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1、1.真实感图形绘制概述第1页/共27页A.A.光的颜色描述光的颜色描述光的颜色描述光的颜色描述 人人眼眼对对颜颜色色(或或色色度度/主主频频率率)、明明度度和和纯纯度度三三种种特特征征作作出出反应反应 明度明度(brightnese)(brightnese)：人人感感受受到到的的物物体体的的光光亮亮度度，单单位位时时间间、单单位位角角度度及及单单位位投投射射面面上上光光源源幅幅射射的的能量。能量。光纯度光纯度(purity)(purity)或或饱和度饱和度(saturation)(saturation)：淡颜色说明不太纯。淡颜色说明不太纯。色度色度(chromaticity)(chromati
2、city)：决定颜色的基本色彩。决定颜色的基本色彩。第2页/共27页B.B.视觉彩色描视觉彩色描视觉彩色描视觉彩色描述述述述 从从 视视 觉觉 角角 度度，颜颜 色色 以以 色色 彩彩(Hue)(Hue)、饱饱 和和 度度(Saturation)(Saturation)和明度来描述。和明度来描述。色彩：色彩：指颜色是红、绿，还是蓝。指颜色是红、绿，还是蓝。它是一种颜色区别于另一种颜色的最重要特征；它是一种颜色区别于另一种颜色的最重要特征；饱和度：饱和度：反映颜色的纯度反映颜色的纯度 当向某种颜色中加入白色时就降低了它的饱和度；当向某种颜色中加入白色时就降低了它的饱和度；明度：明度：即人眼感知到
3、的光的亮度。即人眼感知到的光的亮度。色彩、饱和度和明度的关系如图所示。色彩、饱和度和明度的关系如图所示。明度沿颜色空间的中心线变化，明度沿颜色空间的中心线变化，色彩沿圆周变化，色彩沿圆周变化，饱和度沿着半径变化。饱和度沿着半径变化。值得注意的是：值得注意的是：色色彩彩、饱饱和和度度和和明明度度都都是是主主观观量量，它它们们是是颜颜色色的的非非精精确描述。确描述。黑色彩色彩饱和度饱和度明度明度白白绿绿蓝蓝第3页/共27页C.C.物理彩色描物理彩色描物理彩色描物理彩色描述述述述 从从物物理理学学(色色彩彩学学)角角度度，颜颜色色以以主主波波长长(Dominant(Dominant waveleng
4、th)wavelength)、色纯度色纯度(Purity)(Purity)和亮度来描述。和亮度来描述。主波长：主波长：决定颜色的基本色彩；决定颜色的基本色彩；色纯度：色纯度：反映该颜色中纯色光与白色光的比例；反映该颜色中纯色光与白色光的比例；亮度：亮度：就是颜色光的强度。就是颜色光的强度。主波长、色纯度和亮度描述了产生某种颜色的光特性，主波长、色纯度和亮度描述了产生某种颜色的光特性，光光与与颜颜色色之之间间存存在在着着一一定定的的对对应应关关系系，那那么么描描述述一一束束光光也也就就等等价价于描述了它所对应的颜色。于描述了它所对应的颜色。颜色描述需要三个量，这说明颜色空间是三维的。颜色描述需要
5、三个量，这说明颜色空间是三维的。三三基基色色：任任意意互互不不相相关关(任任意意两两种种的的组组合合不不能能产产生生三三种种中中的的另另一一种种颜颜色色)的三种颜色构成的三种颜色构成颜色空间颜色空间的一组基。的一组基。最常用的三基色是红色最常用的三基色是红色R R、绿色、绿色G G与蓝色与蓝色B B。三基色通过适当的混合能产生所有的颜色。三基色通过适当的混合能产生所有的颜色。第4页/共27页D.D.颜色模型问题颜色模型问题颜色模型问题颜色模型问题 颜色属于颜色属于物理学物理学和和生物心理学生物心理学范畴范畴 由由于于光光经经过过与与周周围围环环境境相相互互作作用用后后到到达达人人眼眼，并并经经
6、过过一一系系列列物物理和化学变化转化为人眼所能感知的理和化学变化转化为人眼所能感知的电脉冲电脉冲 颜颜色色的的形形成成是是一一个个复复杂杂的的物物理理和和心心理理相相互互作作用用的的过过程程，它它涉涉及及到光的传播特性、人眼结构及心理感知等内容。到光的传播特性、人眼结构及心理感知等内容。颜颜色色模模型型是是一一种种在在某某种种特特定定上上下下文文中中对对颜颜色色的的特特性性和和行行为为的解释方法的解释方法 没没有有一一种种颜颜色色模模型型能能解解释释所所有有的的颜颜色色问问题题。因因此此，要要使使用用不不同同的模型来帮助说明能看到的不同的颜色特征。的模型来帮助说明能看到的不同的颜色特征。在图形
