Все окружающие нас цвета можно получить, если смешать три основных цвета. Это наш мозг мастерски «собирает» их в единую картину. На этом «обмане» основана и красота художественных картин, и принцип работы мониторов. Но обо всём по порядку.
Эта статья была опубликована в журнале OYLA №9(25). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.
Как изобразить движение?
Картины старых мастеров восхитительны! Тонкая игра светотеней и полутонов, очаровательный румянец на щёчках придворных красавиц, мельчайшие детали, прописанные со всем старанием — всё это не может не радовать. Не зря эти полотна, создававшиеся месяцами, а то и годами, сегодня стоят больших денег.
Но почему их писали так долго? Дело в технике: много времени уходило на подбор и смешивание красок, приходилось долго ждать, когда высохнут полупрозрачные слои. Поэтому о динамичных сюжетах старым художникам приходилось только мечтать. Их творения подобны бабочке, застывшей в янтаре — есть детали, но нет движения.
Импрессионисты (от французского impression — впечатление) во второй половине XIX века совершили художественную революцию, попытавшись отразить на холсте сиюминутность момента, когда ветер, шевелящий цветы на роскошной клумбе, не может ждать, пока высохнет краска. Отсюда следует новый технический приём: каждый мазок надо наносить максимально быстро, используя ограниченное число чистых красок и не тратя драгоценное время на смешивание и поиск нужного оттенка.
Если неискушённый зритель приблизится насколько возможно к полотнам — например, Клода Моне, одного из ярчайших представителей импрессионизма — он будет удивлён бесформенной и бессмысленной какофонией красок, совершенно непохожей на фотографичность работ старых мастеров. Но стоит отойти подальше, как этот красочный хаос превращается в трепещущий на ветру уголок сада где-нибудь в южной Франции!
Почему смешав жидкости всех цветов, мы получим чёрную жидкость, а не белую?
Объекты в нашем окружении поглощают все излучения, кроме тех, что характеризуют его цвет. Часть из этих излучений видит наш глаз, а наш мозг присваивает этим излучениям определённый цвет. Например, красное яблоко поглощает все цвета, кроме красного, зелёное яблоко — все, кроме зелёного, а белая бумага отражает все цвета. А что с чёрными объектами?
Они наоборот поглощают все цвета и не отражают ничего. Ну или почти ничего.
Однако с разноцветными фонарями дела обстоят по-другому. Речь идёт об излучении, а не отражении. Поэтому при наложении лучей разных цветов мы получаем белый цвет.
Аддитивное смешение цветов — метод получения цвета, основанный на сложении цветов излучающих объектов. К примеру, если направить на одну область лучи красного, синего и зелёного цветов, мы получим белый цвет. Как известно, белый цвет — это сумма всех цветов. Однако, если мы смешаем три жидкости тех же цветов, мы получим чёрную жидкость.
Потому что по отдельности эти жидкости поглощают все цвета, кроме тех, что мы видим, и когда мы их смешиваем, итоговая жидкость поглощает все цвета. Мы получаем чёрную жидкость. Это смешение цветов называется субтрактивным.
Секрет прост: импрессионисты смешивали краски не на палитре и холсте, а «в глазу зрителя»! Например, небольшие синие и жёлтые мазки на большом расстоянии дают зелёный цвет, а красный и жёлтый порождают оранжевый. Точно так же поступает и вся современная полиграфия, беззастенчиво «обманывая» читателя: всё многоцветие природы можно воспроизвести, используя всего 3 (три) краски — голубую (cyan), пурпурную (magenta) и жёлтую (yellow). Правда, хитрые печатники используют ещё одну краску — чёрную, для печати текста.
Каким образом эта техника вдохновила инженеров на создание современных мониторов? Наше зрение максимально приспособлено к отражённому свету. Другое дело, что приемлемых способов строить динамичное изображение из светоотражающих объектов тогда не было — электронная «бумага» появилась сравнительно недавно и широкого применения, кроме «читалок», пока не нашла.
