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1、第十章 真实感图形绘制,一、 颜色模型 1. 真实感图形绘制概述 2. 颜色模型 3. 颜色的使用,1. 真实感图形绘制概述,A. 光的颜色描述,人眼对颜色(或色度/主频率)、明度和纯度三种特征作出反应 明度(brightnese)： 人感受到的物体的光亮度，单位时间、单位角度及单位投射面上光源幅射的能量。 光纯度(purity)或饱和度(saturation)： 淡颜色说明不太纯。 色度(chromaticity)： 决定颜色的基本色彩。,B. 视觉彩色描述,从视觉角度，颜色以色彩(Hue)、饱和度(Saturation)和明度来描述。 色彩：指颜色是红、绿，还是蓝。 它是一种颜色区别于另一
2、种颜色的最重要特征； 饱和度：反映颜色的纯度 当向某种颜色中加入白色时就降低了它的饱和度； 明度：即人眼感知到的光的亮度。 色彩、饱和度和明度的关系如图所示。 明度沿颜色空间的中心线变化， 色彩沿圆周变化， 饱和度沿着半径变化。 值得注意的是： 色彩、饱和度和明度都是主观量，它们是颜色的非精确描述。,C. 物理彩色描述,从物理学(色彩学)角度，颜色以主波长(Dominant wavelength)、色纯度(Purity)和亮度来描述。 主波长：决定颜色的基本色彩； 色纯度：反映该颜色中纯色光与白色光的比例； 亮度：就是颜色光的强度。 主波长、色纯度和亮度描述了产生某种颜色的光特性， 光与颜色之
3、间存在着一定的对应关系，那么描述一束光也就等价于描述了它所对应的颜色。,颜色描述需要三个量，这说明颜色空间是三维的。 三基色：任意互不相关(任意两种的组合不能产生三种中的另一种颜色)的三种颜色构成颜色空间的一组基。 最常用的三基色是红色R、绿色G与蓝色B。 三基色通过适当的混合能产生所有的颜色。,D. 颜色模型问题,颜色属于物理学和生物心理学范畴 由于光经过与周围环境相互作用后到达人眼，并经过一系列物理和化学变化转化为人眼所能感知的电脉冲 颜色的形成是一个复杂的物理和心理相互作用的过程，它涉及到光的传播特性、人眼结构及心理感知等内容。 颜色模型是一种在某种特定上下文中对颜色的特性和行为的解释方
4、法 没有一种颜色模型能解释所有的颜色问题。因此，要使用不同的模型来帮助说明能看到的不同的颜色特征。 在图形应用中， 某些模型用于在打印机和绘图仪上如何输出彩色； 另一些模型则为用户提供更直觉的颜色参数。,E. 颜色匹配公理（三色学说） 任何一种颜色都能由三基色表示， 若采用红、绿和蓝为三基色，则颜色F的表达式为： F=RR+GG+BB, R,G,B为F的颜色坐标，R,G,B为三基色。 F的亮度是红、绿、蓝分量的亮度和： YF=RYR+GYG+BYB。 颜色的混合具有下列性质： F1+F2=(R1+R2)R+(G1+G2)G+(B1+B2)B kF=kRR+kGG+kBB。 若F1=F2，F2=
5、F3，则F1=F3。,第九章 真实感图形绘制,一、 颜色模型 1. 真实感图形绘制概述 2. 颜色模型 3. 颜色的使用,2. 颜色模型 A. RGB 模型 B. CMY 模型 C. YIQ 模型 D. HSV 模型 E. HLS 模型,A. RGB模型,用由R、G和B坐标轴定义的单位立方体来描述的模型。 坐标原点代表黑色， 坐标点(1,1,1)代表白色。 坐标轴上的顶点为三基色， 余下的顶点则代表每一个基 色的补色。,和XYZ系统一样，RGB颜色框架是个加色模型。,多种基色的强度加在一起生成另一种颜色。 立方体边界的每一个颜色点表示一个三元组(R,G,B)， R、G和B的值在0到1的范围内赋
6、值，一种颜色F在RGB中表示为： F=RR+GG+BB 灰色的明暗度由立方体的原点 到白色顶点的主对角线上的位 置来表示。 对角线上每一点是每一种基 色等量的混合。 RGB视频监视器由分开的红、 蓝和绿信号组成，生成屏幕磷 粉组合光颜色。,2. 颜色模型 A. RGB 模型 B. CMY 模型 C. YIQ 模型 D. HSV 模型 E. HLS 模型,B. CMY模型,用色青、品红和黄定义的颜色模型(CMY)用来描述往硬拷贝设备上输出的颜色。 绘图仪之类的硬拷贝设备通过往纸上涂颜料来生成彩色图片，通过反射光来看见颜色，这是一种减色处理。,在CMY模型中， 点(1,1,1)因所有投射光成份都被