7、应用中，在图形应用中，某些模型用于在某些模型用于在打印机和绘图仪打印机和绘图仪上如何输出彩色；上如何输出彩色；另一些模型则为另一些模型则为用户用户提供更直觉的颜色参数。提供更直觉的颜色参数。第5页/共27页E.E.颜色匹配公理（三色学说）颜色匹配公理（三色学说）任何一种颜色都能由三基色表示，任何一种颜色都能由三基色表示，若采用红、绿和蓝为三基色，则颜色若采用红、绿和蓝为三基色，则颜色F F的表达式为：的表达式为：F=RR+GG+BB,F=RR+GG+BB,R,G,B R,G,B为为F F的颜色坐标，的颜色坐标，R,G,BR,G,B为三基色。为三基色。F F的亮度是红、绿、蓝分量的亮度和：的亮度
8、是红、绿、蓝分量的亮度和：Y YF F=RY=RYR R+GY+GYGG+BY+BYB B。颜色的混合具有下列性质：颜色的混合具有下列性质：F F1 1+F+F2 2=(R=(R1 1+R+R2 2)R+(G)R+(G1 1+G+G2 2)G+(B)G+(B1 1+B+B2 2)B)B kF=kRR+kGG+kBBkF=kRR+kGG+kBB。若若F F1 1=F=F2 2，F F2 2=F=F3 3，则，则F F1 1=F=F3 3。第6页/共27页第7页/共27页第8页/共27页第九章 真实感图形绘制一、颜色模型1.真实感图形绘制概述2.颜色模型3.颜色的使用第9页/共27页2.颜色模型A
9、.RGB 模型B.CMY 模型C.YIQ 模型 D.HSV 模型E.HLS 模型第10页/共27页A.A.RGBRGB模型模型模型模型 用用由由R R、G G和和B B坐坐标标轴轴定定义义的的单单位位立立方方体体来来描描述述的的模模型。型。坐标原点代表黑色，坐标原点代表黑色，坐标点坐标点(1,1,1)(1,1,1)代表白色。代表白色。坐标轴上的顶点为三基色，坐标轴上的顶点为三基色，余下的顶点则代表每一个基余下的顶点则代表每一个基 色的补色。色的补色。和和XYZXYZ系统一样，系统一样，RGBRGB颜色框架是个颜色框架是个加色模型加色模型。第11页/共27页 多种基色的强度加在一起生成另一种颜色
10、。多种基色的强度加在一起生成另一种颜色。立方体边界的每一个颜色点表示一个三元组立方体边界的每一个颜色点表示一个三元组(R,G,B)(R,G,B)，R R、G G和和B B的值在的值在0 0到到1 1的范围内赋值，一种颜色的范围内赋值，一种颜色F F在在RGBRGB中表示为：中表示为：F=RR+GG+BB F=RR+GG+BB 灰色的明暗度灰色的明暗度由立方体的原点由立方体的原点 到白色顶点的主对角线上的位到白色顶点的主对角线上的位 置来表示。置来表示。对角线上每一点是每一种基对角线上每一点是每一种基色等量的混合。色等量的混合。RGBRGB视频监视器视频监视器由分开的红、由分开的红、蓝和绿信号组
11、成，蓝和绿信号组成，生成屏幕磷生成屏幕磷 粉组合光颜色粉组合光颜色。第12页/共27页2.颜色模型A.RGB 模型B.CMY 模型C.YIQ 模型 D.HSV 模型E.HLS 模型第13页/共27页B.B.CMYCMY模型模型模型模型 用用色色青青、品品红红和和黄黄定定义义的的颜颜色色模模型型(CMY)(CMY)用用来来描描述述往往硬硬拷贝设备上输出的颜色。拷贝设备上输出的颜色。绘绘图图仪仪之之类类的的硬硬拷拷贝贝设设备备通通过过往往纸纸上上涂涂颜颜料料来来生生成成彩彩色图片，通过色图片，通过反射光反射光来看见颜色，这是一种来看见颜色，这是一种减色处理减色处理。第14页/共27页 在在CMYC
