Bài giảng Công nghệ đồ họa và hiện thực ảo - Bài 11: Màu sắc trong đồ họa cung cấp cho người học các kiến thức: Mô hình màu, mô hình màu thêm, mô hình màu bù, mô hình màu HSV,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Bài 11 MẦU SẮC TRONG ĐỒ HỌA Trịnh Thành Trung trungtt@soict.hust.edu.vn NỘI DUNG Mơ hình màu Mơ hình màu thêm Mơ hình màu bù Mơ hình màu HSV Các mơ hình màu khác - MƠ HÌNH MẦU - Mơ hình mầu • Mơ hình mầu (color model) hệ thống có quy tắc cho việc tạo khoảng mầu từ tập mầu • Khoảng mầu mà tạo với tập mầu goi gam mầu hệ thống system’s color gamut • Mỗi mơ hình mầu có khoảng mầu hay gam mầu riêng gamut (range) mầu mà hiển thị hay in • Mỗi mơ hình mầu giới hạn khoảng phổ mầu nhìn Gam mầu hay khoảng cịn gọi không gian mầu "color space" Ảnh hay đồ hoạ vector nói: sử dụng khơng gian mầu RGM hay CMY hay không gian mầu khác • Một số ứng dụng đồ hoạ cho phép người dùng sử dụng nhiều mơ hình mầu đồng thời để soạn thảo hay thể đối tượng hình học Ðiểm quan trọng hiểu để chọ mơ hình cần thiết cho cơng việc Mơ hình mầu • Có loại mơ hình mầu là: – Mầu thêm - additive: Mơ hình mầu thêm sử dụng ánh sáng - light để hiển thị mầu Mầu sắc mơ hình kết ánh sáng tryền dẫn - transmitted – Mầu bù - subtractive: mô hình mầ bù sử dụng mực in - printing inks Mầu sắc cảm nhận từ ánh sáng phản xạ - reflected light Phép trộn màu • Màu thêm – CRT – LCD • Màu bù – Tranh vẽ – Nhuộm màu + = = MƠ HÌNH MẦU THÊM - • Khi nguồn sáng kết hợp kết thu thêm vào của phấn bố phổ lượng • Thomas Young (1801) mầu red, green, blue đôi cho mầu thứ cấp yellow, cyan, magenta; • Mầu trắng thu kết hợp mầu • Sự thay đổi cường độ mầu thành phần tạo giá trị mầu phổ mầu spectral hues • Màn hình mầu sử dụng ngun lý mầu thêm Mơ hình mầu thêm Mơ hình màu thêm • C = rR + gG + bB – C = color or resulting light, – (r,g,b) = color coordinates in range 1, cường độ ánh sáng chiếu hay giá trị kích thích tristimulus values RGB – (R,G,B) = red, green, blue primary colors • Nếu mầu tạo giá trị kích thích khơng thể phân biệt mầu MƠ HÌNH MẦU BÙ - Mơ hình màu CIE • Nguồn chuẩn - Standard Sources – Source A tungsten-filament lamp with a color temperature of 2854K – Source B model of noon sunlight with a temperature of 4800K – Source C model of average daylight with a temperature of 6500K – Nguồn B C thu từ nguồn A thơng qua lọc từ phân bố phổ nguồn A • Người quan sát chuẩn - Standard Observer CIE 1931 có đặc tả cho chuẩn người quan sát bổ xung năm 1964 – Standard observer kết hợp nhóm nhỏ cá thể (about 15-20) đại diện cho hệ quan sát mầu sắc người thường-normal human color vision – Các đặc tả sử dụng kỹ thuật tương tự để để thu mầu có giá trị kích thích tương đương với kích thích tố RGB RGB tristimulus value 24 Mơ hình màu CIE • CIEXYZ: mơ hình CIE gốc sử dụng sơ đồ mầu chấp nhận năm 1931 • CIELUV: mơ hình thiết lập năm 1960 bổ xung 1976 mơ hình thay đổi mở rộng sơ đổ mầu gốc để hiệu chỉnh tính khơng đồng non-uniformity • CIELAB: Một cách tiếp cận khác phát triển Richard Hunter in 1942 địng nghĩa mầu theo trục phân cực cho mầu (a and b) đại