Цвет в компьютерной графике
Цвет – прежде всего, характеризуется яркостью изображения, а значит светом. Свет может быть излучаемым т.е. выходящим из некоторого источника (солнце, электрический светильник или экран дисплея), и отраженным от поверхности объекта. Излучаемый свет может содержать все цвета (белый свет), любую их комбинацию или только один цвет. Свет может изменить свой цвет при отражении от объекта. Таким образом, цвет объекта определяется цветом падающего на него света и цветом, который объект отражает, т.е. отражающими свойствами объекта.
Цвет может формироваться в процессе излучения света и в процессе его отражения. Как следствие, существуют ряд методов описания и формирования цвета (так называемые системы цветов или цветовое пространство).
Наиболее часто в компьютерной графике и смежных областях применя-
ется система аддитивных цветов и система субтрактивных цветов .
Аддитивный цвет получается при сложении лучей света разных цветов. В этой системе отсутствие всех цветов соответствует черному цвету, а присутствие всех цветов – белому. Система аддитивных цветов (система RGB) применяется для описания излучаемого света, например, от экрана монитора. Как из-
вестно из физики, в данном случае используются три основных цвета: красный, зеленый, синий (R, G, B). Если смешать их в равной пропорции, они образуют белый цвет, а при смешивании в разных пропорциях – любой другой.
В системе субтрактивных цветов происходит обратный процесс. Какойлибо цвет получается путем вычитания некоторого цвета из общего светового потока. В этой системе белый цвет появляется в результате отсутствия всех цветов, а их присутствие дает черный цвет. Система субтрактивных цветов применяется при работе с отраженным светом, например, от бумаги (издательское дело, полиграфия, многоцветная печать). Белый фон отражает все цвета, фон произвольного цвета – некоторые поглощает, остальные отражает. В этой системе основными являются голубой (cyan), пурпурный (magenta) и желтый (yellow) цвета (CMY). Эти цвета противоположны красному, зеленому, синему (RGB). Когда эти цвета смешиваются на белом фоне в равной пропорции, теоретически получается черный цвет. В действительности, типографские краски и другие материалы поглощают цвет не полностью, что приводит к искажению цветопередачи. Поэтому к этим трем цветам добавляется немного черной (Black) краски. Система цветов, основанная на таком четырехцветном процессе, обозначается CMYK .
Форматы графических файлов
Формат – это способ организации данных в памяти компьютера, на внешнем носителе, в базе данных и т.д. Количество применяемых в настоящее время типов форматов очень велико; они обычно делятся на группы – текстовые, графические, баз данных, электронных таблиц, Windows, Unix. Множество форматов существует для хранения графической информации. Практически любое программное обеспечение для работы с компьютерной графикой, использует свой собственный формат файлов, хотя в последние годы многие раз-
работчики стараются поддерживать некоторые форматы, ставшие почти уни-
версальными (TIFF, PCX, BMP, JPEG и др.).
Графический формат – это формат, в котором данные, описывающие графическое изображение записаны в файле. Такие форматы используются для того, чтобы логично и эффективно организовывать, сохранять и восстанавливать графические данные. В соответствии с видами компьютерной графики, наиболее распространены в настоящее время растровые, векторные и метафайловый графические форматы. Существуют и другие типы форматов — форматы сцены, анимации, мультимедиа, гипертекстовые и гипермедиа, объемные (трехмерные), аудиоформаты, форматы шрифтов и др.
Растровые форматы используются для хранения растровых данных. Файлы этого типа содержат точную пиксельную карту изображения и хорошо подходят для хранения реальных изображений, например, фотографического. Программа визуализации воссоздает это изображение на отображающей поверхности устройства вывода. Растровое изображение легко обрабатывается и упаковывается, однако при растяжении и сжатии таких изображений возникают искажения. Печать растровых изображений может выполняться только на устройствах, которые поддерживают точечный вывод; в частности, плоттеры не поддерживают растровые форматы файлов. Перенос изображения на различные устройства вывода может создавать проблемы, связанные со сменой разрешения графического изображения.
Наиболее распространенные растровые форматы – это Microsoft BMP, PCX, TIFF, TGA, GIF, JPEG и др.
Векторные файлы содержат не пиксельные значения, а математические описания элементов изображения – линий, кривых, многоугольников, сплайнов, а также элементов, которые можно разложить на простые геометрические объекты. По математическим описаниям графических форм программа визуализации строит изображение. Векторные форматы получили широкое распространение в программах для САПР, так как позволяют легко манипулировать фраг-
ментами изображения, масштабировать их и т.п. Однако такие форматы не годятся для обработки фотографий или сканирования изображений.
Векторные файлы структурно более просты, чем большинство растровых файлов. Наиболее распространенными векторными форматами являются
AutoCAD DXF, Microsoft SYLK, WMF, EPS и др.
