第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述

1、教學(xué)要求 了解圖形系統(tǒng)的框架及其涉及的軟件、硬件技術(shù)； 了解圖形學(xué)的基本問(wèn)題，掌握?qǐng)D形學(xué)的基本概念、方法與算法； 對(duì)與圖形相關(guān)的應(yīng)用及當(dāng)前的研究熱點(diǎn)有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)； 具有一定實(shí)踐體會(huì)和基本的編程能力。 教材與參考書v 教材教材張怡芳、李繼芳、柴本成：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用實(shí)例，機(jī)械工業(yè)出版社，2007.10（包含實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書）v 主要參考書主要參考書陳傳波，陸楓.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ).電子工業(yè)出版社，2002.和青芳：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理及算法教程，清華大學(xué)出版社，2006.杜曉增：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社，2004楊欽等：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，清華大學(xué)出版社，2005唐榮錫等：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教程（修訂版

2、），科學(xué)出版社，2000孫家廣：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)教程，清華大學(xué)出版社，2005潘云鶴：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理、方法及應(yīng)用，高等教育出版社，2004與Visual C+相關(guān)材料 等等教學(xué)組織形式教學(xué)組織形式分組負(fù)責(zé)制：每5人一小組，選舉一組長(zhǎng)，由組長(zhǎng)進(jìn)行組內(nèi)分工，并負(fù)責(zé)考勤，報(bào)課代表處。作業(yè)：課代表負(fù)責(zé)制。以專題報(bào)告（小組為單位）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（個(gè)人）或程序代碼（小組統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)上傳）成績(jī)?cè)u(píng)定方式成績(jī)?cè)u(píng)定方式考核項(xiàng)目考核項(xiàng)目主要內(nèi)容主要內(nèi)容所占比例所占比例考核責(zé)任考核責(zé)任人人實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)成果實(shí)驗(yàn)成果20%小組長(zhǎng)小組長(zhǎng)討論討論小組討論、小組討論、溝通合作溝通合作10%小組長(zhǎng)小組長(zhǎng)平時(shí)平時(shí)平時(shí)

3、考勤、平時(shí)考勤、期中測(cè)試期中測(cè)試10%課代表課代表期末期末試卷成績(jī)?cè)嚲沓煽?jī)60%任課教師任課教師注：課代表對(duì)老師負(fù)責(zé)，小組長(zhǎng)對(duì)課代表負(fù)責(zé)注：課代表對(duì)老師負(fù)責(zé)，小組長(zhǎng)對(duì)課代表負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)目的與方法目的掌握基本理論知識(shí)，為進(jìn)一步的學(xué)習(xí)或研究打下良好的基礎(chǔ)；掌握基本圖形生成算法掌握?qǐng)D形二維、三維變換算法掌握二維圖形圖形裁剪算法了解圖形學(xué)前沿的研究與應(yīng)用；了解圖形設(shè)備及交互技術(shù)。方法多查閱資料，理解各種算法原理練習(xí)VC編程，加強(qiáng)編程技術(shù)訓(xùn)練結(jié)合實(shí)際，綜合應(yīng)用。學(xué)習(xí)方式數(shù)學(xué)基礎(chǔ)+算法基礎(chǔ)+程序?qū)崿F(xiàn)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 1.1 圖形學(xué)相關(guān)概念1.2 圖形學(xué)發(fā)展歷史1.3 圖形技術(shù)應(yīng)用1.4 圖形系統(tǒng)構(gòu)成1