Волшебная триада
Впрочем, принципы формирования цвета у отдельной точки, называемой пикселем (pixel, от английского picture element) у современной отобразительной техники остались неизменными. Это всё та же триада RGB (Red-Green-Blue), выросшая из ньютоновской спектральной полосы, «зашифрованной» как в солнечном свете, так и в строении человеческого глаза с тремя типами светочувствительных колбочек, отвечающих за формирование цветной картинки в нашем мозге. А теоретический фундамент заложил великий Джеймс Максвелл, предложивший так называемую аддитивную (то есть суммирующую) модель формирования цвета.
Джеймс Максвелл
Британский физик, математик, механик. Член Лондонского королевского общества. Он является пионером количественной теории цветов и автором принципа цветной фотографии. Максвелл выступил как продолжатель теории Томаса Юнга, выдвинувшего идею трёх цветов.
Помните, вначале мы говорили о живописи Клода Моне? Так вот: цветной монитор — это самый настоящий «импрессионист», всего из трёх красок создающий потрясающие реализмом изображения! Подобно архитектору, строящему из неотличимых кирпичей уникальные здания, все изображения состоят из одинаковых «кирпичиков»-пикселей. Пиксели образуют растр — частую решётку, ячейками которой и являются.
Как монитор передает цвета
Электронно-лучевые трубки мониторов (ЭЛТ), при всем своём несовершенстве, стали средством информационно-медийной революции, дав людям дешёвую возможность поглощать динамичную «картинку», не вставая с дивана. При этом даже принцип возбуждения цветовой точки на экране выглядит устрашающе: пучок электронов, разогнанный сильным магнитным полем, врезается в частицы особого вещества — катодолюминофора, соединения цинка, серы, кадмия и меди, вызывая нужное свечение. В ЭЛТ изображение создаётся с помощью трёх электронных прожекторов, каждый из которых излучает свет своего цвета. Люминофор светится под воздействием этих прожекторов. Причём люминофоры также имеют три вида: один светится от излучения красного прожектора, второй — от зелёного, третий — от синего.
Важно понимать, что пиксель — это не физическая частица картинки, а виртуальная, которая фактически имеет всего один параметр — цвет, причём не обязательно чисто красный или зелёный. В мониторах он создаётся связкой из трёх элементарных «фонариков» (красного, зелёного и синего), каждый из которых независим от «коллег». Когда эта микросвязка не светится, то пиксель чёрный, если все элементы сияют в полную силу — белый (вспомните аддитивное и субтрактивное смешение).
Понятно, что в таком режиме изображения фотографического качества с обилием полутонов не получится — только отдельные символы (буквы и цифры, например) и картинки на манер гравюр или рисунков тушью. Чтобы приблизиться к визуальному реализму, надо решить простую на словах, но сложную в реализации, задачу: каждый «фонарик» из триады RGB должен светиться не в стиле «вкл-выкл», с переменной яркостью, зависящей от приложенного тока. В идеале в каждый момент времени его яркость должна иметь строго определённое значение из заданного набора.
Человеческий глаз улавливает электромагнитные излучения в диапазоне длин волн 400—750 нм (видимое излучение). На самом деле чувствительность сетчатки шире, она ограничена низкой прозрачностью хрусталика, это защищает глаз от разрушительного действия ультрафиолета.
На самом деле такой набор есть, но существует физическая проблема в его реализации: пока сигнал очень слабый, пиксель не успевает «разогреться» и остается тёмным, не реагируя на управляющие команды. Вблизи пиковых значений ситуация повторяется с точностью «до наоборот» — с некоторого предела изменения управляющего тока уже не влияют на уровень яркости. Такой нелинейный характер реакции приводит к тому, что в самых тёмных и светлых областях невозможно ничего различить (либо слишком темно, либо слишком ярко).
Больше, чем можно!
Итак, что мы имеем? Любое изображение на экране разбивается на маленькие элементы-пиксели, имеющие строго определённый цвет. Этот элемент создаётся группой излучений трёх цветов: красного, зелёного и синего. При этом интенсивность каждого из них может иметь 256 градаций.