Метафайлы могут хранить и растровые, и векторные данные. Они напоминают файлы векторного формата, так как содержат средства для определения элементов векторных данных, но могут включать и растровое представление изображения. Метафайлы часто используются для транспортировки растровых и векторных данных и изображений между аппаратными и программными платформами. Наиболее распространенны метафайловые форматы COM, WPG, PICT.
Файлы формата сцены (файлы описания сцены) разработаны для хранения сжатого представления всего изображения (или сцены). Они близки к векторным файлам, однако в отличие от них содержат не описания частей изображения, а состоят из инструкций, позволяющих программе визуализации восстановить изображение целиком.
Форматы анимации появились сравнительно недавно. Простейшие из них хранят изображения целиком, позволяя быстро отображать их в цикле одно за другим. Более сложные форматы анимации хранят только различия между двумя последовательно отображаемыми изображениями (фреймами) и изменяют только те пиксели, которые меняются при отображении очередного фрейма. При видеоанимации для создания иллюзии плавного движения необходимо отображать не менее 25 фреймов в секунду. Примерами форматов анимации могут служить TDDD и TTDDD.
Мультимедиа-форматы предназначены для хранения данных различных типов в одном файле. Они обычно позволяют объединять графическую, звуковую и видеоинформацию. Примерами могут служить форматы RIFF фирмы
Microsoft, MPEG и FLI фирмы Autodesk.
Гипертекст – это система, обеспечивающая нелинейный доступ к информации, обычно текстовой. Термин гипермедиа обозначает синтез гипертекста и мультимедиа. Современные гипертекстовые языки и сетевые протоколы поддерживают самые разнообразные средства, включая текст и шрифты, неподвижную и динамическую графику, аудио- и видеоданные. Гипертекст обеспечивает создание структуры, которая позволяет организовывать мультимедиаданные, отображать их и интерактивно перемещаться по ним. Гипертекстовые и гипермедийные системы, например WWW, хранят информационные ресурсы в виде файлов GIF, JPEG, MPEG, AVI, PostScript и др.
Трехмерные форматы . В файлах такого формата хранится описание формы и цвета объемных моделей воображаемых и реальных объектов. Объемные модели обычно конструируются из многоугольников и гладких поверхностей с учетом описаний соответствующих элементов: цвет, текстура, оптические эффекты и т.п. На этой основе программа визуализации реконструирует объект. Модели помещаются в сцены с источниками света и камерами (т.е. указываются точки наблюдения), поэтому объекты в трехмерных файлах часто на-
зываются элементами сцены .
Визуализация трехмерных моделей осуществляется программами моделирования и анимации (например, 3DStudio фирмы Autodesk). Они позволяют корректировать внешний вид изображения, изменяя и дополняя систему освещения, текстуру элементов сцены и их относительное расположение, и обеспечивают моделирование движения. Трехмерные данные сейчас поддерживаются рядом форматов, которые ранее служили только для хранения двухмерных векторных данных, например, форматом DXF. Форматы такого типа иногда называют расширенными векторными форматами.
Текстура в компьютерной 3d графике
Текстура в компьютерной 3d графике — это двухмерное изображение, которое накладывается на полигональную сетку 3d модели для придания большей выразительности, добавления цвета или создания иллюзии реалистичности.
Текстура может быть предоставлена только одной цветовой картой либо быть составной, состоящей из нескольких карт, которые содержат изображения цвета модели, отражений, рельефа, смещений поверхности и другие. Использование текстур позволяет добиться лучшего реализма моделей, состоящих из меньшего количества полигонов, что является также менее ресурсоемким для компьютера. Намного проще и производительнее отобразить мелкие детали модели на текстуре, например такие как шрамы, поры, морщины, чем делать это с помощью более детального моделирования.
Основная карта текстуры
Основная карта текстуры — это диффузная карта, которая представляет собой обычное растровое изображение, такое как фотография материала (например, металл, пластик). Реже бывает векторной или процедурной. Диффузная карта отражает цветовую характеристику материала. Можно провести аналогию с гипсовыми скульптурами, которые при создании, изначально, монотонно белые, и на которых, впоследствии, художник разными красками рисует все элементы — лицо, волосы, одежду. Подобно скульптуре на модель накладывают изображение — текстуру.
Текстура имеет разрешение и свои текстурные координаты, которые соотносятся с координатами полигонов 3d модели, при наложении. Наложение текстуры может быть выполнено в виде проекций примитивов, например, сферическое наложение — когда текстура закручивается в виде сферы и проецируется на модель, прямоугольное наложение — когда текстура проецируется с шести сторон, в виде прямоугольника, может быть просто плоское проецирование текстуры по какой-либо оси. Для сложной модели делается развертка всех полигонов модели и по ним уже накладывается текстура. Если текстура имеет низкое разрешение, то при приближении модели будет видна размытость текстуры.
