Компьютерная геометрия и графика. Основы работы с цветом

Основы работы с цветом
Элементы цвета
Свет и цвет
Излученный и отраженный цвет
Цвет и окраска
Характеристики источника света
Особенности восприятия цвета человеком
Цвет в индивидуальной и общественной практике человека
Цвет как средство коммуникации

Введение
Основы понятия теории цвета
Цвет -
одно из свойств объектов материального мира,
воспринимаемое как осознанное зрительное ощущение.
Тот или иной цвет «присваивается» человеком объектам
в процессе их зрительного восприятия.

Цветовые ощущения вызываются:
Воздействие на глаз потоков электромагнитного излучения;
При давлении на глазное яблоко;
При ударе;
Электрическом раздражении;
При мысленной ассоциации;
При др. ощущениях (звук, тепло и …).

Цвет предмета обусловлен следующими факторами:
его окраской,
свойствами его поверхности,
оптическими свойствами источников света,
среды, через которую свет распространяется,
свойствами зрительного анализатора,
особенностями ещё недостаточно изученного психофизиологического процесса переработки зрительных впечатлений в мозговых центрах.

Эволюционно способность к восприятию цвета развилась для целей идентификации предметов вместе со способностями к восприятию других их свойств (размеров, твёрдости, теплоты и др.) и перемещений в пространстве, помогая обнаруживать и опознавать в жизненно важных ситуациях отдельные предметы по их окраске при всевозможных изменениях освещения и состояния окружающей их среды.

Например, зелёная листва деревьев признаётся зелёной даже при красноватом освещении на закате солнца. Оговорка о привычных (в широком смысле) условиях наблюдения весьма существенна — если сделать их резко необычными, суждения человека о цветах предметов (следовательно, и его цветовые ощущения) становятся неуверенными или ошибочными. (Так, описания и попытки воспроизведения цвета т. н. космических зорь, сделанные разными космонавтами, сильно отличались одно от другого и от цвета этих «зорь», зафиксированных объективными методами цветной фотографии.)

Вырабатывающееся и закрепляющееся в человеческом сознании устойчивое представление об определённом цвете как неотъемлемом признаке привычных объектов наблюдения называется «эффектом принадлежности цвета», или «явлением константности цвета».

Эффект принадлежности цвета не столь силён для источников света, поскольку в обычных (не связанных с их производством) условиях их редко сопоставляют с др. источниками, и зрительный анализатор в значительной степени адаптируется к условиям освещения.
Примером может служить неопределённость понятия «белый свет», в отличие от полной определённости понятия «белый цвет поверхности несамосветящегося предмета» (цвет поверхности, на всех участках которой во всём видимом диапазоне минимально и одинаково по относительной интенсивности поглощение света).

Характеристики источника света
пламя свечи имеет цветовую температуру порядка 15000К;
лампа накаливания (вольфрамовая) мощность 100 Вт излучает с температурой 28560К;
белая флуоресцентная лампа имеет температуру излучения 44000К;
солнечный полуденный свет имеет температуру около 55000К.
Белый свет
Спектральный состав некоторых источников белого света

Восприятие цвета может частично меняться в зависимости от психофизиологического состояния наблюдателя, например усиливаться в опасных ситуациях, уменьшаться при усталости и т.д.
Несмотря на адаптацию глаза к условиям освещения, оно может довольно заметно отличаться от обычного при изменении интенсивности излучения (того же относительного спектрального состава) — явление, открытое немецкими учёными В. Бецольдом и Э. Брюкке в 1870-х гг.
Оно наглядно демонстрируется в т. н. бинокулярной колориметрии, основанной на независимой адаптации одного глаза от другого. Всё это указывает на ведущую роль мозговых центров, ответственных за восприятие цветов, и степени их «тренированности» (при неизменном фотохимическом аппарате цветового зрения).

Роль цвета в жизни человека
Исключительно велика роль цвета в жизни и деятельности каждого отдельного человека и общества в целом: в промышленности, транспорте, искусстве, современной технике передачи информации и т.д. В быту и на производстве цвета и их сочетания интенсивно используются как символы, заменяющие целые понятия в правилах поведения. Так, сигнальные огни того или иного цвета на транспортных магистралях разрешают или запрещают движение, предупреждают, требуют внимания.

В промышленности и другой коллективной деятельности цвета как символы применяются для маркировки трубопроводов с различными веществами или температурами, различных электропроводов, всевозможных жетонов, информационных карт, банковских документов, денежных знаков, спецодежды и др. В промышленности и быту цвет является одним из основных факторов производственного и бытового комфорта.
Изучение психологического воздействия определённых сочетаний цветов – цветовых гармоний – составляет предмет эстетики цвета. Цветовые гармонии широко используются как в искусстве, так и при организации производственных процессов для создания психологических акцентов, обеспечивающих увеличение производительности труда и уменьшение утомляемости работников, а также бытовой комфорт, способствующий активному и наиболее полноценному отдыху. И т.д.
Роль цвета в жизни человека

Цвет как средство коммуникации
Цвет служит средством общения.
Цвет помогает торговать.
Цвет — это сила, которая стимулирует продажи практически любого потребительского продукта.
Профессионалы дизайна, графики и полиграфисты прекрасно знают, что цвет является ключевым фактором в процессе торговли, поскольку играет важную роль при принятии решения о покупке. Он пробуждает в покупателе целую вереницу эмоций, притягивающих его к тому или иному товару.
Если правильно и эффективно использовать цвет в процессе производства и маркетинга того или иного продукта, то потенциальные покупатели смогут ощутить и осознать привнесенную в данный продукт добавочную стоимость.

