СИСТЕМИ КОЛЬОРІВ (Інформатика - 11 кл.)

 Завдання для дистанційного навчання:

Опрацюйте 2-й параграф теоретичного матеріалу:

1. Прочитайте текст.

2. Зробіть конспект у зошиті.

§2. Системи кольорів у комп’ютерній графіці.

 

У цьому розділі:

• випромінюване і відбите світло в комп'ютерній графіці;

• формування колірних відтінків на екрані монітора;

• формування колірних відтінків для друку зображень.

 

Для опису колірних відтінків, які можуть бути відтворені на екрані комп'ютера і на принтері, розроблені спеціальні засоби - колірні моделі (або системи кольорів). Щоб успішно застосовувати їх в комп'ютерній графіці, необхідно:

• розуміти особливості кожної колірної моделі

• вміти визначати той чи інший колір, використовуючи різні колірні моделі

• розуміти, як різні графічні програми вирішують питання кодування кольору

• розуміти, чому колірні відтінки, які відображаються на моніторі, досить складно точно відтворити при друці.

Ми бачимо предмети тому, що вони випромінюють або відбивають світло.

Світло - електромагнітне випромінювання.

Колір характеризує дію випромінювання на око людини. Таким чином, промені світла, потрапляючи на сітківку ока, створюють відчуття кольору.

Світло, що випромінюється - це світло, що виходить з джерела, наприклад, Сонця, лампочки або екрану монітора.

Відбите світло - це світло, «що відскочив» від поверхні об'єкту. Саме його ми бачимо, коли дивимося на який-небудь предмет, який не є джерелом світла. Світло, що випромінюється йде безпосередньо від джерела до ока, зберігає в собі всі кольори, з яких він створений. Але це світло може змінитися при відбиванні від об'єкту.

Подібно до Сонця і іншими джерелами освітлення, монітор випромінює світло. Папір, на якому друкується зображення, відбиває світло. Так як колір може утворитись і в процесі випромінювання і в процесі відображення, то існують два протилежних методи його опису: системи, адитивних і субтрактивних кольорів.

 

Система адитивних кольорів

Якщо з близької відстані (а ще краще за допомогою лупи) подивитися на екран працюючого монітора або телевізора, то неважко побачити безліч дрібних точок червоного (Red), зеленого (Green) і синього (Blue) кольорів. Справа в тому, що на поверхні екрану розташовані тисячі світних колірних точок, які бомбардуються електронами з великою швидкістю. Кольорові точки випромінюють світло під впливом електронного променя. Так як розміри цих точок дуже малі (близько 0,3 мм в діаметрі), сусідні різнокольорові точки зливаються, формуючи всі інші кольори і відтінки, наприклад:

червоний + зелений = жовтий,

червоний + синій = пурпурний,

зелений + синій = блакитний,

червоний + зелений + синій = білий.

Комп'ютер може точно управляти кількістю світла, випромінюваного через кожну точку екрана. Тому, змінюючи інтенсивність свічення кольорових точок, можна створити велике різноманіття відтінків.

Таким чином, адитивний (add - приєднувати) колір виходить при об'єднанні (підсумовуванні) променів трьох основних кольорів - червоного, зеленого і синього. Якщо інтенсивність кожного з них досягає 100%, то маємо білий колір. Відсутність всіх трьох кольорів дає чорний колір. Систему адитивних кольорів, використовувану в комп'ютерних моніторах, прийнято позначати абревіатурою RGB.

У більшості програм для створення і редагування зображень користувач має можливість сформувати свій власний колір (додатково до пропонованих палітрами), використовуючи червону, зелену і синю компоненти. Як правило, графічні програми дозволяють комбінувати необхідний колір з 256 відтінків червоного, 256 відтінків зеленого і 256 відтінків синього. Як неважко підрахувати, 256 х 256 х 256 = 16,7 мільйонів кольорів. Вид діалогового вікна для завдання довільного колірного відтінку в різних програмах може бути різним. Таким чином, користувач може вибрати готовий колір з готової палітри або створити свій власний відтінок, вказавши в полях введення значення яскравості R, G і В для червоної, зеленої та синьої колірних складових в діапазоні від 0 до 255.

Далі новостворений колір може бути використаний для малювання і зафарбовування фрагментів зображення. Так як папір не випромінює світло, колірна модель RGB не може бути використана для створення зображення на друкованої сторінці.

 

Система субтрактивних кольорів

В процесі друку світло відбивається від аркуша паперу. Тому для друку графічних зображень використовується система кольорів, що працює з відбитим світлом - система субтрактівних квітів (subtract - віднімати).

Білий колір складається з усіх кольорів веселки. Якщо пропустити промінь світла через просту призму, він розкладеться в кольоровий спектр. Червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий кольори утворюють видимий спектр світла. Білий папір при висвітленні відображає всі кольори, пофарбована ж папір поглинає частину квітів, а решта - відображає. Наприклад, листок червоного паперу, освітлений білим світлом, виглядає червоним саме тому, що такий папір поглинає всі кольори, крім червоного. Той же червоний папір, освітлений синім кольором, буде виглядати чорним, адже синій колір вона поглинає.

В системі субтрактивних кольорів основними є блакитний (Cyan), пурпурний (Magenta) і жовтий (Yellow). Кожен з них поглинає (віднімає) певні кольори з білого світла, що падає на друковану сторінку. Ось як три основних кольори можуть бути використані для отримання чорного, червоного, зеленого і синього кольорів:

блакитний + пурпурний + жовтий = чорний,

блакитний + пурпурний = синій,

жовтий + пурпурний = червоний,

жовтий + блакитний = зелений.

Змішуючи основні кольори в різних пропорціях на білому папері, можна створити велике різноманіття відтінків.

