图形学基础.ppt

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1、图形学基础现在学习的是第1页，共31页颜色模型问题颜色模型问题 颜色属于颜色属于物理学物理学和和生物心理学生物心理学范畴范畴 它它是是由由于于光光经经过过与与周周围围环环境境相相互互作作用用后后到到达达人人眼眼，并并经经过过一一系系列列物物理理和和化化学学变变化化转转化化为为人人眼眼所所能能感感知知的的电电脉脉冲冲的结果。的结果。颜颜色色的的形形成成是是一一个个复复杂杂的的物物理理和和心心理理相相互互作作用用的的过过程程，它它涉涉及到光的传播特性、人眼结构及人脑心理感知等内容。及到光的传播特性、人眼结构及人脑心理感知等内容。一一个个颜颜色色模模型型是是一一种种在在某某种种特特定定上上下下文文中

2、中对对颜颜色色的的特特性性和和行行为为的解释方法的解释方法 没没有有一一种种颜颜色色模模型型能能解解释释所所有有的的颜颜色色问问题题，因因此此，要要使使用用不不同的模型来帮助说明能看到的不同的颜色特征。同的模型来帮助说明能看到的不同的颜色特征。在图形应用中，在图形应用中，某些模型用于在某些模型用于在打印机和绘图仪打印机和绘图仪上如何输出彩色；上如何输出彩色；另一些模型则为另一些模型则为用户用户提供更直觉的颜色参数。提供更直觉的颜色参数。颜色模型问题 光的特性 光的描述 视觉颜色 物理颜色 颜色匹配 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第2页，共31页光的颜色

3、特性光的颜色特性 可可见见光光是是电电磁磁光光谱谱（包包括括无无线线电电波波、微微波波、红红外外波波和和x x射射线线）中中狭狭窄窄的频率波段，的频率波段，段的每一频率对应一种颜色段的每一频率对应一种颜色：在低频率端是红色；高频率端是紫色；在低频率端是红色；高频率端是紫色；低低频频到到高高频频的的光光谱谱颜颜色色变变化化分分别别是是红红、橙橙、黄黄、绿绿、青青、蓝蓝和和紫。紫。从红色到紫色的每一频率成份有不同能量，从红色到紫色的每一频率成份有不同能量，光源颜色用白色来描述光源颜色用白色来描述。适当选择两种或多种初始颜色光源可形成许多其它颜色：适当选择两种或多种初始颜色光源可形成许多其它颜色：如

4、果两种彩色光源如果两种彩色光源混合成白色光混合成白色光就被称为就被称为互补色互补色。互互补补色色的的例例子子有有：红红色色和和青青色色、绿绿色色和和品品红红以以及及蓝蓝色色和和黄黄色色。以以主主频频率率为为基基础础的的混混合合颜颜色色模模型型使使用用三三种种颜颜色色可可获获得得一一定定范围的颜色，称为模型的范围的颜色，称为模型的颜色范围颜色范围(color gamut)(color gamut)。在在颜颜色色模模型型中中用用来来生生成成其其他他颜颜色色的的两两种种或或三三种种颜颜色色称称为为基基色色(primitive color)(primitive color)。颜色模型问题 光的特性 光

5、的描述 视觉颜色 物理颜色 颜色匹配 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第3页，共31页光的颜色描述光的颜色描述 光光是是一一种种电电磁磁波波，常常用用波波长长或或频频率率来来说说明明各各种种颜颜色色，由由于于波波长长比比频频率率容易处理，故光谱颜色常用波长来指定。容易处理，故光谱颜色常用波长来指定。单色光的频率和波长互成反比例。单色光的频率和波长互成反比例。太阳或灯泡等光源发射可见段的全部频率产生白色；太阳或灯泡等光源发射可见段的全部频率产生白色；当当白白色色光光投投射射到到物物体体上上时时，某某些些频频率率被被反反射射、某某些些则则被被物物体体吸吸收收

6、，在在反射光中混合的频率确定了所感受到的物体的颜色。反射光中混合的频率确定了所感受到的物体的颜色。如果在反射光中以低频率为主，则物体呈现红色。如果在反射光中以低频率为主，则物体呈现红色。人眼对人眼对颜色颜色(或色度或色度/主频率主频率)、明度明度和和纯度纯度三种特征作出反应。三种特征作出反应。明度明度(brightnese)(brightnese)：人人感感受受到到的的物物体体的的光光亮亮度度，单单位位时时间间、单单位位角角度度及及单单位位投投射射面面上上光光源源幅射的能量。幅射的能量。光纯度光纯度(purity)(purity)或或饱和度饱和度(saturation)(saturation)

