κύκλου. Η κουκκίδα στο κέντρο αντιπροσωπεύει το λευκό (ουδέτερο) χρώμα και οι κουκκίδες γύρω από την περίμετρο αντιπροσωπεύουν καθαρά χρώματα. Η κατεύθυνση του διανύσματος καθορίζει τη χρωματική απόχρωση και καθορίζεται στο μοντέλο HSB σε γωνιακές μοίρες. Το μήκος του διανύσματος καθορίζει τον κορεσμό του χρώματος. Η φωτεινότητα του χρώματος ρυθμίζεται σε ξεχωριστό άξονα, το σημείο μηδέν του οποίου είναι μαύρο.

Χρώμα στα γραφικά του υπολογιστή

Το χρώμα είναι ένα εξαιρετικά σύνθετο πρόβλημα τόσο για τη φυσική όσο και για τη φυσιολογία, αφού έχει ψυχοφυσιολογική και φυσική φύση. Η αντίληψη του χρώματος εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες του φωτός, δηλαδή την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια, από την αλληλεπίδρασή του με φυσικές ουσίες, καθώς και από την ερμηνεία τους από το ανθρώπινο οπτικό σύστημα. Με άλλα λόγια, το χρώμα ενός αντικειμένου δεν εξαρτάται μόνο από το ίδιο το αντικείμενο, αλλά και από την πηγή φωτός που φωτίζει το αντικείμενο και από το ανθρώπινο σύστημα όρασης. Επιπλέον, ορισμένα αντικείμενα αντανακλούν το φως (σανίδα, χαρτί), ενώ άλλα το μεταδίδουν (γυαλί, νερό). Εάν μια επιφάνεια που αντανακλά μόνο το μπλε φως φωτίζεται με κόκκινο φως, θα φαίνεται μαύρη. Ομοίως, εάν μια πηγή πράσινου φωτός παρατηρηθεί μέσω γυαλιού που εκπέμπει μόνο κόκκινο φως, θα φαίνεται επίσης μαύρο.

Το πιο απλό είναι το αχρωματικό χρώμα, δηλαδή το είδος που βλέπουμε σε μια ασπρόμαυρη οθόνη τηλεόρασης. Σε αυτήν την περίπτωση, τα αντικείμενα που αντανακλούν αχρωματικά περισσότερο από το 80% του φωτός από μια λευκή πηγή φαίνονται λευκά και λιγότερο από 3% φαίνονται μαύρα. Οι ενδιάμεσες τιμές παράγουν διαφορετικές αποχρώσεις του γκρι. Το μόνο χαρακτηριστικό ενός τέτοιου χρώματος είναι η ένταση ή η ποσότητα. Η ένταση μπορεί να συσχετιστεί με μια βαθμωτή τιμή, ορίζοντας το μαύρο ως 0 και το λευκό ως 1. Τότε η τιμή 0,5 αντιστοιχεί στο μέσο γκρι χρώμα.

Εάν το αντιληπτό φως περιέχει μήκη κύματος σε αυθαίρετες άνισες ποσότητες, τότε ονομάζεται χρωματικό. Κατά την υποκειμενική περιγραφή ενός τέτοιου χρώματος, συνήθως χρησιμοποιούνται τρεις τιμές: απόχρωση, κορεσμός και ελαφρότητα. Η απόχρωση σάς επιτρέπει να διακρίνετε χρώματα όπως κόκκινο, πράσινο, κίτρινο κ.λπ. Ο κορεσμός χαρακτηρίζει την καθαρότητα, δηλαδή τον βαθμό στον οποίο ένα δεδομένο χρώμα εξασθενεί (αραιώνεται) από το λευκό φως και σας επιτρέπει να διακρίνετε το ροζ από το κόκκινο, το σμαραγδί από έντονο πράσινο κ.λπ. Με άλλα λόγια, ο κορεσμός κρίνει πόσο απαλό ή τραχύ εμφανίζεται ένα χρώμα. Η ελαφρότητα αντανακλά την ιδέα της έντασης ως παράγοντα ανεξάρτητο από την απόχρωση και τον κορεσμό.

