Основные понятия цвета и модели компьютерной графики

Введение

1 Общее понятие цвета (физика света).

2. Цветовые модели и компьютерная графика.

3 RGB

4 CMY и CMYK

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Рассматриваются общие понятия цвета и принципы представления, хранения, ввода, вывода и обработки графической информации. А также особое внимание уделено способам представления и кодирования графической информации. Рассмотрены различные цветовые модели и режимы цифрового представления графической информации. Отдельно рассматривается система полиграфической печати и способы подготовки к ней цифрового изображения. Вторая глава посвящена особенностям создания исходного материала для календаря, его переводу в цифровой вид и дальнейшей обработке при взаимодействии с типографией.

Но для начала, я хочу рассмотреть в более общем виде мотивацию выбора своей практической части диплома. Для изучения тонкостей работы с полиграфической продукцией и применения полученных за время обучения в колледже знаний, конечным продуктом был выбран календарь. Чтобы создать авторский календарь, первым делом нужно разобраться в том, чем же является календарь в современном мире, насколько актуальны печатные формы календарей при всестороннем распространении цифровых технологий, какие варианты календарей существовали в прошлом, и какими они могут быть сегодня
Общее понятие цвета (физика света).

Подумайте, насколько цвет важен в нашей повседневной жизни. Можно ли обходиться вообще без цветов? Давайте на минутку представим, что мир вдруг стал чёрно-белым: из-за бесполезности светофоров, которое перестанут выполнять свои функции, пробки парализуют движение, прокатится волна увольнений в различных областях, таких как мода, дизайн, производство краски, фотография и кино. Мир станет серым — ни голубого неба, ни зелёной травы, ни яркого жёлтого солнца. Совершенно ясно, что наше мироощущение очень зависит от различных цветов, и если нас лишить возможности их видеть, то человечество уже не почувствует той полноты жизни, которая присутствует сегодня. Комбинации цветов, точно так же как и музыкальное произведение, несут своё собственное настроение, расслабляя нас, если говорить о цветах спокойной холодной гаммы. Либо наоборот, теплые и яркие тона заряжают зрителя энергией деятельности и творчества. Нотами в цветовой композиции являются отдельные цвета, большинству из которых мы даём специальные названия (например, синий, красный или зелёный), а другие, ассоциируем с различными природными явлениями и объектами (например, гранатовый цвет или цвет мокрого асфальта). Правда, не стоит забывать, что цветовые комбинации и музыкальные произведении не являются гармоничными сами по себе — их гармонизируют наши чувства. И здесь речь идет о субъективном восприятии каждого конкретного человека. Но, безусловно, нельзя отрицать, что существуют определенные законы композиции форм, цветов или звуков, которые мы берем за эталон этой абстрактной гармонии.

Большим достижением в области «науки о цвете» стало появление компьютера, причём современного, способного отображать более 16 миллионов цветов. Дело в том, что цветов, отображаемых монитором, гораздо больше, чем тех, которые можно изобразить на листе бумаги. С ними можно оперативно работать: смешивать, разбавлять, менять одни цвета на другие, без потери качества картинки. Таким образом, компьютер — это замечательный и уникальный инструмент для работы с цветом.

В дальнейшем в этой главе мы будем употреблять слова – цвет и «свет» как синонимы, если речь идёт об излучаемом свете (например, о лампочке), где его яркость не имеет значения, и подразумевать под этим: свет определённого цветового оттенка.

Физическая природа цвета

Всё началось в далёком 1676 году, когда английский ученый, сэр Исаак Ньютон, используя стеклянную призму, разложил солнечный свет на цветовой спектр (цвета радуги). Этим опытом он доказал, что белый свет состоит из набора цветов, и чем ближе разлагаемый свет к бесцветному, тем на большее количество цветов его можно разложить.

Опыт с разложением света также дал начало новому этапу развития физической теории цвета.

С точки зрения физики, свет — это многоволновое электромагнитное излучение оптического диапазона.

Но как быть с тем, что при ударе об угол, у нас перед глазами появляются цветные звёздочки, нам могут присниться цветные сны, наши воспоминания могут быть цветными. Во всех этих случаях никакого «электромагнитного излучения оптического диапазона» в наши глаза не поступает.

Таким образом, выясняется, что электромагнитные волны не имеют цвета. Цвета возникают при наблюдении предмета человеком в его сознании и только тогда, когда этот предмет освещен.