12、MY模型中，模型中，点点(1,1,1)(1,1,1)因所有投射光成份都被减掉而表示黑色；因所有投射光成份都被减掉而表示黑色；原点表示白色；原点表示白色；沿着立方体对角线每种基色量均相等而生成灰色；沿着立方体对角线每种基色量均相等而生成灰色；青青色色和和品品红红墨墨水水的的混混合合生生成成蓝蓝色色，因因投投射射光光的的红红色色和和蓝蓝色色成成份份都都被被吸吸收；收；其他颜色也由类似的减色处理产生。其他颜色也由类似的减色处理产生。使用使用CMYCMY的打印通过的打印通过四个墨点的集合四个墨点的集合来产生颜色点。来产生颜色点。三三种种基基色色(青青、品品红红和和黄黄)各各使使用用一一点点，黑黑色色也
13、也使用一点。使用一点。青青色色、品品红红色色和和黄黄色色墨墨水水的的混混合合通通常常生生成成深深灰灰色而不是黑色，所以黑色单独包括在其中。色而不是黑色，所以黑色单独包括在其中。有有些些绘绘图图仪仪通通过过重重迭迭喷喷上上三三种种基基色色的的墨墨水水并并让让它它们们在在干干之前混合来生成各种颜色。之前混合来生成各种颜色。第15页/共27页2.颜色模型A.RGB 模型B.CMY 模型C.YIQ 模型 D.HSV 模型E.HLS 模型第16页/共27页C.C.YIQYIQ模型模型模型模型YIQYIQ颜色模型中的参数颜色模型中的参数Y Y与与XYZXYZ模型中相同。模型中相同。亮度信息包含在亮度信息包
14、含在Y Y参数中参数中。黑白电视监视器只使用黑白电视监视器只使用Y Y信号。信号。NTSCNTSC视频信号最大带宽赋给视频信号最大带宽赋给Y Y。色度信息色度信息(色彩和纯度色彩和纯度)结合在结合在I I和和Q Q参数中。参数中。为为Y Y参数选择的红蓝绿色组合给出了标准亮度曲线。参数选择的红蓝绿色组合给出了标准亮度曲线。参数参数I I包含有包含有橙橙-青青色彩信息色彩信息 提供色调的明暗度，占大约提供色调的明暗度，占大约1.51.5兆赫带宽。兆赫带宽。参数参数Q Q给出给出绿绿-品红品红色彩信息色彩信息 带宽约为带宽约为0.60.6兆赫。兆赫。第17页/共27页2.颜色模型A.RGB 模型B
15、.CMY 模型C.YIQ 模型 D.HSV 模型E.HLS 模型第18页/共27页D.D.HSVHSV模模模模型型型型 HSVHSV模型使用模型使用对用户更直观对用户更直观的颜色描述方法。的颜色描述方法。要要给给出出一一种种颜颜色色描描述述：用用户户需需选选择择一一种种光光谱谱色色，并并加加入入一一定定量量白色白色和和黑色黑色来获得不同的来获得不同的明暗明暗、色泽色泽和和色调色调。这个模型中的颜色参数是：这个模型中的颜色参数是：色彩色彩(H)(H)；饱和度饱和度(S)(S)；明度值明度值(V)(V)。HSVHSV模型是定义在圆柱颜色坐标系中的六棱锥模型是定义在圆柱颜色坐标系中的六棱锥 饱和度饱
16、和度沿水平轴测量沿水平轴测量 明度明度值沿通过中心的垂直轴测量。值沿通过中心的垂直轴测量。色色彩彩用用与与水水平平轴轴间间的的角角度度来来表表示示，范范围围从从0 0 到到360360。第19页/共27页HSVHSV模型的效模型的效模型的效模型的效用用用用 HSVHSV模型对多数用户是一个较直观的模型。模型对多数用户是一个较直观的模型。通常，用模型的接口给出颜色板中通常，用模型的接口给出颜色板中HSVHSV参数选择。参数选择。从指定一种从指定一种纯色彩纯色彩开始，开始，即：指定色彩角即：指定色彩角HH，且：，且：V=S=1V=S=1。通过将通过将白色或黑色白色或黑色加入到加入到纯色彩纯色彩中来
17、描述所要的颜色，中来描述所要的颜色，增加黑色：减小增加黑色：减小V V，而，而S S保持不变：保持不变：要得到深蓝色，要得到深蓝色，V=0.4V=0.4，S=1S=1，且，且HH240240 将白色加进所选色彩中时，参数将白色加进所选色彩中时，参数S S减小而减小而V V保持不变：保持不变：浅蓝色用浅蓝色用 S=0.3,S=0.3,V=1V=1，且，且H=240H=240 来设定。来设定。添加一些黑色和白色，则同时减小添加一些黑色和白色，则同时减小V V和和S S。第20页/共27页2.颜色模型A.RGB 模型B.CMY 模型C.YIQ 模型 D.HSV 模型E.HLS 模型第21页/共27页
