计算机图形学-12颜色模型课件

6.5颜色模型 要生成高度真实感的图形，就要对颜色进行讨论。6.5.1基本概念6.5.2CIE色度图6.5.3常用的颜色模型6.5颜色模型 要生成高度真实感的图形，就要对颜色进行讨论6.5.1基本概念颜色与视觉颜色：物体将光源投射光反射到人的眼睛中的光刺激作用于人的视觉器官而产生的主观感觉。确定物体的颜色的因素：物体本身（吸收、反射性质）、光源（发出光的性质）、周围环境的颜色、视觉系统差异（如色盲、色弱）。6.5.1基本概念颜色与视觉颜色特性从视觉的角度出发，颜色有如下三个特性：色彩（Hue）,饱和度（Saturation）和亮度（Lightness）。色彩：是一种颜色区别于其他颜色的因素：红、绿、蓝、紫等；饱和度：是指颜色的纯度，鲜红色的饱和度高，而粉红色的饱和度低；亮度：就是光的强度，是光给人的刺激的强度。颜色特性颜色特性从光学的量化角度出发，颜色有如下三个特性：主波长，纯度和辉度。主波长：所见颜色光的波长，对应于色彩；纯度：是指颜色的纯度，对应于饱和度；辉度：就是颜色的亮度。颜色特性颜色特性从物理学角度出发，光是波长为350μm至780μm电磁波，被我们的视觉系统感知为颜色。光的光谱能量分布不同，感知到的颜色可能不同如果光谱分布不同，而看上去相同的两种颜色称为条件等色。颜色特性光的属性光（可见光）：人的视觉系统能感受到的电磁波，波长范围350μm~780μm光谱能量分布白光光的属性可见光频率范围：红橙黄绿兰紫4.3X1014Hz----7.5X1014可见光频率范围：能量分布能量频率红紫白色光某主频光纯度依赖于Ed与Ew差别Ew=0纯度100%Ed=Ew纯度0EwEd红紫能量分布能量频率红紫白色光某主频光纯度依赖于Ed与Ew差别光的特征主波长（DominantWavelength），纯度（Purity）和辉度（Luminance）。主波长是产生颜色光的波长，对应于视觉感知的色调；光的纯度对应于饱和度，辉度就是光的亮度。光的特征彩色光单色光彩色光6.5.2CIE色度图1862年，Helmhotz三色学说，也称为三刺激理论。到现在，用三种原色能够产生各种颜色的三色原理已经成为当今颜色科学中最重要的原理和学说。三原色（三基色）三维颜色空间的一组基三原色的条件用适当比例的这三种颜色，可以获得白色用这三种颜色中的任意两种的组合都不能得到第三种颜色用适当比例的这三种颜色，可生成其他颜色三基色的例子：红、绿、蓝三基色互补色A+B=白色，则A、B互补红－青、绿－品红、兰－黄6.5.2CIE色度图1862年，Helmhotz三色颜色匹配曲线400500600700(μm)RGB量fRfBfG500μ

m颜色=G+B-R无法获得RGB彩色监视器弱点缺500μ

m左右的颜色红绿蓝三原色系统只能表示整个光谱的一个子集我们希望用混合匹配光谱中的每一种颜色实验测试的匹配比例图希望找到三种标准原色X，Y，Z用于颜色配色颜色匹配曲线400500600700(μm)RGB量fRfXYZ颜色模型CIE(国际照明委员会)基色为了避免颜色匹配系统RGB非负，取三基色XYZ所有的可见光对应的颜色在XZY坐标系中组成了一个锥体x,y,z

色彩量x+y+z=1fzfyfx

XYZ颜色模型x,y,z色彩量x+y+对于空间直线OQ上的点，X、Y、Z三分量比例相同，表示色彩相同、亮度有差异的颜色色度坐标：

是原点与（X，Y，Z）构成的空间的直线OQ与平面X+Y+Z=1的交点，投影到XY平面上，得到CIE-XYZ色度图。对于空间直线OQ上的点，X、Y、Z三分量比例相同，表示色彩相XY0.10.20.30.40.50.60.70.10.20.30.40.50.60.80.7.........400(紫)480500700(红)600520540560580(蓝)(紫红)(黄)(绿)(青).CO图中每一点是单色光的主波长标准白光，接近但不等于x=y=z=1/3XY0.10.20.30.40.50.60.70.10.20XYc1c2c3c4c5如果选C1、C2作为二基色，连线C1C2线上点所代表的颜色均可有适量的C1、C2混合而得三基色颜色合成处理：三角形三点作三基色合成三角形中的颜色没有一个三角形能包含所有颜色---没有一个三基色组能通过加色混合生成所有颜色XYc1c2c3c4c5如果选C1、C2作为二基色，连线C1互补色：C1、C2混合得白色C,C1,C2在c两边颜色CC1Cs(不适用C与紫色之间CC2Ｃp)纯度dc1/dcs(|c1c|/|csc|)cs处纯度100%XYc1cc2Yc1cpc2ccscsp