7、：纯度说明光的颜色表现得多纯，淡颜色说明不太纯。纯度说明光的颜色表现得多纯，淡颜色说明不太纯。色度色度(chromaticity)(chromaticity)：决定颜色的基本色彩。决定颜色的基本色彩。颜色模型问题 光的特性 光的描述 视觉颜色 物理颜色 颜色匹配 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第4页，共31页视觉彩色描述视觉彩色描述 从从 视视 觉觉 角角 度度，颜颜 色色 以以 色色 彩彩(Hue)(Hue)、饱饱 和和 度度(Saturation)(Saturation)和明度来描述。和明度来描述。色彩：色彩：指颜色是红、绿，还是蓝。指颜色是红、绿

8、，还是蓝。它它是是一一种种颜颜色色区区别别于于另另一一种种颜颜色色的的最最重重要要特特征；征；饱和度：饱和度：反映颜色的纯度反映颜色的纯度 当当向向某某种种颜颜色色中中加加入入白白色色时时就就降降低低了了它它的饱和度；的饱和度；明度：明度：即人眼感知到的光的亮度。即人眼感知到的光的亮度。色彩、饱和度和明度的关系如图所示。色彩、饱和度和明度的关系如图所示。明度沿颜色空间的中心线变化，明度沿颜色空间的中心线变化，色彩沿圆周变化，色彩沿圆周变化，饱和度沿着半径变化。饱和度沿着半径变化。值得注意的是：值得注意的是：色色彩彩、饱饱和和度度和和明明度度都都是是主主观观量量，它它们们是是颜颜色色的非精确描述

9、。的非精确描述。黑色彩色彩饱和度饱和度明度明度白白绿绿蓝蓝 颜色模型问题 光的特性 光的描述 视觉颜色 物理颜色 颜色匹配 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第5页，共31页物理彩色描述物理彩色描述 从从物物理理学学(色色彩彩学学)角角度度，颜颜色色以以主主波波长长(Dominant(Dominant wavelength)wavelength)、色纯度、色纯度(Purity)(Purity)和亮度来描述。和亮度来描述。主波长：主波长：决定颜色的基本色彩；决定颜色的基本色彩；色纯度：色纯度：反映该颜色中纯色光与白色光的比例；反映该颜色中纯色光与白色光的比例

10、；亮度：亮度：就是颜色光的强度。就是颜色光的强度。主波长、色纯度和亮度描述了产生某种颜色的光特性，主波长、色纯度和亮度描述了产生某种颜色的光特性，光光与与颜颜色色之之间间存存在在着着一一定定的的对对应应关关系系，那那么么描描述述一一束束光光也就等价于描述了它所对应的颜色。也就等价于描述了它所对应的颜色。颜色描述需要三个量，这说明颜色空间是三维的。颜色描述需要三个量，这说明颜色空间是三维的。三三基基色色：任任意意互互不不相相关关(任任意意两两种种的的组组合合不不能能产产生生三三种种中中的另一种颜色的另一种颜色)的三种颜色构成的三种颜色构成颜色空间颜色空间的一组基。的一组基。最常用的三基色是红色最

11、常用的三基色是红色R R、绿色、绿色G G与蓝色与蓝色B B。三基色通过适当的混合能产生所有的颜色。三基色通过适当的混合能产生所有的颜色。颜色模型问题 光的特性 光的描述 视觉颜色 物理颜色 颜色匹配 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第6页，共31页颜色匹配颜色匹配 颜色匹配颜色匹配：给给定定三三基基色色对对应应的的光光谱谱能能量量分分布布，考考虑虑按按什什么么样样的的比比例例将将它它们混合才能与给定任一光谱能量分布（颜色）相同。们混合才能与给定任一光谱能量分布（颜色）相同。颜色匹配公理颜色匹配公理：人眼只能识别颜色的三种不同刺激，颜色空间是三维的。人眼

