计算机图形学 颜色表示模型

颜色模型 颜色属于物理学和生物心理学范畴，它是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的结果，因而。颜色的形成是一个复杂的物理和心理和心理相互作用的过程，它涉及到光的传播特性、人眼结构及人脑心理感知等内容。 一个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法，没有哪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，某些模型用于叙述在打印机和绘图仪上如何输出彩色，而另一些模型则为用户提供更直觉的颜色参数。 ? 光的特性：特征描述 可见光是电磁光谱(包括无线电波、微波、红外波和x射线)中狭窄的频率波段(可见段)，段的每一频率对应一种颜色： 在低频率端是红色，高频率端是紫色，从低频到高频的光谱颜色变化分别是红、橙、黄、绿、兰和紫。 人眼对颜色(或主频率)和明度和纯度这三种特征的感觉作出反应，这就用来描述人所感受的光的不同性质 光是一种电磁波，常用波长(λ)或频率(f)来说明各种颜色，单色光的频率和波长互成反比例。 光的波长很短，红色波长约是700毫微米，而紫色的波长大概是400毫微米。由于波长比频率容易处理，故光谱颜色常用波长来指定。太阳或灯泡等光源发射可见段的全部频率而产生白色，当白色光投射到物体上时，某些频率被反射某些则被物体吸收，在反射光中混合的频率确定了所感受到的物体的颜色。如果在反射光中以低频率为主，则物体呈现红色，此时，可以说光主要含有光谱中红色端的频率。 光的特性：特征描述 明度(brightnese)是指人感受到的物体的光亮度，即单位时间、单位角度及单位投射面上光源幅射的能量， 幅射能量与光源亮度(luminance)有关。这说明物体亮度与其周围环境的亮度无关，而其明度与环境的亮度相关：具有恒定亮度的物体，当其置于亮度不同的环境中时，它的明度是不同的。 光的纯度(purity)或饱和度(saturation)：纯度说明光的颜色表现得多纯，淡颜色说明不太纯。色度(chromaticity)通常是指说明纯度和主频率这两种颜色特征。 光的特性：颜色混合 彩色模型：颜色描述 具有不同光谱能量分布的光刺激人的视觉系统产生不同的颜色(包括彩色和灰色)，颜色可以从两个角度加以描述： 从视觉角度，颜色以色彩(Hue)、饱和度(Saturation)和明度来描述。 色彩指的是这种颜色是红、绿，还是蓝，它是一种颜色区别于另一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右图所示。明度沿颜色空间的中心线变化，色彩沿圆周变化，而饱和度沿着半径变化。图中所标的红、绿和蓝表明它们在该颜色空间中的相对位置。 值得注意的是：色彩、饱和度和明度都是主观的量，它们是颜色的非精确描述。 彩色模型：三基色描述 具有不同光谱能量分布的光刺激人的视觉系统产生不同的颜色(包括彩色和灰色)，颜色可以从两个角度加以描述： 从物理学(色彩学)的角度，颜色以主波长(Dominant wavelength)、色纯度(Purity)和亮度来描述。它们与上述的三个量一一对应。 主波长决定了颜色的基本色彩； 色纯度反映了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、色纯度和亮度事实上描述的是产生某种颜色的光的特性，既然光与颜色之间存在着一定的对应关系，那么描述了一束光也就等价于描述了它所对应的颜色。 彩色模型：颜色匹配 彩色模型：标准基色 由于没有一组彩色光源可用来组合显示所有可能的颜色。 国际照明委员会(CIE)1931年定义了三种标准基色。 这三种基色不是实际存在的颜色，而是虚颜色。 定义这三基色的同时还定义了一组彩色匹配函数(描述任何一种光谱色所需每一种基色的量)。这给出了定义各种颜色的国际标准，而且避免了颜色的负值匹配即无法采用直接匹配得到的问题。 彩色模型：标准基色 彩色模型：色度图 前述色度坐标(x,y,z)是连接三维加色空间原点[X,Y,Z]的直线与X+Y+Z=1平面的交点坐标，将所有这些交点投影到XY平面上，即绘出可见光谱中的颜色的色度值x和y时，便得到CIE-XYZ色度图，如右图所示，它是一条舌头状的曲线。 曲线上的点对应色纯度为100%的纯彩色， 线上标明的数字表示该位置所对应单色光的主波长，从右下角的红色光开始，逆时针前进依次为黄、绿、青、蓝和紫色光。 连接红色的紫色光谱点的直线称为紫色线，它并不属于光谱。 内部的点表示所有可能的可见颜色的组合。图中C点对应于亮白色位置，它的色度坐标近似但不等于(1/3,1/3,1/3)。实际上，这一点作为亮白光源称为C照明体而绘出的，它用作平均日光的近似标准。 彩色模型：色度图应用 色度