4、.5 顏色模型1.1 圖形學(xué)基本概念圖形（Graphic ）：現(xiàn)實(shí)世界中能夠在人的視覺系統(tǒng)中形成視覺印象的客觀對(duì)象 。圖形學(xué)（Computer Graphics）：是研究怎樣用數(shù)字計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形的原理、方法和技術(shù)的一門學(xué)科。 圖像（Image ）：實(shí)際拍攝或印刷出來(lái)的畫面 。圖像處理：將客觀世界中原來(lái)存在的物體影像處理成新的數(shù)字化圖像的相關(guān)技術(shù)，如CT掃描、X射線探傷等。主要涉及圖像的增強(qiáng)、分割、去噪、重組、特征提取和存儲(chǔ)等。模式識(shí)別：對(duì)所輸入的圖像進(jìn)行分析和識(shí)別，找出其中蘊(yùn)涵的內(nèi)在聯(lián)系或抽象模型，如郵政分檢設(shè)備、地形地貌識(shí)別等。1.1.基本概念基本概念圖形是能在人的視覺系統(tǒng)中產(chǎn)生

5、視覺印象的客觀對(duì)象，包括自然景物、拍攝到的圖片、用數(shù)學(xué)方法描述的圖形等等構(gòu)成圖形的要素有兩方面：構(gòu)成圖形的要素有兩方面：幾何要素幾何要素：刻畫對(duì)象的輪廓、形狀等非幾何要素非幾何要素：刻畫對(duì)象的顏色、材質(zhì)等2.2.圖形及構(gòu)成要素圖形及構(gòu)成要素3.計(jì)算機(jī)中表示圖形的方法 點(diǎn)陣表示點(diǎn)陣表示 參數(shù)表示參數(shù)表示枚舉出圖形中所有的點(diǎn)(強(qiáng)調(diào)圖形由具有灰度或色彩的點(diǎn)構(gòu)成，)簡(jiǎn)稱為圖像（數(shù)字圖像）由圖形的形狀參數(shù)形狀參數(shù)(方程或分析表達(dá)式的系數(shù)，線段的端點(diǎn)坐標(biāo)等)+屬性參數(shù)屬性參數(shù)(顏色、線型等)來(lái)表示圖形簡(jiǎn)稱為圖形4.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的定義它是建立在傳統(tǒng)的圖學(xué)理論、應(yīng)用數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)上的一門邊緣學(xué)科計(jì)算機(jī)圖

6、形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究怎樣利用計(jì)算機(jī)來(lái)顯示、生成和處理圖形的原理、方法和技術(shù)的一門學(xué)科。IEEE定義：Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer5.5.學(xué)科間關(guān)系學(xué)科間關(guān)系圖圖形形顯顯示示對(duì)對(duì)象象模模型型（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)）圖像生成圖像變換（圖像處理）模型變換（計(jì)算幾何）模型（特征）提取（計(jì)算機(jī)視覺，模式識(shí)別） 計(jì)算機(jī)幾何計(jì)算機(jī)幾何：幾何形體在計(jì)算機(jī)中的表示，分析、研究怎樣靈活方便地建立幾何形體的數(shù)學(xué)模型，提高算法效率，在計(jì)算機(jī)內(nèi)更好地存儲(chǔ)

7、和管理這些模型等。研究曲線、曲面的表示、生成、拼接、數(shù)據(jù)擬合。 圖像處理：圖像處理：是景物或圖像的分析技術(shù)研究如何對(duì)一幅連續(xù)圖像取樣、量化以產(chǎn)生數(shù)字圖像，如何對(duì)數(shù)字圖像做各種變換以方便處理，如何濾去圖像中的無(wú)用噪聲，如何壓縮圖像數(shù)據(jù)以便存儲(chǔ)和傳輸，圖像邊緣提取，特征增強(qiáng)和提取。 計(jì)算機(jī)視覺和模式識(shí)別：計(jì)算機(jī)視覺和模式識(shí)別：圖形學(xué)的逆過(guò)程，分析和識(shí)別輸入的圖像并從中提取二維或三維的數(shù)據(jù)模型（特征）。手寫體識(shí)別、機(jī)器視覺。圖形學(xué)、圖像處理、模式識(shí)別的異同領(lǐng)域 內(nèi)容 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 模式識(shí)別模式識(shí)別 圖像處理圖像處理 輸入輸入 形式描述 視覺表達(dá) 視覺表達(dá) 輸出輸出 視覺表達(dá) 形式描述 視

