GRAFIKA RASTROWA. WYKŁAD 3 Podstawy optyki i barwy. Jacek Wiślicki Katedra Informatyki Stosowanej

Transkrypt

1 GRAFIKA RASTROWA WYKŁAD 3 Podstawy optyki i barwy Jacek Wiślicki Katedra Informatyki Stosowanej

2 Światło widzialne Przez światło widzialne rozumie się zakres falelektromagnetycnych od długościach od ok. 380 nm do ok. 740 nm (podaje się tutaj różne podobne zakresy, normy nigdy nie będzie, bo nie można sztywno określić granic fizjologicznych ludzkiego wzroku). W rzeczywistości dobrze widzialne barwy to jeszcze węższy zakres (400 nm 700 nm). 2

3 Barwa Barwę definiuje się jako wrażenie psychiczne wywoływane w mózgu człowieka (i zwierząt), gdy oko odbiera promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu światła, a mówiąc dokładniej, z widzialnej części fal świetlnych. 3

4 Barwa Główny wpływ na to wrażenie ma skład widmowy promieniowania świetlnego, w drugiej kolejności ilość energii świetlnej, jednak niebagatelny udział w odbiorze danej barwy ma również obecność innych barw w polu widzenia obserwatora, oraz jego cechy osobnicze, jak zdrowie, samopoczucie, nastrój, a nawet doświadczenie i wiedza w posługiwaniu się zmysłem wzroku. 4

5 Barwa W szerszym znaczeniu barwa jest całościowym pojęciem dotyczącym odbioru opisywanych wrażeń. 5

6 Barwa W węższym jest jakościowym określeniem odbieranego światła zwanym walorem barwy (czyli porównaniem do najbliższej wrażeniowo barwy prostej), a wtórują temu pojęcia jasności barwy (czyli udziałowi ilości światła pochodzącego z danej barwy w stosunku do ogółu bieżących warunków oświetleniowych), oraz nasycenia barwy (czyli udziałowi achromatyczności w danej barwie). 6

7 Barwa Achromatyczność jest to bezbarwność w rozumieniu braku dominanty jakiejkolwiek barwy, a więc coś, co może być białe, szare lub czarne. Światło achromatyczne to śwatło białe (aczkolwiek wewnętrznie składa się ono od dwu do nieskończoności barw składowych), natomiast substancje materialne o barwach achromatycznych to substancje o barwie od białej poprzez wszystkie pośrednie stopnie szarości aż do czarnej. 7

8 Barwa W przypadku urządzeń optycznych achromatyczność oznacza brak rozszczepienia światła na barwy widmowe. 8

9 Barwa Nauką badającą wywoływanie wrażeń barwnych oraz sposób ich odbioru jest teoria koloru. Jest ona połączeniem wybranych zagadnień z zakresu fizyki, biologii oraz psychologii. 9

10 Barwa Konkretne barwy określa się za pomocą przymiotników i rzeczowników biorących często źródło w słowie określającym popularny obiekt o danej barwie. 10

11 Barwa Barwy można podzielić na: proste, czyste i złożone, achromatyczne, monochromatyczne i chromatyczne, podstawowe (pierwszorzędowe), wtórne (wynikowe) (drugo-, trzecio-, czwartorzędowe, itd.). Ponadto szczególnymi barwami są barwa biała i barwa czarna. 11

12 Koło barw Koło barw jest graficzny model poglądowy służący do objaśniania zasad mieszania się i powstawania barw. 12

13 Koło barw Ma postać koła, w którym wokół jego środka zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek zegara wrysowano widmo ciągłe światła białego w ten sposób, że barwa fioletowa (najkrótsze promieniowanie widzialne) płynnie przechodzi w barwę czerwoną (najdłuższe promieniowanie widzialne) a więc widmo zostaje połączone w zamknięty cykl zmian barw. 13

14 Koło barw 14

15 Koło barw Barwy wypadające po przeciwnych stronach środka koła nazywamy barwami uzupełniającymi się lub przeciwstawnymi. Takie barwy nałożone na siebie w syntezie addytywnej dają barwę białą, a w syntezie substraktywnej - barwę czarną, natomiast zmieszane dają neutralną szarość. 15

16 Synteza addytywna Synteza addytywna to zjawisko mieszania barw poprzez sumowanie wiązek światła widzialnego różnych długości. Synteza addytywna dwóch barw przeciwstawnych z koła barw daje światło o barwie białej (teoretycznie, pod warunkiem precyzyjnej przeciwstawności barw i równego natężenia obu strumieni). 16