Συνήθως δεν υπάρχουν καθαρά μονοχρωματικά χρώματα, αλλά μείγματά τους. Η θεωρία των τριών συστατικών του φωτός βασίζεται στην υπόθεση ότι υπάρχουν τρεις τύποι ευαίσθητων στο χρώμα κώνων στο κεντρικό τμήμα του αμφιβληστροειδούς. Ο πρώτος αντιλαμβάνεται πράσινο, ο δεύτερος κόκκινος και ο τρίτος μπλε. Η σχετική ευαισθησία του ματιού είναι μέγιστη για το πράσινο και ελάχιστη για το μπλε. Εάν και οι τρεις τύποι κώνων εκτεθούν στο ίδιο επίπεδο ενεργειακής φωτεινότητας, το φως εμφανίζεται λευκό. Η αίσθηση του λευκού μπορεί να επιτευχθεί με την ανάμειξη οποιωνδήποτε τριών χρωμάτων, αρκεί κανένα από αυτά να είναι γραμμικός συνδυασμός των άλλων δύο. Αυτά τα χρώματα ονομάζονται πρωτεύοντα.

Το ανθρώπινο μάτι είναι ικανό να διακρίνει περίπου 350.000 διαφορετικά χρώματα. Αυτός ο αριθμός ελήφθη ως αποτέλεσμα πολλών πειραμάτων. Φαίνονται καθαρά περίπου 128 χρωματικοί τόνοι. Εάν αλλάξει μόνο ο κορεσμός, τότε το οπτικό σύστημα δεν είναι πλέον σε θέση να διακρίνει τόσα πολλά χρώματα: μπορούμε να διακρίνουμε από 16 (για το κίτρινο) έως 23 (για το κόκκινο και το βιολετί) τέτοια χρώματα. Τα πειραματικά αποτελέσματα συνοψίζονται στους νόμους του Grassmann:

• Το μάτι αντιδρά σε τρία διαφορετικά ερεθίσματα, γεγονός που επιβεβαιώνει την τρισδιάστατη φύση του χρώματος. Τα ερεθίσματα μπορούν να θεωρηθούν, για παράδειγμα, το κυρίαρχο μήκος κύματος (χρώμα φόντο), η καθαρότητα (κορεσμός) και η φωτεινότητα (ελαφρότητα) ή τα κόκκινα, πράσινα και μπλε χρώματα.
• Τα τέσσερα χρώματα είναι πάντα γραμμικά εξαρτώμενα, δηλαδή cC = rR + gG + bB, όπου τα c, r, g, b δεν είναι ίσα με 0. Επομένως, για ένα μείγμα δύο χρωμάτων η ισότητα (cC)1 + (cC)2 = (rR)1 + (rR)2 + (gG)1 + (gG)2 + (bB)1 + (lbB)2. Εάν το χρώμα C1 είναι ίσο με το χρώμα C και το χρώμα C2 είναι ίσο με το χρώμα C, τότε το χρώμα C1 είναι ίσο με το χρώμα C2, ανεξάρτητα από τη δομή των ενεργειακών φασμάτων c, C1, C2.
• Σε ένα μείγμα τριών χρωμάτων, εάν το ένα αλλάζει συνεχώς ενώ τα άλλα παραμένουν σταθερά, τότε το χρώμα του μείγματος θα αλλάζει συνεχώς, δηλ. ο τρισδιάστατος χρωματικός χώρος είναι συνεχής.

Το σύστημα αφαιρετικού χρώματος CMY χρησιμοποιείται για ανακλαστικές επιφάνειες όπως μελάνια εκτύπωσης, φιλμ και μη φωτεινές οθόνες.

Το σύστημα πρόσθετου χρώματος RGB είναι χρήσιμο για φωτεινές επιφάνειες όπως οθόνες CRT ή έγχρωμες λάμπες.

Βασισμένο σε υλικά από το βιβλίο του Y. Tikhomirov "Προγραμματισμός 3D γραφικών"

Το χρώμα στα συστήματα πολυμέσων μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κωδικός ή ως εργαλείο σχεδίασης. Ένας χρωματικός κώδικας χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό διαφορετικών τύπων πληροφοριών που εμφανίζονται στην οθόνη. Για παράδειγμα, τα μηνύματα συναγερμού λειτουργικού συστήματος εμφανίζονται συνήθως σε κόκκινο φόντο.

Ως εργαλείο σχεδίασης, το χρώμα χρησιμοποιείται για να τραβήξει την προσοχή, να έχει ψυχολογική επίδραση στον χρήστη: δημιουργία συγκεκριμένης διάθεσης, αφύπνιση των σωστών συναισθημάτων, για εξισορρόπηση της οθόνης και απλώς για διακόσμηση.