8、覺表達(dá) 對(duì)象對(duì)象 直線、文字、像、域或其集合 生成或掃描的圖像 掃描的圖像 目的目的 圖形生成、表達(dá)、分段、變換 模式、結(jié)構(gòu)分析、景物分析 圖像增強(qiáng) 1.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展1.圖形技術(shù)發(fā)展2.歷史追溯 1950年，MIT，旋風(fēng)一號(hào)（Whirlwind I ）計(jì)算機(jī)的圖形顯示器，類似于示波器的CRT來(lái)顯示簡(jiǎn)單圖形。-CRT的出現(xiàn)為計(jì)算機(jī)生成和顯示圖形提供了可能。 5 0 年 代 末 期 ， M I T 林 肯 實(shí) 驗(yàn) 室 ， 在Whirlwind上開發(fā)SAGE空中防御系統(tǒng)，通過(guò)光筆在屏幕上指點(diǎn)與系統(tǒng)交互。-標(biāo)志著交互式圖形技術(shù)的誕生。醞釀期（醞釀期（50年代）年代）1962年，美國(guó)MIT林肯

9、實(shí)驗(yàn)室的Ivan.E.Sutherland發(fā)表了一篇題為Sketchpad：一個(gè)人機(jī)通信的圖形系統(tǒng)的博士論文，其中首次使用了“Computer Graphics” -確定了交互圖形學(xué)作為一個(gè)學(xué)科分支（提出基本交互技術(shù)、圖元分層表示概念及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))萌芽階段（萌芽階段（60年代）年代）推廣應(yīng)用階段推廣應(yīng)用階段 （70年代）年代）系統(tǒng)使用化階段系統(tǒng)使用化階段 （80年代）年代）但80年代初，圖形學(xué) 依然是較小的學(xué)科，原因是圖形硬件設(shè)備十分昂貴，且基于圖形的應(yīng)用相對(duì)較少。后來(lái)，情況發(fā)生了變化標(biāo)準(zhǔn)化智能化階段標(biāo)準(zhǔn)化智能化階段 （90年代后）年代后）技術(shù)發(fā)展、需求驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展、需求驅(qū)動(dòng)1.3 圖形學(xué)研究?jī)?nèi)

10、容及趨勢(shì)幾何造型技術(shù) 圖形生成技術(shù) 圖形處理技術(shù) 圖形信息的存儲(chǔ)、檢索與交換技術(shù) 人機(jī)交互技術(shù) 動(dòng)畫技術(shù) 圖形輸入輸出技術(shù) 圖形標(biāo)準(zhǔn)與圖形軟件包的研究與開發(fā) 研究趨勢(shì)：向著標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化發(fā)展，多媒體技術(shù)、人工智能、專家系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相結(jié)合。1.4 圖形技術(shù)的應(yīng)用1.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CADCAM) 利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本原理和方法開發(fā)出CAD/CAM集成的商品化軟件系統(tǒng)，廣泛地應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，大到飛機(jī)、汽車、船舶的外形設(shè)計(jì)，小到傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在一個(gè)統(tǒng)一的環(huán)境中完成加工工藝計(jì)劃、工具定義和編程任務(wù)。參見教材1.4和10.2，查閱相關(guān)資料。 奧

11、迪效果圖和線框圖boeing777 CAD/CAM用AutoCAD軟件制作三維實(shí)體模型(學(xué)生作品)用AutoCAD軟件制作三維模型2.電子出版及辦公室自動(dòng)化電子出版及辦公室自動(dòng)化繪制各種圖形，如統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的二維和三維圖形、直方圖、圓餅圖、線條圖、扇形圖等，還可繪制工作進(jìn)程圖、庫(kù)存、生產(chǎn)進(jìn)程圖、生產(chǎn)調(diào)度圖以及大量的其它圖形。 隨著圖、聲、文結(jié)合的多媒體技術(shù)的發(fā)展，配合迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，可視電話、電視會(huì)議、遠(yuǎn)程診斷以及文字、圖表等的編輯和硬拷貝正在家庭、辦公室普及。 3.計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、娛樂(lè)及藝術(shù)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、娛樂(lè)及藝術(shù) 由于計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的硬件速度提高，軟件功能增強(qiáng)，利用圖形工作站和高檔微機(jī)來(lái)制作計(jì)