В итоге количество отображаемых цветов достигает 16 777 216 ( 23х8), что больше, чем может различить средний человек. Эта модель кодирования цвета получила название TrueColor. В дальнейшем сложность кодирования была повышена до 2 байт на каждый канал (система DeepColor), что в итоге дало целых 48 бит цветовой информации на пиксель, а количество теоретически передаваемых цветов перевалило за несколько миллиардов! Впрочем, система DeepColor до сих пор фактически остаётся уделом специалистов по обработке графической информации, например, в астрофотографии или в кинопроизводстве. Для быта вполне хватает старого доброго TrueColor, тем более далеко не все дешёвые мониторы и дисплеи способны отображать его полностью.
У полиграфистов дела обстоят хуже. В растровых ячейках (их можно заметить, если рассмотреть журнальную фотографию в увеличительное стекло) роль цветового канала-«фонарика» выполняют мельчайшие капли одной из красок (cyan, magenta, yellow), расставленные в квадратике в определённом порядке. Если капли густо усеивают квадратик растра, то его тон кажется насыщенным, если же их мало — то он воспринимается бледным и слабым. Степень заполнения в печати выражается в процентах, то есть полиграфисты оперируют гораздо меньшим диапазоном уровней — теоретически их 100% (100% означает, что квадрат заполнен краской целиком), но на деле их не больше 85–90%.
Интенсивность цвета подпиксель электронного изображения имеет 256 градаций, если помните. Поэтому изображения даже на дешёвом современном мониторе выглядят гораздо живее и естественней, чем отпечатанные на самой высококачественной бумаге в самой «крутой» типографии. Что уж тогда говорить о флагманских мониторах ценой с автомобиль среднего класса? Но есть один существенный нюанс: жидкокристаллические мониторы, уверенно и безоговорочно вытеснившие электронно-лучевые трубки, всё равно остаются устройствами излучающими, а не отражающими свет, и в этом смысле ненормальны для наших глаз.
Против природы
Ещё в 1966 году коллектив американских офтальмологов под руководством знаменитого профессора Вернера Ноэлла установил, что повреждения сетчатки при воздействии прямого света могут иметь не только травматический (так Галилей чуть не лишился зрения, посмотрев в телескоп на Солнце), но и дегенеративный характер. Результаты большой серии опытов на крысах показали, что длительное прямое воздействие излучения ламп искусственного света средней мощности сильно ускоряет процесс старения сетчатки.
Поэтому даже разрекламированные дисплеи Retina (то есть «сетчатка» по-английски) фирмы Apple по сути недалеко ушли от ветхозаветных кинескопов, заменив самосвечение разноцветного люминофора на поворотные шторки из жидких кристаллов на пути постоянного светового потока от светодиодной матрицы. Принцип «смотреть на свет, а не на его отражение» всё равно остался.
Дисплей Retina под микроскопом
На этом фоне показателен успех электронных читальных устройств на базе технологии E-ink («электронных чернил»), мировые продажи которых стабильно растут уже несколько лет. Даже сверхнасыщенность рынка гаджетов (планшетов и смартфонов), также дающих возможность ещё и читать, не сильно влияет на предпочтения покупателей. Возможность воспринимать информацию естественным образом дорогого стоит. А когда «электронные чернила» (вернее, то, что придёт им на смену) преодолеют нынешние недостатки — медлительность, ограниченный диапазон полутонов, сложности с построением цветных изображений,— эра ЖК уйдёт в прошлое, и мы, наконец, перестанем издеваться над своим зрением.
Источник: www.oyla.xyz
Компьютерное представление цвета (8 класс)
Человеческий глаз воспринимает каждый из многочисленных цветов и оттенков окружающего мира как сумму взятых в различных пропорциях трёх базовых цветов — красного, зелёного и синего. Например, пурпурный цвет — это сумма красного и синего, жёлтый – сумма красного и зелёного, голубой — сумма зелёного и синего цветов. Сумма красного, зелёного и синего цветов воспринимается человеком как белый цвет, а их отсутствие — как чёрный цвет.
Такая модель цветопередачи называется RGB, по первым буквам английских названий цветов: Red — красный, Green — зелёный, Blue- синий.
