計(jì)算機(jī)圖形學(xué)-12顏色模型課件

6.5顏色模型 要生成高度真實(shí)感的圖形，就要對(duì)顏色進(jìn)行討論。6.5.1基本概念6.5.2CIE色度圖6.5.3常用的顏色模型6.5顏色模型 要生成高度真實(shí)感的圖形，就要對(duì)顏色進(jìn)行討論6.5.1基本概念顏色與視覺(jué)顏色：物體將光源投射光反射到人的眼睛中的光刺激作用于人的視覺(jué)器官而產(chǎn)生的主觀感覺(jué)。確定物體的顏色的因素：物體本身（吸收、反射性質(zhì)）、光源（發(fā)出光的性質(zhì)）、周?chē)h(huán)境的顏色、視覺(jué)系統(tǒng)差異（如色盲、色弱）。6.5.1基本概念顏色與視覺(jué)顏色特性從視覺(jué)的角度出發(fā)，顏色有如下三個(gè)特性：色彩（Hue）,飽和度（Saturation）和亮度（Lightness）。色彩：是一種顏色區(qū)別于其他顏色的因素：紅、綠、藍(lán)、紫等；飽和度：是指顏色的純度，鮮紅色的飽和度高，而粉紅色的飽和度低；亮度：就是光的強(qiáng)度，是光給人的刺激的強(qiáng)度。顏色特性顏色特性從光學(xué)的量化角度出發(fā)，顏色有如下三個(gè)特性：主波長(zhǎng)，純度和輝度。主波長(zhǎng)：所見(jiàn)顏色光的波長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)于色彩；純度：是指顏色的純度，對(duì)應(yīng)于飽和度；輝度：就是顏色的亮度。顏色特性顏色特性從物理學(xué)角度出發(fā)，光是波長(zhǎng)為350μm至780μm電磁波，被我們的視覺(jué)系統(tǒng)感知為顏色。光的光譜能量分布不同，感知到的顏色可能不同如果光譜分布不同，而看上去相同的兩種顏色稱為條件等色。顏色特性光的屬性光（可見(jiàn)光）：人的視覺(jué)系統(tǒng)能感受到的電磁波，波長(zhǎng)范圍350μm~780μm光譜能量分布白光光的屬性可見(jiàn)光頻率范圍：紅橙黃綠蘭紫4.3X1014Hz----7.5X1014可見(jiàn)光頻率范圍：能量分布能量頻率紅紫白色光某主頻光純度依賴于Ed與Ew差別Ew=0純度100%Ed=Ew純度0EwEd紅紫能量分布能量頻率紅紫白色光某主頻光純度依賴于Ed與Ew差別光的特征主波長(zhǎng)（DominantWavelength），純度（Purity）和輝度（Luminance）。主波長(zhǎng)是產(chǎn)生顏色光的波長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)于視覺(jué)感知的色調(diào)；光的純度對(duì)應(yīng)于飽和度，輝度就是光的亮度。光的特征彩色光單色光彩色光6.5.2CIE色度圖1862年，Helmhotz三色學(xué)說(shuō)，也稱為三刺激理論。到現(xiàn)在，用三種原色能夠產(chǎn)生各種顏色的三色原理已經(jīng)成為當(dāng)今顏色科學(xué)中最重要的原理和學(xué)說(shuō)。三原色（三基色）三維顏色空間的一組基三原色的條件用適當(dāng)比例的這三種顏色，可以獲得白色用這三種顏色中的任意兩種的組合都不能得到第三種顏色用適當(dāng)比例的這三種顏色，可生成其他顏色三基色的例子：紅、綠、藍(lán)三基色互補(bǔ)色A+B=白色，則A、B互補(bǔ)紅－青、綠－品紅、蘭－黃6.5.2CIE色度圖1862年，Helmhotz三色顏色匹配曲線400500600700(μm)RGB量fRfBfG500μ

m顏色=G+B-R無(wú)法獲得RGB彩色監(jiān)視器弱點(diǎn)缺500μ

m左右的顏色紅綠藍(lán)三原色系統(tǒng)只能表示整個(gè)光譜的一個(gè)子集我們希望用混合匹配光譜中的每一種顏色實(shí)驗(yàn)測(cè)試的匹配比例圖希望找到三種標(biāo)準(zhǔn)原色X，Y，Z用于顏色配色顏色匹配曲線400500600700(μm)RGB量fRfXYZ顏色模型CIE(國(guó)際照明委員會(huì))基色為了避免顏色匹配系統(tǒng)RGB非負(fù)，取三基色XYZ所有的可見(jiàn)光對(duì)應(yīng)的顏色在XZY坐標(biāo)系中組成了一個(gè)錐體x,y,z