12、算機(jī)動(dòng)畫、廣告、電視、電影、游戲等已經(jīng)相當(dāng)普遍，有影片還獲得了奧斯卡獎(jiǎng)。 將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與人工智能技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可構(gòu)造出豐富多彩的藝術(shù)圖像，如各種圖案、花紋、工藝外形設(shè)計(jì)及傳統(tǒng)的油畫、中國(guó)國(guó)畫和書法等，利用專家系統(tǒng)中設(shè)定的規(guī)則，可以構(gòu)造出形狀各異的美術(shù)圖案，生成盆景和書法等。 圖形技術(shù)在電影中的應(yīng)用（1/4）1977 Star Wars 因其特殊效果獲得了oscar1978Supermanoscar.1995 Quake Released by Id Software Toy Story 成為第一部全三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫特點(diǎn)的電影；圖形技術(shù)在電影中的應(yīng)用（2/4）圖形技術(shù)在電影中的應(yīng)用（3/4）20

13、00 Sony Playstation II Walking with Dinosaurs Disneys Shrek計(jì)算機(jī)動(dòng)畫（4/4）計(jì)算機(jī)藝術(shù)分形藝術(shù)4.地形地貌及地理信息系統(tǒng)地形地貌及地理信息系統(tǒng) 應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形生成技術(shù)產(chǎn)生高精度的地理圖形或自然資源的圖形是另一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域，包括地理圖、地形圖、礦藏分布圖、海洋地理圖、氣象氣流圖、植物分布圖以及其他各類等高線、等位面圖等。建立在地理圖形基礎(chǔ)之上的地理信息管理系統(tǒng)GIS（ Geographic Information System）已經(jīng)在許多國(guó)家中得到廣泛的應(yīng)用。廣泛應(yīng)用于農(nóng)林、地質(zhì)、旅游、交通、測(cè)繪、城市規(guī)劃、土地管理、環(huán)境保護(hù)、資

14、源開發(fā)和災(zāi)害監(jiān)測(cè)以及各種與地理空間有關(guān)的行業(yè)部門。 計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)仿真日本Yoshinori Dobashi等人繪制的真實(shí)感云由清華大學(xué)自然景物平臺(tái)生成由清華大學(xué)自然景物平臺(tái)生成的野外場(chǎng)景的野外場(chǎng)景用3DMAX與Photoshop制作室內(nèi)裝潢設(shè)計(jì)效果圖(學(xué)生作品)First bump-mapped images (Blinn 1978)Early texture-mapped image (Catmull 1974)First distributed ray traced image (Cook 1984)First ray traced image (Whitted 1980)真實(shí)感圖形科

15、學(xué)可視化科學(xué)可視化虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）1.5 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)一、圖形硬件發(fā)展1. 圖形顯示器的發(fā)展 畫線顯示器（矢量顯示器/隨機(jī)掃描顯示器）存儲(chǔ)管式顯示器刷新式光柵掃描顯示器目前：正向著小型化、低電壓、數(shù)字化方向發(fā)展60年代中期（需要刷新）60年代后期（不需要刷新）70年代中期（點(diǎn)陣圖形，視頻刷新）CRT、LCD、 Plasma顯示器共存（1）CRT顯示器CRT顯示技術(shù)指標(biāo)分辨率 CRT在水平和垂直方向的單位長(zhǎng)度上能分辨出的最大光點(diǎn)(像素)數(shù)。點(diǎn)距相鄰像素點(diǎn)間的距離 圖像刷新根據(jù)人眼視覺暫留特性，需要不斷地轟擊屏幕，反復(fù)掃描顯示一幀圖像 行頻、幀頻圖像的水平掃描頻率為行頻

