...
...

Знакомьтесь: цвет

Знакомьтесь: цвет



Приступать к любой важной теме принято с фразы о том, как компьютеры повлияли на нашу жизнь. Вот и я не отступлю от традиции. Пусть кому-то это покажется смешным и глупым, но ведь нельзя же сразу брать быка за рога. Надо немного подготовить читателя, а не то он перелистнет страницу после первого же абзаца.

Итак, много изменений внесли компьютеры в жизнь человечества. Каких? Вы их сами сможете перечислить, если решите убить кучу времени. И наверняка далеко не все вспомните. Есть у этих перемен одна общая черта: с приходом компьютеров то, чем раньше занимались специально обученные профессионалы, все чаще становится доступно людям, не имеющим такой подготовки. Это не дилетантизм - явление предосудительное, а просто реальность начала века информации.

Например, лет десять назад художественной и декоративной графикой, дизайном, рекламой (наглядной агитацией, как это тогда называлось) и даже фотографией занимались далеко не случайные люди. Требовалось если и не получить спецобразование, то хотя бы накопить солидный опыт, прежде чем тебе доверяли сделать что-нибудь самостоятельно. Компьютеры предоставили народу столь гибкие, мощные и доступные инструменты, что теперь этими делами может заняться каждый, кому охота. И в большинстве случаев получить приемлемые результаты.

Впрочем, тут дело не только в лени или охоте. Есть и объективные предпосылки. Раз уж на дворе занимается информационная эра, важнейшим продуктом деятельности человека становится информация. А ее надо представить в удобном для усвоения виде. Причем если надо ее еще и продать, то требуется красивая упаковка. Вот и приходится все большему числу далеких от "художественных наук" людей браться за оформление плодов своего труда. Плюс экстренный переход с торговли на коммерцию, в которой движком служит реклама.

Персональные компьютеры не просто сделали более доступными графические работы, они превратили чуть ли не в рутинные самые сложные из них. В частности, это касается использования цвета в полиграфии, в рекламе, в документах, наконец.

Помните, первые микрокомпьютеры не были способны различать и воспроизводить цвета. Но вскоре появились цветные мониторы, и именно этот момент можно считать началом наступления цветной графики по всем фронтам. Возможность увидеть на экране свою работу в более привлекательном, чем алфавитно-цифровое, представлении возбудила жуткий энтузиазм у программистов-прикладников. Они стали раскрашивать свои программы самым немыслимым образом, с воодушевлением строить графики и диаграммы и в результате приучили зарождавшегося массового пользователя к тому, что компьютерный мир цветной.

Новый мощный толчок применению цвета дали технологии струйной печати. Будучи относительно простыми в реализации и дешевыми, они открыли возможность выводить на бумагу информацию в цвете. Причем для этого больше не требовалось проводить сложную предпечатную подготовку цветных иллюстраций, покупать выходящую за рамки стандартной технику и нести значительные расходы. Сегодня вы на принтере, по цене попадающем в бизнес-категорию, спокойно можете распечатать цветную фотографию, отличить которую от изготовленной традиционным способом удастся лишь с помощью лупы.

Еще больший интерес к графике и цвету породила электронная форма представления документов и их распространения - World Wide Web. У нас "Всемирная паутина" пока многих еще не коснулась, но отвертеться уже не удастся. А ведь Web просто заставляет уделять оформлению и иллюстрированию больше внимания, чем при печати документов на бумаге. Это связано с тем, что на экране, то есть странице, помещается гораздо меньше текста, чем на листе бумаги, да и читать его куда сложнее и утомительнее. К тому же обилие и легкодоступность множества источников с информацией одного и того же рода побуждает ее потребителя не гробить здоровье на неудобоваримых страницах, а перескочить на другие, лучше поданные.

Вывод: в скором будущем большинству пользователей придется не только читать, но и размещать в Интернет свои страницы, готовя их с максимальным использованием графических средств и возможностей персонального компьютера.

А возможности эти уже сегодня кажутся безграничными. Первые графические редакторы скорее не ошеломляли, а умиляли тем, что машинка-то, оказывается, не только счетная, она еще и чебурашку нарисовать может. Однако с сегодняшних технологических высот они кажутся просто абсурдом. Возьму на себя смелость утверждать, что практически любой современный графический пакет может все, что вы способны придумать, даже если вы и не знаете, как это в нем сделать. Конечно, речь идет не о штатной "рисовалке" из Windows, а о специальных приложениях. Не обязательно профессиональных.

Кстати, профессионалом уже быть не требуется. Большинство пакетов снабжено таким количеством автоматических функций, что вручную в них работать не приходится даже настоящим профи. Что уж говорить о рядовых, не посвященных в тонкости пользователях! Любой может щелкнуть цифровой камерой, скопировать файл в редактор, нажать на кнопку "Улучшить картинку", потом через меню запустить печать - и готова почти безупречная фотография.