Цвет — это ощущение, которое возникает в сознании человека при воздействии на его зрительный аппарат электромагнитного излучения с длиной волны в диапазоне примерно от 400 до 750 нм.

Видимый спектр электромагнитного излучения показан на рисунке 2.1 вместе с другими типами электромагнитных волн. Из рисунка видно, что видимый диапазон заминает очень узкую полосу, тем не менее, наши глаза различают несколько миллионов цветов, выделяя семь доминирующих (цвета радуги). Эти цвета и их последовательность еще с детства все легко запоминают с помощью фразы: «Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан».

Для цветового восприятия, как мы уже отмечали, необходимо две обязательных составляющих — источник света и наблюдатель, а также одна необязательная — какой-либо предмет.

В результате можно выделить три схемы взаимодействия света и наблюдателя (рис. 2.2).

В первой схеме (см. рис. 2.2 а) присутствует только источник света и наблюдатель. В этом случае человек видит свет самого источника излучения и, например, может сказать, что цвет пламени костра имеет красно-жёлтый оттенок, а лампы накаливания — светло-жёлтый. Для понимания того, почему разные источники излучения имеют различные цвета, разберёмся в особенностях их спектрального состава.

Существует зависимость, которая показывает - какова яркость каждой цветовой составляющей всего видимого спектра. Например, в солнечном свете содержатся волны всех цветов (т.е. любой длины волны) примерно с одинаковыми интенсивностями, что говорит о бесцветности яркого солнечного света. При этом спектр лампы накаливания сосредоточен приблизительно в области от красного до жёлтого цветов, что характерно для любых сильно нагретых тел (в данном случае — вольфрамовой нити). А свет, к примеру, лазера является достаточно уникальным явлением современного прогресса, так как позволяет сосредоточить световую энергию в очень узкой спектральной области. Поэтому свет лазера называют «монохроматическим».

В повседневной жизни мы чаще встречаем свет, который либо отразился от какого-либо предмета, либо прошёл через полупрозрачный объект, например, оконное стекло (см. рис. 2.2 «б» и «в»). В результате мы уже наблюдаем искаженный спектральный состав света, который может кардинальным образом отличаться от света, излучаемого источником. За это изменение, прежде всего, отвечает химический состав вещества объекта и его текстура.

Стоит обратить внимание, что в природе мы чаше видим не прямой свет, а прошедший через какую-то среду. Типичный этому пример — голубое небо -солнечный свет, прошедший через сложную молекулярную структуру атмосферы, и оставивший в своём спектре только голубую составляющую.

Отметим, что для пропускающих свет веществ говорят о спектре прохождения, а для непрозрачных — о спектре поглощения. Поглощаемые цвета также можно назвать вычитаемыми, так как они исключаются из спектра освещаемого объекта.

Также не лишним будет напомнить, что любая поверхность (например, цветок) не имеет никакого цвета - цвет воспринимается нами только при её освещении.

Цветовой тон — атрибут зрительного ощущения, благодаря которому область просмотра воспринимается подобно одному из цветов (красному, синему, желтому и т. д.)

Ахроматический цвет — цвет, лишенный цветового тона (серый цвет).

Хроматический цвет — цвет, имеющий цветовой тон.

Монохроматический цвет — цвет, имеющий один узкий пик в оптической спектральной области. Характерен для лазеров, светоизлучающих диодов и света, прошедшего через узкополосные оптические фильтры.

Последнее, на чем я заострю внимание — это физические принципы изменения у цвета его яркости и насыщенности. Из этих двух понятий яркость является более интуитивно понятным, поэтому сразу же дадим ей определение.

Яркость — атрибут зрительного ощущения, согласно которому область просмотра воспринимается как испускающая большее или меньшее количество света.

Допустим, что один лист бумаги зелёного цвета лежит на ярком солнце, а другой, точно такой же, в тени. Спектры отражения обоих случаев показаны на рисунке «2.4 а». Как видно из рисунка, вид спектра остался неизменным (то есть как лист бумаги был зелёного цвета при высокой яркости освещения, так он и остался того же цвета при низкой). При перемещении листа в полностью тёмное помещение, отражённый свет будет отсутствовать (то есть никакого спектра мы не увидим).

С точки зрения изобразительного искусства, понижение соответствует добавлению в краску чёрного цвета.

Насыщенность — атрибут зрительного ощущения, согласно которому область просмотра воспринимается как более или менее бледная.