Другие карты текстур
Текстура не ограничивается только лишь цветовой диффузной картой. Для придания большего реализма также могут применяться карты отражений, преломлений света и прозрачности, карты смещений, карты нормалей, которые являются, в основном, черно-белыми, либо двухцветными. Общая текстура создается в процессе рендеринга, с учетом всех этих карт. Карта смещений изменяет топологию модели, добавляя полигоны, с помощью нее можно создавать большие рельефы, такие как горы, ямы, овраги. Для небольших рельефов, например тротуаров, кирпичных или фактурных стен, при технологии parallax mapping можно добиться иллюзии рельефа без усложнения топологии и добавления полигонов.
1.3. Материалы и текстуры
Материал – это набор параметров, определяющих характер поверхности объекта (а в некоторых случаях – и его объема). Они включают цвет (если быть точным, несколько компонентов цвета для разных составляющих освещенности), текстуру, параметры прозрачности, отражения и преломления и многие другие. В общем случае, эти параметры определяют закон, по которому свет должен отражаться от поверхности объекта.
Чтобы создавать на компьютере действительно качественные и реалистичные изображения, необходимо понять, как моделируется освещенность виртуальных объектов. В реальном мире свет состоит из мельчайших частиц, называемых фотонами. Фотон имеет свойства, присущие как волнам, так и элементарным частицам. Фотонов настолько много, что обычно можно пренебречь тем, что световое излучение состоит из отдельных частиц (это важно только в квантовой механике), и рассматривать его как непрерывный поток энергии. В этом случае к свету можно применить статистические законы и смоделировать его на компьютере.
Поток энергии отрывается от источника света и распространяется в пространстве, пока не столкнется с каким-либо объектом. При этом одна часть энергии поглощается веществом объекта, а другая – отражается (поэтому мы видим объекты как темные или светлые). Отраженный поток фотонов меняет свою длину волны в зависимости от свойств вещества, в результате чего мы воспринимаем у разных объектов различные цвета. Также некоторая часть фотонов проходит сквозь материал, и объект выглядит прозрачным. Проходя через вещество, световой поток может преломляться (менять направление) и рассеиваться.
Но если объекты отражают свет, почему же далеко не любая поверхность может служить зеркалом? Все дело в том, что идеальным зеркалом является только идеально гладкая поверхность, в то время как обычные поверхности в той или иной степени шероховаты – то есть, состоят из множества микроскопических граней-отражателей. Свет, попадая на поверхность объекта, многократно отражается от этих микрограней и рассеивается в пространстве, в результате чего мы не видим точных отражений, а только сплошной цвет.
В компьютерных моделях, описывающих материал объекта, этот феномен сведен к простым математическим формулам, по которым можно вычислить степень рассеянной (или, как обычно говорят, диффузной) освещенности в любой точке заданной поверхности.
Самая простая такая формула – закон Ламберта (Lambert), который определяет интенсивность диффузной освещенности в точке как косинус угла между направлением света и нормалью к поверхности в этой точке.
Модель Ламберта хорошо подходит только для сравнительно гладких поверхностей. Для моделирования шероховатой, бархатистой или запыленной поверхности часто используют диффузную модель Орена-Найара (Oren-Nayar), которая основана на предположении, что поверхность состоит из множества бесконечно малых микрограней, освещение каждой из которых описывается моделью Ламберта. Модель Орена-Найара имеет параметр для контроля шероховатости поверхности (Roughness). Этот параметр определяет, сколько света отразится назад в направлении источника света.
В Blender чаще всего используются именно эти две диффузные модели. Помимо диффузной, используется также бликовая составляющая освещенности. Бликовая составляющая (specular term) – это количество света, зеркально отраженного поверхностью. Блик – это прямое отражение источника света на поверхности объекта. Если учесть, что в компьютерной графике используются идеализированные объекты, возникает закономерный вопрос: почему точечный источник света, не имеющий объема и невидимый сам по себе, отражается как относительно крупный размытый световой блик? Этот феномен также объясняется наличием микрограней: они имеют собственные вектора нормалей, отклонение которых от основной нормали поверхности меняют интенсивность зеркально отраженного света.
Цвет блика может не совпадать с цветом материала. Это справедливо для некоторых многослойных материалов – например, пластик представляет собой «слоеный пирог» из пигмента и прозрачного полимера: блик дают прозрачные слои, а диффузное рассеивание – цветные. Однородные материалы такого эффекта не производят, и блики на них имеют тот же цвет, что и сами материалы. Яркий пример – металл.
Для сравнительно гладких материалов (таких, как пластик или металл) обычно пользуются эмпирической моделью Фонга (Phong). Она не соответствует точному физическому описанию отражения света, но в большинстве случаев позволяет достичь приемлемых реалистичных результатов. Формула Фонга основана на простом наблюдении: блестящие поверхности дают маленькие и резкие блики, в то время как матовые – большие и размытые. Более согласованная с физикой модель, которая поддерживается в Blender – модель Кука-Торренса (Cook-Torrance). Она основана на допущении, что поверхность состоит из микрограней, каждая из которых является идеальным зеркалом.
Зная, где и как правильно применять эти модели, можно моделировать объекты, по внешнему виду максимально приближенные к реальным.
