Компьютерная графика в дизайне - Дмитрий Миронов

1.3.7. Модели HSB и HSL

В предшествующих разделах уже упоминались такие характеристики цвета, как цветность, насыщенность и яркость. Уточним их определения.

Цветность (цветовой тон) или хроматика – числовая характеристика, имеющая одинаковое значение для всех оттенков одного цвета и различные значения для любой пары оттенков разных цветов. Определяет расположение цвета в спектре. В компьютерной графике цветность обозначают первой буквой слова hue (оттенок) – H. Цвета с различной цветностью описывают названиями на естественном языке (например, голубой, оранжевый) или указывают их местоположение на цветовом круге в градусах (см. рис. 1.3.10). Например, зеленому цвету соответствует значение Н120°, а синему – Н240°.

Насыщенность – числовая характеристика цвета, задающая соотношение между количеством энергии, переносимой световыми волнами, лежащими в диапазоне, соответствующем цветности, и всеми остальными волнами светового потока. Она эквивалентна величине, на которую хроматический цвет отличается от равного ему по яркости ахроматического. Цветам с различной насыщенностью ставят в соответствие выраженную в процентах относительную величину, определяющую местоположение заданного цвета на монохроматической шкале, в которой цветом переднего плана является чистый спектральный цвет, а фоновым – белый. Насыщенность 50 означает, что мы имеем дело с 50 %-ным оттенком спектрального цвета. В компьютерной графике насыщенность обозначают первой буквой слова saturation (насыщенность) – S. На цветовом круге (см. рис. 1.3.10, а) цвета равной насыщенности располагаются вдоль концентрических окружностей, а все степени насыщенности одного цвета можно проследить вдоль радиуса, соединяющего белую точку в центре и точку спектрального цвета на окружности.

Яркость – это энергетическая характеристика света, пропорциональная энергии, переносимой световым потоком. Визуально она воспринимается как величина, на которую цвет отличается от черного. В пределах курса компьютерной графики яркость рассматривается в связи с ее визуальным восприятием как величина, дополнительная к количеству черного, добавленного в какой-либо другой цвет. В компьютерной графике яркость обозначают первой буквой слова brightness (яркость) – B. Яркость измеряется в процентах, причем В0 % соответствует черному цвету, В100 % – отсутствию добавленного черного. На цветовом круге (см. рис. 1.3.10, б) цвета равной яркости располагаются вдоль концентрических окружностей, а все степени яркости одного цвета можно проследить вдоль радиуса, соединяющего черную точку в центре и точку спектрального цвета на окружности.

На основе цветности, насыщенности и яркости построена цветовая модель HSB. Важную роль в ней играет цветовой круг. Цветовое пространство этой модели можно рассматривать как "стопку" лежащих друг на друге модификаций цветового круга. Нижнее основание стопки – цветовой круг с яркостью цветов В0 %. Визуально он воспринимается как черный. Верхнее основание – цветовой круг, в котором все цвета располагают максимальной яркостью в100 % (рис. 1.3.15, а).

Рис. 1.3.15. Цветовое пространство цветовой модели HSB: а – сечения цветового пространства, соответствующие фиксированным значениям яркости; б – устройство системы цветовых координат

Примечание

Ось S цветовых координат модели HSB не имеет фиксированного направления, значения этой координаты – это расстояние от центра цветового круга до точки, соответствующей заданному цвету.

Модель HSB относительно проста и хороша для восприятия, а также удобна в работе, но перед выводом на экран представленные в соответствии с ней цвета приходится преобразовывать в цветовое пространство RGB, а перед выводом на печать – в цветовое пространство CMYK. Второй существенный недостаток этой модели состоит в нелинейности визуального восприятия яркости. В силу физиологических особенностей зрения, хроматические цвета с одинаковым значением яркости (например, желтый и фиолетовый) не выглядят одинаково светлыми. Для устранения этого недостатка была введена искусственная характеристика цвета – светлота (lightness). Светлотой называется характеристика визуального восприятия яркости цвета. Цвета с равными значениями светлоты выглядят одинаково яркими.

Модификация цветовой модели HSB с заменой яркости на светлоту называется HSL.

