Фрактальная графика

Фрактал - это рисунок, который состоит из подобных между собой элементов. Существует большое количество графических изображений, которые являются фракталами: треугольник Серпинского, снежинка Коха, "дракон" Хартера-Хейтуея, множество Мандельброта. Построение фрактального рисунка осуществляется по какому-то алгоритму или путём автоматической генерации изображений при помощи вычислений по конкретным формулам. Изменения значений в алгоритмах или коэффициентов в формулах приводит к модификации этих изображений. Главным преимуществом фрактальной графики есть то, что в файле фрактального изображения сохраняются только алгоритмы и формулы.

Трёхмерная графика

Трёхмерная графика (3D-графика) изучает приёмы и методы создания объёмных моделей объектов, которые максимально соответствуют реальным. Такие объёмные изображения можно вращать и рассматривать со всех сторон. Для создания объёмных изображений используют разные графические фигуры и гладкие поверхности. При помощи их сначала создаётся каркас объекта, потом его поверхность покрывают материалами, визуально похожими на реальные. После этого делают осветление, гравитацию, свойства атмосферы ии другие параметры пространства, в котором находиться объект. Для двигающихся объектом указывают траекторию движения, скорость.

8. Представление цвета в компьютере. Модели представления цвета.

Как уже отмечалось, каждая точка растрового изображения содержит информацию о ее цвете. Любой векторный объект также содержит информацию о цвете его контура и заливки. Информация может занимать от одного до тридцати двух битов и зависит от глубины цвета. Конкретный вид информации о цвете определяется используемым методом представления цвета.

Численно описать цвет непросто и поэтому существует несколько способ такого описания. Прежде всего, при представлении цвета в компьютере используются так называемые цветовые модели. Так сложилось, что разные устройства для ввода или отображения графической информации используют разные цветовые модели. Это во многом связано с тем, что цвета образуются в природе различными способами.

Модели представления цвета

Возможно, вы уже сталкивались с проблемой, когда один и тот же цветной рисунок по-разному выглядит как на экране монитора, при выводе на цветной принтер и при печати в типографии. Почему каждое цветное устройство воспроизводит изображение по-разному? Дело в том, что для воспроизведения цвета в устройствах используются различные технологии и способы кодирования цвета. На сегодняшний день не существует технологии, которая могла бы передать все цвета и оттенки, различаемые человеческим лазом.

1. В мониторе цвета создаются путем бомбардировки люминофора электронным лучом. При этом каждая точка изображения состоит на самом деле из трех цветных точек: красной, синей и зеленой. Это так называемая аддитивная (суммирующая) RGB модель: Red – красный, Green – зеленый, Blue – синий. Выражение цвета на основе такой модели использует такой подход, что путем смешивания нескольких цветов, называемых базовыми или основными цветами, можно получить остальные цвета, называемые составными. Таким образом, любой цвет можно математически описать как некоторую числовую пропорцию базовых цветов. В аддитивной модели черный цвет образуется, когда интенсивность всех трех составляющих равна нулю, а белый – когда интенсивность всех трех составляющих максимальна.

В модели RGB теоретически невозможно с помощью трех составляющих получить некоторые цвета, например, насыщенный сине-зеленый, поэтому работать с моделью цвета RGB не всегда удобно. Кроме того, эта модель не является универсальной, так как сильно привязана к оборудованию.

2. При печати изображения на принтере на бумагу наносятся различные краски. Некоторые краски прозрачные, некоторые – нет. При смешивании красок на бумаге, отдельные цвета поглощаются или отражаются. Чтобы описать цвет, образующий таким образом, была разработана цветовая модель, использующая вычитание цветов при образовании нового цвета. Цветовая модель, построенная по такому принципу, называется разностной или субтрактивной.

В разностной модели основные цвета образуются путем вычитания из белого цвета основных цветов модели RGB. Таким образом, в этом случае основных цветов тоже три: Cyan – голубой (образуется при поглощении красного), Magenta – пурпурный или малиновый (поглощается зеленый), Yellow – желтый (поглощается синий).

При смешении субтрактивных основных цветов результирующий цвет затемняется, то есть при этом поглощается больше цвета или наносится больше краски. Таким образом, при смешении максимальных значений основных цветов мы должны получить черный цвет, а при полном отсутствии краски должен получиться белый цвет.

Данная модель называется CMY, широко используется в полиграфии. Пурпурный, голубой, желтый цвета составляют так называемую полиграфическую триаду, и при печати этими красками можно отобразить на бумаге большую часть видимых оттенков. Однако на практике все краски имеют примеси, и их смешение будет давать не тот цвет, который ожидается.

Чтобы решить эту проблему, в число основных цветов был добавлен черный цвет. Такая цветовая модель называется CMYK. Cyan – голубой, Magenta – пурпурный, Yellow – желтый, black – черный (или Key – ключевой цвет). Итак, CMYK – четырехканальная цветовая модель, широко применяемая в полиграфии. При использовании CMYK модели наложение каждой краски на белую бумагу аналогично наложению цветового фильтра, который пропускает только строго определенный цветовой диапазон отраженного от бумаги света, удаляя или вычитая все остальные. В полиграфии часто используют при цветной печати наряду с черным и другие чистые цвета, которые плохо получаются с помощью смешивания. Самый распространенный пример – печать золотистой краской.