16、，垂直掃描頻率為幀頻。逐行掃描、隔行掃描 顯示速度 幀緩沖存儲(chǔ)器 色彩與灰度等級(jí)（2）LCD顯示器可視角度可視角度：當(dāng)視線與屏幕中心法向成一定角度時(shí)，人們就不能清晰地看到屏幕圖像，能看到清晰圖像的最大角度。點(diǎn)距和分辨率點(diǎn)距和分辨率：點(diǎn)距就是兩個(gè)液晶顆粒(光點(diǎn))之間的距離，一般0.28-0.32mm；只有在真實(shí)分辨率下液晶顯示器才能得到最佳的顯示效果。 （3）Plasma顯示器第一層里面涂有導(dǎo)電材料的垂直條；中間層是用許多小氖氣燈泡構(gòu)成的平板陣列，每個(gè)燈泡處于“開”或“關(guān)”狀態(tài)；第三層的表面涂有導(dǎo)電材料的水平條。如圖1-18所示。要點(diǎn)亮某個(gè)地址的燈泡，開始要在相應(yīng)行上加上較高電壓，等該燈泡點(diǎn)亮后

17、，用低電壓維持氖氣燈泡的亮度，關(guān)掉某個(gè)燈泡后，只要將相應(yīng)的電壓降低即可。燈泡開關(guān)的周期為15毫秒，通過(guò)改變控制電壓，可以使等離子板顯示不同灰度的圖形。等離子板的優(yōu)點(diǎn)是平板式、透明、顯示圖形無(wú)鋸齒現(xiàn)象，不需要刷新。目前典型的等離子板可以做到15英寸左右，每英寸裝有大約175個(gè)燈泡。 2.圖形輸入設(shè)備的發(fā)展第一階段：控制開關(guān)、穿孔紙等第二階段：鍵盤第三階段：二維定位設(shè)備，如鼠標(biāo)、光筆、圖形輸入板、觸摸屏、語(yǔ)音等等第四階段：三維輸入設(shè)備（如空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣），用戶的手勢(shì)、表情等第五階段：用戶的思維 3.圖形輸出設(shè)備的發(fā)展打印機(jī)、繪圖儀、攝像機(jī)一、圖形硬件發(fā)展l1964年 S. Coons提出

18、Coons曲面，用小塊曲面片組合自由曲面； l1966年P(guān). Bezier提出Bezier曲線和曲面，奠定了計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)； l1975年Versprille提出有理B樣條的理論，進(jìn)而發(fā)展到NURBS； 2.圖形軟件系統(tǒng)分類 （1）用某種語(yǔ)言寫成的子程序包子程序包 如: GKS (Graphics Kernel System) PHIGS(Programmers Hierarchical Interactive Graphics system ) GL 便于移植和推廣、但執(zhí)行速度相對(duì)較慢，效率低 （2）擴(kuò)充計(jì)算機(jī)語(yǔ)言擴(kuò)充計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，使其具有圖形生成和處理的功能 如：Turbo Pas

19、cal、Turbo C、Auto Lisp等。 簡(jiǎn)練、緊湊、執(zhí)行速度快，但不可移植（3）專用圖形系統(tǒng)專用圖形系統(tǒng)：效率高，但系統(tǒng)開發(fā)量大，可移植性差。3.常用圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)種類名稱主要功能描述圖形支撐軟件標(biāo)準(zhǔn)圖形核心系統(tǒng)GKS（Graphical Kernal System）為在操作系統(tǒng)之上的圖形支撐軟件提供統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)和功能描述。提供應(yīng)用程序與圖形輸入輸出設(shè)備之間與語(yǔ)言無(wú)關(guān)的功能接口。程序員層次交互式圖形系統(tǒng)PHIGS（Programmers Hierarchical Interactive Graphics System）為應(yīng)用程序員提供圖形設(shè)備的圖形系統(tǒng)接口。支持三維圖形的層次嵌套結(jié)構(gòu)，增加

