Цветовые модели современной графики

Информация от светочувствительных рецепторов (колбочек и палочек) передается другим типам клеток, которые соединены между собой. Специальные клетки передают информацию в зрительный нерв.

Рис. 1. Поперечный разрез глаза

Таким образом, волокно зрительного нерва обслуживает несколько светочувствительных рецепторов, т.е. некоторая предварительная обработка изображения выполняется непосредственно в глазу.

Область сетчатки, в которой волокна зрительного нерва собираются вместе и выходят из глаза, лишена светочувствительных рецепторов и называется слепым пятном.

Таким образом, свет должен вначале пройти два слоя клеток, прежде чем он воздействует на колбочки и палочки. Причины для такого обратного устройства сетчатки не полностью поняты, но одно из объяснений состоит в том, что расположение светочувствительных клеток в задней части сетчатки позволяет любому паразитному непоглощенному свету попасть на клетки находящиеся непосредственно позади сетчатки, которые содержат черный пигмент – меланин. Клетки, содержащие меланин, также помогают химически восстанавливать светочувствительный визуальный пигмент в колбочках и палочках после того, как они были отбелены на свету.

Интересно отметить, что природа создала целый ряд конструкций глаза. При этом глаза у всех позвоночных похожи на глаза человека, а глаза у беспозвоночных либо сложные (фасеточные) как у насекомых, либо недоразвитые в виде световувствительного пятна. Только у осьминогов глаза устроены как у позвоночных, но светочувствительные клетки находятся непосредственно на внутренней поверхности глазного яблока, а не как у нас позади других слоев, занимающихся предварительной обработкой изображения. Поэтому, возможно, особого смысла в обратном расположении клеток в сетчатке нет. А это просто один из экспериментов природы.

3. Цветовые модели и их виды

Наука о цвете – это довольно сложная и широкомасштабная наука, поэтому в ней время от времени создаются различные цветовые модели, применяемые в той либо иной области. Одной из таких моделей и является цветовой круг.

Рис. 2. Большой круг Освальда и круг Гете

Многим известно о том, что существует 3 первичные цвета, которые невозможно получить и которые образуют все остальные. Основные цвета – это желтый, красный и синий. При смешивании желтого с красным получается оранжевый, синего с желтым – зеленый, а красного с синим – фиолетовый. Таким образом, можно составить круг, который будет содержать все цвета. Он представлен на рис. 2 и называется большим кругом Освальда.

Наряду с кругом Освальда есть еще и круг Гете, в котором основные цвета расположены в углах равностороннего треугольника, а дополнительные – в углах перевернутого треугольника.

Друг напротив друга расположены контрастные цвета.

Для описания излучаемого и отраженного цвета используются разные математические модели – цветовые модели (цветовое пространство), т.е. – это способ описания цвета с помощью количественных характеристик. Цветовые модели могут быть аппаратно–зависимыми (их пока большинство, RGB и CMYK в их числе) и аппаратно–независимыми (модель Lab). В большинстве «современных» визуализационных пакетов (например, в Photoshop) можно преобразовывать изображение из одной цветовой модели в другую.

В цветовой модели (пространстве) каждому цвету можно поставить в соответствие строго определенную точку. В этом случае цветовая модель – это просто упрощенное геометрическое представление, основанное на системе координатных осей и принятого масштаба.

Цвета одной модели являются дополнительными к цветам другой модели. Дополнительный цвет – цвет, дополняющий данный до белого. Дополнительный для красного – голубой (зеленый+синий), дополнительный для зеленого – пурпурный (красный+синий), дополнительный для синего – желтый (красный+зеленый) и т.д.

По принципу действия цветовые модели можно условно разить на три класса:

• аддитивные, основанные на сложении цветов;
• субтрактивные, основу которых составляет операция вычитания цветов (субтрактивный синтез);
• перцепционные, 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.

4. Закон Грассмана (законы смешивания цветов)

В большинстве цветовых моделей для описания цвета используется трехмерная система координат. Она образует цветовое пространство, в котором цвет можно представить в виде точки с тремя координатами. Для оперирования цветом в трехмерном пространстве Т. Грассман вывел три закона (1853г):

1. Цвет трехмерен – для его описания необходимы три компоненты. Любые четыре цвета находятся в линейной зависимости, хотя существует неограниченное число линейно независимых совокупностей из трех цветов.