Менее насыщенные цвета мы также называем пастельными. Тут наоборот, с точки зрения изобразительного искусства, понижение насыщенности соответствует добавлению в краску белого цвета. Спектры, показывающие один цвет, но с разной насыщенностью, изображены на рисунке «2.4 б». Как видно из рисунка, при уменьшении насыщенности, цвета, не относящиеся к основному тону (в данном случае — зелёному), увеличивают свою интенсивность, что может привести к выравниванию спектра (это означает, что цвет станет серым). Таким образом, цвет, который мы видим каждый день, даже не задумываясь о его истинном происхождении, на самом деле лишь ощущение, которое возникает в нашем сознании при воздействии на зрительный аппарат электромагнитного излучения. А формально, можно даже считать, что цвета не существует.

2. Цветовые модели и компьютерная графика.

При переходе к обсуждению работы с цветом в полиграфии, для начала хотелось бы определиться с терминологией, к которой придется прибегать в дальнейшем. И в первую очередь рассмотрим понятие различных «цветовых моделей», о которых ниже пойдет речь.

Цветовая модель — термин, обозначающий абстрактную модель описания представления цветов в виде кортежей чисел, обычно из трёх или четырёх значений, называемых цветовыми компонентами или цветовыми координатами. Вместе с методом интерпретации этих данных (например, определение условий воспроизведения и/или просмотра — то есть задание способа реализации), множество цветов цветовой модели определяет цветовое пространство.

В свою очередь, цветовое пространство представляет собой модель представления цвета, основанную на использовании цветовых координат. Цветовое пространство строится таким образом, чтобы любой цвет был представим точкой, имеющей определённые координаты, причём так, чтобы одному набору координат соответствовал один цвет. Особенно важно это учитывать, занимаясь компьютерной графикой.

Под «компьютерной графикой» подразумеваются любые изображения как созданные, так и обработанные с помощью компьютера.

Области применения компьютерной графики

Сегодня компьютерная графика является одной из важнейших областей информационных технологий. Компьютерная графика используется:

в издательском деле для разработки любых макетов (рекламных плакатов, буклетов, визиток и т.д.), графического оформления книг и журналов, любой полиграфической продукции;
в системах автоматизированной разработки (AutoCAD, Archi-CAD и др.) для создания и редактирования электронных чертежей;
в кино, на телевидении, шоу-бизнесе для производства любой видеопродукции;
в компьютерных играх и обучающих системах, например в имитаторах полётов для тренировки лётчиков;
в моделировании физических, химических и других процессов для научных исследований и наглядного представления результатов моделирования;
в сети Интернет для оформления веб-сайтов - размещения иллюстраций, кнопок, анимированных баннеров;
в трехмерном моделировании (в программах 3DsMAX, MAYA и др.) для создания реалистичных трехмерных сцен и анимации.

В связи со стремительным развитием рекламного и информационного бизнеса в России все больше возникает потребность в специалистах по компьютерной графике.

Полноценная работа в любой из вышеуказанных областей невозможна без знания пакета для обработки растровых изображений. Программа Adobe Photoshop («Photoshop» с англ. - фотомагазин, фотомастерская) предназначена главным образом для редактирования фотографий, однако в ней имеются и инструменты для рисования. Adobe Photoshop на сегодняшний день по праву считается лучшей среди программ подобного типа. [А]

Еще один важный параметр, о котором стоит помнить - глубина цвета.

С помощью цветовой модели можно записать цвет набором чисел. Числа, как вы знаете, кодируются в компьютере в виде набора битов. Компьютер может использовать для хранения числа только ограниченное количество битов. Последовательность битов обозначает некоторое число, называемое кодом цвета, а код, в свою очередь, обозначает некоторый цвет. Чем больше битов, тем больший диапазон чисел можно записать с их помощью, а значит, больше цветов можно закодировать. Глубина цвета - количество битов, выделенных для записи цвета одного пикселя.

Максимальное количество цветов зависит от глубины цвета. Если глубина цвета равна N, то максимальное количество цветов равно 2 . Запомните эту формулу:

В таблице ниже приведено соответствие между некоторыми значениями глубины цвета и максимальным количеством цветов.

Глубина цвета	Максимальное количество цветов
1	2
2	4
4	16
8	256
16	65 536
24	16777 216

Теперь можно свободно обсуждать тонкости отдельных цветовых моделей, с которыми приходится сталкиваться при работе в типографии.

3. RGB

Модель RGB описывает цвет как смесь трёх базовых цветов: красного, зеленого и синего. Эта модель используется для воспроизведения спектра видимого света.