Существенной особенностью описанных выше моделей представления цвета является то, что цвета определялись как результат смешения. Кроме того, системы RGB и CMYK удобны при работе с определенной аппаратурой.

3. Существует третья группа цветовых моделей, которая называется перцепционные (perception – восприятие, ощущение) цветовые модели. Предыдущие модели основывались на особенностях аппаратуры для ввода или отображения графики, перцепционные цветовые модели ориентированы на восприятие цвета человеком. Особенность глаза такова, что, несмотря на узкий цветовой диапазон, который мы можем видеть, и в этом диапазоне мы можем различать миллиарды цветов, то есть намного больше, чем может отобразить самый лучший монитор или сканер.

Перцепционные цветовые модели описывают любой воспринимаемый цвет координатами трехмерного пространства. Одно значение определяет яркость, причем сама по себе яркость не несет в себе никакой информации о цвете, а два других значения количественно характеризуют цвет.

Цвет в таких моделях является независимым от аппаратуры воспроизводящей или воспринимающей цвета. Цветовой диапазон таких моделей шире, чем моделей RGB и CMYK. Поэтому в программах для работы с графикой перцепционные модели цвета используются в качестве основы для безопасного (без потери цвета) преобразования цветов между различными устройствами. Рассмотрим наиболее распространенные перцепционные цветовые модели.

В модели HSV каждый цвет определяется своим цветовым тоном – Hue, насыщенностью – Saturation и яркостью – Value.

В этих моделях цветовой тон часто указывается как точка в цветовом колесе, то есть в круге, в котором есть все цвета независимо от спектра. Насыщенность – это параметр цвета, определяющий тусклость цвета. По краю цветового круга располагаются максимально насыщенные цвета (100%), а в центре – минимально насыщенные (0%). Цвет с уменьшением насыщенности осветляется, и при нулевой насыщенности любой цвет становится белым.

Яркость представляет собой параметр цвета, определяющий освещенность или затененность цвета. Все цвета круга имеют максимальную яркость (100%), и ярче уже быть не могут. Яркость можно уменьшить до минимума (0%). Уменьшение яркости цвета означает его затемнение и при значении яркости 0% любой цвет становится черным.

Основным преимуществом перцепционных моделей цвета является их аппаратная независимость, благодаря которой такие модели можно использовать для всех устройств. Кроме того, цветовые характеристики получаются независимыми друг от друга, и их гораздо легче менять, чем, например, в модели RGB. Недостаток перцепционных моделей цвета состоит в том, что необходимо осуществлять преобразования в модель RGB для отображения на экране монитора или в модель CMYK для получения напечатанного листа. При этом необходимо помнить, что такие преобразования обычно приводят к потерям воспроизведения цвета.

Кроме перечисленных перцепционных моделей, существуют еще две часто используемые цветовые модели: YCC и LAB. Поскольку эти модели также являются перцепционными, то они содержат три цветовых компонента

Все модели YCC значение компоненты Y представляют собой яркость, а оставшиеся две компоненты С и С представляют соотношения между пурпурным и зелеными между желтым и синим цветом соответственно.

В цветовой модели LAB компонента L отвечает за яркость и контрастность, а компоненты А и В представляют собой соотношение между зеленым и красным и соотношения между голубым и желтым.

Эти модели являются также не зависимыми от типа устройств, и их можно применять как при просмотре на мониторе, так и при печати на принтере.

Для хранения цвета в компьютерном представлении видеоинформации применяют модель YUV. В этой модели значение компоненты Y представляет собой яркость, а оставшиеся компоненты U и V описывают информацию о цвете. В зависимости от пропорций этих компонент данная цветовая модель может отображать от двух миллионов до шестнадцати миллионов цветов.

Часто используют Grayscale (серые полутоновые) цветовые модели. В таких моделях каждый пиксель изображения имеет глубину цвета 8 бит. Это обуславливает то, что все тона и цвета изображения должны быть воспроизведены, используя 256 оттенков серого цвета.

В заключении обобщим информацию о различных цветовых моделях:

CMY (голубой, пурпурный, желтый)

CMYK (голубой. Пурпурный, желтый, черный)

CMYK256 (голубой, пурпурный, желтый, черный, 256 градаций)

RGB (красный, зеленый, синий)

HSB (цветовой тон, насыщенность, яркость)

HSV (цветовой тон, насыщенность, величина яркости)

HLS (цветовой тон, светлость, насыщенность)

LAB (светлость, зелено-красный, голубовато-желтый)

YIQ (аналог телевизионного стандарта NTSC, вариант HSV)

YUV (аналог телевизионного стандарта PAL, вариант HSV)

Grayscale (шкала серого цвета)

B&W (черно-белые)

Registration color (совмещение цветов)