Мультимедиа в образовании: контекст информатизации (стр. 39 )

Художественные заливки

Наряду с одноцветными и градиентными заливками цветом замкнутых областей, в компьютерной графике используются различного рода художественные заливки – фильтры, специальным образом присваивающие или перераспределяющие имеющиеся на экране цвета. В векторной графике, где цвет можно только присвоить, художественные заливки определяются наложением текстур и материалов; в растровой, где возможно перераспределение цвета, этот список намного больше. Здесь художественные заливки позволяют не только присваивать текстуры и материалы, но и высветлять или затемнять изображения, сглаживать или обострять цветовые границы, «накладывать» цветные пленки, получать негативы, создавать рельефные изображения и т. д.

Большинство растровых программ позволяют пользователю варьировать технику наложения цвета, имитируя масляную или акварельную живопись, рисование углем, пастелью, карандашами, фломастерами, пером, сухой кистью или пульверизатором. Кроме того, некоторые пакеты позволяют воспроизводить различные художественные приемы – стили известных мастеров живописи и рисунка. Например, точечную манеру Джорджа Сюрэ, короткие многоцветные штрихи Винсента ван Гога, яркие пятна Генри Матисса, кубообразные формы Пабло Пикассо, каллиграфию восточной графики и пр.

Цветовая модель CMY (CMYK)

Цветовая модель CMY – это система цветов, используемых в печати. CMY-модель можно рассматривать как противоположную RGB. Если основная цветовая модель компьютерной графики – RGB – определяет добавление оттенков к черному цвету экрана и при полной интенсивности первичных цветов образует белый, то CMY-модель, ориентируясь на белый фон бумаги в печати, вычитает оттенки из белого и при полной интенсивности первичных цветов образует черный. Это соответствует теории отраженного света (а именно в отраженном спектре зритель видит изображение на листе бумаги), которая определяет черный цвет как результат поглощения всех составляющих спектра, а белый – как результат полного отражения. Первичными цветами отраженного света являются голубой, пурпурный и желтый. Именно эти цвета (cyan, magenta, yellow) лежат в основе CMY-модели, а изменение их параметров позволяет получать вторичные оттенки.

Максимальное значение трех основных цветов соответствует черному, а нулевое – белому; одинаковые промежуточные значения определяют оттенки серого. Чистый цвет (голубой, пурпурный, желтый) задается максимальным значением соответствующего компонента при нулевых значениях остальных двух. Более светлый оттенок чистого цвета получают, уменьшая его содержание при неизменности значений двух других цветов. Изменение общей яркости цвета достигается изменением в равной степени всех составляющих CMY.

Таким образом, общее число потенциально возможных оттенков зависит от того, сколько уровней интенсивности доступно для каждого из первичных цветов.

На практике, независимо от значений CMY, используется дополнительный черный цвет. В результате образуется стандартная CMYK-модель, используемая на сегодняшний день при четырехцветной печати. При этом черный цвет – добавочный, поскольку максимальное содержание первых трех цветов и без того образует черный.

Поскольку модель CMY (CMYK) является инвертированной, то соответствующее ей изображение на экране монитора можно увидеть только путем преобразования из системы RGB, но не параллельно последней.

Цветовая модель HSB

Цветовая модель HSB основана на принципах восприятия цвета мозгом человека. Составной цвет достигается за счет таких параметров, как оттенок (hue), насыщенность (saturation) и яркость (brightness).

Оттенок – это характеристика цвета, зависящая от разницы в восприятии данного цвета фиксированной интенсивности и его спектрального «аналога». Так, например, розовый, алый и коричневый – оттенки одного и того же красного цвета. Яркость позволяет воспринимать цвет более или менее блеклым (светлым – темным) и может быть определена, как градация серого цвета. Переводя в черно-белое представление цветное изображение, можно определить разницу в яркости составляющих его цветов.

Насыщенность – это характеристика цвета, зависящая от разницы между восприятием данного оттенка и его максимальной яркостью. Свет без насыщенности – ахроматический свет, т. е. не имеющий цвета. Изображение шкалы с постепенным изменением заданного оттенка по насыщенности при постоянной яркости в черно-белом варианте выглядит серой полосой. Пастельные цвета – пример оттенков с частичной насыщенностью.

Три характеристики – оттенок, яркость и насыщенность – можно представить в виде цветового пространства (color space). Центральная ось – ось насыщенности (S). В зависимости от расположения на данной оси, рассматривается соответствующая цветовая плоскость. На данной цветовой плоскости необходимый цвет задается значениями оттенка (Н) и яркости (В). С помощью этих трех осей можно описать любой цвет.

Заметим, что модель HSB параллельна модели RGB. При выводе графической информации на экран монитора значения параметров HSB автоматически преобразуются в RGB и наоборот.

Цветовая модель Lab

Цветовая модель Lab основана на цветовой модели, предложенной Международной Комиссией d` Eclairage в 1931 г. в качестве стандарта для измерения цвета.