Так, для матовых поверхностей вроде камня, бетона или бумаги лучше всего подходит модель Ламберта. Блики на пластике, фарфоре, металле, матовом стекле имитируются моделью Фонга. Бархат, вельвет, ковры и некоторые другие виды тканей лучше всего воссоздаются моделями Орена-Найара и Кука-Торренса. В Blender материал объекту можно добавить в редакторе свойств, который по умолчанию находится в правой части окна программы. Переключите панель со значками на Material, добавьте объекту новый материал (если его нет) при помощи кнопки New.
Рассмотрим основные параметры материала.
Diffuse. Цвет и модель диффузной (рассеянной) компоненты освещенности. Вы можете указать цвет, нажав по нему левой кнопкой мыши – появится RGB-палитра с возможностью точного подбора каналов цвета.
Specular. Цвет и модель бликовой (зеркальной) компоненты освещенности. Форма блика зависит от выбранной модели и специфичных для нее параметров – это может быть как маленькая резкая точка, так и большое размытое пятно.
Transparency. Если поставить галочку напротив этого параметра, можно сделать объект прозрачным. Степень прозрачности контролируется параметром Alpha. Существует несколько типов прозрачности, в том числе с поддержкой преломления световых лучей, как и в реальных материалах – мы еще рассмотрим их подробнее в следующей главе.
Mirror. Если поставить галочку напротив этого параметра, поверхность объекта будет зеркально отражать окружающие предметы. Степень отражаемости контролируется параметром Reflectivity.
Текстура
Текстура – это изображение, которое определяет цвет (или какую-либо другую характеристику) материала в каждой точке поверхности. Говорят, что текстура накладывается на поверхность: иными словами, создается особая «карта», сопоставляющая поверхность с плоским изображением. Эту карту называют UV-разверткой или просто разверткой. В Blender вы можете создавать развертки вручную, но в случае использования базовых примитивов за вас это автоматически сделает сама программа.
Текстуру можно добавить в материал, переключившись на Texture на панели со значками свойств. У материала может быть более чем одна текстура – это часто бывает необходимо для создания сложных эффектов. Добавьте первую текстуру, нажав кнопку New. По умолчанию создается процедурная (то есть, автоматически сгенерированная программой) текстура типа «облака» (Clouds). Есть также несколько других типов процедурных текстур: «дерево», «мрамор», диаграмма Вороного, шум и т.д. Естественно, Blender позволяет в качестве текстуры выбрать произвольное растровое изображение: для этого переключите тип текстуры (Type) на Image or Movie («Изображение или фильм») и на вкладке Image нажмите Open. Если ваш объект – куб (или параллелепипед), то можно указать тип автоматической развертки на вкладке «Mapping»: Projection → Cube.
На вкладке Influence («Влияние») можно управлять характеристиками материала, на которые влияет данная текстура. По умолчанию стоит цвет (Color) – текстура влияет на диффузный цвет материала. Она также может влиять на бликовую составляющую, прозрачность, отражаемость и геометрию поверхности.
какой объект в компьютерной графике характеризуется цветом и текстурой
Когда смоделировать объект слишком сложно, в ход идут текстуры. Разбираемся, как с их помощью создают реалистичные модели, не тратя ресурсов.
За точную передачу геометрии 3D-объекта отвечает количество полигонов — тех самых векторных многоугольников, из которых состоит модель и с которыми работает дизайнер при её создании.
Очевидно, что чем их больше, тем выше будет уровень детализации готовой модели. Но нельзя добавлять их до бесконечности — создание и отрисовка займут слишком много времени.
Сделать цифровой образ реалистичным, сохранив минимальное количество полигонов, позволяют текстуры и материалы.
Текстура (иногда её называют картой) — это растровое изображение, накладываемое на поверхность модели для придания ей цвета, свойств окраски или иллюзии рельефа.
Процесс создания текстур называется текстурированием или 3D-мэппингом (от англ. map — карта).
Пишет о программировании, в свободное время создает игры. Мечтает открыть свою студию и выпускать ламповые RPG.
Как используются текстуры
Допустим, нам нужно визуализировать деревянный куб. Для этого мы можем создать простой куб и изменить его геометрию, чтобы придать ему вид дерева. Вместо этого лучше добавить карту цвета (англ. color map) — растровое изображение, которое будет наложено на полигоны. Именно её чаще всего имеют в виду, когда говорят о текстурах.
Изображение будет наложено на модель, но геометрия останется неизменной. Так мы создадим видимость рельефа, не тратя много ресурсов на моделирование и компьютерную отрисовку.
Готовая модель выглядит неплохо, но на ней нет микрорельефа — небольших трещин, впадин и выпуклостей, которые видны на текстуре. Особенно сильно это заметно, если взглянуть на углы — они абсолютно прямые.
Исправить это — придать рельефность — можно, добавив больше полигонов, но гораздо быстрее будет воспользоваться картой высот (англ. height map), которую также иногда называют картой рельефа. Это чёрно-белая текстура, которая позволяет сделать рельеф реалистичным.