Рассмотренная особенность восприятия цвета человеческим глазом и положена в основу окрашивания каждого пикселя на экране компьютера в тот или иной цвет. На самом деле пиксель — это три крошечные точки красного, зелёного и синего цветов, расположенные так близко друг к другу, что человек их воспринимает как единое целое. Пиксель принимает тот или иной цвет в зависимости от яркости базовых цветов.
У первых цветных мониторов базовые цвета имели всего две градации яркости, т. е. каждый из трёх базовых цветов либо участвовал в образовании цвета пикселя (обозначим это состояние 1), либо нет (обозначим это состояние 0). Палитра таких мониторов состояла из восьми цветов. При этом каждый цвет можно было закодировать цепочкой из трёх нулей и единиц — трёхразрядным двоичным кодом.
Современные компьютеры обладают необычайно богатыми палитрами, количество цветов в которых зависит от того, сколько двоичных разрядов отводится для кодирования цвета пикселя.
Глубина цвета — длина двоичного кода, который используется для кодирования цвета пикселя. Количество N цветов в палитре и глубина i цвета связаны между собой соотношением: N = 2 i .
В настоящее время наиболее распространёнными значениями глубины цвета являются 8, 16 и 24 бита, которым соответствуют палитры из 256, 65 536 и 16 777 216 цветов:
Самое главное:
- Каждый пиксель имеет определённый цвет, который получается комбинацией трёх базовых цветов — красного, зелёного и синего (цветовая модель RGB).
- Глубина цвета — длина двоичного кода, который используется для кодирования цвета пикселя. Количество цветов N в палитре и глубина i цвета связаны между собой соотношением: N = 2 i .
Вопросы и задания:
- Опишите цветовую модель RGB.
(Цветовая модель RGB базируется на трех основных цветах: Red — красном, Green — зеленом и Blue — синем. Каждый варьироваться в пределах от 0 до 255. Смешивая эти три цвета можно получить 16 миллионов различных оттенков цвета) - Какие особенности нашего зрения положены в основу формирования изображений на экране компьютера?
(Человек воспринимает цвет с экрана монитора как сумму трех базовых цветов: красного, зеленого и синего)
Источник: ikthelp.ru
Основные цвета монитора
Пиксель белого цвета состоит из 3 точек 3 цветов максимальной яркости: красного (red) , синего (blue) и зеленого (green) — это основные цвета монитора (зеленый цвет на самом деле выглядит скорее светло- салатовым на фоне красного и синего цветов). Каждый цвет обладать яркостью — силой свечения цвета. Если все три цвета имеет минимальную яркость, т. е. ее отсутствие, то на экране получается черный цвет , максимальную — ярко-белый . Чтобы получить в чистом виде один из трех основных цветов, нужно погасить остальные два. Пары трех основных цветов максимальной яркости выглядят для человеческого глаза как следующие цвета: фиолетовый (пурпурный, лиловый, магента, magenta) = красный + синий; голубой (синезеленый, бирюзовый, циан, cyan) = синий + зеленый; желтый (yellow) = красный + зеленый.
Цветовая схема RGB
Для наглядного представления наложения цветов на мониторе рисуют внутри квадрата три пересекающихся круга, соответствующих трем основным цветам. Эти круги, пересекаясь, разбивают квадрат на 8 частей, каждая из которых соответствует одному из 8 цветов. Вне кругов, когда нет ни одного луча света, находится черный цвет. Все три круга пересекаются по белому цвету. Имеем цветовую схему монитора RGB , названную так попервым буквам английских названий трех основных цветов
Сканер — устройство оптического ввода информации, ее сканирования , фотографирования, служащее для копирования картинок окружающей действительности в компьютер. При работе сканера в компьютере создается графический объект — копия реальной картинки. Планшетный сканер размещается на столе. При сканировании считывающее устройство перемещается вдоль планшета.