17 Synteza addytywna Synteza addytywna zachodzi np. podczas projekcji na biały ekran światła ze źródeł o różnych barwach: w miejscu oświetlonym jednocześnie różnymi barwami światła oko ludzkie widzi odbity strumień światła będący sumą wszystkich padających w to miejsce barw (w widzianym przez nas strumieniu odbitym występują na raz wszystkie długości fal odpowiadające poszczególnym strumieniom światła padającego). 17

18 Synteza addytywna 18

19 Synteza addytywna W oparciu o syntezę addywną mieszania barw pracują monitory oraz inne wyświetlacze kolorowe, emitując wiązki świateł Red (czerwony), Green (zielony), Blue (niebieski) (RGB). Czarny ekran to wynik braku emisji śwatła, a biały to wynik złożenia świateł R + G + B z maksymalną jasnością. 19

20 Synteza substraktywna Synteza substraktywna jest to zjawisko mieszania barw poprzez odejmowanie promieniowań widzialnych różnych długości (najczęściej poprzez pochłanianie niektórych długości fal przez powierzchnię, od ktorej odbija się światło białe, lub szeregowo ustawionych filtrów światła przechodzącego przez nie). 20

21 Synteza substraktywna Synteza substraktywna zachodzi np. przy mieszaniu farb o różnych barwach: w miejscu pokrytym (pomalowanym, zadrukowanym, zabarwionym) farbą powstałą ze zmieszania farb o różnych barwach oko ludzkie widzi odbity strumień światła będący tą częścią światła białego, która zostanie po pochłonięciu wszystkich składowych barwnych przez poszczególne farby wchodzące w skład mieszanki. 21

22 Synteza substraktywna 22

23 Synteza substraktywna Metodę tę wykorzystuje się m.in. w druku: druk dokonuje się na podłożu o określonej barwie, dla uproszczenia niech to będzie biały papier. Farba drukarska, pokrywając papier tworzy filtr, a niepochłonięte długości fal świetlnych docierają do oka wywołując wrażenia określonej barwy. 23

24 Ton barwny Ton barwny jest to termin tożsamy z barwą. Ponieważ jednak o samej barwie można mówić w wielu kontekstach, a w tym o użyciu jednej barwy podstawowej w wielu odmianach pochodnych, to pojęcie tonu barwnego zawęża pojęcie barwy do dokładnie określonej barwy wynikowej, czyli barwy o określonej składowej głównej (inaczej mówiąc: jakości, walorze, odcieniu), nasyceniu (inaczej mówiąc: natężęniu) oraz jasności. 24

25 Ton barwny Określenie zostało utworzone przez analogię do tonu muzycznego. Stosowane jest w technikach artystycznych (malarstwo, grafika) oraz użytkowych (powłoki malarskie i lakiernicze), natomiast w DTP i poligrafii nie jest stosowane. 25

26 Barwy proste Barwy proste (monochromatyczne, widmowe) to barwy otrzymane z rozszczepienia światła białego. Barwa prosta to wrażenie wzrokowe wywołane falą elektromagnetyczną o konkretnej długości z przedziału fal widzialnych. 26

27 Barwy proste Tylko z barw prostych składa się tęcza, załamanie światła w krysztale, odbicie w płytce kompaktowej, a nawet w dostatecznie cienkiej plamie oleju samochodowego na kałuży. 27

28 Barwy proste Barwami prostymi (trzema konkretnymi wybranymi barwami prostymi) świeci kolorowy kineskop, jeśli przyjrzymy mu się z bliska (jednak u różnych producentów bywają to odmienne barwy). W naturze barwy proste są rzadkością. 28

29 Barwy proste Barwy proste to stopniowo zmieniające się barwy od fioletu poprzez indygo, niebieski, zielony, żółty, pomarańczowy, czerwony aż do purpury (zakłada się, że skrajna purpura jest takim samym kolorem jak skrajny fiolet). 29

30 Barwy proste Ponieważ jednak pojęcie samego koloru jest pojęciem nienaukowym (wynika jedynie z psychicznych, indywidualnych wrażeń każdego człowieka), to konkretne barwy proste określa się wyłącznie podając ich długość. 30

31 Barwy proste Barwy proste są nierozszczepialne i stanowią w postaci mieszanin wszystkie pozostałe kolory widziane przez człowieka. Te pozostałe barwy to barwy złożone. 31

32 Barwy złożone Barwy złożone to barwy składające się z mieszaniny barw prostych w dowolnych proporcjach, czyli z mieszaniny fal elektromagnetycznych o różnych długościach z zakresu promieniowania widzialnego. 32