12、只能识别颜色的三种不同刺激，颜色空间是三维的。任何一种颜色都能由三基色表示，任何一种颜色都能由三基色表示，若采用红、绿和蓝为三基色，则颜色若采用红、绿和蓝为三基色，则颜色F F的表达式为：的表达式为：F=RR+GG+BB,F=RR+GG+BB,R,G,B R,G,B为为F F的颜色坐标，的颜色坐标，R,G,BR,G,B为三基色。为三基色。F F的亮度是红、绿、蓝分量的亮度和：的亮度是红、绿、蓝分量的亮度和：Y YF F=RY=RYR R+GY+GYG G+BY+BYB B。颜色的混合具有下列性质：颜色的混合具有下列性质：F F1 1+F+F2 2=(R=(R1 1+R+R2 2)R+(G)R+

13、(G1 1+G+G2 2)G+(B)G+(B1 1+B+B2 2)B)B kF=kRR+kGG+kBBkF=kRR+kGG+kBB。若若F F1 1=F=F2 2，F F2 2=F=F3 3，则，则F F1 1=F=F3 3。颜色模型问题 光的特性 光的描述 视觉颜色 物理颜色 颜色匹配 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第7页，共31页CIE-XYZCIE-XYZ模型模型 国际照明委员会国际照明委员会(CIE)(CIE)于于19311931年定义了年定义了XYZXYZ颜色模型颜色模型 没有一组彩色光源可用来组合显示所有可能的颜色没有一组彩色光源可用来组合

14、显示所有可能的颜色 CIECIE定义各种颜色的定义各种颜色的加色空间加色空间：X X、Y Y、Z Z三基色三基色 这三种基色不是实际存在的颜色，而是这三种基色不是实际存在的颜色，而是虚颜色虚颜色。同时，同时，CIECIE定义了定义了一组彩色匹配函数一组彩色匹配函数 描述任何一种光谱色所需每一种基色的量。描述任何一种光谱色所需每一种基色的量。避免颜色的负值匹配避免颜色的负值匹配 即：无法采用即：无法采用直接匹配直接匹配得到的颜色问题。得到的颜色问题。一组一组CIECIE基色称为基色称为XYZXYZ颜色模型，任一颜色颜色模型，任一颜色F F可表示成：可表示成：F=XX+YY+ZZF=XX+YY+Z

15、Z。其中：其中：XX、YY和和ZZ表示三维加色空间向量表示三维加色空间向量(即三种基色即三种基色)；X X、Y Y、Z Z指为匹配指为匹配F F所需标准基色的量所需标准基色的量(权权)；一般，一般，CIE-XYZCIE-XYZ中特别选颜色中特别选颜色F F坐标分量坐标分量Y Y为其亮度值为其亮度值。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 标准函数 色度图 颜色范围 颜色特性 紫光线 图形颜色模型 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第8页，共31页标准基色函数标准基色函数 通通过过基基色色权权向向量量(X X,Y Y,Z Z)的的规规范范化化来来定定义义其其色色度度坐标坐标 (x x,y y,z

16、z)：颜色模型问题 CIE-XYZ模型 标准函数 色度图 颜色范围 颜色特性 紫光线 图形颜色模型 颜色模型转换 颜色模型应用XYZ颜色空间注意：注意：x x+y y+z z=1(=1(x x,y y,z z)落在落在X X+Y Y+Z Z=1=1平面平面上。上。只要已知色度坐标只要已知色度坐标(x x,y y)就可就可表示表示所有颜色，因：所有颜色，因：z z=1-=1-x x-y y。色度坐标色度坐标(x x,y y)对应连接对应连接原点原点与与(x x,y y,z z)点点射线上所有颜色射线上所有颜色。它们仅依赖于色彩和纯度。它们仅依赖于色彩和纯度。仅用仅用(x x,y y)不能不能指定

17、指定一种颜色，即：不能反求一种颜色，即：不能反求(X X,Y Y,Z Z)，需要增加一个量：通常选取颜色的亮度需要增加一个量：通常选取颜色的亮度Y Y。一种颜色的完整描述就是用三个值：一种颜色的完整描述就是用三个值：(x x,y y,Y Y)。现在学习的是第9页，共31页CIE-XYZCIE-XYZ色度图色度图 CIE-XYZCIE-XYZ色色度度图图：将将X X+Y Y+Z Z=1=1平平面面投投影影到到XYXY平平面面上上，即即可可绘绘出出可可见见光光谱谱中中的颜色的色度值的颜色的色度值x x和和y y。它是一条舌头状的曲线，其边界和内部表示所有可见光的色度值。它是一条舌头状的曲线，其边界