Όταν εργάζονται με χρώμα, οι σχεδιαστές χρησιμοποιούν ένα ειδικό εργαλείο - έγχρωμος κύκλος, που δείχνει τις σχέσεις μεταξύ διαφορετικών χρωμάτων και απεικονίζει τη σχέση τους μεταξύ τους. Χρησιμοποιώντας τον τροχό χρωμάτων, μπορείτε να επιλέξετε χρώματα που συνδυάζονται καλά μεταξύ τους και διασφαλίζουν τη στιλιστική ενότητα του δημιουργημένου εγγράφου. Τα χρώματα στον χρωματικό τροχό είναι διατεταγμένα ως εξής: κόκκινο 0 μοίρες; κίτρινο - 60; πράσινο - 120; κυανό - 180; μπλε - 240; ματζέντα - 360.

Η φύση του χρώματος αποκαλύφθηκε από τους I. Newton και M.V. Λομονόσοφ. Τα πειράματά τους έγιναν σε ένα σκοτεινό δωμάτιο, στον τοίχο του οποίου κόπηκε μια σχισμή μέσα από την οποία διείσδυσε μια δέσμη ηλιακού φωτός. Στη διαδρομή αυτής της δοκού εγκαταστάθηκε ένα γυάλινο πρίσμα. Περνώντας μέσα από το πρίσμα, η ακτίνα του ήλιου αποσυντέθηκε στα συστατικά της: κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, λουλακί και βιολετί, τα οποία μπορούσαν να παρατηρηθούν στην οθόνη. Παραμερίζοντας την οθόνη, έβαλαν στη θέση της ένα δεύτερο γυάλινο πρίσμα, γύρισαν προς το πρώτο και μια λευκή δέσμη βγήκε ξανά από αυτήν στην οθόνη. Αυτό απέδειξε ότι το λευκό χρώμα αποτελείται από μεγάλο αριθμό άλλων χρωμάτων. Τοποθετώντας λωρίδες χαρτιού ανάμεσα στα πρίσματα, οι ερευνητές άρχισαν να επικαλύπτουν μεμονωμένα χρώματα, παρατηρώντας πώς άλλαζε το χρώμα της δέσμης στην έξοδο του δεύτερου πρίσματος. Έτσι, διαπιστώθηκε ότι τα διαφορετικά χρώματα δεν είναι τα ίδια στις δυνατότητές τους. Ταυτοποιήθηκαν ομάδες βασικών χρωμάτων, η ανάμειξη που κατέστησε δυνατή την απόκτηση άλλων χρωμάτων. Η ομάδα που αποτελείται από χρώματα κόκκινο (Κόκκινο), πράσινο (Πράσινο) και μπλε (Μπλε) είχε τις μεγαλύτερες δυνατότητες. Η ομάδα πήρε το όνομά της από τα πρώτα γράμματα των αγγλικών ονομάτων αυτών των λουλουδιών. RGB. Η ανάμειξη αυτών των χρωμάτων σε διαφορετικές αναλογίες κατέστησε δυνατή την απόκτηση οποιωνδήποτε άλλων αποχρώσεων, συμπεριλαμβανομένου του λευκού. Αυτή η ομάδα χρωμάτων έγινε στη συνέχεια η κύρια στην παραγωγή έγχρωμων τηλεοράσεων και ηλεκτρονικών οθονών υπολογιστών.

Μια άλλη ομάδα βασικών χρωμάτων έχει παρόμοιες δυνατότητες: CMYK - ντογιαν, Ματζέντη, Υ ellow, μαύρο κ(μπλε ή τιρκουάζ, κερασί ή μοβ ή βυσσινί, κίτρινο και μαύρο). Αυτή η ομάδα χρωμάτων έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη στην εκτύπωση και στους καλλιτέχνες. Είναι επίσης το κύριο σε συσκευές για την έξοδο πληροφοριών από υπολογιστή - έγχρωμοι εκτυπωτές, για παράδειγμα, η ομάδα CMYK μπορεί να ληφθεί από το RGB λόγω του γεγονότος ότι το κόκκινο και το πράσινο ελλείψει μπλε σχηματίζουν κίτρινο, πράσινο και μπλε στο απουσία κόκκινου μορφής κυανό, κόκκινο και μπλε απουσία πράσινου είναι ματζέντα και η πλήρης απουσία όλων των χρωμάτων είναι μαύρο.

