Компьютерная графика в дизайне

35. Почему в дескрипторе пиксельной информационной модели нет необходимости указывать координаты соответствующего ему пиксела?

36. Почему в процессе построения пиксельной информационной модели и ее повторного растрирования неизбежно утрачивается часть визуальной информации?

37. Почему сложность изображения не оказывает влияния на размер соответствующей ему пиксельной информационной модели?

38. При каких условиях пиксельное изображение может быть реалистичным?

39. Почему масштабирование пиксельного изображения приводит к его искажениям?

40. Из-за чего значительная часть времени при работе с пиксельным графическим редактором уходит на выполнение вспомогательных операций выделения части изображения?

Темы для обсуждения

1. Задачи дизайна, в которых целесообразно преимущественное применение векторной информационной модели изображения.

2. Задачи дизайна, в которых целесообразно преимущественное применение пиксельной информационной модели изображения.

3. Автоматическое построение информационной модели изображения в художественном творчестве – "за" и "против".

4. Приемы работы над графическим проектом, позволяющие избежать масштабирования пиксельных изображений.

5. Какие дополнительные элементы следует ввести в пиксельный графический документ, чтобы скомпенсировать основные недостатки пиксельной модели изображения?

6. Какие дополнительные элементы следует ввести в векторный графический документ, чтобы скомпенсировать основные недостатки векторной модели изображения?

7. Графические проекты, в которых целесообразно совместное применение пиксельной и векторной моделей изображения.

8. Прикладные области компьютерной графики, в которых целесообразно применение той или иной информационной модели изображения.

1.3. Информационные модели цвета

В этой главе кратко рассматриваются феномен цвета, механизмы его образования и восприятия, а также устройство информационных моделей цвета, использующихся в компьютерной графике. Поскольку большинство вопросов, связанных с применением цвета в дизайнерских проектах и психологией его восприятия зрителем, рассматриваются в курсах цветоведения и основ визуальной коммуникации, здесь они практически не затрагиваются. Заключительные разделы главы посвящены вопросам, относящимся к точности воспроизведения цвета в компьютерной графике.

1.3.1. Природа цвета и физиологические основы его восприятия

Термин «цвет», являясь весьма привычным, при пристальном рассмотрении оказывается связанным с очень сложными понятиями физики, физиологии и психологии, и дать его точное определение достаточно трудно. Для целей, преследуемых в компьютерной графике, цвет можно определить как характеристику визуального образа, возникающего в результате взаимодействия источника (источников) света, рассматриваемого объекта и наблюдателя.

Примечание

Отметим, что рассматриваемый объект может совпадать с источником света (например, экран монитора), а в качестве наблюдателя может выступать не только человек, но и прибор (например, колориметр, применяемый в процессе калибровки монитора). Тем не менее можно считать, что в отсутствие источника света, объекта или наблюдателя говорить о цвете не имеет смысла.

Функции цвета в изображении

Как составная часть изображения, цвет играет две важные роли. Во-первых, в информационной модели изображения цвет, представленный с помощью цветовых моделей, несет информацию об изображенных предметах. Во-вторых, в процессе визуального восприятия изображения цвет воздействует на ассоциативную память зрителя и вызывает у него определенные эмоции, слабо связанные с самим изображением, но сильно влияющие на процесс его восприятия. Представим себе монохромную фотографию колибри. Рассматривая ее, можно получить представление о форме этой птицы, но о том, как она в действительности выглядит, такое изображение судить не позволяет, поскольку в нем отсутствует информация о цвете. На монохромных изображениях разные предметы можно принять за одинаковые – это пример информационной функции цвета.

Цвет стен комнаты, в которой находится наблюдатель, влияет на его настроение и ощущения. Жарким летом в комнате с голубыми стенами кажется прохладнее, чем в соседнем помещении с красными стенами – это пример эмоциональной функции цвета.

Даже оставляя в стороне психологию восприятия цвета, можно утверждать, что цветоощущение – сугубо субъективный процесс. Характеристики видимого цвета сильно зависят от индивидуальных качеств наблюдателя. Даже у людей, у которых врачи не находят отклонений от нормального зрения, границы цветовых диапазонов заметно различаются. Если попросить несколько человек воспроизвести с помощью комплекта акварельных красок один и тот же образец цвета, полученные результаты всегда будут разными.

Свет

Свет представляет собой электромагнитные колебания высокой частоты, которые занимают лишь небольшую часть полного диапазона частот электромагнитных колебаний и физиологически воспринимаются зрением – одним из органов чувств человека. Длины волн видимой части спектра электромагнитных колебаний лежат в диапазоне примерно от 700 до 400 нм.

Примечание

Нанометр (нм) представляет собой одну миллионную часть миллиметра. Электромагнитные колебания с длинами волн > 700 нм называются инфракрасными, а < 400 нм – ультрафиолетовыми.