色彩量x+y+z=1fzfyfx

XYZ顏色模型x,y,z色彩量x+y+對(duì)于空間直線OQ上的點(diǎn)，X、Y、Z三分量比例相同，表示色彩相同、亮度有差異的顏色色度坐標(biāo)：

是原點(diǎn)與（X，Y，Z）構(gòu)成的空間的直線OQ與平面X+Y+Z=1的交點(diǎn)，投影到XY平面上，得到CIE-XYZ色度圖。對(duì)于空間直線OQ上的點(diǎn)，X、Y、Z三分量比例相同，表示色彩相XY0.10.20.30.40.50.60.70.10.20.30.40.50.60.80.7.........400(紫)480500700(紅)600520540560580(藍(lán))(紫紅)(黃)(綠)(青).CO圖中每一點(diǎn)是單色光的主波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)白光，接近但不等于x=y=z=1/3XY0.10.20.30.40.50.60.70.10.20XYc1c2c3c4c5如果選C1、C2作為二基色，連線C1C2線上點(diǎn)所代表的顏色均可有適量的C1、C2混合而得三基色顏色合成處理：三角形三點(diǎn)作三基色合成三角形中的顏色沒(méi)有一個(gè)三角形能包含所有顏色---沒(méi)有一個(gè)三基色組能通過(guò)加色混合生成所有顏色XYc1c2c3c4c5如果選C1、C2作為二基色，連線C1互補(bǔ)色：C1、C2混合得白色C,C1,C2在c兩邊顏色CC1Cs(不適用C與紫色之間CC2Ｃp)純度dc1/dcs(|c1c|/|csc|)cs處純度100%XYc1cc2Yc1cpc2ccscsp

紫色X互補(bǔ)色：C1、C2混合得白色C,C1,C2在c兩邊XY6.5.3顏色模型顏色模型就是指某個(gè)三維顏色空間中的一個(gè)可見(jiàn)光子集，它包含某個(gè)顏色域的所有顏色。顏色模型的用途是在某個(gè)顏色域內(nèi)方便的指定顏色，由于每一個(gè)顏色域都是可見(jiàn)光的子集，所以任何一個(gè)顏色模型都無(wú)法包含所有的可見(jiàn)光6.5.3顏色模型常用的顏色模型面向硬件的顏色模型RGB模型CMY模型（Cyan青、Magenta品紅、Yellow黃）YIQ模型（Y：亮度，I、Q：色差）面向用戶的顏色模型HSV模型（H(Hue)色彩，S(Saturation)飽和度，V(Value)明度）常用的顏色模型面向硬件的顏色模型常用的顏色模型在大多數(shù)的彩色圖形顯示設(shè)備一般都是使用紅、綠、藍(lán)三原色我們的真實(shí)感圖形學(xué)中的主要的顏色模型也是RGB模型紅、綠、藍(lán)顏色模型用起來(lái)不太方便，它與直觀的顏色概念如色調(diào)、飽和度和亮度等沒(méi)有直接的聯(lián)系。常用的顏色模型在大多數(shù)的彩色圖形顯示設(shè)備一般都是使用紅、綠、顏色模型的種類(lèi)顏色模型主要有HSV、RGB、HSI、CHL、LAB、CMY等。顏色模型的種類(lèi)顏色模型主要有HSV、RGB、HSI、CHL、HSV顏色模型