Источник света
Объект
Глаз
Элементы цвета
…однако цвет, который мы
воспринимаем и помним как “красный”,
является лишь порождением нашего ума.

Первый аспект – физика
свет попадает на розу и отражается
Второй аспект – биология
Отраженный свет попадает в глаз человека и воздействует на светочувствительные клетки глаза (палочки, колбочки)

Свет и цвет
Спектральный состав видимого цвета

Физическая природа света и цвета
Характеристика световой волны

Излученный и отраженный свет
Процессы отражения, поглощения и пропускания света объектом

При описании цвета используют три атрибута:
цветовой тон;
насыщенность;
светлоту.
Наиболее важный атрибут цвета — цветовой тон, который позволяет различать их как красный, желтый, зеленый, синий или как промежуточный между двумя соседними парами этих цветов. Например, зелёный тон присваивают предметам с окраской, близкой к окраске естественной зелени.

Насыщенность характеризует степень, уровень, силу выражения цветового тона. Этот атрибут в человеческом сознании связан с количеством краски, красителя.

Ахроматические и хроматические цвета
Ахроматическими (бесцветные) цветами являются черный, белый и все оттенки серого, и считают, что они не имеют насыщенности и различаются лишь по светлоте. Цвет ахроматичных поверхностей, отражающих максимум света, называется «белым».
Поверхности, окрашенные в хроматические цвета (все остальные цвета), по-разному отражают свет с разной длиной волны.

Спектральные характеристики отражения и пропускания
Спектральная кривая цвета Brick Red (“Кирпично-красный”) в красно-оранжевой области резко поднимается вверх.
Кривая цвета Logo Plum (“Сливовый”) показывает, что этот цвет является смесью глубоких синих и красных тонов.
программа
Spectral Compare компании ColorShop

Яркостная и
цветовая информация
Яркость (интенсивность) пропорциональна сумме энергий всех составляющих цветового спектра света.
Цветность, наоборот связана с доминирующими длинами волн в этом спектре.

Цвет и окраска
Окраска – это способность предмета отражать излучение в том или ином диапазоне длин волн.
Цвет является более широким понятием, включающим окраску и условия освещения.

Характеристики источника света
пламя свечи имеет цветовую температуру порядка 15000К;
лампа накаливания (вольфрамовая) мощность 100 Вт излучает с температурой 28560К;
белая флуоресцентная лампа имеет температуру излучения 44000К;
солнечный полуденный свет имеет температуру около 55000К.
Белый свет
Спектральный состав некоторых источников белого света

Спектр образца №1
Спектр дневного
света
Образцы при
дневном свете
Спектр образца №2
Спектр света
лампы накаливания
Образцы при свете
лампы накаливания

Особенности восприятия цвета человеком
Схема функционирования человеческого глаза

Глаз: 1 - роговица; 2 - радужная оболочка; 3 - хрусталик;
4 - сетчатка; 5 - пигментный эпителий.
Справа - элемент сетчатки (свет на нее падает справа):
1 - пигментный эпителий; 2 - слой наружных сегментов;
3 - колбочка; 4 - палочка; 5 - слой клеток,
обрабатывающих информацию;
6 - волокна зрительного нерва.
Внизу - фрагмент наружного сегмента палочки

Колбочка (слева) и палочка (справа):
1 - пресинаптический контакт;
2 - ядро;
3 - липосомы;
4 - митохондрии;
5 - внутренний сегмент;
6 - наружный сегмент

Колбочки и палочки
Палочки «отвечают» за черно-белое зрение. Благодаря им обеспечивается возможность распознавания предметов в условиях плохой освещенности.
Колбочки предназначены для распознавания цветовой информации. Имеются три сорта колбочек, каждая из которых реагирует на определенный диапазон длин волн.
Спектральная чувствительность различных типов колбочек

Спектральная чувствительность глаза к яркости
Кривые спектральной чувствительности
глаза при различных условиях внешнего
освещения:
1) в сумерках; 2) при дневном освещении
Длина волны, нм
чувствительность
Спектральная чувствительность
палочек и колбочек
Колбочки
Палочки

Цветовой и динамический диапазоны
Цветовой диапазон – диапазон цветов, которые могут восприниматься или воспроизводиться наблюдателем или приемным устройством
Динамический диапазон характеризует различие между наиболее светлым и наиболее темным элементами в изображении или в поле зрения