Существует несколько видов карт высот, у каждой свои особенности:
Вот пример displacement map:
При отрисовке модели с такой текстурой добавляются новые вершины, которые смещаются относительно полигона — поднимаются или опускаются. И мы получаем следующий результат:
Количество полигонов исходной модели не меняется, но геометрия объекта всё же становится более сложной во время отрисовки, поэтому здесь виден реальный рельеф, а не его иллюзия.
Карта смещений — одна из самых реалистичных карт высот. Но она и более затратная, так как во время отрисовки добавляются новые вершины. По этой причине displacement map используют не всегда, по возможности заменяя её другими текстурами. Например, комбинацией bump map и карты нормалей (англ. normal map) или parallax map — в зависимости от того, какого эффекта нужно добиться.
Процедурно генерируемые текстуры
На объект можно накладывать не только готовые текстуры, но и генерируемые компьютером. Например, можно создать текстуру шума (англ. noise texture) — изображение, содержащее визуальный мусор (шум).
Текстура шума нужна, чтобы поверхность модели не выглядела слишком идеальной — в реальной жизни практически не встречаются безупречно ровные или идеально окрашенные предметы. Всегда есть какие-то потёртости, пятна, шероховатости и другие небольшие дефекты.
Использование шума помогает добиться различных визуальных эффектов. Например, если наложить его на цветовую карту, можно создать эффект разводов, мазков кистью, выцветания или потёртости.
Если использовать шум в качестве displacement map, это поможет быстро создать реалистичную штукатурку, глину, цедру апельсина, поверхность Солнца, плавленый сыр, панировку, тесто для пиццы и многое другое.
Практически любые поверхности можно имитировать с помощью шума, если подобрать правильные параметры.
Заключение
Существуют и другие виды текстур. Вот некоторые из них:
Использование текстур значительно ускоряет работу 3D-художника. Даже если вы создаёте модели в мультяшном стиле, без текстур не обойтись, потому что для этого понадобится как минимум указать цвета разных частей объекта.
Если интересуетесь 3D-графикой и хотите профессионально заниматься моделированием и текстурированием, вам поможет наш курс
для 3D-художников.
Основы компьютерной графики
Форма и размер
Восприятие размера зависит от формы объекта. Это связано с особенностью восприятия интерференции света глазами. На практике в основном приходится сталкиваться с тем, что объекты, имеющие сложное, особенно фрактальное строение,тяжело оцениваются с точки зрения размеров. Конечно, если они относительно велики и их детали сопоставимы с габаритами других объектов в композиции, такой проблемы не возникает. Однако чаще мелкие детали сложной формы вообще не воспринимаются как часть объекта, влияющая на его размер (рис. 1.7).
Данный пример подводит нас к ключевому понятию, определяющему отношение формы к восприятию размера. Это компактность, или плотность.
Иногда в литературе наиболее плотной фигурой называют круг. На наш взгляд,это не совсем верно. Мы бы определили компактность формы как отношение ее площади к незаполненным местам в зоне воображаемой границы. Сложно? Поясним на примере. Допустим, вам нужно разместить две фигуры — квадрат и круг —на двух носителях — монете и марке (рис. 1.8).
Как видите, для марки более компактной фигурой является квадрат, для монеты —круг.
Об этой относительности восприятия следует помнить, так как именно компактность определяет восприятие размеров. Более плотная фигура выглядит всегда более крупной. Это также отлично видно на рис. 1.8 (особенно это касается марки).
На практике данное свойство используется следующим образом. Например, существует задача: нарисовать логотип компании с условным названием «AGGW» для использования на визитках.
Если вы хотите подчеркнуть важность этого элемента на карточке, привлечь к нему внимание, то стоит остановиться на компактной форме логотипа (рис. 1.9, а).
Если же логотип не должен отвлекать на себя внимание и призван скорее выполнять роль фона, то можно выбрать вариант, показанный на рис. 1.9, б. И это, обратите внимание, при равных размерах элемента на визитке.
Текстура и размер
Применение текстуры дает возможность сделать новый эффект, изменить облик предмета, придать ему смысл. Текстура также может влиять на восприятие размеров объекта, и это нужно учитывать.
На рис. 1.10 изображены два квадрата одинакового размера. Однако несмотря на одинаковый размер, квадрат, у которого полосы идут горизонтально, выглядит значительно «тяжелее», крупнее по отношению к горизонтальной плоскости.Квадрат с вертикальными полосами выглядит выше.
Этот эффект известен уже давно. Еще в старых журналах моды можно прочитать рекомендацию для полных женщин носить платья в вертикальную полоску — они создают впечатление более стройной фигуры, чем она есть на самом деле. На практике это явление используется достаточно часто. При необходимости придать объекту большую «устойчивость» используйте текстуры с ярко выраженной горизонтальной направленностью рисунка (например, текстуру кирпичной кладки).Если же, наоборот, необходимо избавиться от давящего размера, ориентируйтесь на вертикальное направление.