18、和内部表示所有可见光的色度值。曲线边界上的点曲线边界上的点对应于色纯度为对应于色纯度为100%100%的纯彩色；的纯彩色；线上标明的数字线上标明的数字表示该位置所对应单色光的主波长。表示该位置所对应单色光的主波长。内内部部的的点点表表示示所所有有可可能能的的可可见见颜颜色色的的组合。组合。C C点点对对应应于于亮亮白白色色位位置置，其其色色度度 坐坐 标标 近近 似似 但但 不不 等等 于于(1/3,1/3,1/3)(1/3,1/3,1/3)。实实际际上上，这这一一点点作作为为白白光光源源，称称为为C C照照明明体体，它它是是平平均均日日光光的的近近似标准。似标准。连连接接红红色色的的紫紫色色

19、光光谱谱点点的的直直线线称称为为紫色线紫色线，它不属于光谱。，它不属于光谱。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 标准函数 色度图 颜色范围 颜色特性 紫光线 图形颜色模型 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第10页，共31页色度图颜色范围色度图颜色范围 色色度度图图中中的的颜颜色色范范围围表表示示成成直直线线段段或或多边形多边形。两点的颜色范围是一条直线两点的颜色范围是一条直线 C C1 1到到C C2 2连连线线上上的的所所有有颜颜色色可可通通过过混混合合适适量量的的C C1 1和和C C2 2颜颜色色而而得得到到。如如果果C C1 1占占的的比比例例大大些些则则结结果果色色比比较较接接近

20、近C C1 1，而而离离C C2 2较较远。远。三点三点C C3 3,C,C4 4和和C C5 5的颜色范围是该三点连成的三角形。的颜色范围是该三点连成的三角形。三基色只能产生在三角形内部或边上的颜色。三基色只能产生在三角形内部或边上的颜色。图中不可能有一个三角形能包含所有颜色。图中不可能有一个三角形能包含所有颜色。没有一个三基色组可以通过加色混合生成所有颜色。没有一个三基色组可以通过加色混合生成所有颜色。对对任任意意三三种种可可见见光光所所产产生生的的颜颜色色(落落在在舌舌形形区区域域内内)，它它们们的的三三角角形形颜颜色色区区域域不不可可能能覆覆盖盖整整个个舌舌形形区区域域，意意味味着着它

21、它们们不不能能混混合合产产生生所所有的颜色。有的颜色。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 标准函数 色度图 颜色范围 颜色特性 紫光线 图形颜色模型 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第11页，共31页色度图颜色特性色度图颜色特性 互互补补色色在在色色度度图图上上一一定定表表示示成成位位于于C C的的相相反反方方向向，且且通通过过C C的的直直线线连连接接的的两个点两个点C C3 3、C C4 4。当混合这两个点将得到白色。当混合这两个点将得到白色。二二基基色色颜颜色色范范围围可可确确定定一一种种颜颜色色的的主波长主波长。从从C C通通过过C C1 1画画一一根根直直线线与与光光谱谱曲曲线相

22、交于线相交于CsCs。颜颜色色C C1 1可可表表示示成成光光C C与与光光谱谱颜颜色色CsCs的的混混合合；因因此此，C C1 1的的主主波波长长就是就是CsCs。C C1 1点的点的颜色纯度颜色纯度可通过沿可通过沿C C到到CsCs的直线计算的直线计算C C1 1到到C C的相对位置来确定：的相对位置来确定：d dc1c1表示从表示从C C到到C C1 1的距离，的距离，d dcscs表示表示C C到到CsCs的距离，的距离，比率比率d dc1c1/d dcscs来计算纯度。来计算纯度。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 标准函数 色度图 颜色范围 颜色特性 紫光线 图形颜色模型 颜色模型转