Но почти и не всегда. Иногда случается, что автоматика и бескомпромиссная компьютерная логика не способны справиться с непредсказуемостью реальной жизни. Не получается у программы то, что вы хотите увидеть, и баста. Или, быть может, вы сами не совсем представляете, как воплотить задуманное?

О, с компьютерным цветом вообще и цветной печатью в частности это случается даже куда чаще, чем "иногда". И когда вам кажется, что все получилось тик-так, то это вам только кажется. Чтобы чувствовать себя уверенно, заранее знать, что и какими средствами можно сделать, надо иметь базовые познания в теории цвета. Применительно к компьютерам, разумеется.

Надеюсь, что те сведения, которыми я с вами поделюсь, помогут избежать разочарований, не тратить время на недостижимое и всегда получать предсказуемые результаты при работе с такой непредсказуемой и неуловимой субстанцией, как цвет в компьютере, оторванный от материальной основы.

Особенности нашего зрения

Ну, начнем с того, что цвет не является самостоятельной материальной субстанцией. Он не существует сам по себе, о чем мы в повседневной жизни почему-то забываем, а является продуктом нашего восприятия света.

В свою очередь, это должно быть известно по школьной физике, свет представляет собой электромагнитное излучение, то есть имеет волновую природу. Правда, есть и другая, корпускулярная теория, в которой свет рассматривается как поток частиц. Каждая из этих теорий позволяет объяснить часть свойств света, но именно часть, а не все. Хитроумные физики сплавили обе теории в одну, назвав ее корпускулярно-волновой, и любят использовать ту ее часть, которая удачнее вписывается в ход их рассуждений. В нашем случае, опять же следуя вредной традиции, будем рассматривать свет чисто как электромагнитную волну.

Из широчайшего спектра электромагнитных волн, существующих в природе, человек видит, то есть воспринимает органами зрения, очень маленький диапазон. Чувствительные элементы нашего глаза подвергаются раздражению волнами длиной от 380 до 760 нанометров и передают информацию о них в мозг. Причем и в этом интервале глаз ощущает свет по-разному.

Видимый глазом диапазон излучения можно разделить на семь участков, каждому из которых соответствует свой цвет. Все вместе они образуют так называемый спектр, который нам время от времени удается наблюдать в виде радуги. Самые короткие волны светового диапазона - от 380 до 450 нм - относятся к фиолетовой части спектра. Свет с длиной волны от 450 до 480 нм мы видим синим, от 480 до 510 - голубым, от 510 до 570 - зеленым, от 570 до 590 - желтым, от 590 до 620 - оранжевым и от 620 до 760 - красным.

Деление спектра на семь частей носит условный характер, так как между ними не существует четких границ - цвета плавно переходят друг в друга. На самом деле, как показали исследования, наш глаз в спектре способен выделить до 180 промежуточных оттенков, таких, например, как желто-зеленый или оранжево-красный цвета. Вспомнив про палитру из 16.8 миллиона цветов, воспроизводимых монитором, не пытайтесь найти ошибку, сопоставляя эти числа. Упомянутые 180 цветов являются спектральными, а сколько есть еще и неспектральных оттенков! Но об этом позже.

Итак, наш глаз неодинаково реагирует на световые волны разной длины. При этом различия касаются не только цветового тона, но и интенсивности. Относительной спектральной чувствительностью глаза называется зависимость визуальной яркости света от длины его волны. Иначе говоря, при одинаковой амплитуде световая волна воспринимается глазом как свет разной яркости в зависимости от того, к какому цветовому отрезку он принадлежит. Например, из двух одинаковых лампочек синего и желтого света нам более яркой кажется желтая.

Кривая относительной спектральной чувствительности глаза показана на рисунке 1. Эту кривую иногда красиво называют кривой видности. На горизонтальной оси откладывается длина световой волны, а по вертикали указана относительная чувствительность. Заодно на этом рисунке я подписал составляющие спектр участки, чтобы вам было легче сориентироваться.

Как видите, наш глаз наиболее сильно реагирует на желто-зеленый цвет и существенно слабее на синий и красный. Интересно, почему запрещающий сигнал светофора, который по идее должен быть виден лучше, чем разрешающий, сделали красным, а не зеленым? Ведь об относительной чувствительности известно уже очень давно.

Художнику полезно знать о неодинаковой силе восприятия цветов. Надеюсь, не надо объяснять почему. Но компьютерного художника это касается в еще большей степени. Дело в том, что у электронных чувствительных к свету элементов совсем другой характер, хотя они тоже на волны одной длины реагирую сильнее, а другой - значительно слабее. Это же касается и воспроизводящего цвет люминофора на экране монитора. У сканеров, например, максимум чувствительности смещен в синюю часть спектра. Этим страдают и цифровые фотокамеры, тоже использующие для преобразования светового потока в электрические сигналы полупроводниковые устройства с зарядовой связью (CCD-матрицы). Очевидно, что, если мы хотим иметь в компьютере картинку именно такой, какой бы увидел ее глаз, не избежать процедуры коррекции яркости отдельных участков спектра.

Сетчатка глаза состоит из рецепторов двух видов - колбочек и палочек. За передачу мозгу информации о цвете отвечают колбочки, а с палочек снимается информация о яркости света, но не о его цветовом оттенке. С этим связано множество интересных и важных для работы с изображениями явлений.

Леонардо да Винчи отмечал, что "зеленый и голубой усиливают свой цвет в полутени, а красный и желтый выигрывают в цвете в своих освещенных частях, и то же самое делает белый". Наблюдение за алыми розами подтверждают это. Ярким солнечным днем цветок кажется значительно более ярким, чем листва, но стоит наступить сумеркам, как цветы становятся чуть ли не черными и выглядят гораздо темнее листьев. Дело в том, что при нормальном освещении большая часть информации поступает от колбочек, а при очень слабом - от палочек.

Как мы уже знаем, максимум чувствительности колбочек лежит в желто-зеленой части спектра. Палочки же более чувствительны к голубой части. Поэтому ночью, когда свет минимален, мы не только теряем способность отличать цвета и все предметы кажутся нам серыми, но и по-другому соотносим яркость предметов. Синие листы бумаги в потемках нам кажутся более светлыми, чем красные, хотя на свету мы воспринимаем совершенно иначе. Голубой независимо от насыщенности в темноте нам и вовсе кажется чуть ли не белым! Явление, обусловленное разной чувствительностью палочек и колбочек, получило название эффекта Пуркинье.

В свое время, а точнее, в 1756 году, Ломоносов выдвинул теорию, согласно которой в сетчатке встречаются три разновидности колбочек, отличающиеся спектральной чувствительностью. При возбуждении одних мы получаем красный цвет, вторые вызывают ощущение зеленого, а третьи - синего цвета. Одновременное возбуждение колбочек двух типов, например, красного и зеленого, приводит к возникновению ощущения желтого цвета. Лучи света, попадая на сетчатку, разумеется, действуют сразу на все три вида колбочек. Цветное изображение появляется при этом из-за того, что они с разной силой реагируют на одну и ту же световую волну. Если же степень возбуждения одинакова для всех трех видов колбочек, мы видим белый цвет.

Многочисленные исследования показывают, что разрешающая способность глаза зависит не только от яркости и контрастности двух рассматриваемых мелких деталей, но еще и от их цвета. Наибольшая разрешающая способность отмечена для черно-белых и зеленых картинок. Это объясняется так называемой хроматической абберацией в оптической системе глаза.

Суть явления состоит в том, что для лучей света с разной длиной волны коэффициент преломления хрусталиком глаза неодинаков. Фокус для синих лучей располагается ближе к линзе-хрусталику, то есть перед сетчаткой. Красные лучи фокусируются за сетчаткой. Только зеленые лучи фокусируются именно там, где надо.

Из-за хроматической абберацции мы не можем одинаково четко видеть все элементы цветного изображения на равноудаленной поверхности - листе бумаги, фотографии или на экране монитора. Если, скажем, зеленая надпись читается также четко, как и черная, то для красной и синей нам надо перефокусировать зрение - изменить кривизну хрусталика, настроить его на другое фокусное расстояние. При чтении красной надписи зеленая, а тем более синяя из фокуса выпадут и станут нечеткими. Обратите внимание, что когда вы работаете с клавиатурой и четко видите красные буквы кириллицы, черные латинские расплываются. Переключая регистр, приходится адаптироваться к ним, потратив на это до нескольких секунд.

Трехкомпонентная теория цве-та реализована в большинстве компьютерных устройств, включая мониторы и сканеры. На ней строятся многие цветовые модели, служащие для цифрового описания цвета. Одна из моделей, кстати, напоминает об эффекте Пуркинье, хотя и не соответствует ему в деталях. Собственно, поэтому я и решил начать знакомство с цветом с физиологической экскурсии.

Понимание этих вопросов позволит компьютерному художнику под другим углом посмотреть на свои работы и сделать их более совершенными и реалистичными. И не только. Подумайте, например, как правильнее выбрать цветовую гамму для наружной рекламы, чтобы она хорошо читалась и в сумерках, когда народ возвращается с работы, а уличное освещение еще не включили.

Продолжение следует

Роман Соболенко
roman-sobolenko@usa.net
- титульная страница


© Компьютерная газета

полезные ссылки
Оффшорные банковские счета