Цвет и размер
Влияние цвета на восприятие размера — наиболее сложный вопрос, касающийся размеров. Дело все в том же — в относительности восприятия. Зачастую мы склонны относить к более крупным объектам те, которые выделяются среди остальных,хотя объективных (то есть основанных на особенностях зрения) причин для этого нет.
Итак, первое и главное свойство: светлые объекты на темном фоне выглядят крупнее, чем темные на светлом фоне (рис. 1.12).
Вы обязательно должны это учитывать, если хотите подчеркнуть симметричность каких-либо объектов, сильно отличающихся по яркости (например, в логотипе).Возможно, придется увеличить темный элемент для того, чтобы зрителю не показалось, что вы сделали свою работу не очень качественно.
На рис. 1.13 мы на 2% увеличили радиус темного круга по сравнению с белым —иначе логотип не выглядел бы таким, каким был задуман.
Точно так же ярко-красный элемент будет казаться несколько крупнее аналогичного темно-синего. Это нужно учитывать в работе.
Занятие№2Лекция_Цвет в компьютерной графике. Описание цветовых оттенков.
Занятие №2(Лекционное занятие)
Тема: Цвет в компьютерной графике.
Цели: Изучить цветовые модели и цветовые форматы. Развить внимательность, усидчивость. Воспитать уважение к выбранной професии
Вопросы для освоения:
Описание цветовых оттенков на экране и на принтере (цветовые модели).
Актуализация опорных знаний.
Вопросы для повторения:
Копьютерная графика. Виды компьютерной графики.
Растровая графика. Достоинства растровой графики. Недостатки растровой графики.
Векторная графика. Достоинства векторной графики. Недостатки векторной графики.
Фрактальная графика. Достоинства и недостатки.
Сравнение растровой и векторной графики.
Особенности растровых и векторных программ.
Проверка знаний. Тестирование по теме «Компьютерная графика и виды ее»
Компьютерная графика – это
вид графики, который используются в компьютерах для фотографий;
использование вычислительной техники для создания графических изображений, их отображения различными средствами и манипулирования ими.
использование компьютерной техники для рисования, обработки и распечатки графических изображений.
Определите правильную хронологию развития компьютерной графики
первоначально создали графопостроители (плоттеры); затем использовалась для изображения символьная печать; затем появились графические дисплеи.
первоначально использовалась для изображения символьная печать, затем появились графические дисплеи, а впоследствии создали графопостроители (плоттеры)
первоначально использовалась для изображения символьная печать; затем создали графопостроители (плоттеры); затем появились графические дисплеи.
Известна следующая классификация по видам компьютерной графики:
Растровая, векторная, фрактальная
Растровая, векторная, комплементарная
Растровая, субрактивная, фрактальная
Дополнительная классификация по расположению изображения в проекциях включает в себя:
2 d графика, фрактальная.
3 d графика, субтрактивная
2 d графика, 3 d графика
Характеристика растровой графики:
Программные средства для работы с растровой графикой предназначены в первую очередь для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки.
Большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентировано не столько на создание изображений, сколько на их обработку.
В основу метода построения растровых изображений положен принцип наследования от, так называемых, «родителей» геометрических свойств объектов-наследников.
Характеристика векторной графики:
Векторная компьютерная графика позволяет создавать абстрактные композиции, где можно реализовать такие композиционные приёмы как, горизонтали и вертикали, диагональные направления, симметрию и асимметрию и др.
Изображения в векторной графике существуют в виде набора математических формул (графических примитивов), которые описывают отдельные элементы рисунка — линии, дуги, окружности и т. д.
Любое векторное изображение на экране монитора также является совокупностью точек (пикселов), каждая из которых окрашена в какой-либо цвет.
Характеристика фрактальной графики:
Фрактальные изображения создаются средствами специальных программ с помощью инструментов, имеющих аналоги в ручной живописи (кисти, карандаш, распылитель).
Фрактальная компьютерная графика позволяет создавать абстрактные композиции, где можно реализовать такие композиционные приёмы как, горизонтали и вертикали, диагональные направления, симметрию и асимметрию и др.
Во фрактальной графике основным элементом изображения является линия (при этом не важно, прямая это линия или кривая).
Записать соответствие недостатков векторной, растровой и фрактальной графики (какой недостаток какому виду графики соответствует)
Основной проблемой при использовании изображений является большой объем данных.
Записать соответствие достоинств векторной, растровой и фрактальной графики (какое достоинство какому виду графики соответствует):
Незаменимость в построении сложных фигур, состоящих из однотипных элементов (облака, вода и т.д.).
Изображения данного вида графики могут быть легко масштабированы без потери качества.
Программы для обработки всех видов изображений (заполнить соответствие):
Painter, Art Dabbler
Правильные ответы на тест:
Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветов получаются смешением каких-либо других. Например, сочетание красного и синего даёт пурпурный цвет, синего и зелёного – голубой. Таким образом, путём смешения из небольшого количества простых цветов, можно получить множество (и причём довольно большое) сложных (составных). Поэтому для описания цвета вводится понятие цветовой модели.