23、换 颜色模型应用现在学习的是第12页，共31页色度图紫光线色度图紫光线 C C与紫红线之间的颜色点的主波长：与紫红线之间的颜色点的主波长：从从C C经过经过C C2 2画一根直线，得到紫红线上点画一根直线，得到紫红线上点CpCp，CpCp并不在可见光谱中。并不在可见光谱中。点点C C2 2称称为为非非光光谱谱颜颜色色，它它的的主主波波长长从从位位于于光光谱谱曲曲线线上上的的CpCp的的补点补点(点点Csp)Csp)获得。获得。非非光光谱谱颜颜色色是是在在紫紫品品红红范范围围内内并并具具有有从从白白光光减减去去主主波波长长(如如Csp)Csp)的光谱分布。的光谱分布。色度图主要用于：色度图主要用

24、于：为不同基色组比较整个颜色范围；为不同基色组比较整个颜色范围；标识互补颜色；标识互补颜色；确定指定颜色的主波长和纯确定指定颜色的主波长和纯度；度；色度图中的颜色范围表示成色度图中的颜色范围表示成直线段或多边形。直线段或多边形。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 标准函数 色度图 颜色范围 颜色特性 紫光线 图形颜色模型 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第13页，共31页图形系统的颜色模型图形系统的颜色模型 采用颜色模型是为在某个颜色域中方便地指定颜色。采用颜色模型是为在某个颜色域中方便地指定颜色。美美术术师师在在创创作作彩彩色色画画时时使使用用彩彩色色颜颜料料与与黑黑白白颜颜料料混混合合

25、获获得得各种明暗、色泽和色调。各种明暗、色泽和色调。往往纯纯彩彩色色颜颜料料里里添添加加黑黑色色颜颜料料来来生生成成各各种种有有不不同同明明暗暗的这种彩色。的这种彩色。往原色中添加白色颜料可获得不同的往原色中添加白色颜料可获得不同的色泽色泽，色调色调则通过同时添加黑、白颜料来获得。则通过同时添加黑、白颜料来获得。一一个个颜颜色色模模型型指指的的是是三三维维颜颜色色空空间间的的一一个个子子集集，它它包包含含某某个颜色域中的所有颜色。个颜色域中的所有颜色。图形软件系统常使用两种或图形软件系统常使用两种或多种模型。多种模型。面向用户：给用户提供直观的接口；面向用户：给用户提供直观的接口；HSVHSV

26、和和HLSHLS模型。模型。面向设备：为图形输出设备或硬件描述颜色。面向设备：为图形输出设备或硬件描述颜色。RGBRGB模型、模型、CMYCMY模型和模型和YIQYIQ模型；模型；颜色模型问题 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 RGB模型 CMY模型 YIQ模型 HSV模型 HSV参数 HSV效用 HSV使用 HLS模型 HLS参数 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第14页，共31页RGBRGB模型模型 用用由由R R、G G和和B B坐坐标标轴轴定定义义的的单单位位立立方方体来描述的模型。体来描述的模型。坐标原点代表黑色，坐标原点代表黑色，坐标点坐标点(1,1,1)(1,1,1)代表白

27、色。代表白色。坐标轴上的顶点为三基色，坐标轴上的顶点为三基色，余下的顶点则代表每一个基色的补色。余下的顶点则代表每一个基色的补色。和和XYZXYZ系统一样，系统一样，RGBRGB颜色框架是个颜色框架是个加色模型加色模型。多种基色的强度加在一起生成另一种颜色。多种基色的强度加在一起生成另一种颜色。立方体边界的每一个颜色点表示一个三元组立方体边界的每一个颜色点表示一个三元组(R,G,B)(R,G,B)，R R、G G和和B B的的值值在在0 0到到1 1的的范范围围内内赋赋值值，一一种种颜颜色色F F在在RGBRGB中中表表示示为为：F=RR+GG+BBF=RR+GG+BB。灰色的明暗度灰色的明暗

28、度由立方体的原点到白色顶点的主对角线上的位置来表示。由立方体的原点到白色顶点的主对角线上的位置来表示。对角线上每一点是每一种基色等量的混合。对角线上每一点是每一种基色等量的混合。RGBRGB视频监视器视频监视器由分开的红、蓝和绿信号组成，由分开的红、蓝和绿信号组成，生成屏幕磷粉组合光颜色生成屏幕磷粉组合光颜色。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 RGB模型 CMY模型 YIQ模型 HSV模型 HSV参数 HSV效用 HSV使用 HLS模型 HLS参数 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第15页，共31页 用用基基色色青青、品品红红和和黄黄定定义义的的颜颜色色模模型型(CMY)(