Свое название данная цветовая модель получила по первым буквам английских названий цветов: Red, Green. Blue. Обычно эту цветовую модель называют моделью аддитивных основных цветов (от анг. слова add - добавлять, складывать). Черный цвет - это отсутствие любого цвета; для создания различных цветов необходимо складывать разные уровни основных цветов.

Модель RGB применяется при выводе информации на экран монитора. В телевизорах тоже используется RGB-модель.

Существует известная взаимосвязь цветовой модели RGB и других цветовых моделей, в частности CMY.

Если смешать базовые цвета модели RGB. можно получить базовые цвета другой модели (CMY), о которой будет рассказано чуть позже:

Сложение базовых цветов модели RGB	Результат сложения: базовый цвет модели CMY
Красный + Зеленый	Желтый
(Red + Green)	(Yellow)
Красный + Синий	Пурпурный
(Red + Blue)	(Magenta)
Синий + Зеленый	Голубой
(Blue + Green)	(Cyan)

Таблица 1.1.

Как видно из «Таблицы 1.1.» - возможен перевод цвета системы RGB в цвет системы CMY и наоборот. Такая потребность может встать при необходимости подготовки иллюстраций к печати, что особенно интересовало меня при работе над календарными иллюстрациями. Перевод из одной цветовой модели в другую можно осуществлять в разных программах для работы с графикой, в том числе и в Adobe Photoshop. Подробнее об этом будет рассказано в дальнейшем.

4 CMY и CMYK

Отраженный свет ведет себя по другим законам, в отличии от излучаемого. Лист бумаги сам по себе белый, а нанесенные на него краски или чернила блокируют отражение определенных волн.

Модель CMY (Cyan, Magenta, Yellow) является противоположной модели RGB. Эта модель представляет отраженный свет, т.е. цвета, которые вы видите в типографских красках, фотографических красителях и цветном тонере для принтера. Смешивая базовые цвета, мы тем самым вычитаем определенные цвета из белого света, отражаемого листом бумаги. По этой причине модель CMY называется субтрактивной (от англ. subtract - вычитать).

CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blacK) - та же модель, что и CMY, но с добавлением черного. Теоретически для воспроизведения полного диапазона цветов достаточно и красок CMY. Но краски CMY всегда создают немного примесей, а бумага разных типов при впитывании краски создает разные уровни яркости, что потом и влияет на ваше восприятие цвета. В результате смешения 100%-ных уровней красок CMY вместо черного цвета обычно получается грязно-коричневый. Чтобы исправить это положение, и добавляется черная краска, которая компенсирует недостающие цвета. Кроме того, в полиграфии очень удобно получать изображение текста не наложением базовых цветов, а одним чистым цветом - черным.

Модель CMYK широко используется в полиграфии и применяется практически при любых способах цветной печати.

Заключение

Разнообразие цветов — бесконечно и ограничивается лишь физиологией нашего зрения. Одни цвета более выразительны (как, например, цвета радуги), другие лишь дополняют и придают пёструю и живую красоту нашему миру (например, летний луг, где одних только оттенков зеленого цвета может быть несколько тысяч!). Жизнь человека с древних времён была тесно связана с цветом. Он играл большую роль во всевозможных ритуалах, присутствовал в символике. Например, у некоторых народов белый цвет олицетворял святость и веру, а жёлтый (золотой) и красный — величественность. Также, достаточно отметить, что в истории Франции и Италии был период, когда использование синего цвета в различных областях жизнедеятельности строго контролировалось. В наше же время роль цвета в жизни людей немного изменилась. Большинство из нас уже не связывают его с ритуальными действами и не приписывают ему магические свойства, как было раньше. Но, тем не менее, строго определённые сочетания цветов прочно заняли свои позиции во всех областях современной деятельности: транспорт, архитектурные объекты, одежда, бытовые ритуальные действия и т. д.

В настоящий момент изучение цвета — целая научная ветвь. Существуют колориcтика и колориметрия, задачи которой — это, прежде всего, точное измерение цвета, создание математических моделей, описывающих образование цвета в различных физических системах и нахождение оптимальных цветовых сочетаний для наилучшего их восприятия человеком в заданных условиях.

Список использованной литературы

[Б] - Библия в русском переводе. РБО, Москва, 2009

[А] - Adobe Photoshop CS официальный учебный курс: Пер. с англ. - М.: Изд-во ТРИУМФ, 2012. - 576 с. ил.

Основные понятия цвета и модели компьютерной графики