Модель Lab решает проблему цветового представления на мониторах и печатающих устройствах различного типа, поскольку является устройство-независимой (device independent).

Основными параметрами Lab являются: освещенность (luminance or lightness) и две компоненты цвета, первая из которых варьируется в пределах от зеленого до красного цветов, вторая – от синего до желтого. Эти компоненты представляются тремя каналами по 8 бит на каждый. Поскольку один из каналов характеризует только освещенность, не затрагивая цвет, то данная модель позволяет редактировать яркость оттенков, не изменяя остальных характеристик.

Lab-модель удобно использовать при обмене фрагментами изображений между основными цветовыми моделями – RGB, HSB и CMYK. Кроме того, устройство-независимую Lab-модель удобно использовать при передаче изображения с одного монитора на другой; в этом случае не будет меняться цветовосприятие.

Цветовая модель RGB

Цветовая модель RGB построена на основе трихроматической компонентной теории восприятия цвета (теории Юнга – Гельмгольца), согласно которой красный, зеленый и синий цвета являются первичными цветами излучаемого света. Смесь первичных цветов образует вторичные. Так, смешением красного и синего образуется фиолетовый цвет, а зеленого и синего – бирюзовый. Поскольку экран монитора является своеобразным источником света, то именно эта модель и была принята за основу для показа цветовых изображений.

RGB-модель – позволяет задавать характеристики цвета путем изменения доли содержания в нем основных цветов. При этом поддерживается возможность напрямую манипулировать значениями чисел, поданных на каждый из трех ЦАП-конверторов (красный, зеленый и синий) и на каждый прожектор электронно-лучевой трубки.

Максимальное значение трех регуляторов первичных цветов соответствует белому, а нулевое – черному цвету. Белый цвет при этом обусловлен одновременным наличием всех составляющих спектра, черный – отсутствием всякого излучения. Именно поэтому большинство компьютерных программ использует в качестве основного фона черный.

Одинаковые промежуточные значения трех цветовых компонентов задают оттенки серого цвета. Чистый цвет (красный, зеленый или синий) задается максимальным значением соответствующего цветового компонента при нулевых положениях остальных двух. Более темный оттенок чистого цвета получается, если уменьшить его содержание при неизменности значений двух других цветов. Изменение общей яркости цвета достигается изменением в равной степени всех трех составляющих RGB.

Таким образом, общее число потенциально возможных оттенков зависит от того, сколько уровней интенсивности доступно для каждого из первичных цветов.

Заметим, что модель RGB параллельна модели HSB. При выводе графической информации на экран монитора значения параметров RGB автоматически преобразуются в HSB, и наоборот.

Цифровое видео

Для создания цифрового представления видеоизображения применяется следующая процедура. Аналоговые сигналы от видеоисточников, например, с камеры, преобразуются перед оцифровкой в компонентную цветовую систему YUV или в аналогичное цветовое представление. Затем полученный видеосигнал преобразуется в цифровую форму при помощи специального устройства, называемого «аналого-цифровой преобразователь» (АЦП, ADC – Analog-to-Digital Converter). Результат этого преобразования представляет собой последовательность байтов, кодирующих цвет каждого пикселя в кадре изображения. Объединение информации о каждом кадре формирует поток данных, полностью описывающих видеофрагмент. Видео-изображение в таком представлении можно в дальнейшем обрабатывать, хранить или передавать практически неограниченное число раз.

При записи в компьютер видеоинформация может храниться в виде «большой» последовательности отдельных кадров (в PAL – 25 кадров в с.) или в виде специального стандартного ФЦВ (файла цифрового видео – digital video file). Такие файлы бывают трех основных форматов – Microsoft AVI (Audio Video Interleaved), Apple s QuickTime и MPEG (Motion Picture Expert Group). ФЦВ может содержать звуковую дорожку (или звуковое сопровождение), которое синхронизировано с цифровым видеоизображением.

Для того, чтобы просмотреть цифровое видеоизображение, необходимо преобразовать цифровую информацию обратно в аналоговую форму. Данную процедуру осуществляет цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП, DAC – Analog-to-Digital Converter). ЦАП формирует необходимый аналоговый видеосигнал, который воспринимается видеомонитором или телевизором, что позволяет осуществить просмотр видеофрагмента.

Цифровой способ записи звука

Цифровой способ записи звука основывается на преобразовании аналогового аудиосигнала в цифровое представление. Этот процесс представляет собой измерение значения амплитуды входного аудиосигнала с определенной частотой дискретизации и последующее кодирование полученного значения в двоичной форме. Таким образом, после аналого-цифрового преобразования аналоговый сигнал преобразуется в последовательность логических нулей и единиц, которые могут кодироваться всего двумя уровнями: высоким и низким. Эти два сигнала обычно сильно отличаются друг от друга по сравнению с компонентами сложного исходного сигнала, и их гарантированно только два. Следовательно, при перезаписи информации восстановление этих сигналов позволяет свести помехи к нулю, т. е. осуществить перезапись цифрового звука без потери качества.