Иными словами, для любого заданного цвета можно записать такое цветовое уравнение, выражающее линейную зависимость цветов.

Первый закон можно трактовать и в более широком смысле, а именно, в смысле трехмерности цвета. Необязательно для описания цвета применять смесь других цветов, можно использовать и другие величины – но их обязательно должно быть три.

2.  Если в смеси трех цветовых компонент одна меняется непрерывно, в то время, как две другие остаются постоянными, цвет смеси также изменяется непрерывно.

3.  Цвет смеси зависит только от цветов смешиваемых компонент и не зависит от их спектральных составов.

Смысл третьего закона становится более понятным, если учесть, что один и тот же цвет (в том числе и цвет смешиваемых компонент) может быть получен различными способами. Например, смешиваемая компонента может быть получена, в свою очередь, смешиванием других компонент.

2. Классификация и характеристика цветовых моделей

Под цветовой моделью (пространством) понимают математическое описание разнообразной цветовой гаммы (спектра), проще говоря, каждому определенному цвету присваивается цифровой разряд. Практически все модели реализованы на использовании трех цветов (красный, зеленый, синий) из этого следует, каждый основной цвет имеет свое числовое описание, все остальные цвета результат цифровой генерации основных. Все цветовые модели различны по типу, где у каждого есть своя сфера применения: RGB; HSB; Lab; CMY; CMYK; YIQ; YCC. Далее все перечисленные выше модели делятся на группы по их устройству работы, так RGB - результат сложения цветов (аддитивный класс), CMY и CMYK противоположен первому и воплощается через вычитание цветов (субтрактивный класс), основываются на восприятии Lab, HSB, YIQ, YCC (перцепционный класс). 

Базирование RGB состоит из красного, зеленого и синего, где при смешивании каждой пары основных цветов получаются дополнительные: желтый, голубой и пурпурный, при комбинации основных и дополнительных, можно добиться практически любого цветового оттенка. Прямое предназначение этой модели - отображение видимого цветового диапазона на вашем мониторе. По умолчанию экран работает именно в этом режиме, который новичкам менять вообщем-то и не следует. Каждой цветовой модели присущ свой цветовой охват, т.е. количественный объем цветов, который может различить человеческий глаз и отобразить устройство, допустим принтер. Серьезная проблема RGB не большой цветовой охват и аппаратная зависимость (не совсем аналогичный показ цветов на разных в основном ЭЛТ-мониторах). Существуют три подвида описываемой нами модели: sRGB имеет самый маленький цветовой охват и потому походит для тех, кто работает с web-графикой. Подойдет и для печати, правда на струйниках, для профессионального качества печати она не пригодна. Adobe RGB 1998 – получен из телестандартов, самый оптимальный вид при работе с графическими пакетами. Последний Wide-Gamut RGB обладает самым огромным охватом и может быть применен к 48-разрядным работам. Монитор компьютера имеет другой принцип показа цветов, и по сему модель RGB (с ее 3 видами), честно сказать, для печати почти не пригодна.

А вот цветовые модели CMY и CMYK как раз призваны подготовить изображение и вывести его на печать. Использование CMY (голубой, пурпурный, желтый) оправдано лишь теоретически для черно-белых принтеров, где картридж возможно заменить на цветной. Добавление черной краски позволило сделать модель CMYK (голубой, пурпурный, желтый, черный) полностью функциональной (но не совершенной) в цветной печати. Так же улучшилось качество вывода диапазона серых оттенков. Как и RGB, CMYK остается аппаратно зависимой, с недостаточным высоким цветовым диапазоном моделью. При всех своих недостатках вполне достойно отображает необходимый для печати спектр, но вместе с тем может нести в себе неадекватную цветопередачу на выводе, поэтому некоторые изображения лучше изначально редактировать в ней. И еще, качество, получаемое при печати, напрямую зависит от качества бумаги! В профессиональной полиграфии CMYK почти не используют, там применяют ее различные модификации, о которых мы упоминать не будем, достаточно сказать, что эти системы (Pantone, Trumatch и д.р.) интегрированы в серьезные графические программы. Это так, попутно, теперь давайте дальше. 
 С последней цветовой моделью HSB и ей подобными все просто, они основаны на элементарном восприятии яркости, тона и насыщенности, и потому аппаратно независимы, используя основной цветовой ввод RGB, прекрасно подходит для создания тонких спектральных эффектов.