18、E.E.HLSHLS模型模型模型模型 是是一一个个基基于于直直观观颜颜色色参参数数的的模模型型，该该模模型型表表示示为如图所示的双棱锥体。为如图所示的双棱锥体。该该模模型型中中的的三三个个参参数数称称为为色色彩彩(H)(H)，亮亮度度(L)(L)和色饱和度和色饱和度(S)(S)。与与HSVHSV模模型型一一样样，HLSHLS模模型型允允许许用用户户按按选选择择色色彩更暗些或更亮些的概念来思考。彩更暗些或更亮些的概念来思考。一一种种色色彩彩通通过过色色彩彩角角HH来来选选择择，而而所所需需的的明明暗、色泽及色调则通过调节暗、色泽及色调则通过调节L L和和S S来获得。来获得。增加增加L L使颜色
19、更亮，减少使颜色更亮，减少L L则使其更暗些。则使其更暗些。当当S S减少时，颜色向灰色变化。减少时，颜色向灰色变化。第22页/共27页第九章 真实感图形绘制一、颜色模型1.真实感图形绘制概述2.颜色模型3.颜色的使用第23页/共27页颜色的选颜色的选颜色的选颜色的选择择择择 获得一组颜色坐标的方法是获得一组颜色坐标的方法是从颜色模型某子空间中来产生从颜色模型某子空间中来产生。如如果果颜颜色色是是从从沿沿RGBRGB或或CMYCMY立立方方体体中中任任一一直直线线段段上上的的规规则则间间隔隔中中选选择择，可以得到一组匹配得较好的颜色。可以得到一组匹配得较好的颜色。随机地选取色彩可能会导致刺目和
20、不调和的颜色组合。随机地选取色彩可能会导致刺目和不调和的颜色组合。选择颜色组合的另一种考虑是选择颜色组合的另一种考虑是人类视觉系统不同程度的感受人类视觉系统不同程度的感受 这是因为人眼是按频率来注意到颜色的：这是因为人眼是按频率来注意到颜色的：蓝色特别有助于放松；蓝色特别有助于放松；红红色色图图案案附附近近显显示示蓝蓝色色图图案案会会引引起起眼眼疲疲劳劳，因因注注意意力力从从一一个个区区域域转向另一区域时要不断地重新聚焦。转向另一区域时要不断地重新聚焦。分分开开这这些些颜颜色色或或使使用用HSVHSV模模型型中中的的一一半半或或更更少少的的颜颜色色可可减减少少上上述述问题。问题。作作为为一一种
21、种规规则则，使使用用较较少少的的颜颜色色比比较较多多颜颜色色能能产产生生更更令令人人满满意意的的显显示示，而而色泽和明暗比纯色彩色泽和明暗比纯色彩更调和；对更调和；对背景背景来说最好来说最好使用灰色使用灰色或或前景色前景色的的补色补色。第24页/共27页颜色的指颜色的指颜色的指颜色的指定定定定红红0.40.4蓝蓝0.60.6绿绿0.30.3红红蓝蓝绿绿颜色设置颜色设置3 30 0 270270 180180 9090 饱和度饱和度明明度度0 01 10 01 1饱和度饱和度色色 调调4545 0.60.60.80.8明明 度度颜色样品颜色样品RGB模型颜色指定方式HSV模型颜色指定方式第25页
22、/共27页颜色插值颜色插值颜色插值颜色插值 指对两个给定颜色进行插值以产生位于它们之间的指对两个给定颜色进行插值以产生位于它们之间的均匀过渡均匀过渡的颜色。的颜色。在在三三个个场场合合有有着着重重要要的的应应用用：真真实实感感图图形形显显示示的的着着色色处处理理、反反走走样样算算法法以以及及制制作作动动画画时时需需要要的的图图像像融融合合（产产生生淡淡入入淡淡出出的的效效果）。果）。颜颜色色插插值值结结果果依依赖赖于于所所采采用用的的颜颜色色模模型型，必必须须小小心心地地选选择择一一个个合适的模型合适的模型。从从一一个个颜颜色色模模型型到到另另一一个个颜颜色色模模型型的的转转换换将将直直线线段段变变换换成成另另一一颜颜色色空空间间的的直直线线段段，那那么么采采用用这这两两个个模模型型进进行行线线性性插插值值的的结果是相同的。结果是相同的。对对着色着色来讲，可采用前面的任一种颜色模型，来讲，可采用前面的任一种颜色模型，当进行当进行反走样反走样或或图像溶合图像溶合时，一般采用时，一般采用RGBRGB模型比较合适。模型比较合适。对对色色彩彩相相同同的的两两种种颜颜色色进进行行插插值值，并并希希望望保保持持该该色色彩彩的的话话，采采用用HSVHSV模型较好。模型较好。第26页/共27页感谢您的观看！第27页/共27页