20、了對(duì)象建模、彩色設(shè)定、表面繪制和圖形管理等動(dòng)態(tài)修改和繪制顯示圖形數(shù)據(jù)的手段，是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)化和交互式圖形系統(tǒng)。圖形庫(kù)GL（Graphics Library）工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖形庫(kù)，具有基本圖素、坐標(biāo)變換、設(shè)置屬性和顯示方式、輸入輸出處理、真實(shí)圖形顯示等功能。設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)圖形接口CGI（Computer Graphics Interface）提供控制圖形硬件的一種與設(shè)備無(wú)關(guān)的方法，可看著是圖形驅(qū)動(dòng)程序的一種標(biāo)準(zhǔn)。圖形數(shù)據(jù)存檔和傳輸標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)圖形元文件CGM（Computer Graphics Metafile）面向系統(tǒng)和系統(tǒng)開發(fā)者的圖形生成、存儲(chǔ)和傳送格式。初始圖形數(shù)據(jù)交換規(guī)范IGES（Initi

21、al Graphics Exchange Specification）用于不同計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP（STandard for Exchange of Product model）覆蓋產(chǎn)品整個(gè)生命周期的完整產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)表示格式?？煽s放矢量圖形SVG（Scalable Vector Graphics）新一代具有突破性的、用于計(jì)算機(jī)圖像和動(dòng)畫技術(shù)，能使設(shè)計(jì)員迅速創(chuàng)建和裝載Web圖形，并在Web瀏覽器、手持設(shè)備或移動(dòng)電話上顯示圖形。圖形算法（數(shù)學(xué)基礎(chǔ)）基于圖形設(shè)備的基本圖形生成算法：點(diǎn)、線、面的生成圖形幾何、投影變換圖形裁剪、消隱曲線擬合，圖形求交真實(shí)感圖形

22、繪制虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的生成計(jì)算機(jī)動(dòng)畫用適當(dāng)比例的三種顏色混合，可以獲得白色，而且這三用適當(dāng)比例的三種顏色混合，可以獲得白色，而且這三種顏色中的任意兩種的組合都不能生成第三種顏色，稱種顏色中的任意兩種的組合都不能生成第三種顏色，稱為三原色理論。為三原色理論。 顏色空間：顏色空間：在繪畫時(shí)可以使用紅色、綠色和藍(lán)色這三種原色生成不同的顏色，這些顏色就定義了一個(gè)色彩空間。將紅色的量定義為 X 坐標(biāo)軸、綠色的量定義為 Y 坐標(biāo)軸、藍(lán)色的量定義為 Z 坐標(biāo)軸，這樣就得到一個(gè)三維空間，每種可能的顏色在這個(gè)三維空間中都有唯一的一個(gè)位置。 顏色以主波長(zhǎng)（Dominant Wavelength）、色純度（Purity

23、）和輝度（Luminance）來(lái)描述。主波長(zhǎng)決定了顏色的基本色彩；色純度反映了該顏色中純色光與白色光的比例；輝度就是人眼感知到的顏色的亮度。 1.6 顏色模型飽和度白明度綠藍(lán)紅1.6 顏色模型顏色模型顏色模型（色彩模型）：是描述使用一組值（通常使用三個(gè)、四個(gè)值或者顏色成分）表示顏色方法的抽象數(shù)學(xué)模型。在顏色模型和一個(gè)特定的參照色彩空間之間加入一個(gè)特定的映射函數(shù)就在參照色彩空間中出現(xiàn)了一個(gè)明確的域（footprint）。域與色彩模型一起定義為一個(gè)新的色彩空間色彩空間。例如 Adobe RGB 和 sRGB 是兩個(gè)基于 RGB 模型的不同絕對(duì)色彩空間。 三原色光模式(RGB) 和印刷四分色模式(C