Білий колір утворюється при відсутності всіх трьох основних кольорів. Високий процентний вміст блакитного, пурпурного і жовтого утворює чорний колір. Точніше, чорний колір повинен вийти теоретично, насправді ж через деяких особливостей друкарських фарб суміш всіх трьох основних кольорів дає брудно-коричневий тон, тому при друці зображення додається ще чорна фарба (Black).

Систему субтрактивних кольорів позначають абревіатурою CMYK (щоб не виникла плутанина з Blue, для позначення Black використовується символ К).

Процес чотирьохкольорового друку можна розділити на два етапи:

1. Створення на базі вихідного малюнка чотирьох складових зображень блакитного, пурпурного, жовтого і чорного кольорів.

2. Друк кожного з цих зображень одного за іншим на одному і тому ж аркуші паперу.

Поділ кольорового малюнка на чотири компоненти виконує спеціальна програма кольороподілу. Якби принтери використовували систему CMY (без додавання чорної фарби), перетворення зображення з системи RGB в систему CMY було б дуже простим: значення кольорів в системі CMY - це просто інвертовані значення системи RGB. На схемі «колірне коло» показано взаємозв'язок основних кольорів моделей RGB і CMY. Суміш червоного і зеленого дає жовтий, жовтого і блакитного - зелений, червоний і синій - пурпурний тощо.

Таким чином, колір кожного трикутника на малюнку визначається як сума кольорів суміжних до нього трикутників. Але через необхідність додавати чорну фарбу, процес перетворення стає значно складнішим. Якщо колір точки визначався сумішшю кольорів RGB, то в новій системі він може визначатися сумішшю значень CMY плюс ще деяку кількість чорного кольору. Для перетворення даних системи RGB в систему CMYK програма кольороподілу застосовує ряд математичних операцій. Якщо піксель в системі RGB мав чистий червоний колір (100% R, 0% G, 0% У), то в системі CMYK він повинен мати рівні значення пурпурного і жовтого (0% З, 100% М, 100% Y, 0% К).

У наведеній тут таблиці для прикладу представлено опис декількох кольорів з використанням моделей RGB і CMYK (діапазон зміни складових кольору - від 0 до 255).

Важливим є те, що замість суцільних кольорових областей програма кольороподілу створює растри з окремих точок, причому ці точкові растри злегка повернені один відносно одного так, щоб точки різних кольорів не накладалися одна поверх іншої, а розташовувалися поруч.

Маленькі точки різних кольорів, близько розташовані одна до одної, здається, що зливаються разом. Саме так наші очі сприймають результуючий колір.

Таким чином, система RGB працює з випромінюваним світлом, а CMYK - з відбитим. Якщо необхідно роздрукувати на принтері зображення, отримане на моніторі, спеціальна програма може конвертувати зображення з однієї системи кольорів в іншу. Але в системах RGB і CMYK різна природа отримання кольорів. Тому колір, який ми бачимо на моніторі, досить важко точно повторити при друці. Зазвичай на екрані колір виглядає дещо яскравіше в порівнянні з тим же самим кольором, виведеним на друк.

Вся множина кольорів, які можуть бути створені в колірній моделі, називається колірним діапазоном. Діапазон RGB ширше діапазону CMYK. Це означає, що кольори, створені на екрані, не завжди можна відтворити при друці. Тому в деяких графічних програмах передбачені діапазонні застережливі покажчики. Вони з'являються в тому випадку, якщо колір, створений в моделі RGB, виходить за рамки діапазону CMYK. В Adobe PhotoShop у вигляді попереджувального покажчика використовується маленький знак оклику. Коли з'являється подібне застереження, можна просто клацнути на ньому лівою кнопкою миші, тим самим змусивши Adobe PhotoShop замінити даний колір на найближчий по спектру колір з моделі CMYK.

Існують програми, які дозволяють створювати на екрані малюнки не тільки в системі RGB, але і в кольорах CMYK. Для створення довільного кольору в системі CMYK необхідно вказати процентний вміст кожного основного кольору аналогічно тому, як це робиться при роботі з RGB-моделлю. Тоді, дивлячись на екран, користувач зможе побачити, як малюнок буде виглядати при друці.

 

Система «Тон - Насиченість - Яскравість»

Системи кольорів RGB і CMYK базуються на обмеженнях, що накладаються апаратним забезпеченням (моніторами комп'ютерів і друкарськими фарбами). Більш інтуїтивним способом опису кольору є його представлення у вигляді тону (Hue), насиченості (Saturation) і яскравості (Brightness). Для такої системи кольорів використовується абревіатура HSB. Тон - конкретний відтінок кольору: червоний, жовтий, зелений, пурпурний тощо. Насиченість характеризує «чистоту» кольору: зменшуючи насиченість, ми «розбавляємо» його білим кольором. Яскравість же залежить від кількості чорної фарби, доданої до даного кольору: чим менше чорноти, тим більше яскравість кольору. Для відображення на моніторі комп'ютера система HSB перетворюється в RGB, а для друку на принтері - в систему CMYK. Можна створити довільний колір, вказавши в полях введення Н, S і В значення для тону, насиченості і яскравості з діапазону від 0 до 255.

Крім того, користувач може вибрати колірний тон, клацнувши мишею у відповідній точці колірного поля. В результаті переміщення мітки у вигляді маленького квадратика по внутрішній частині колірного прямокутника змінюються насиченість і яскравість обраного тону. У лівому верхньому кутку прямокутника колір стає максимально розмитим (майже білим). У правому нижньому кутку яскравість його кольору мінімальна. В Adobe PhotoShop зміна насиченості і яскравості виконується в результаті переміщення мітки у вигляді кола всередині колірного поля.