29、CMY)用用来来描描述述往往硬硬拷拷贝贝设设备备上上输输出的颜色。出的颜色。绘绘图图仪仪之之类类的的硬硬拷拷贝贝设设备备通通过过往往纸纸上上涂涂颜颜料料来来生生成成彩彩色色图图片片，通通过过反反射射光光来来看看见见颜颜色色，这这是是一一种种减色处理减色处理。CMYCMY模型模型 在在CMYCMY模型中，模型中，点点(1,1,1)(1,1,1)因所有投射光成份都被减掉而表示黑色；因所有投射光成份都被减掉而表示黑色；原点表示白色；原点表示白色；沿着立方体对角线每种基色量均相等而生成灰色；沿着立方体对角线每种基色量均相等而生成灰色；青青色色和和品品红红墨墨水水的的混混合合生生成成蓝蓝色色，因因投投射

30、射光光的的红红色色和和蓝蓝色色成成份都被吸收；份都被吸收；其他颜色也由类似的减色处理产生。其他颜色也由类似的减色处理产生。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 RGB模型 CMY模型 YIQ模型 HSV模型 HSV参数 HSV效用 HSV使用 HLS模型 HLS参数 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第16页，共31页YIQYIQ模型模型 YIQYIQ模型：模型：电电视视监监视视器器以以CIE-XYZCIE-XYZ模模型型为为基基础础，使使用用单单个个组组合合信信号号形形成成组合视频信号组合视频信号的的NTSCNTSC颜色模型。颜色模型。YIQYIQ颜色模型中的参数颜色模型中的参

31、数Y Y与与XYZXYZ模型中相同。模型中相同。亮度信息包含在亮度信息包含在Y Y参数中参数中。黑白电视监视器只使用黑白电视监视器只使用Y Y信号。信号。NTSCNTSC视频信号最大带宽赋给视频信号最大带宽赋给Y Y。色度信息色度信息(色彩和纯度色彩和纯度)结合在结合在I I和和Q Q参数中。参数中。为为Y Y参数选择的红蓝绿色组合给出了标准亮度曲线。参数选择的红蓝绿色组合给出了标准亮度曲线。参数参数I I包含有包含有橙橙-青青色彩信息色彩信息 提供色调的明暗度，占大约提供色调的明暗度，占大约1.51.5兆赫带宽。兆赫带宽。参数参数Q Q给出给出绿绿-品红品红色彩信息色彩信息 带宽约为带宽约为

32、0.60.6兆赫。兆赫。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 RGB模型 CMY模型 YIQ模型 HSV模型 HSV参数 HSV效用 HSV使用 HLS模型 HLS参数 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第17页，共31页HSVHSV模型模型 HSVHSV模型使用模型使用对用户更直观对用户更直观的颜色描述方法。的颜色描述方法。要要给给出出一一种种颜颜色色描描述述：用用户户需需选选择择一一种种光光谱谱色色，并并加加入入一一定定量量白色白色和和黑色黑色来获得不同的来获得不同的明暗明暗、色泽色泽和和色调色调。这个模型中的颜色参数是：这个模型中的颜色参数是：色彩色彩(H)(H)；饱和度饱

33、和度(S)(S)；明度值明度值(V)(V)。HSVHSV模模型型是是定定义义在在圆圆柱柱颜颜色色坐坐标系中的六棱锥。标系中的六棱锥。饱和度饱和度沿水平轴测量沿水平轴测量 明明度度值值沿沿通通过过中中心心的的垂垂直直轴轴测测量。量。色色彩彩用用与与水水平平轴轴间间的的角角度度来来表表示示，范围从范围从0 0 到到360360。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 RGB模型 CMY模型 YIQ模型 HSV模型 HSV参数 HSV效用 HSV使用 HLS模型 HLS参数 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第18页，共31页HSVHSV模型参数模型参数 色彩色彩位于六边形顶点，位于六边