Цветовая модель – способ представления большого количества цветов посредством разложения их на простые составляющие.
По принципу действия перечисленные цветовые модели можно условно разбить на три класса:
аддитивные (RGB), основанные на сложении цветов;
субтрактивные (CMY, CMYK), основу которых составляет операция вычитания цветов (субтрактивный синтез);
перцепционные (HSB, HLS, LAB, YCC), базирующиеся на восприятии.
Аддитивный цвет получается на основе законов Грассмана путем соединения лучей света разных цветов. В основе этого явления лежит тот факт, что большинство цветов видимого спектра могут быть получены путем смешивания в различных пропорциях трех основных цветовых компонент. Этими компонентами, которые в теории цвета иногда называются первичными цветами, являются красный (Red), зеленый (Green) и синий (Вlue) цвета. При попарном смешивании первичных цветов образуются вторичные цвета: голубой (Сyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow). Следует отметить, что первичные и вторичные цвета относятся к базовым цветам.
Базовыми цветами называют цвета, с помощью которых можно получить практически весь спектр видимых цветов.
Для получения новых цветов с помощью аддитивного синтеза можно использовать и различные комбинации из двух основных цветов, варьирование состава которых приводит к изменению результирующего цвета.
Таким образом, цветовые модели (цветовое пространство) представляют средства для концептуального и количественного описания цвета. Цветовой режим – это способ реализации определенной цветовой модели в рамках конкретной графической программы.
Существует большое количество моделей. Рассмотрим только три основных.
2. Цветовая модель RGB
Множество цветов видны оттого, что объекты, их излучающие, светятся. К таким цветам можно отнести, например, цвета на экранах телевизора, монитора, кинопроектора. Цветов огромное количество, но из них выделено только три, которые считаются основными (первичными): это – красный, зеленый, синий.
При смешении двух основных цветов результирующий цвет осветляется: из смешения красного и зеленого получается желтый, из смешения зеленого и синего получается голубой, синий и красный дают пурпурный. Если смешиваются все три цвета, в результате образуется белый. Такая модель цвета является аддитивной.
Модель, в основе которой лежат указанные цвета, носит название цветовой модели RGB – по первым буквам английских слов Red (Красный), Green (Зеленый), Blue (Синий).
Поскольку в модели используются три независимых значения, ее можно представить в виде трехмерной системы координат рис 1.
Объем такого куба (количество цифровых цветов) легко посчитать: поскольку на каждой оси можно отложить 256 значений, то 256 в кубе (или 2 в двадцать четвертой степени) дает число 16 777 216.
Важно отметить особые точки и линии этой модели:
Начало координат. В этой точке все составляющие равны нулю, излучение отсутствует, а это равносильно темноте, следовательно, начало координат — это точка черного цвета.
Точка, ближайшая к зрителю. В этой точке все составляющие имеют максимальное значение, что означает белый цвет.
Диагональ куба. На линии, соединяющей начало координат и точку, ближайшую к зрителю, располагаются серые оттенки: от черного до белого. Это происходит потому, что все три составляющих одинаковы и располагаются в диапазоне от нуля до максимального значения. Этот диапазон иначе называют серой шкалой ( Grayscale ). В компьютерных технологиях сейчас чаще всего используются 256 градаций (оттенков) серого. Хотя некоторые сканеры имеют возможность кодировать 1024 оттенков серого и выше.
Три вершины куба обозначают чистые исходные цвета, остальные три отражают двойные смешения исходных цветов.
Модель RGB является теоретической основой процессов сканирования и визуализации изображений на экране монитора.
Это одна из наиболее распространенных и часто используемых моделей. Она применяется в приборах, излучающих свет, таких, например, как мониторы, прожекторы, фильтры и другие подобные устройства, а также в устройствах ввода графической информации – сканерах, цифровых камерах.
При работе с графическим редактором Adobe PhotoShop можно выбирать цвет, полагаясь не только на тот, что мы видим, но при необходимости указывать и цифровое значение, тем самым иногда, особенно при цветокоррекции, контролируя процесс работы.
Несомненными достоинствами данного режима является то, что он позволяет работать со всеми 16 миллионами цветов, а недостаток состоит в том, что при выводе изображения на печать часть из этих цветов теряется, в основном самые яркие и насыщенные, также возникает проблема с синими цветами.
3.Цветовая модель CMYK
Модель описывает отражаемые цвета. К отражаемым относятся цвета, которые сами не излучают, а используют белый свет, вычитая из него определенные цвета. Такие цвета называются субтрактивными
(вычитательными), поскольку они остаются после вычитания основных аддитивных. Существует три основных субтрактивных цвета: голубой, пурпурный, желтый рис.2.
Это еще одна из наиболее часто используемых цветовых моделей, нашедших широкое применение. Она является субтрактивной моделью.