При этом на стекло планшета кладется лист носителя или книга. При наличии дополнительной приставки возможно автоподача листов с изображениями. Рулонный, или барабанный, сканер протягивает лист бумаги вдоль оптического считывателя, подобно принтеру. Только принтер печатает на бумаге, а рулонный сканер сканирует, фотографирует лист бумаги. В него можно вводить информацию с рулонного носителя или осуществлять автоподачу листов одного за другим.
Проекционный сканер снимает окружающие предметы, как фотоаппарат или телекамера. В отличие от предыдущих видов сканера в проекционном сканере нет движущихся частей. Цифровые камера и видеокамера представляют собой разновидности проекционного сканера. Результатом цифрового сканирования является матрица из пикселей, расположенных равномерно по вертикали и горизонтали.
Эта картинка имеет размеры и разрешение подобно изображению на экране монитора. Разрешение 600 пикселей на дюйм — минимальное для современного сканера. Специальной компьютерной программой распознавания текстов можно прочитать текст, находящийся на картинке, снятой сканером. При этом информация переходит из графической формы в текстовую.
Принтер — устройство вывода информации, используемое для печати данных на твердом носителе — бумаге или пленке. Матричный принтер появился первым и назван в противоположность векторному устройству — графопостроителю, или плоттеру . Матричный принтер переносит изображение на бумагу, печатая точки, равномерно расположенные по вертикали и горизонтали. Графопостроитель рисует изображение специальными перьями, фломастерами. Матричный принтер печатает стальными иголками, бьющими по пишущей ленте, пропитанной типографской краской. Поэтому его более правильное название — игольчатый принтер . Затем появились лазерные принтеры, печатающие точками на твердом носителе (матричный принцип) при помощи мелкого черного порошка, который после нанесения на бумагу или пленку вплавляется в нее.
Струйные принтеры печатают краской разных цветов, которая точечными капельками (опять матричный принцип) напыляется на бумагу или другой твердый носитель, разбрызгиваясь через специальные микросопла. Минимальное разрешение современных принтеров — также 600 dpi. Способ формирования цвета на бумаге при цветной печати отличается от формирования цвета на экране монитора. Более того, эти способы в некотором смысле противоположны, а именно: белый цвет на экране получается как смешивание всех трех цветов монитора, тогда как белый цвет на белой бумаге — это результат отсутствия на ней какой-либо краски.
В самых простых цветных принтерах имеется только три цвета:
голубой (cyan) , фиолетовый (magenta) и желтый (yellow) . Эти три цвета и черный цвет суть основные цвета цветной печати . Обычно цветные принтеры имеют черный цвет для передачи черного цвета и темных тонов. Более качественные цветные принтеры имеют еще два цвета для светлых тонов: светло-голубой и светло- фиолетовый . Печатные машины имеют много цветов.
Черно-белые принтеры имеют только один цвет для печати — черный. При печати насыщенность цвета достигается количеством печатаемых точек — плотностью цвета . При отсутствии цветных точек, т. е. при нулевой плотности цвета, на белой бумаге получается белый цвет. Небольшая плотность цвета при печати дает бледные цвета. Когда же все цветные точки выводятся, т. е. при максимальной плотности цвета, то даже на самых простых принтерах получается очень темный цвет, практически черный.
Принцип смешивания красок при печати основан на поглощении цвета. Поглощаемые цвета смешиваемых красок складываются, а отражается тот цвет, который отражают все смешиваемые краски. Голубая краска поглощает все цвета, кроме синего и зеленого, фиолетовая — все цвета, кроме красного и синего и желтая — кроме красного и зеленого. Отсюда следует, что смесь фиолетовой краски с голубой отражает синий, смесь фиолетовой с желтой отражает красный и смесь голубой с желтой — зеленый цвет: синий (blue) = голубой + фиолетовый; красный (red) = фиолетовый + желтый; зеленый (green) = голубой + желтый.
Цветовая схема CMYK
Для наглядного представления наложения цветов на принтере также рисуют внутри квадрата три пересекающихся круга, соответствующих трем основным цветам. Получают цветовую схему цветной печати CMYK , названную так по первым буквам английских названий трех цветов для печати и последней буквы английского названия черного цвета.
Источник: studfile.net