Τριάδα βασικών χρωμάτων εκτύπωσης: κυανό, ματζέντα και κίτρινο ( CMY, χωρίς μαύρο) είναι, στην πραγματικότητα, ο κληρονόμος των τριών βασικών χρωμάτων της ζωγραφικής (μπλε, κόκκινο και κίτρινο). Η αλλαγή στην απόχρωση των δύο πρώτων οφείλεται στη διαφορετική χημική σύσταση των μελανιών εκτύπωσης από τα καλλιτεχνικά, αλλά η αρχή της ανάμειξης είναι η ίδια. Τόσο τα καλλιτεχνικά όσο και τα μελάνια εκτύπωσης, παρά τη διακηρυγμένη αυτάρκειά τους, δεν μπορούν να δώσουν πολλές αποχρώσεις. Επομένως, οι καλλιτέχνες χρησιμοποιούν πρόσθετα μελάνια που βασίζονται σε καθαρές χρωστικές και οι εκτυπωτές προσθέτουν τουλάχιστον μαύρο μελάνι (το μαύρο χρώμα στις συσκευές εξόδου υπολογιστή σχηματίζεται λόγω της απουσίας των R, G και B ή C, M και Y, αντίστοιχα).

Τα χρώματα που λαμβάνονται με την ανάμειξη των βασικών χρωμάτων ονομάζονται παράγωγα. Τα χρώματα που βρίσκονται το ένα απέναντι από το άλλο στον τροχό χρωμάτων ονομάζονται συμπληρωματικά χρώματα.

Μερικές φορές στη γραφιστική χρησιμοποιούνται άλλα μοντέλα χρωμάτων που δεν βασίζονται στη σύνθεση των βασικών χρωμάτων, για παράδειγμα, το μοντέλο H.S.B.- Απόχρωση, Κορεσμός, Φωτεινότητα ή HSL- Απόχρωση, Κορεσμός, Ελαφρότητα (φωτισμός). Φωτεινότητα ονομάζεται συνήθως ο βαθμός εγγύτητας ενός δεδομένου χρώματος με το λευκό ή το μαύρο. Μετριέται ως το % του μαύρου ή του λευκού που αναμειγνύεται με ένα δεδομένο χρώμα. (Προβολή είναι η λειτουργία ανάμειξης ενός καθαρού τόνου με το μαύρο. Για παράδειγμα, ένα μπλε χρώμα που περιέχει 40% μαύρο έχει διπλάσια φωτεινότητα από το ίδιο μπλε χρώμα που περιέχει 80% μαύρο).

Η απόχρωση (χρώμα) καθορίζει το βαθμό στον οποίο ένα δεδομένο χρώμα διαφέρει από άλλα. Καθορίζεται από το μέγεθος της γωνίας σε μοίρες στον τροχό χρώματος.

Ο κορεσμός είναι ένα μέτρο της έντασης ενός χρώματος. Όσο μεγαλύτερος είναι ο κορεσμός, τόσο πιο ζωντανό εμφανίζεται το χρώμα. Με χαμηλό κορεσμό, το χρώμα φαίνεται σκούρο και θαμπό. Ο κορεσμός μετράται (καθώς και η φωτεινότητα και ο φωτισμός) ως ποσοστό. Ένας κορεσμός 100% ορίζει ένα καθαρό χρώμα. Ένας κορεσμός 0% ορίζει το λευκό, το μαύρο ή το γκρι.

Κάνοντας συνδυασμούς διαφορετικών αποχρώσεων και αλλάζοντας τη φωτεινότητα και τον κορεσμό τους, μπορείτε να επιτύχετε μια ποικιλία εφέ χρησιμοποιώντας λίγα μόνο χρώματα.

Το σύστημα HSB (HSL) έχει ένα σημαντικό πλεονέκτημα σε σχέση με άλλα συστήματα: είναι πιο συνεπές με τη φύση του χρώματος και είναι σε καλή συμφωνία με το μοντέλο ανθρώπινης αντίληψης χρώματος. Πολλές αποχρώσεις μπορούν να παραχθούν γρήγορα και εύκολα σε HSB ή HSL και στη συνέχεια να μετατραπούν σε RGB ή CMYK.

