计算机图形学颜色视觉详解演示文稿

计算机图形学颜色视觉详解演示文稿第一页，共二十五页。1优选计算机图形学颜色视觉第二页，共二十五页。21.概述颜色属于物理学和生理学的范畴，它的形成是一个复杂的物理和生理相互作用的过程，其中涉及光的传播特性、人眼结构及人脑心理感知等内容。生理及心理因素会影响人对颜色的主观判断：色彩对比效应：观察相邻区域的不同颜色时，视觉系统感知的色彩会发生变化。(每一种颜色会在其周围诱导出其互补色)明度对比效应：相邻区域颜色对比强烈时，视觉系统感知的亮度会发生偏移。(也称马赫带效应，MachBand)颜色适应效应：当人眼受到颜色的强刺激作用时，会使感受到的颜色的明度和饱和度发生变化。如，若对某一颜色适应后再观察另一颜色，后者会发生变化，且带有原观察颜色补色的成分。第三页，共二十五页。3色彩对比效应：长时间观察，会呈现绿色MachBand效应：中间的方块具有相同的亮度，但视觉上感觉下面的方块要亮些。颜色适应效应：长时间观察红光后再去观察黄光，会呈现绿色，经过一段时间后会恢复。第四页，共二十五页。41.概述视觉也有错误！第五页，共二十五页。52.颜色的特性－视觉特性从两个不同方面来描述颜色的特性。视觉角度、物理学角度颜色的三个视觉特性(视觉角度)：从人的视觉系统看，色彩可用色调、饱和度和亮度来描述。人眼看到的任一彩色光都是这三个特性的综合效果，这三个特性可以说是“色彩的三要素”。第六页，共二十五页。62.颜色的特性－视觉特性色调(Hue)：一种颜色区别于其他颜色的因素，如：红、绿、蓝色调是相对连续变化的。用一个园环来表现色调的变化，就构成了一个色彩连续变化的色环。第七页，共二十五页。72.颜色的特性－视觉特性饱和度(Saturation)：指颜色的纯度。单色的色饱和度为100%，非彩色光(白光)的色饱和度为0%。例如：鲜红色饱和度高，而粉红色的色饱和度低等等。在饱和的彩色光中增加白光的成分，相当于增加了光能，因而变得更亮了，但是它的饱和度却降低了。若“增加”黑色光的成分，相当于降低了光能，因而变得更暗，其饱和度也降低了。第八页，共二十五页。82.颜色的特性－视觉特性亮度(Lightness)：光给人的刺激的强度。黑色到白色，亮度越来越大。同一物体因受光不同会产生亮度上的变化。不同颜色的光，强度相同时照射同一物体也会产生不同的亮度感觉。

亮度也可以说是指各种纯正的色彩相互比较所产生的明暗差别。在纯正光谱中，黄色的亮度最高，显得最亮；其次是橙、绿；再其次是红、蓝；紫色亮度最低，显得最暗。第九页，共二十五页。92.颜色的特性－物理特性颜色的物理特性主波长（DominantWavelength)产生颜色光的波长，对应于视觉特性的色调纯度(Purity)对应于视觉特性的饱和度明度(Luminance)对应于视觉特性的亮度第十页，共二十五页。103.三色学说－光的物理知识光可以由它的光谱能量P(λ)的分布来表示：各种波长的能量大致相等，为白光；各波长的能量分布不均匀，为彩色光；包含一种波长的能量，其他波长都为零，是单色光。光谱能量分布定义颜色十分麻烦：光谱与颜色的对应关系是“多对一”；两种光的光谱分布不同而颜色相同的现象称为“异谱同色”。400700能量波长λnmP(λ)400700能量波长λnmP(λ)400700能量波长λnmP(λ)第十一页，共二十五页。113.三色学说必须采用其他的定义颜色的方法，使光本身与颜色一一对应。三色学说(三刺激理论，1862年，Helmhotz)：一种假设：在人眼视网膜中有3种对颜色敏感的锥体细胞，它们分别对红、绿、蓝3种颜色最敏感。三者共同作用，使人们产生了不同的颜色感觉。任何一种颜色可以用红、绿、蓝三色按照不同比例混合来得到；(三原色：适当比例混合得到白色，任意两种混合不能生成第三种。)颜色科学中最基本、最重要的理论。计算机图形学中采用颜色模型都是根据这个学说提出来的。是图形学的生理视觉基础。第十二页，共二十五页。124.颜色系统－CIE-RGB系统自然界中各种颜色都能由3种原色光按一定的比例混合而成(CIE-RGB系统)：C=rR+gG+bBCIE（国际照明委员会）规定的标准红、绿、蓝三种光的波长分别为：红光（R）λR=700nm绿光（G）λG=546.1nm蓝光（B）λB=435.8nm400500600700-0.200.20.4三刺激值λrgbCIE-等能标准三原色匹配任意颜色的光谱三刺激值曲线nm第十三页，共二十五页。134.颜色系统－CIE-RGB系统CIE-RGB曲线一部分三刺激值是负数，表明只能在给定实验光上叠加曲线中负值对应的原色，去匹配另两种原色的混合光。表明一些颜色不能够通过将三原色混合来得到。如：RGB彩色监视器不能显示500nm波长左右的颜色。不易理解，计算不便。400500600700-0.200.20.4三刺激值λrgbCIE-等能标准三原色匹配任意颜色的光谱三刺激值曲线nm第十四页，共二十五页。144.颜色系统－CIE-XYZ系统1931年，CIE利用三种假想的标准原色X(红)、Y(绿)、Z(蓝)，使颜色匹配的三刺激值都是正值。→CIE-XYZ系统：任何颜色都能由标准三原色混合匹配，即