紫色X互补色：C1、C2混合得白色C,C1,C2在c两边XY6.5.3颜色模型颜色模型就是指某个三维颜色空间中的一个可见光子集，它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的指定颜色，由于每一个颜色域都是可见光的子集，所以任何一个颜色模型都无法包含所有的可见光6.5.3颜色模型常用的颜色模型面向硬件的颜色模型RGB模型CMY模型（Cyan青、Magenta品红、Yellow黄）YIQ模型（Y：亮度，I、Q：色差）面向用户的颜色模型HSV模型（H(Hue)色彩，S(Saturation)饱和度，V(Value)明度）常用的颜色模型面向硬件的颜色模型常用的颜色模型在大多数的彩色图形显示设备一般都是使用红、绿、蓝三原色我们的真实感图形学中的主要的颜色模型也是RGB模型红、绿、蓝颜色模型用起来不太方便，它与直观的颜色概念如色调、饱和度和亮度等没有直接的联系。常用的颜色模型在大多数的彩色图形显示设备一般都是使用红、绿、颜色模型的种类颜色模型主要有HSV、RGB、HSI、CHL、LAB、CMY等。颜色模型的种类颜色模型主要有HSV、RGB、HSI、CHL、HSV颜色模型

HSV（Hue,Saturation,Value）颜色空间的模型对应于圆柱坐标系中的一个圆锥形子集，圆锥的顶面对应于V=1。HSV颜色模型HSV（Hue,Saturation,VHSV颜色模型色彩（H）和饱和度（S）构成极坐标，值（V）构成第3维V轴色彩（H）由绕V轴的旋转角给定。红色对应于角度0°，绿色对应于角度120°，蓝色对应于角度240°每一种颜色和它的补色相差180°饱和度S取值从0到1，圆锥顶面的半径为1HSV颜色模型色彩（H）和饱和度（S）构成极坐标，值（V）构HSV颜色模型在圆锥的顶点(即原点)处，V=0，H和S无定义，代表黑色。圆锥的顶面中心处S=0，V=1，H无定义，代表白色。从该点到原点代表亮度渐暗的灰色，即具有不同灰度的灰色。对于这些点，S=0，H的值无定义。在圆锥顶面的圆周上的颜色，V=1，S=1，这种颜色是纯色。HSV颜色模型在圆锥的顶点(即原点)处，V=0，H和S无定义HSV颜色模型HSV模型对应于画家配色的方法。画家用改变色浓和色深的方法从某种纯色获得不同色调的颜色在一种纯色中加入白色以改变色浓，加入黑色以改变色深加入不同比例的白色，黑色即可获得各种不同的色调。HSV颜色模型HSV模型对应于画家配色的方法。HSI颜色模型HSI色彩空间是从人的视觉系统出发，用色调（Hue）、色饱和度（Saturation）和亮度（Intensity）来描述色彩。HSI颜色模型HSI色彩空间是从人的视觉系统出发，用色调（HHSI颜色模型品红绿黄红青蓝白I=1黑I=0I=0.5H色彩角饱和度灰度HSI颜色模型品红绿黄红青蓝白I=1黑I=0I=0.5HHSI颜色模型HSI色彩空间可以用一个圆锥空间模型来描述用这种描述HIS色彩空间能把色调、亮度和色饱和度的变化情形表现得很清楚。人的视觉系统经常采用HSI色彩空间，它比RGB色彩空间更符合人的视觉特性。HSI颜色模型HSI色彩空间可以用一个圆锥空间模型来描述HSI颜色模型HSI色彩空间和RGB色彩空间只是同一物理量的不同表示法，因而它们之间存在着转换关系。HSI颜色模型HSI色彩空间和RGB色彩空间只是同一物理量的RGB颜色模型三刺激理论630μm(红)530μm(绿)450μm（兰）对视网膜锥状细胞刺激最强C入=rR+gG+bBRGB立方体应用：彩色CRT加色模型RGB品红(1,0,1)黄红绿(0,1,0)黑(0,0,0)青(0,1,1)白(1,1,1)蓝(0,0,1)(1,0,0)(1,1,0)RGB颜色模型三刺激理论RGB品红(1,0,1)黄红绿(0,显示彩色图象用RGB相加混色模型颜色＝R(红色的百分比)＋G(绿色的百分比)＋B(蓝色的百分比)显示彩色图象用RGB相加混色模型CMY颜色模型三基色：Cyan（青）、Magenta（品红）、Yellow（黄）应用：硬拷贝设备减色系统转换CM绿(1,0,1)蓝品红(0,1,0)白(0,0,0)红(0,1,1)黑(1,1,1)黄(0,0,1)青(1,0,0)(1,1,0)YCMY111RGB=-白色CMY颜色模型三基色：Cyan（青）、Magenta（品红打印彩色图象用CMY相减混色模型打印彩色图象用CMY相减混色模型颜色模型转换RGB<->CIEXYZ颜色模型转换