В сетчатке глаза имеются светочувствительные клетки двух видов – палочки и колбочки. При попадании на них света в этих клетках начинаются химические реакции, в которых разлагаются светочувствительные пигменты (родопсин в палочках и йодопсин в колбочках). Изменение химического баланса вызывает появление импульсов в зрительном нерве, кодирующих информацию об интенсивности падающего света (его энергии). Когда эта информация поступает в мозг, она интерпретируется как яркость и цвет. Какой цвет получится в результате интерпретации, зависит от спектрального состава света, попавшего на сетчатку.

Примечание

Чаще всего свет состоит из смеси электромагнитных колебаний различных частот. Спектральный состав – это информация о том, как распределяется суммарная энергия, переносимая светом, по отдельным частотам. График, показывающий распределение энергии света по частотам, называется спектральной диаграммой.

Палочки реагируют примерно одинаково на все частоты видимого света. Их чувствительность к свету очень высока – человек, находившийся достаточно продолжительное время в темноте, видит даже очень слабые источники света. Колбочки содержат в себе три видоизменения йодопсина, по-разному реагирующие на частоты различных диапазонов. Чувствительность колбочек к свету много ниже, чем палочек.

Экспериментально доказано, что фиксация колбочками присутствия равномерной смеси волн сразу всех длин видимого спектра воспринимается мозгом как белый свет. Отсутствие волн из всех частей видимого спектра будет интерпретировано как черный цвет (отсутствие света).

Поскольку свет с различными длинами волн неодинаково преломляется прозрачной средой, то при пропускании белого света (равномерной смеси волн видимого спектра) через призму он разделяется на световые потоки, соответствующие различным цветам (длинам волн), как показано на рис. 1.3.1.

Рис. 1.3.1. Разложение белого света на световые потоки с различными длинами волн

Этот эксперимент, впервые выполненный Исааком Ньютоном, наглядно показал, что световые волны с различной длиной интерпретируются системой «глаз – мозг» как разные цвета. В видимой области спектра электромагнитных колебаний условно принято выделять следующие диапазоны: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. У этих диапазонов нет четких границ, цвета плавно переходят один в другой.

Таким образом, когда колбочки фиксируют наличие световых волн длиной примерно 700 нм, мозг реагирует на это как на красный цвет. Если длина волны находится в диапазоне 450–500 нм, – виден голубой, а длина волны 400 нм соответствует фиолетовому. Это явление лежит в основе цветоощущения в целом.

Однако описанная ситуация встречается крайне редко. Дело в том, что со световыми потоками, состоящими из волн только одной длины, как и со световыми потоками, энергия которых равномерно распределена по волнам всех возможных длин, на практике почти не приходится иметь дела.

Примечание

Исключение составляет свет лазера – чаще всего он содержит в себе волны только одной длины.

Спектральное распределение

Реальные световые потоки представляют собой сочетание волн различных длин, причем разные диапазоны представлены в этом сочетании в различных пропорциях. Такая смесь описывается спектральным распределением, графическим представлением которого является уже упоминавшаяся спектральная диаграмма. На этой диаграмме показывается, каким образом световая энергия распределяется по частотам спектра. Световой поток, соответствующий заданному спектральному распределению, всегда будет восприниматься наблюдателем как один и тот же цвет, независимо от того, каким образом он был создан. Спектральное распределение – самое полное, точное и надежное описание цвета из всех возможных. На рис. 1.3.2 представлены спектральные диаграммы для двух цветов.

Рис. 1.3.2. Спектральные диаграммы для двух различных цветов

Примечание

Приведенные на рис. 1.3.2 спектральные диаграммы были получены с помощью спектрофотометра – специального прибора, позволяющего построить спектр по образцу цвета. В качестве образцов были взяты спелая слива (сплошная линия) и строительный кирпич (точечная линия). Как можно видеть из спектральной диаграммы, цвет сливы образуется совместным воздействием волн фиолетово-синего и красного диапазонов видимого спектра, а цвет кирпича – волнами желтого и красного диапазонов.

Из того, что световые потоки, имеющие одинаковое спектральное распределение, воспринимаются как один цвет, не следует, что каждому цвету соответствует только одно спектральное распределение. Напротив, достаточно часто световые потоки, имеющие отчетливо различные спектральные распределения, воспринимаются как одинаковый цвет. Это явление получило название метамерии.

Примечание

Метамерия может проявляться в том, что два образца цвета воспринимаются одинаково под одним освещением, но по-разному под другим, имеющим иное спектральное распределение.

Важный вывод: цвет определяется спектральным распределением светового потока, попадающего в глаз наблюдателя, следовательно, изменение спектрального распределения может привести (и чаще всего приводит) к изменению воспринимаемого цвета. Причиной изменения спектрального распределения в световом потоке может стать: