Колірні моделі в комп’ютерній графіці
Система HSV зручна для управління кольором на інтуїтивному рівні, оскільки дозволяє незалежно змінювати кожен параметр кольору, а саме яскравість, насиченість і тон. Це значить, що є можливість зробити довільний тон більш або менш яскравим, більш або менш насиченим, а також перейти до сусіднього тону. В той же час зміна навіть одного з параметрів RGB приводить до набагато складніших змін у колірному складі. Дуже корисно виконати самостійно декілька експериментів з різними колірними моделями.
Чи дає адитивний синтез всі кольори видимого спектру? Це питання було поставлено у зв'язку з дослідженням можливостей катодних випромінюючих трубок ще в 30-і роки Міжнародною комісією з освітленості (CIE - Commission International d'Eclairage). Відповідь на це питання негативна. Шляхом змішування трьох кольорів одержати всі кольори технічно неможливо. Було вибрано три монохромних випромінювача, довжини хвиль яких складали відповідно 700,0; 546,1 та 435,8 нм. Та була проведена велика серія експериментів з порівняння синтезованих кольорів з кольорами виділеними із сонячного світла.
Позначимо через R, G і B випромінювання трьох основних кольорів. Тоді задача порівняння кольору довільного кольорового випромінювача C ставиться у такий спосіб: знайти кількості r основного кольору R, g - основного кольору G, b - основного кольору B, такі щоб колір C співпадав би з кольором, вираженим лінійною комбінацією
C = rR + gG + bB.
Порівняння кольорів задовольняє властивості аддитивності, а саме: нехай маємо кольори C1 = r1R + g1G + b1B та C2 = r2R + g2G + b2B. Тоді сума двох кольорів знову кольором з характеристиками C1 + C2 = r2R + g2G + b2B = (r+r1)R + (g+ g1)G + (b+ b1)B. Отже параметром кожного з трьох основних кольорів може бути будь-яка лінійна комбінація параметрів цього кольору, а в граничному переході - інтеграл. Позначимо залежність параметрів основних кольорів від довжини хвилі > через (>), (>) та (>). Розглянемо випромінювач, спектральний розподіл частот якого задано функцією S(>). Тоді числа , і , задані інтегралами
= , = і = ,
теж будуть параметрами трьох основних кольорів для деякого кольору C = R + G + B.
Експериментальним шляхом було встановлено, що існують такі кольори, для яких графіки функцій розподілу параметрів основних кольорів , та , мають вигляд, як наведено на мал. 3.9.
Серед кольорів які повинна була б задавати модель RGB, знайшлися б такі, які потребують від'ємних значень одного з параметрів трьох основних кольорів, а саме червоного. Виявилося, що цілий діапазон видимого спектру не вдається відтворити. В області зелено-голубих тонів має місце провал. Теоретична формула для відтворення голубого кольору виглядала б приблизно так:
голубий = синій + зелений.
Мал. 3.9 показує, що для повноти RGB-синтезу голубій області спектру відповідала б від'ємна інтенсивність червоного випромінювача. Щось на зразок:
голубий = синій + зелений - червоний?
Або в більш зрозумілому вигляді
голубий + червоний = синій + зелений,
який відповідає менш насиченому синьо-зеленому кольору, розбавленому білим. Звідси з'являється червона складова, як доповнення синього та зеленого до білого. Детальніше з поняттям насиченості кольору можна буде познайомитися в підрозділі 3.1.5.Виявлені недоліки моделі RGB привели до пошуків інших моделей, вільних від цих недоліків. Однією з таких моделей є CIE XYZ, розроблена в 1931 році лабораторією Міжнародної комісії з освітленості. Реальні випромінювачі R, G та B було замінено уявними X, Y та Z, яким відповідатимуть невід'ємні функції спектрального розподілу частот, показані на мал. 3.10.Проблемою моделі CIE XYZ є її фізичне відтворення. Для виводу на екран зображення, закодоване у цій моделі, доведеться перекодувати у модель RGB, взагалі кажучи, із втратами. Ця модель використовується для зберігання високоякісних зображень, призначених як для відтворення на екрані, так і на папері, яке вимагає, взагалі кажучи, інших моделей.