Με βάση τη συναισθηματική τους επίδραση, τα περισσότερα χρώματα μπορούν να ταξινομηθούν σε μία από τις δύο κατηγορίες - ζεστά ή ψυχρά χρώματα.

Τα ζεστά χρώματα δημιουργούν το αποτέλεσμα της κίνησης προς τον θεατή, φαίνονται πιο κοντά, τραβούν την προσοχή και έχουν ένα συναρπαστικό αποτέλεσμα. Αυτά περιλαμβάνουν κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο χρώμα.

Οι ψυχροί τόνοι φαίνεται να υποχωρούν, δημιουργούν μια αίσθηση κίνησης μακριά από τον θεατή, μπορούν να δημιουργήσουν ένα αίσθημα αποξένωσης και απομόνωσης, αλλά μπορούν επίσης να ηρεμήσουν και να ενθαρρύνουν. Τα ψυχρά χρώματα περιλαμβάνουν το μπλε, το λουλακί και το βιολετί.

Το πράσινο είναι ένα ουδέτερο χρώμα.

Το αποτέλεσμα της κίνησης που δημιουργείται από ζεστά και ψυχρά χρώματα χρησιμοποιείται συχνά από τους σχεδιαστές όταν επιλέγουν ψυχρές αποχρώσεις για το φόντο και ζεστές αποχρώσεις για αντικείμενα που βρίσκονται στο προσκήνιο. Σε έγγραφα όπου κυριαρχούν οι ζεστοί τόνοι, τα ψυχρά χρώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να δημιουργήσουν τονισμένα σημεία και να ενισχύσουν την αντίθεση και το αντίστροφο. Χρησιμοποιώντας ψυχρές αποχρώσεις, μπορείτε να τονίσετε την επιπολαιότητα, την κομψότητα ή τη σοβαρότητα της δημοσίευσης. Τα βαθιά, ζεστά χρώματα διεγείρουν ή μεταδίδουν μια αίσθηση οικειότητας.

Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι το χρώμα του φόντου μπορεί να αλλάξει την απόχρωση του κύριου χρώματος και την εντύπωση που προκαλεί.

Όμως τα χρώματα έχουν πολλές διαφορετικές παραλλαγές: τα ψυχρά χρώματα έχουν ζεστές ποικιλίες και τα ζεστά έχουν ψυχρές ποικιλίες. Επομένως, η επιλογή χρωμάτων είναι μια δημιουργική διαδικασία στην οποία δεν υπάρχουν σαφείς συστάσεις.

Όταν χρησιμοποιείτε χρωματικούς κωδικούς (τους λεγόμενους «οπτικούς οδηγούς»), είναι απαραίτητο να λάβετε υπόψη ότι ένα μη εκπαιδευμένο άτομο δεν μπορεί να θυμηθεί περισσότερους από επτά κωδικούς. Επομένως, δεν πρέπει να παρασυρθείτε με τη χρήση κωδικών χρωμάτων. Επιπλέον, η χρωματική κωδικοποίηση πρέπει να είναι συνεπής - στο ίδιο έγγραφο, ένα ηλεκτρονικό σύστημα πληροφοριών, οι ίδιοι χρωματικοί κωδικοί πρέπει να χρησιμοποιούνται για να υποδεικνύουν τα ίδια φαινόμενα και διαδικασίες.

Οι διαφορετικοί χρωματικοί συνδυασμοί επηρεάζουν σημαντικά την αναγνωσιμότητα του κειμένου. Το κείμενο και το φόντο πρέπει να έρχονται σε αντίθεση μεταξύ τους. Όσο πιο έντονη είναι η αντίθεση, τόσο καλύτερα διαβάζεται το κείμενο. Εκτός από το τυπικό μαύρο κείμενο σε λευκό φόντο, οι καλοί συνδυασμοί περιλαμβάνουν μαύρο κείμενο σε κίτρινο φόντο και πορτοκαλί κείμενο σε λευκό φόντο.

Το χρώμα είναι ένα πολύ ισχυρό εργαλείο σχεδιασμού που συμβάλλει στην προσέλκυση της προσοχής, στην κατεύθυνση του ματιού προς τη σωστή κατεύθυνση και στη διατήρηση του ενδιαφέροντος των χρηστών. Αλλά ο χρωματικός σχεδιασμός δεν πρέπει σε καμία περίπτωση να αποσπά την προσοχή του χρήστη από το κύριο περιεχόμενο ή να έρχεται σε σύγκρουση με αυτό.