34、形顶点，6060 为间隔：为间隔：黄色位于黄色位于6060 处，处，绿色在绿色在120120 处，处，青色在青色在180180 处，与红色相对。处，与红色相对。相补的颜色互成相补的颜色互成180180。色饱和度色饱和度S S从从0 0到到1 1变化。变化。它它表表示示成成所所选选色色彩彩的的纯纯度度与与该该色色彩彩的的最最大纯度大纯度(S=1)(S=1)的比率。的比率。当当S=0.25S=0.25时时，所所选选色色彩彩的的纯纯度度为为四四分之一；分之一；当当S=0S=0时，只有灰度。时，只有灰度。明度值明度值V V从六边形顶点的从六边形顶点的0 0变化到顶部的变化到顶部的1 1。顶点表示黑色。

35、顶点表示黑色。在六边形顶部的颜色强度最大。在六边形顶部的颜色强度最大。当当V=1V=1，S=1S=1时，得纯色彩。时，得纯色彩。白色是白色是V=1V=1且且S=0S=0的点。的点。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 RGB模型 CMY模型 YIQ模型 HSV模型 HSV参数 HSV效用 HSV使用 HLS模型 HLS参数 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第19页，共31页HSVHSV模型的效用模型的效用 HSVHSV模型对多数用户是一个较直观的模型。模型对多数用户是一个较直观的模型。通常，用模型的接口给出颜色板中通常，用模型的接口给出颜色板中HSVHSV参数选择。参数选择。从

36、指定一种从指定一种纯色彩纯色彩开始，开始，即：指定色彩角即：指定色彩角H H，且：，且：V=S=1V=S=1。通过将通过将白色或黑色白色或黑色加入到加入到纯色彩纯色彩中来描述所要的颜色，中来描述所要的颜色，增加黑色：减小增加黑色：减小V V，而，而S S保持不变：保持不变：要得到深蓝色，要得到深蓝色，V=0.4V=0.4，S=1S=1，且，且H H240240；将将白白色色加加进进所所选选色色彩彩中中时时，参参数数S S减减小小而而V V保持不变：保持不变：深蓝色用深蓝色用S=0.3,V=1S=0.3,V=1，且，且H=240H=240 来设定。来设定。添加一些黑色和白色，则同时减小添加一些黑

37、色和白色，则同时减小V V和和S S。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 RGB模型 CMY模型 YIQ模型 HSV模型 HSV参数 HSV效用 HSV使用 HLS模型 HLS参数 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第20页，共31页HSVHSV模型的使用模型的使用 结结合合明明暗暗、色色泽泽和和色色调调等等术术语语的的颜颜色色概概念念反反映映在在HSVHSV六六边边形形的的剖切平面中。剖切平面中。往往纯纯色色彩彩中中添添加加黑黑色色时时，把把V V减减小小到到六六边边形形的的下下方方。因因此此，各各种种明暗明暗用用S=1S=1，且，且0V10V1来表示。来表示。往往纯纯色色调

38、调中中添添加加白白色色生生成成六六边边形形顶顶部部平平面面各各种种色色泽泽，该该平平面上面上V=1,0S1V=1,0S1。同同时时添添加加白白色色和和黑黑色色可可指指定定各各种种色色调调，生生成成六六棱棱锥锥体体三三角角形形剖切面范围内的颜色点。剖切面范围内的颜色点。黑白色调纯色色深灰色色浓 如如果果一一个个图图形形系系统统为为用用户户提提供供HSVHSV颜颜色色参参数数，则则需需要要将将这这些些参参数数转转换换成成RGBRGB然然后后才才能能输输出出到到彩色监视器。彩色监视器。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 RGB模型 CMY模型 YIQ模型 HSV模型 HSV参数 HSV效

39、用 HSV使用 HLS模型 HLS参数 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第21页，共31页HLSHLS模型模型 TektronixTektronix公公司司使使用用的的HLSHLS是是一一个个基基于于直直观观颜颜色色参参数数的的模模型型，该该模模型型表表示示为为如如图图所所示示的的双双棱棱锥锥体。体。该该模模型型中中的的三三个个参参数数称称为为色色彩彩(H)(H)，亮亮度度(L)(L)和色饱和度和色饱和度(S)(S)。与与HSVHSV模模型型一一样样，HLSHLS模模型型允允许许用用户户按按选选择色彩更暗些或更亮些的概念来思考。择色彩更暗些或更亮些的概念来思考。一一种种色色彩彩通通过过色