Модель CMYK (Cyan Magenta Yellow Key, причем Key означает черный цвет) – является дальнейшим улучшением модели CMY и уже четырехканальна. Поскольку реальные типографские краски имеют примеси, их цвет не совпадает в точности с теоретически рассчитанным голубым, желтым и пурпурным. Особенно трудно получить из этих красок черный цвет. Поэтому в модели CMYK к триаде добавляют черный цвет. Модель CMYK является «эмпирической», в отличие от теоретических моделей CMY и RGB. Модель является аппаратно–зависимой.
В отличие от аддитивной модели, где отсутствие цветовых составляющих образует черный цвет, в субтрактивной все наоборот: если нет отдельных компонентов, то цвет белый, если они все присутствуют, то образуется грязно–коричневый, который делается более темным при добавлении черной краски, которая используется для затемнения и других получаемых цветов.
Ясно, что цвет в CMYK зависит не только от спектральных характеристик красителей и от способа их нанесения, но и их количества, характеристик бумаги и других факторов. Фактически цифры CMYK являются лишь набором аппаратных данных для фотонаборного автомата и не определяют цвет однозначно. При смешении двух субтрактивных составляющих результирующий цвет затемняется, а при смешении всех трех должен получиться черный цвет. При полном отсутствии краски остается белый цвет (белая бумага).
В итоге получается, что нулевые значения составляющих дают белый цвет, максимальные значения должны давать черный, их равные значения – оттенки серого, кроме того, имеются чистые субтрактивные цвета и их двойные сочетания.
– это Magenta (Пурпурный), Y – Yellow (Желтый), К – это bl ас K (Черный), т.е. от слова взята не первая, а последняя буква.
4.Цветовая модель HSB
Если модель RGB наиболее удобна для компьютера, а модель CMYK – для типографий, то модель HSB наиболее удобна для человека.
Здесь заглавные буквы не соответствуют никаким цветам, а символизируют тон (цвет), насыщенность и яркость (Hue Saturation Brightness). Предложена в 1978 году. Все цвета располагаются по кругу, и каждому соответствует свой градус, то есть всего насчитывается 360 вариантов – H определяет частоту света и принимает значение от 0 до 360 градусов (красный – 0, желтый – 60, зеленый – 120 градусов и так далее), т.е. любой цвет в ней определяется своим цветом (тоном), насыщенностью (то есть добавлением к нему белой краски) и яркостью
На цветовом круге рис.3 основные цвета моделей RGB и CMY находятся в такой зависимости: каждый цвет расположен напротив дополняющего его (комплементарного) цвета, при этом он находится между цветами, с помощью которых он получен. Например, сложение зеленого и красного цветов дает желтый.
Чтобы усилить какой-либо цвет, нужно ослабить дополняющий его цвет (расположенный напротив него на цветовом круге). Например, чтобы изменить общее цветовое решение в сторону голубых тонов, следует снизить в нем содержание красного цвета.
По краю этого цветового круга располагаются так называемые спектральные цвета или цветовые тона ( Hue ), которые определяются длиной световой волны, отраженной от непрозрачного объекта или прошедшей через прозрачный объект. Цветовой тон характеризуется положением на цветовом круге и определяется величиной угла в диапазоне от 0 до 360 градусов. Эти цвета обладают максимальной насыщенностью, т. е. синий цвет еще синее быть уже не может.
Следующим параметром является насыщенность цвета ( Saturation ) — это параметр цвета, определяющий его чистоту.
Уменьшение насыщенности цвета означает его разбеливание. Цвет с уменьшением насыщенности становится пастельным, блеклым, размытым. На модели все одинаково насыщенные цвета располагаются на концентрических окружностях, т.е. можно говорить об одинаковой насыщенности, например, зеленого и пурпурного цветов, и чем ближе к центру круга, тем все более разбеленные цвета получаются. В самом центре любой цвет максимально разбеливается и становится белым цветом.
Поэтому работу с параметром насыщенности можно характеризовать как добавление в спектральный цвет определенного процента белой краски.
Еще одним параметром является яркость цвета ( Brightness ) – это параметр цвета, определяющий освещенность или затемненность цвета. Уменьшение яркости цвета означает его зачернение.
Поэтому работу с параметром яркости можно характеризовать как добавление в спектральный цвет определенного процента черной краски.
В общем случае, любой цвет получается из спектрального цвета добавлением определенного процента белой и черной красок, т. е. фактически серой краски.
Эта модель уже гораздо ближе к традиционному пониманию работы с цветом. Можно определять сначала цветовой тон ( Hue ), а затем
насыщенность ( Saturation ) и яркость ( Brightness ). Такая модель получила название по первым буквам приведенных выше английских слов — HSB (рис.4).
Рис. 4. Цветовая модель HSB
Модель HSB неплохо согласуется с восприятием человека: цветовой тон является эквивалентом длины волны света, насыщенность — интенсивности волны, а яркость – количества света.
Недостатком этой модели является необходимость преобразовывать ее в модель RGB для отображения на экране монитора или в модель CMYK для получения полиграфического оттиска.