Οι ταινίες ποιότητας του Χόλιγουντ παρέχουν τη δυνατότητα προβολής περίπου 20 εκατομμυρίων διαφορετικών χρωμάτων στην οθόνη ταυτόχρονα. Το χαρακτηριστικό pixel, το οποίο έχει μήκος 1 byte, σας επιτρέπει να κωδικοποιήσετε 256 διαφορετικά χρώματα (VGA - Πρότυπο Video Graphic Array). Το χαρακτηριστικό κάρτας 15-bit SVGA (Super VGA) επιτρέπει την ταυτόχρονη εμφάνιση 32.768 χρωμάτων (5 bit για κάθε κωδικοποίηση χρώματος - 32 διαφορετικές αποχρώσεις για το κόκκινο, το μπλε και το πράσινο, δηλαδή 32 × 32× 32 = 32768). Η ιδιότητα 24 bit των ειδικών καρτών γραφικών (Silicon Graphic, Indy R4000, Targa κ.λπ.) σας επιτρέπει να εμφανίζετε ταυτόχρονα

256× 256× 256 = 16777216 χρώματα.

Αυτές είναι δυνατότητες που παρέχονται από προσαρμογείς οθόνης (κάρτες βίντεο). Αλλά για να εμφανίσετε τόσα πολλά χρώματα στην οθόνη ταυτόχρονα, πρέπει να έχετε τουλάχιστον ένα pixel για κάθε χρώμα στην οθόνη. Και με τυπική ανάλυση, η οθόνη της οθόνης περιέχει 640 × 480 = 307200 pixel. Είναι φυσικά αδύνατο να αποκτήσετε περισσότερα χρώματα σε μια τέτοια οθόνη.

Εάν ο προσαρμογέας σάς επιτρέπει να εργάζεστε με χρωματική κωδικοποίηση 24-bit, αλλά η οθόνη της οθόνης δεν μπορεί να αντιληφθεί τόσα πολλά χρώματα, πρέπει να εργαστείτε με παλέτα- ένα περιορισμένο σύνολο χρωμάτων που αντιστοιχεί στις δυνατότητες της οθόνης. Τα χρώματα στην παλέτα μπορούν να αλλάξουν. Αλλά πρέπει να θυμάστε ότι κατά την αναπαραγωγή σε άλλον υπολογιστή, τα χρώματα ενδέχεται να παραμορφωθούν εάν φορτωθεί διαφορετική παλέτα στον πίνακα χρωμάτων αυτού του υπολογιστή.

Προβλήματα με τις παλέτες προκύπτουν κατά την επίτευξη σωστής χρωματικής απόδοσης γραφικών υπολογιστή σε διαφορετικούς υπολογιστές (για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιείτε το δημιουργημένο σύστημα πολυμέσων στο WWW). Εάν έχετε μια εικόνα που περιέχει εκατομμύρια χρώματα, τότε για σωστή απόδοση χρωμάτων σε συνθήκες WWW πρέπει να μειώσετε τον αριθμό των χρωμάτων στα 256.

Το Διαδίκτυο εξακολουθεί να χρησιμοποιεί το χρωματικό μοντέλο Index Color, το οποίο λειτουργεί με την αρχή του χρώματος 8-bit. Λειτουργεί δημιουργώντας μια χρωματική παλέτα. Όλες οι αποχρώσεις του αρχείου χωρίζονται σε 256 πιθανές επιλογές, σε καθεμία από τις οποίες εκχωρείται ένας αριθμός. Στη συνέχεια, με βάση την προκύπτουσα χρωματική παλέτα, δημιουργείται ένας πίνακας όπου σε κάθε αριθμό κελιού εκχωρείται μια χρωματική απόχρωση σε τιμές RGB.

Η μείωση του χρώματος πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας τη λειτουργία διήθησης. Το χρωματικό κλισέ είναι η διαδικασία αλλαγής της τιμής χρώματος κάθε pixel χρησιμοποιώντας έναν συγκεκριμένο αλγόριθμο στην πλησιέστερη τιμή χρώματος από την υπάρχουσα (καθιερωμένη) παλέτα.