następny punkt » |
Przed omówieniem różnych modeli barw zwróćmy uwagę na bardzo często wykorzystywaną w praktyce skalę szarości obejmującą odcienie szarości zawarte między bielą a czernią. Najczęściej dla opisania określonego odcienia szarości wykorzystuje się słowo ośmiobitowe. Wtedy możemy operować 256 odcieniami szarości.
Na rysunku V.1 pokazano przykładową skalę szarości.
![]() |
Rys. V.1. Skala szarości
Model RGB bazuje na założeniu, że dostępne są trzy barwy podstawowe R, G i B. Wszystkie barwy, które można uzyskać za pomocą mieszania tych składowych są reprezentowane przez punkty należące do sześcianu jednostkowego zdefiniowanego w układzie współrzędnych R, G, B. Model jest pokazany na rysunku V.2. W wierzchołkach sześcianu są reprezentowane barwy R,G,B,C,M,Y oraz czarna K (blacK) i biała W (White). Na przekątnej łączącej wierzchołki K i W znajdują się odcienie szarości.
![]() | ![]() |
Rys. V.2. Model barw RGB. W wersji kolorowej widoczne są tylko barwy znajdujące się na powierzchni sześcianu.
Z punktu widzenia zastosowań grafiki komputerowej model barw jest modelem dyskretnym. Każda ze składowych może być reprezentowana za pomocą słów o pewnej długości. W szczególności jeżeli każde słowo reprezentujące pojedynczą składową ma 8 bitów, to barwny punkt jest reprezentowany przez 24 bity. System, w którym jest stosowana taka reprezentacja jest określany jako system pełnokolorowy (ang. full color, true color). Liczba różnych barw, które można uzyskać w takim systemie wynosi 224 co w przybliżeniu jest równe 16,7 milionów. Jest to niewątpliwie duża liczba barw i można się zastanawiać, czy system wzrokowy jest w stanie rozróżnić taką liczbę barw. Nie można jednak zapomnieć, że są to jedynie barwy, które można uzyskać metodą mieszania addytywnego trzech składowych podstawowych. Poza tym są takie barwy, których nie można uzyskać w ten sposób.
Model CMY ma podobne cechy jak model RGB. Jest on również reprezentowany za pomocą jednostkowej kostki sześciennej, z tym, że w układzie współrzędnych C,M,Y. Model ten pokazano na rysunku. Model ten jest modelem subtraktywnym i wykorzystywany jest głównie w drukarstwie. W praktyce stosowany jest model CMYK, w którym ze względów praktycznych dodatkowo uwzględnia się barwę czarną - dzięki temu uzyskuje się lepszą czerń niż w przypadku uzyskiwania czerni ze składowych C, M i Y.
![]() |
Rys. V.3. Model barw CMY
W odniesieniu do obu modeli RGB i CMY mówi się, że są to modele nieintuicyjne. Chodzi o to, że korzystając z tych modeli przeciętnemu użytkownikowi stosunkowo trudno jest dobrać takie wartości składowych przy których uzyska się pożądaną barwę. Przy interakcyjnej pracy z programami graficznymi często mamy do dyspozycji wyświetlone na ekranie suwaki cyfrowe (tak jak na rysunku V.4), które umożliwiają ustawienie odpowiedniej wartości składowych, na przykład R, G i B (każda składowa w zakresie od 0 do 255). Ponadto z reguły dostępne jest okno, w którym wyświetlana jest barwa wypadkowa.
![]() | ![]() |
Rys. V.4. Przykład suwaków cyfrowych umożliwiających dobór składowych potrzebnych dla uzyskania pożądanej barwy
W mowie potocznej dla intuicyjnego opisu kolorów używa się takich określeń jak odcień barwy (barwa), nasycenie i jasność. Odcień barwy określa się za pomocą nazw. I tak mówi się o barwie czerwonej, niebieskiej itd.
Nasycenie określa gdzie dany odcień barwy znajduje się między czystą barwą monochromatyczną (o nasyceniu 100%) a barwą białą (nasycenie 0%).
Jasność (wartość) koloru intuicyjnie określa postrzeganą intensywność światła o danej barwie. Określenie to pozwala rozróżniać barwy jasne od ciemnych, na przykład jasnoróżową od ciemnoróżowej.
Na bazie takiego intuicyjnego opisu kolorów został skonstruowany model HSV (rysunek V.5). W modelu tym parametr H (od. ang. Hue) określa odcień barwy wyrażany w stopniach od 0º do 360º, parametr S (od ang. Saturation) określa nasycenie wyrażane w skali od 0 do 1 albo w procentach od 0% do 100%. Parametr V (od ang. Value) określa jasność (wartość) w skali od 0 (dla czerni) do 1 (dla bieli). W modelu tym na obwodzie dowolnego przekroju poziomego leżą barwy nasycone, wewnątrz przekroju znajdują się barwy nienasycone a o jasności barw decyduje odległość przekroju od punktu K reprezentującego barwę czarną. Na osi V znajdują się odcienie szarości.