7、减掉而表示黑色； 原点表示白色； 沿着立方体对角线每种基色量均相等而生成灰色； 青色和品红墨水的混合生成蓝色，因投射光的红色和蓝色成份都被吸收； 其他颜色也由类似的减色处理产生。,使用CMY的打印通过四个墨点的集合来产生颜色点。 三种基色(青、品红和黄)各使用一点，黑色也使用一点。 青色、品红色和黄色墨水的混合通常生成深灰色而不是黑色，所以黑色单独包括在其中。 有些绘图仪通过重迭喷上三种基色的墨水并让它们在干之前混合来生成各种颜色。,2. 颜色模型 A. RGB 模型 B. CMY 模型 C. YIQ 模型 D. HSV 模型 E. HLS 模型,C. YIQ模型,YIQ颜色模型中的参数Y与X
8、YZ模型中相同。 亮度信息包含在Y参数中。 黑白电视监视器只使用Y信号。 NTSC视频信号最大带宽赋给Y。 色度信息(色彩和纯度)结合在I和Q参数中。 为Y参数选择的红蓝绿色组合给出了标准亮度曲线。 参数I包含有橙-青色彩信息 提供色调的明暗度，占大约1.5兆赫带宽。 参数Q给出绿-品红色彩信息 带宽约为0.6兆赫。,2. 颜色模型 A. RGB 模型 B. CMY 模型 C. YIQ 模型 D. HSV 模型 E. HLS 模型,D. HSV模型,HSV模型使用对用户更直观的颜色描述方法。 要给出一种颜色描述：用户需选择一种光谱色，并加入一定量白色和黑色来获得不同的明暗、色泽和色调。,这个模
9、型中的颜色参数是： 色彩(H)； 饱和度(S)； 明度值(V)。 HSV模型是定义在圆柱颜色坐标系中的六棱锥 饱和度沿水平轴测量 明度值沿通过中心的垂直轴测量。 色彩用与水平轴间的角度来表示，范围从0到360。,HSV模型的效用,HSV模型对多数用户是一个较直观的模型。 通常，用模型的接口给出颜色板中HSV参数选择。 从指定一种纯色彩开始， 即：指定色彩角H，且：V=S=1。 通过将白色或黑色加入到纯色彩中来描述所要的颜色， 增加黑色：减小V，而S保持不变： 要得到深蓝色，V=0.4，S=1，且H240 将白色加进所选色彩中时，参数S减小而V保持不变： 浅蓝色用 S=0.3, V=1，且H=2
10、40来设定。 添加一些黑色和白色，则同时减小V和S。,2. 颜色模型 A. RGB 模型 B. CMY 模型 C. YIQ 模型 D. HSV 模型 E. HLS 模型,E. HLS模型,是一个基于直观颜色参数的模型，该模型表示为如图所示的双棱锥体。 该模型中的三个参数称为色彩(H)，亮度(L)和色饱和度(S)。 与HSV模型一样，HLS模型允许用户按选择色彩更暗些或更亮些的概念来思考。 一种色彩通过色彩角H来选择，而所需的明暗、色泽及色调则通过调节L和S来获得。 增加L使颜色更亮，减少L则使其更暗些。 当S减少时，颜色向灰色变化。,第九章 真实感图形绘制,一、 颜色模型 1. 真实感图形绘制
11、概述 2. 颜色模型 3. 颜色的使用,颜色的选择,获得一组颜色坐标的方法是从颜色模型某子空间中来产生。 如果颜色是从沿RGB或CMY立方体中任一直线段上的规则间隔中选择，可以得到一组匹配得较好的颜色。 随机地选取色彩可能会导致刺目和不调和的颜色组合。 选择颜色组合的另一种考虑是人类视觉系统不同程度的感受 这是因为人眼是按频率来注意到颜色的： 蓝色特别有助于放松； 红色图案附近显示蓝色图案会引起眼疲劳，因注意力从一个区域转向另一区域时要不断地重新聚焦。 分开这些颜色或使用HSV模型中的一半或更少的颜色可减少上述问题。 作为一种规则，使用较少的颜色比较多颜色能产生更令人满意的显示，而色泽和明暗比
12、纯色彩更调和；对背景来说最好使用灰色或前景色的补色。,颜色的指定,RGB模型颜色指定方式,HSV模型颜色指定方式,颜色插值,指对两个给定颜色进行插值以产生位于它们之间的均匀过渡的颜色。 在三个场合有着重要的应用：真实感图形显示的着色处理、反走样算法以及制作动画时需要的图像融合（产生淡入淡出的效果）。 颜色插值结果依赖于所采用的颜色模型，必须小心地选择一个合适的模型。 从一个颜色模型到另一个颜色模型的转换将直线段变换成另一颜色空间的直线段，那么采用这两个模型进行线性插值的结果是相同的。 对着色来讲，可采用前面的任一种颜色模型， 当进行反走样或图像溶合时，一般采用RGB模型比较合适。 对色彩相同的两种颜色进行插值，并希望保持该色彩的话，采用HSV模型较好。,