C=xX+yY+zZ00.51.01.5三刺激值400500600700λnmxyz1931年CIE标准观察者曲线第十五页，共二十五页。154.颜色系统－CIE色度图所有颜色向量组成了x、y和z的三维空间第一象限的锥体。取一个截面：x+y+z＝1；该截面与三个坐标平面的交线构成一个等边三角形，每一个颜色向量与该平面都有一个交点，每一个点代表一个颜色，它的空间坐标(x,y,z)表示为该颜色在标准原色下的三刺激值，称为色度值。所有的色度值形成一个马蹄形区域(色度图)。第十六页，共二十五页。164.颜色系统－CIE色度图二维表示：把色度图投影到xoy平面上→CIE色度图0.20.40.60.80.20.40.60.8XY红黄绿青蓝紫700600580560540520510500490480400C第十七页，共二十五页。174.颜色系统－CIE色度图CIE色度图区域的边界和内部代表了所有可见光的色度值(x,y,z)；CIE色度图的翼形轮廓线代表所有可见光波长的轨迹，即可见光谱曲线。沿线的数字表示该位置的可见光的主波长。中央的C对应于近似太阳光的标准白光。C第十八页，共二十五页。184.颜色系统－CIE色度图CIE色度图的用途：得到光谱色的互补色；确定所选颜色的主波长和纯度；定义一个颜色域；CRT(三角形区域)，Printer(不规则区域)、胶卷等系统都不能生成可见光谱上的所有颜色。第十九页，共二十五页。194.颜色系统虽然CIE色度图给出了描述颜色的标准精确方法，但是，它的应用还是比较复杂。在计算机图形学中，通常使用一些通俗易懂的颜色系统——颜色模型，它们都基于三维颜色空间。颜色模型是指某个三维颜色空间中的一个可见光子集，包含某个颜色域的所有颜色。颜色模型的用途是在某个颜色域内方便地指定颜色。第二十页，共二十五页。204.颜色系统没有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不同的颜色特征。一些模型是适用于硬件的：用于彩色CRT监视器的RGB模型；用于彩色打印系统的CMY（青色、品红色、黄色）模型；用于彩色广播电视系统的YIQ模型；…另一些模型是以易用性为目的，为用户提供更直观的颜色参数，如HSV，HLS模型；第二十一页，共二十五页。214.颜色系统－RGB颜色模型基于红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色定义的RGB加色系统。通常用于彩色光栅图形显示设备中；(发光设备)真实感图形学中的最主要的颜色模型；采用三维直角坐标系；RGB立方体蓝(0,0,1)青(0,1,1)绿(0,1,0)白(1,1,1)品红(1,0,1)红(1,0,0)黄(1,1,0)黑(0,0,0)RGB第二十二页，共二十五页。224.颜色系统－CMY颜色模型以红、绿、蓝的补色青(Cyan)、品红(Magenta)、黄(Yellow)为原色构成的减色系统；在白色中减去某种颜色来定义一种颜色，又被称为减性原色系统。在白纸面上涂黄色和品红色，纸面上将呈现红色：白光被吸收了蓝光和绿光，只能反射红光。用于印刷行业中。(反射)黄(0,0,1)红(0,1,1)品红(0,1,0)黑(1,1,1)绿(1,0,1)青(1,0,0)蓝(1,1,0)白(0,0,0)CMY第二十三页，共二十五页。234.颜色系统－RGB和CMY的关系Colormanagement

System(CMS)第二十四页，共二十五页。244.颜色系统

－YIQ模型Y：亮度信号，由R、G、B以适当比例混合； I：同相信号，包含了橙-青的彩色信息(肉色色调)； Q：正交信号，包含了绿-品红的彩色信息(其余色调)；NTSC提出，应用于电视广播系统(传输带宽有限)。向后