Каждая рассмотренная модель имеет свой цветовой охват, а значит при некоторых видах печати, цветовая информация не может быть совершенно точно отображена на мониторе. Так же не калиброванный дисплей или уже старый не достаточно полно определяют цвета. Вследствие этого не всегда будет правильным решением выбирать необходимый цвет на мониторе. Для правильного подбора цветов существуют специальные системы соответствия Такие системы включают в себя эталонные наборы цветов (атласы), необходимые программы и устройства для калибровки вывода, а также т.н. палитры. В каждый профессиональный графический редактор интегрированы заказные (электронные) таблицы цветов. Все они ориентированы на разные способы представления ваших работ, кстати, в Adobe они называются – каталог, в Corel – именно палитры. Думаю, нет большой необходимости заострять ваше внимание на знакомстве с каждой из них, тем более, что предназначены они в основном для дизайнеров и верстальщиков, сотрудничающих с полиграфическим производством. Да еще некоторые развитые в этой области пользователи используют их при создании своих авторских работ и web – дизайна. В полиграфии используют многослойную, плашечную и комбинированную (Spot colors) способы печати. Именно многослойный способ основан на применении триадных красителей, это к тому, что все цветовые модели в графических пакетах работают с триадными цветами.

Если цветовая модель - это программное описание, то цветовой режим – это, так сказать, воплощение в жизнь, реализация. Первый режим однобитовой черно-белой графики (Black and White (1-bit)) или bitmap, самый простой из всех существующих. Для его отображения нужно всего по одному биту памяти на каждый белый и черный пиксел. Применим он только к черно-белым изображениям, а также в некоторых случаях вывода полноцветной картинки в черно-белую печать. У Black and White есть еще семь разновидностей, все они отличаются друг от друга различным программным представлением все той же однобитовой графики. Следующий режим Градации серого (Grayscale (8-bit)) представляет собой модернизированную версию предыдущего режима за счет увеличения цветового разрешения для каждого пиксела до 8-бит и поддержки до 256 оттенков серого цвета. Новые версии программ поддерживают и 16-битовую разрядность, для любителей творить в этом, по-своему интересном режиме. Изображение в Дуплексном (Duotone (8-bit)) цветовом режиме - это черно-белое изображение, улучшенное с помощью дополнительных цветов (от одного до четырех). Дуплексный цветовой режим состоит из 256 оттенков одной (тоновое), двух (двухтоновое), трех (трехтоновое) или четырех (четырехтоновое) красок. Этот режим лучше использовать для того, чтобы придать цветность черно-белым изображениям, а так же создавать всякие эффекты с помощью различных параметров кривых тонирования. 24-разрядный режим естественного цвета RGB Color (24-bit) предназначен для обработки полноцветных (цветных) изображений с использованием 16,7 млн. цветов, и даже может использовать разрешение в 48-бит. RGB – модель работает с цветовыми и альфа-каналами, а также может поддерживать слои (объекты). Палитра (Paletted) или Индексированные цвета (Indexed Color) - это упрощенный аналог RGB Color, и потому большого реализма в ваших “трудах”, практикуя в этой модели, не ждите. Он просто не способен передать все цветовые и тоновые нюансы, но и у него существует своя ниша в графике. У этой модели есть подвиды. Про режим CMYK Color говорить особо нечего, он полностью ориентирован только на печать. Цветовой режим Lab - это 24-разрядный цветовой режим, в котором все цвета состоят из трех каналов: яркость (L*- Luminosity), зеленый/пурпурный (a*- green/magenta), синий/желтый (b*- blue/yellow). В режим Lab можно преобразовать только полутоновые, RGB и CMYK- изображения. Внутренняя модель пригодиться для печати на Postscript Level 2 принтерах, обработки PhotoCD, а также для работы с яркостью, резкостью без искажений других цветовых тонов, ну и ряда других нужных уже состоявшимся дизайнерам, вещей. И последний цветовой режим Многоканальный (Multichannel) нужен для отображения нескольких цветовых каналов, где каждый канал несет в себе 256 оттенков серого. Годится для преобразования рисунков на черно–белом принтере, работать можно только с изображением, имеющим больше одного канала. Режимы NTSC RGB и PAL RGB нужны, чтобы преобразовывать картинки в видеоформат.