|
|
Конспект лекций по информатике. Конспект лекций по информатике учебное пособие
Лекция 10. Принципы формирования графических изображений 1 . Зрительный аппарат человека
Человек получает информацию об изображении с помощью своего зрительного аппарата – глазного яблока. Глазное яблоко состоит из роговицы, радужной оболочки, хрусталика, сетчатки, зрительных нервов и других элементов, показанных на рис. 10.1.
Свет попадает в глаз через роговицу и фокусируется хрусталиком на внутренний слой, который называется сетчаткой. Сетчатка преобразует свет в импульсы, которые передаются по нервным волокнам.
В нутренний слой сетчатки содержит два типа светочувствительных рецепторов: длинные и тонкие палочки ночного зрения в количестве до 100 млн. шт. и короткие и толстые колбочки дневного зрения в количестве до 6,5 млн. шт. Зрительная информация от всех рецепторов передается в мозг по зрительному нерву, содержащему множество нервных волокон. Область сетчатки, в которой волокна зрительного нерва собираются и выходят из глаза, лишена чувствительных рецепторов и называется слепым пятном. Область максимальной чувствительности глаза располагается на его оптической оси и называется желтым пятном.
Цветовая чувствительность глаза определяется типом колбочек, которые условно делят на "синие", "зеленые" и "красные" в соответствии с наименованием цвета, который они регистрируют.
Одновременное воздействие на колбочки разного типа формирует смешанный цвет, который усиливает зрительное восприятие и повышает информационную насыщенность изображения. Количественное соотношение между колбочками разного типа определяет спектральную чувствительность глаза (рис. 10.2), которая лежит в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм (от фиолетового до темно-красного). Максимальное значение чувствительности глаза соответствует длине волны 560 нм (зеленый), а при тусклом освещении максимум сдвигается до значения 510 нм (сине-зеленый).
Строение глазного яблока и его спектральную чувствительность необходимо учитывать при формировании графических изображений. Кроме того, аппаратные средства компьютерной графики должны строиться таким образом, чтобы эффективно воздействовать на светочувствительные рецепторы глаза.
2. Моделирование цветовых оттенков, законы Грассмана
Для представления цвета и создания аппаратных средств компьютерной графики удобно пользоваться понятием цветовой модели. Цветовая модель – это упрощенный геометрический способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты.
Цветовые модели принято располагать в трехмерной системе координат, которая называется цветовым пространством. Цвет при этом выражают точкой в цветовом пространстве. Формирование цвета в точке подчиняется определенным законам, которые в середине XIX века сформулировал немецкий математик, физик и филолог Герман Грассман21. Учение Грассмана о цветоделении сводится к трем законам.
1-й закон Грассмана (закон трехмерности). Любой цвет однозначно выражается тремя составляющими, если они линейно независимы. Линейная независимость заключается в невозможности получить любой из трех цветов сложением двух остальных.
2-й закон Грассмана (закон непрерывности). При непрерывном изменении излучения цвет смеси также меняется непрерывно. Не существует такого цвета, к которому нельзя было бы подобрать бесконечно близкий.
3-й закон Грассмана (закон аддитивности). Цвет смеси выражается суммой цветовых излучений. Любой цвет в цветовом пространстве представляется вектором, который описывается уравнением
Сn=RnR+GnG+BnB
При этом направление вектора характеризует цветность излучения, а модуль выражает яркость.
Законы Грассмана положены в основу построения цветовых моделей. В компьютерной графике принято использовать два типа цветовых моделей. Первый тип предназначен для моделирования самосветящихся или излучающих объектов, связанных с аддитивным (суммарным) цветовоспроизведением, второй тип – для несветящихся или отражающих объектов, связанных субтрактивным (вычитающим) цветовоспроизведением.
3. Цветовая модель RGB
Ц ветовая модель RGB предназначена для моделирования излучающих объектов на основе аддитивного цветовоспроизведения или аддитивного синтеза. Цветовой оттенок в этой модели складывается из трех основных цветов – красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue).
МодельRGB относится к аппаратно-ориентированным моделям, которые используются в дисплеях для формирования оттенков светящихся пикселей экрана.
Для геометрического представления модели используется трехмерная система координат или так называемый RGB – куб
(рис. 10.3).
Начало отсчета в этом кубе (0,0,0) соответствует черному цвету, а максимальное значение (255,255,255) – белому цвету.
Любая точка на поверхности цветового куба имеет три цветовых координаты или три значения цветности, которые определяют суммарный цвет одного пикселя на экране. Для задания цвета пикселя, таким образом, на экран передается три значения цветности, для каждого цвета используют 8-битовое разрешение (256 оттенков). Это позволяет воспроизвести любой цветовой оттенок в точке, но одновременно создает трудности в регистрации и сохранении большого количества возможных цветовых оттенков.
Для упрощения цветовоспроизведения и уменьшения числа возможных цветовых оттенков используют так называемую цветовую электронную палитру, состоящую из конечного числа ячеек, каждая из которых содержит определенный цветовой оттенок. Электронная палитра охватывает ограниченный набор цветов, общее число цветов или цветовых оттенков зависит от принятого цветового разрешения – числа возможных оттенков. Если, например, для модели RGB выбрать 8-битовое разрешение, то электронная палитра будет содержать 256 возможных оттенков. Цветовая палитра, соответствующая 8 битовому разрешению, называется индексной палитрой. В индексной палитре каждому цвету присваивается определенный номер или индекс, значение которого задает цвет пикселя. Это позволяет заменить цветовые координаты индексом и уменьшить тем самым размер графического файла.
Наряду с индексной употребляют понятие безопасная палитра – сокращенный вариант индексной палитры, в котором используется всего 216 фиксированных цветовых оттенков. Безопасная палитра в качестве базовой фиксированной таблицы цветности используется при передаче цветных изображений в сети Интернет. Использование безопасной палитры лежит в основе формирования сетевых изображений с уменьшенным объемом файлов.
|
|
|
Скачать 0.97 Mb.