![]() |
Rys. V.5. Model HSV
Korzystając z modelu HSV można stosunkowo łatwo dobierać składowe H, S i V określające pożądany kolor. W tym celu można najpierw określić odcień barwy H a następnie dobrać wartości nasycenia S i jasności H. W tym sensie model HSV jest uważany za model intuicyjny. Wiele pakietów graficznych umożliwia określanie kolorów właśnie w tym modelu albo w pochodnym modelu HLS pokazanym na rysunku V.6. W modelu HLS składowa L oznacza jasność (od ang. Lightness).
![]() |
Rys. V.6. Model HLS
Oczywiście ostatecznie na monitorze wyświetlany jest kolor uzyskany w wyniku konwersji do modelu RGB.
O ile opisany wyżej prosty model HSV odpowiada potocznemu intuicyjnemu sposobowi opisywania kolorów, to z punktu widzenia precyzyjnego opisu kolorów, potrzebnego na przykład w kolorymetrii, jest on mało użyteczny. Stąd opracowane zostały inne modele kolorów.
W 1931 roku Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa (Commission Internationale de lEclairage, w skrócie CIE) opracowała model kolorów, w którym za punkt wyjścia przyjęto trzy teoretyczne barwy podstawowe X, Y i Z (nie mające rzeczywistych odpowiedników). Dla tych trzech barw określono składowe trójchromatyczne widmowe: ,
,
(por. rysunek V.7). Znając te funkcje można określić wartości składowych X, Y i Z potrzebnych dla wyświetlenia określonego koloru.
![]() |
Rys. V.7. Składowe trójchromatyczne widmowe przyjęte przez CIE
Z kolei, ze względów praktycznych, Komisja CIE zdefiniowała bardziej użyteczny sposób opisywania kolorów, a mianowicie model Yxy. W modelu tym została zachowana składowa Y, która reprezentuje jasność źródła światła. Pozostałe dwie wielkości, określane jako współrzędne trójchromatyczne, zostały zdefiniowane następująco
![]() ![]() |
We współrzędnych x, y został skonstruowany wykres chromatyczności pokazany na rysunku V.8.
![]() |
Rys. V.8. Wykres chromatyczności
Wykres ten razem z luminancją Y pozwala dobrze opisywać różne barwy. W wykresie chromatyczności na części krzywoliniowej obwodu znajdują się wszystkie barwy widmowe nasycone. Na odcinku w dolnej części wykresu znajdują się purpury. W środkowej części wykresu znajduje się punkt W reprezentujący barwę białą. We wnętrzu wykresu znajdują się barwy nienasycone. Przedstawiony wykres chromatyczności jest przekrojem modelu trójwymiarowego dla ustalonej wartości Y. Cały model reprezentuje wszystkie barwy widzialne.
Korzystając ze współrzędnych chromatycznych należy pamiętać, że dla pełnego opisu barwy trzeba podać jeszcze wartość luminacji Y.
Zwróćmy uwagę na niejednoznaczność potocznego pojęcia barwy białej. W istocie istnieje wiele różnych bieli. Są też różne definicje bieli. Niektóre z nich bazują na koncepcji ciała doskonale czarnego analizowanego w fizyce. Przykładowo, tak zwana biel 6500 jest to kolor ciała doskonale czarnego ogrzanego do temperatury 6500 oK. Biel ta odpowiada światłu dziennemu; x = 0,3127, y = 0,3297). Biel równoenergetyczna E ma współrzędne x = y = 0,333. Biel C reprezentuje światło słoneczne obserwowane w południe (x = 0,3101, y = 0,3162).
Jeżeli na wykresie chromatyczności zaznaczymy położenie dwóch barw (na przykład A i C na rysunku V.9), to barwa (na przykład B na rysunku V.9), którą uzyskamy po zmieszaniu barw początkowych będzie leżała na odcinku łączącym te barwy. Stąd, jeżeli zmieszamy trzy barwy, to barwa wypadkowa będzie leżała wewnątrz trójkąta, w którego wierzchołkach będą barwy pierwotne. Ilustruje to rysunek.
![]() |
Rys. V.9. Punkt reprezentujący barwę B powstałą w wyniku zmieszania barw A i C leży na odcinku łączącym punkty reprezentujące barwy A i C. Punkty reprezentujące barwę uzyskaną w wyniku zmieszania trzech barw początkowych leżą we wnętrzu trójkąta, którego wierzchołki reprezentują barwy pierwotne.
Korzystając z tej właściwości można na wykresie chromatyczności zobrazować różne barwy z modeli barw bazujących na barwach podstawowych. W szczególności można przedstawić model RGB tak jak to pokazuje rysunek V.10 - barwy z wnętrza sześcianu RGB znajdują się wewnątrz trójkąta.
![]() |
Rys. V.10. Model RGB na tle wykresu chromatyczności
Można zauważyć, że zestaw barw reprezentowanych przez model RGB (tak zwana gama barw RGB) nie obejmuje wszystkich barw widzialnych. Można również zauważyć, że żaden inny zestaw trzech barw widzialnych nie umożliwia uzyskania wszystkich barw widzialnych.
następny punkt » |