HSV（Hue,Saturation,Value）顏色空間的模型對(duì)應(yīng)于圓柱坐標(biāo)系中的一個(gè)圓錐形子集，圓錐的頂面對(duì)應(yīng)于V=1。HSV顏色模型HSV（Hue,Saturation,VHSV顏色模型色彩（H）和飽和度（S）構(gòu)成極坐標(biāo)，值（V）構(gòu)成第3維V軸色彩（H）由繞V軸的旋轉(zhuǎn)角給定。紅色對(duì)應(yīng)于角度0°，綠色對(duì)應(yīng)于角度120°，藍(lán)色對(duì)應(yīng)于角度240°每一種顏色和它的補(bǔ)色相差180°飽和度S取值從0到1，圓錐頂面的半徑為1HSV顏色模型色彩（H）和飽和度（S）構(gòu)成極坐標(biāo)，值（V）構(gòu)HSV顏色模型在圓錐的頂點(diǎn)(即原點(diǎn))處，V=0，H和S無(wú)定義，代表黑色。圓錐的頂面中心處S=0，V=1，H無(wú)定義，代表白色。從該點(diǎn)到原點(diǎn)代表亮度漸暗的灰色，即具有不同灰度的灰色。對(duì)于這些點(diǎn)，S=0，H的值無(wú)定義。在圓錐頂面的圓周上的顏色，V=1，S=1，這種顏色是純色。HSV顏色模型在圓錐的頂點(diǎn)(即原點(diǎn))處，V=0，H和S無(wú)定義HSV顏色模型HSV模型對(duì)應(yīng)于畫(huà)家配色的方法。畫(huà)家用改變色濃和色深的方法從某種純色獲得不同色調(diào)的顏色在一種純色中加入白色以改變色濃，加入黑色以改變色深加入不同比例的白色，黑色即可獲得各種不同的色調(diào)。HSV顏色模型HSV模型對(duì)應(yīng)于畫(huà)家配色的方法。HSI顏色模型HSI色彩空間是從人的視覺(jué)系統(tǒng)出發(fā)，用色調(diào)（Hue）、色飽和度（Saturation）和亮度（Intensity）來(lái)描述色彩。HSI顏色模型HSI色彩空間是從人的視覺(jué)系統(tǒng)出發(fā)，用色調(diào)（HHSI顏色模型品紅綠黃紅青藍(lán)白I=1黑I=0I=0.5H色彩角飽和度灰度HSI顏色模型品紅綠黃紅青藍(lán)白I=1黑I=0I=0.5HHSI顏色模型HSI色彩空間可以用一個(gè)圓錐空間模型來(lái)描述用這種描述HIS色彩空間能把色調(diào)、亮度和色飽和度的變化情形表現(xiàn)得很清楚。人的視覺(jué)系統(tǒng)經(jīng)常采用HSI色彩空間，它比RGB色彩空間更符合人的視覺(jué)特性。HSI顏色模型HSI色彩空間可以用一個(gè)圓錐空間模型來(lái)描述HSI顏色模型HSI色彩空間和RGB色彩空間只是同一物理量的不同表示法，因而它們之間存在著轉(zhuǎn)換關(guān)系。HSI顏色模型HSI色彩空間和RGB色彩空間只是同一物理量的RGB顏色模型三刺激理論630μm(紅)530μm(綠)450μm（蘭）對(duì)視網(wǎng)膜錐狀細(xì)胞刺激最強(qiáng)C入=rR+gG+bBRGB立方體應(yīng)用：彩色CRT加色模型RGB品紅(1,0,1)黃紅綠(0,1,0)黑(0,0,0)青(0,1,1)白(1,1,1)藍(lán)(0,0,1)(1,0,0)(1,1,0)RGB顏色模型三刺激理論RGB品紅(1,0,1)黃紅綠(0,顯示彩色圖象用RGB相加混色模型顏色＝R(紅色的百分比)＋G(綠色的百分比)＋B(藍(lán)色的百分比)顯示彩色圖象用RGB相加混色模型CMY顏色模型三基色：Cyan（青）、Magenta（品紅）、Yellow（黃）應(yīng)用：硬拷貝設(shè)備減色系統(tǒng)轉(zhuǎn)換CM綠(1,0,1)藍(lán)品紅(0,1,0)白(0,0,0)紅(0,1,1)黑(1,1,1)黃(0,0,1)青(1,0,0)(1,1,0)YCMY111RGB=-白色CMY顏色模型三基色：Cyan（青）、Magenta（品紅打印彩色圖象用CMY相減混色模型打印彩色圖象用CMY相減混色模型顏色模型轉(zhuǎn)換RGB<->CIEXYZ顏色模型轉(zhuǎn)換