33 Barwy złożone Jest to, w odróżnieniu od barw prostych, pozostała, przeważająca większość istniejących kolorów. Wiele różnych kombinacji barw prostych może dać wrażenie tej samej barwy w naturze, czyli wiele różnych barw złożonych ma ten sam wygląd. Różnice mogą pojawić się dopiero po zmianie oświetlenia. 33

34 Barwy dopełniające Barwy dopełniające to pary barw, które połączone z sobą w równych proporcjach dają (w zależności od metody łączenia) - czerń, biel, lub szarość. Barwy dopełniające to pary barw dopełniające się do achromatyczności. Najczęściej są przedstawiane jako barwy leżące naprzeciwko siebie w kole barw. 34

35 Barwy dopełniające W addytywnej metodzie łączenia barw barwy dopełniające dają biel (nakładanie świateł, zastosowanie w monitorach i telewizorach kolorowych), w substraktywnej metodzie łączenia barw barwy dopełniające dają czerń (nakładanie kolorowych transparentnych filtrów) lub szarość o jasności równoważnej barwom dopełniającym (mieszanie barw). 35

36 Barwy czyste Barwy czyste to barwy złożone nie posiadające domieszki szarości. 36

37 Barwy czyste W grafice komputerowej zarówno w addytywnej metodzie mieszania barw RGB jak i w substraktywnej metodzie mieszana barw CMY barwy czyste to barwy składające się tylko z 2 kolorów podstawowych (w dowolnych proporcjach). Oczywiście termin barwy czyste dotyczy znacznie szerszego zakresu zagadnień niż tylko grafika komputerowa i był stosowany dużo wcześniej niż komputery. 37

38 Paleta barw Paleta barw to uporządkowany zestaw kolorów, ograniczony w pewien sposób w stosunku do całej gamy widzialnych barw. 38

39 Paleta barw Paleta barw w malarstwie oznacza wybór kolorów, jakie artysta zastosował w swoim dziele. Jest to cecha stylistyczna, która współtworzy charakter dzieła lub nawet całej twórczości malarskiej danego artysty. 39

40 Paleta barw Paleta może być np. ograniczona do bliskich sobie kolorów, przez co uzyskuje się efekt monochromatyczności, lub zbudowana z odległych od siebie barw ale posiadających podobne cechy, na przykład niski stopień nasycenia wówczas można mówić o palecie pastelowej. 40

41 Paleta barw W informatyce paleta barw wiąże się z matematycznymi możliwościami opisania informacji o kolorze w oprogramowaniu komputerowym, a co za tym idzie w zastosowanych implementacjach w układach scalonych i przetwornikach analogowo-cyfrowych i cyfrowoanalogowych, zarówno w samych komputerach, jak i urządzeniach wejściawyjścia pracujących z obrazem (np. monitor, drukarka czy skaner). 41

42 Paleta barw Ponieważ technika cyfrowa opiera się na skwantowaniu przetwarzanej informacji, to nie jest możliwe uzyskanie barw pośrednich pomiędzy kolorami opisanymi dwiema kolejnymi "sąsiednimi" wartościami liczbowymi. 42

43 Paleta barw Liczba barw możliwych do uzyskania na danym urządzeniu cyfrowym to rozmiar palety barw. W początkowym okresie rozwoju komputerów było to zaledwie 2, 4, 8, 16 lub 256 kolorów. 43

44 Paleta barw Później stopniowo zwiększano możliwości sprzętu, aż do wartości ok. 16,7 milionów kolorów określanej jako full color (dokładnie jest to liczba 224 czyli ). Liczba ta jest całkowicie wystarczająca ze względu na ograniczone możliwości percepcji oka ludzkiego, stąd całkowicie zaspokaja potrzeby urządzeń końcowych (np. wyświetlających lub drukujących) 44

45 Paleta barw Jednak dla przetwarzania danych może być niewystarczająca i wtedy stosuje się jeszcze wyższe wartości, np. w skanerach czy oprogramowaniu do przetwarzania grafiki wtedy jednak nie mówi się już o palecie barw tylko o trybie pracy z kolorem podając odpowiednie wartości liczbowe w postaci potęgi dwójki. 45

46 Paleta barw Paleta barw w informatyce nie zawsze jednak oznacza to samo i nie należy mylić liczby kolorów możliwych do uzyskania z liczbą kolorów występujących, np. niektóre formaty plików graficznych umożliwiają obsługę pełnej 24-bitowej palety barw ale z możliwością jednoczesnego przechowywania w danym pliku znacznie mniejszej palety kolorów (np. GIF, PCX, PNG). 46