24、MYK) 一、CIE色度圖 1931年，國(guó)際照明委員會(huì)（簡(jiǎn)稱CIE）規(guī)定了三種標(biāo)準(zhǔn)原色X、Y、Z，用于顏色匹配。對(duì)于可見光譜中任何主波長(zhǎng)的光都可用這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)原色疊加（即正權(quán)值）來(lái)匹配zZyYxXc即用CIE標(biāo)準(zhǔn)三原色去匹配c，XYZ空間中包含所有可見光的部分形成一個(gè)錐體，也就是CIE顏色空間。 所有色度值落在錐體與x+y+z=1平面的相交區(qū)域上。把這個(gè)區(qū)域投影到xoy平面上，所得的馬蹄形區(qū)域稱為CIE色度圖。 I和J是兩個(gè)任意的顏色，當(dāng)二者用不同比例疊加時(shí)，可以產(chǎn)生它們之間連線上的任意一種顏色；如果加入第三種顏色K，則用三種顏色的不同比例可以產(chǎn)生三角形IJK中的所有顏色。對(duì)于任意一個(gè)三角形，如

25、果它的3個(gè)頂點(diǎn)全部落在馬蹄形可見光區(qū)域中，則它們混合所產(chǎn)生的顏色不可能覆蓋整個(gè)馬蹄形區(qū)域。這就是為什么紅、綠、藍(lán)3原色不能靠疊加來(lái)匹配所有可見光顏色的原因。 二、幾種常用模型1.RGB顏色模型顏色模型青藍(lán)品紅白(1,1,1)綠黑(0,0,0)紅黃它采用直角坐標(biāo)系，RGB模型定義顏色是一個(gè)加加性原色系統(tǒng)，性原色系統(tǒng)，即由黑色開始，加入合適的基色元素得到所希望顏色。 二、幾種常用模型2.CMY顏色模型顏色模型它采用直角坐標(biāo)系，區(qū)別于RGB模型的是原點(diǎn)對(duì)應(yīng)是黑，通過(guò)向黑色中加入某種顏色來(lái)定義其他顏色，而CMY原點(diǎn)模型對(duì)應(yīng)是白，通過(guò)從白色中減去某種顏色減去某種顏色來(lái)定義其他顏色。 藍(lán)品紅紅黑(1,1,

26、1)青白(0,0,0)黃綠二、幾種常用模型HSV (色相hue, 飽和度saturation, 亮度value), 也稱HSB (B指brightness) 是藝術(shù)家們常用的，因?yàn)榕c加法減法混色的術(shù)語(yǔ)相比，使用色相，飽和度等概念描述色彩更自然直觀。HSV 是RGB色彩空間的一種變形，它的內(nèi)容與色彩尺度與其出處RGB色彩空間有密切聯(lián)系。 在錐頂面的六邊形中，各頂點(diǎn)上的顏色V1、S1，這種顏色是純色。錐頂面包含R1、G1、B1的RGB模型3個(gè)面，所代表的顏色較亮。色彩H繞V軸的旋轉(zhuǎn)角給定不同的顏色：0對(duì)應(yīng)于紅色，120對(duì)應(yīng)于綠色，240對(duì)應(yīng)于藍(lán)色。在HSV模型中，每一種顏色和它的補(bǔ)色相差180；飽

27、和度S取值范圍是0至1。3. HSV顏色模型顏色模型二、幾種常用模型它指明所選色彩位置與水平軸之間的夾角關(guān)系也與HSV模型一致，互補(bǔ)色也是在雙梭錐上互成180。該模型的垂直軸稱為亮度（L），增加L使顏色變亮，減少L使其變暗，在L0處為黑色，L1處為白色，灰度沿著L軸分布，其“純色彩”位于L0.5，S1的平面上，飽和度參數(shù)S用于說(shuō)明顏色的相對(duì)純度，S的變化范圍是0-1，當(dāng)S減少時(shí)，色彩的純度也減少，S0時(shí)，僅有灰度。 4. HLS顏色模型顏色模型HSL (色相hue, 飽和度saturation,明度 lightness/luminance), 也稱HLS 或 HSI (I指intensity) 與 HSV非常相似，僅用“明度”（lightness）替代了“亮度”（brightness）。二者區(qū)別在于，一種純色的brightness等于