lượng thứ ánh sáng (L) 25 Mô hình màu CIE - XYZ • CIE - Cambridge, England, 1931 với ý tưởng đại lượng ánh sáng lights mầu X, Y, Z phổ tương ứng: • Mỗi sóng ánh sáng cảm nhận kết hợp đại lượng X,Y,Z • Mơ hình - khối hình khơng gian 3D X,Y,Z gồm gamut tất mầu cảm nhận • Color = X’X + Y’Y + Z’Z • XYZ tristimulus values thay cho đại lượng truyền thống RGB • Mầu hiểu thuật ngữ (Munsell's terms) mầu sắc sắc độ 26 CIE XYZ • CIE sử dụng giá trị XYZ tristimulus để hình thành nên tập giá trị độ kết tủa mầu - chromaticity mơ tả xyz • Ưu điểm loại mầu nguyên lý sinh mầu sở tổng đại lượng dương mầu thành phần • Việc chuyển đổi từ không gian mầu 3D tọa độ (X,Y,Z) vào không gian 2D xác định tọa độ (x,y),theo công thức phân số của tổng thành phần • x = X/(X+Y+Z) , y = Y/(X+Y+Z) , z = Z/(X+Y+Z) – x+y+z=1 • toạ độ z khơng sử dụng 27 CIE XYY • Chuẩn CIE xác định mầu giả thuyết hypothetical colors, X, Y, and Z làm sở cho phép trộn mầu theo mơ hình thành phần kích thích tristimulus model • Khơng gian mầu hình móng ngựa horseshoe-shaped kết hợp không gian tọa độ 2D mầuchromaticity x, y độ sáng • x = 700 nm; y = 543.1 nm; z = 435.8 nm • Thành phần độ sáng hay độ chói định giá trị đại lượng Y tam kích tố tristimulus mầu sắc 28 Mơ hình CIE xyY • Thang đo Y xuất phát từ điểm trắng đường thẳng vng góc với mặt phẳng x,y với giá trị từ to 100 • Khỏang mầu lớn Y=0 điểm trắng CIE Illuminant C Đây đáy hình • Khi Y tăng mầu trở nên sáng khoảng mầu hay gam mầu giảm diện tích tọa độ x,y giảm theo • Tại điểm khơng gian với Y= 100 mầu có sác xám bạc khoảng mầu bé 29 Mơ hình CIE xyY Khơng sử dụng sơ đồ mầu xyY ánh xạ cho việc quan hệ mầu Sơ đồ là không gian phẳng giới hạn đường cong mà phép ánh xạ quan hệ mầu không gian quan sát bị vặn méo Ví dụ: mầu không thuộc khoảng xanh lục thuộc phần đỏ hay tím • X = x(Y/y) , Y = Y , Z = (1 - x y)(Y/y) 30 Ưu điểm Cung cấp • Chuẩn chuyển đổi giá trị mầu mà độ bão hồ thành thơng tin mơ hình mầu khác • cách định nghĩa xác định trực quan đơn giản mầu bù thông qua giải thuật hình học tính tốn • Định nghĩa tự nhiên sắc thái tint đơn giản hoá việc định lượng giá trị thuộc tính • Cơ sở cho định nghĩa gam mầu (space) cho hình hay thiết bị hiển thị Gam hình RGB mơ tả sơ đồ mầu CIE • Sự thay đổi mầu sắc đối tượng ánh xạ thành quỹ đạo sơ đồ CIE • Ví dụ maximum blackbody spectrum đối tượng nung nóng cố thể biểu diễn sơ đồ mầu 31 CIE-LUV • Để hiệu chỉnh điều đó, sơ đồ tỉ lệ mầu đồng dạng-uniform chromaticity scale (UCS) đưa • Sơ đồ UCS sử dụng cơng thức tốn để chuyển đổi giá trị XYZ hay tọa độ x,y thành cặp giá trị (u,v) biểu diễn cách trực quan xác mơ hình chiều • 1960, CIE chấp nhận loại UCS vày với tên 1960 CIE u,v Chromaticity Diagram: 32 CIE-LUV • Trong sơ đồ đoạn thẳng mô tả khác biệt mầu sắc tương đồng với tỉ lệ • Khoảng cách đầu đoạn thẳng cảm nhận theo CIE 1931 2° standard observer • Chiều dài đoạn thẳng biến thiên lớn phụ thuộc vào vị trí chúng biểu đồ • Sự khác biệt chiều dài đoạn thẳng biến dạng méo phần đồ thị 33 CIE UV • So sánh UCS với sơ đồ 1931 diagram trước đó,khác biệt kéo dài