Примечание

Во многих программах компьютерной графики и в литературе встречается упоминание цветовой модели HSV. В разных случаях эта аббревиатура соответствует либо модели HSB, либо модели HSL, либо представляет собой их собирательное наименование.

1.3.8. Модель Lab

В основе концепции цветового круга и построенных на его основе моделей цвета HSB и HSL лежит применение монохромных шкал, в которых в качестве одного из базовых цветов используется ахроматический цвет (черный или белый). Именно этот выбор является причиной неравноконтрастности – явления, из-за которого расстояние между точками цветового пространства не пропорционально визуальной степени различия соответствующих им цветов. Для измерения цвета (колориметрии) это очень существенный недостаток, а без колориметрии невозможно точное воспроизведение цвета в полиграфии. Поэтому в 1976 году CIE предложила цветовую модель, специально разработанную для достижения равноконтрастности – Lab.

Примечание

К сожалению, добиться этой цели в полной мере не удалось, но в модели Lab различия в цветовой контрастности на единицу длины уменьшены до величины 6:1. Для сравнения – в цветовой модели xyY они составляют до 80:1.

В этой цветовой модели цветность не только количественно, но и качественно отделена от светлоты, поэтому при работе с ней можно изменять светлоту изображения, не оказывая нежелательного побочного воздействия на его цвета.

Для описания яркости цвета в цветовой модели CIE Lab служит уже знакомая нам характеристика – светлота, меняющаяся в пределах от 0 до 100. Но техника синтеза цвета в этой модели уникальна. В ней выбраны не три, а четыре базовых цвета, сгруппированные в две монохромные шкалы. Первая монохромная шкала называется а. Базовые цвета в ней желто-зеленый и пурпурно-красный. Вторая монохромная шкала называется b. Базовые цвета в ней красновато-желтый и бирюзово-синий. Для выбора одного оттенка в каждой из этих шкал достаточно одного числа. В компьютерной графике принято разбивать шкалы на 256 промежутков, обозначая их целыми числами в интервале от -128 до 127. Таким образом, формула цвета в цветовой модели Lab выглядит следующим образом: L54a81b70 (спектральный красный цвет), L30a68b-112 (спектральный зеленый цвет), L91a-51b-15 (спектральный синий цвет).

Для пересчета цветовых формул между моделями Lab и XYZ существуют эмпирические, а для пары моделей Lab и HSB – строго выведенные формулы:

H = arctan(b/a); S = (a2 + b2)0,5.

Достоинства цветовой модели Lab:

• наибольшее приближение к равноконтрастности среди всех существующих цветовых моделей;

• широкий цветовой охват, целиком включающий в себя цветовые пространства моделей RGB и CMYK;

• широкое распространение в программах компьютерной графики.

Ее недостатки:

• характерная для всех производных от модели XYZ зависимость от определения источника освещения (белая точка);

• неравномерность восприятия цветового контраста при переходе от ахроматических цветов к хроматическим достигает 6 крат, т. е. в насыщенных цветах изменение цветности на 5 единиц будет практически незаметным, а в цветах, близких к ахроматическим, изменение на одну единицу будет бросаться в глаза.

1.3.9. Системы цветосовмещения

В практике графических проектов, особенно с выходом на полиграфический процесс, встречаются ситуации, когда погрешности в воспроизведении цвета крайне нежелательны (а иногда просто недопустимы, например, при воспроизведении запоминающихся цветов логотипа фирмы или образцов цвета изделий в каталоге товаров). Если цветов, которые необходимо воспроизвести с высокой точностью, единицы, то можно воспользоваться технологией плашечной печати совместно с одной из систем цветосовмещения.

Плашечная печать – полиграфическая технология воспроизведения изображения с помощью заранее подготовленных красок требующегося цвета. Для плашечной печати применяются краски, входящие в готовые к употреблению комплекты, либо смешивающиеся в типографии по стандартным рецептурам из базовых красок. Поскольку цветность в таком полиграфическом процессе обеспечивается не механизмом субтрактивной цветовой модели, а предварительной подготовкой непрозрачной краски, технология плашечной печати может обеспечить сравнительно высокую точность воспроизведения цвета.