vùng mầu lam-đỏ blue-red sơ đồ sưh thay đổi vị trí điểm chói trắng đẫn đến giảm trơng thấy khác biệt vùng mầu lục • Ty nhiên điều khơng thoả mãn năm1975, • 1976 CIE đưa sửa đổi sơ đồ u,v thay giá trị (u',v') cách nhân v với 1.5 • Sơ đồ có dạng chuyển đổi – u' = u – v' = 1.5v 34 CIE u’v’ • Ty khơng phải tồn diện sơ đồ u',v' đưa đồng dạng tốt hẳn so với u,v • đoạn thẳng sơ đồ u',v' có hình dạng giơng x,y quan sát cho thấy chúng gần đồng dạng với • Một điểm khác biệt tạo để tạo nên mơ hình CIELUV thay thang đo giá trị độ sáng Y thang đo L* • Thang đo Y tỉ lệ đồng dạng độ sáng với bước thay đổi • Tuy nhiên tỉ lệ chưa thoả đáng biểu diễn khác biệt tương đương độ sáng 35 CIE LUV • Độ sáng Y cho khơng khác biệt với giá trị cường độ khoảng 70 hay 75 Về số khác biệt không phân biệt khác biệt giá trị thấp hay cao điểm nằm • Sử dụng cơng thức tốn, giá trị Y chuyển thành giá trị khác xấp xỉ đồng dạng để khác biệt cách dễ dàng • Thang đo L*, gần giống với thang đo hệ thống Munsell Sự khác biệt rõ ràng L* sử dụng thang đo 0-100, Munsell's sử dụng thang đo 0-10 • Thang đo độ sáng L* sử dụng CIELAB CIELUV Giá trị CIELUV tương tự CIEXYZ CIE xyY tính độc lập thiết bị ore not restrained by gamut • Việc phát triển theo CIEXYZ xyY cho phép biểu diễn không gian mầu đồng dạng tốt 36 CIE-LAB • CIELAB hệ thống thứ CIE chấp nhận năm 1976 mơ hình mầu để biểu diễn tốt giá trị mầu đồng dạng • CIELAB hệ thống mầu đối nghịch dựa hệ thống Richard Hunter [1942] gọi L, a, b • Sự đối mầu phát vào khoảng năm 60s hat: vị trí thần kinh thị giác não hay võng mạc kích thích mầu chuyển thành khác biệt gữa tối sáng (light and dark) đỏ lục( red and green), lam vàng( blue and yellow) • CIELAB biểu diễn giá trị trục: L*, a*, and b* CIE L*a*b* Space.) • Trục đứng trung tâm biểu diễn độ sáng L* với giá trị chạy từ (black) tới 100 (white) 37 CIE-LAB • Trục mầu dựa theo nguyên lý: mầu đỏ lẫn lục hay lam vàng chúng mầu đối lẫn Trên trục giá trị chạy từ dương đến âm – Trên trục a-a', giá trị dương tổng mầu đỏ âm tổng mầu xanh – Trên trục b-b', mầu vàng dương lam âm – Trên trục zero cho mầu xám • Như giá trị cần trục mầ độ sáng hay mức độ xám sử dụng trục (L*), khác biệt hẳn với RGB, CMY or XYZ độ sáng phụ thuộc vào tổng tương quan kênh mầu • CIELAB desktop color – Độc lập thiết bị (unlike RGB and CMYK), – Là mơ hình mầu sở cho Adobe PostScript (level and level 3) – dùng mơ hình quản lý mầu độc lập thiết bị cho ICC (International Color Consortium 38 ... xung vào thay cho hàm lượng mầu mầu • Cơng thức chuyển đổi: – K = min(C, M, Y) ; –C =C-K; – M = M - K; –Y=Y-K; – C-Cyan, M-Magenta, Y-Yellow; K-blacK 12 MÔ HÌNH MẦU HSV - Mơ hình mầu HSV • Hue -. .. thuộc vào vị trí chúng biểu đồ • Sự khác biệt chiều dài đoạn thẳng biến dạng méo phần đồ thị 33 CIE UV • So sánh UCS với sơ đồ 1931 diagram trước đó,khác biệt kéo dài vùng mầu lam-đỏ blue-red sơ đồ. .. Mầu thêm - additive: Mơ hình mầu thêm sử dụng ánh sáng - light để hiển thị mầu Mầu sắc mô hình kết ánh sáng tryền dẫn - transmitted – Mầu bù - subtractive: mơ hình mầ bù sử dụng mực in - printing