40、色彩彩角角H H来来选选择择，而而所所需需的的明明暗暗、色色泽泽及及色色调调则则通通过过调调节节L L和和S S来获得。来获得。增增加加L L使使颜颜色色更更亮亮，减减少少L L则则使使其其更更暗些。暗些。当当S S减少时，颜色向灰色变化。减少时，颜色向灰色变化。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 RGB模型 CMY模型 YIQ模型 HSV模型 HSV参数 HSV效用 HSV使用 HLS模型 HLS参数 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第22页，共31页HLSHLS模型参数模型参数 色色彩彩含含义义与与HSVHSV模模型型中中相相同同。它它指指明明所所选选色色彩彩位位置与水平

41、轴之间的夹角。置与水平轴之间的夹角。H=0H=0 与蓝色相对应。与蓝色相对应。其其余余颜颜色色按按与与HSVHSV模模型型中中同同样样次次序序围围绕绕锥锥体体逐逐一一指指定定：品品红红在在6060、红红色色在在120120、青色位于青色位于H=180H=180。互补色在双棱锥上互成互补色在双棱锥上互成180180。该模型的垂直轴称为该模型的垂直轴称为亮度亮度L L。在在L=0L=0处处为为黑黑色色；L=1L=1处处为为白白色色；灰灰度度则则沿沿着着L L轴分布，且轴分布，且“纯色彩纯色彩”位于位于L=0.5L=0.5的平面上。的平面上。饱和度参数饱和度参数S S也是说明颜色的相对纯度。也是说明

42、颜色的相对纯度。该参数变化范围为从该参数变化范围为从0 0到到1 1，对纯色彩来说，对纯色彩来说，S=1S=1，且，且L=0.5L=0.5。当当S S减少时，色彩的纯度也减少。减少时，色彩的纯度也减少。当当S=0S=0时，仅有灰度。时，仅有灰度。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 RGB模型 CMY模型 YIQ模型 HSV模型 HSV参数 HSV效用 HSV使用 HLS模型 HLS参数 颜色模型转换 颜色模型应用现在学习的是第23页，共31页RGB-CMYRGB-CMY转换转换 表示从表示从RGBRGB到到CMYCMY转换的变换矩阵：转换的变换矩阵：(C,M,Y)=(C,M,Y)=

43、(1,1,1)(1,1,1)-(R,G,B)-(R,G,B)。这里这里白色白色在在RGBRGB系统中表示成单位列向量。系统中表示成单位列向量。把把CMYCMY颜色表示转换成颜色表示转换成RGBRGB的变换矩阵：的变换矩阵：(R,G,B)=(R,G,B)=(1,1,1)(1,1,1)-(C,M,Y)-(C,M,Y)。这里这里黑色黑色在在CMYCMY系统中表示成单位列向量。系统中表示成单位列向量。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 颜色模型转换 RGB-CMY RGB-YIQ HSV-RGB HSV-RGB HLS-RGB 颜色模型应用现在学习的是第24页，共31页YIQ-RGBYIQ

44、-RGB转换转换 NTSCNTSC编码器：编码器：将将RGBRGB值转换为值转换为YIQYIQ值值 利利用用NTSCNTSC编编码码器器，一一个个RGBRGB信信号号可可转转换换成成NTSCNTSC电电视视信信号号，然然后将后将I I和和Q Q信息调整和添加到信息调整和添加到Y Y信号上。信号上。赋赋给给参参数数Y Y的的红红和和绿绿色色比比重重越越多多，表表明明这这些些色色彩彩在在确确定定亮亮度度中中比蓝色更重要。比蓝色更重要。NTSCNTSC视频信号也可用视频信号也可用NTSCNTSC解码器解码器转换成转换成RGBRGB信号，信号，解码器将视频信号分解成解码器将视频信号分解成YIQYIQ成

45、分，然后转换成成分，然后转换成RGBRGB值。值。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 颜色模型转换 RGB-CMY RGB-YIQ HSV-RGB HSV-RGB HLS-RGB 颜色模型应用现在学习的是第25页，共31页HSV-RGBHSV-RGB转换转换 从从RGBRGB立方体立方体到到HSVHSV六棱锥六棱锥演变：演变：设想沿对角线从设想沿对角线从RGBRGB的的白色顶点白色顶点向向黑色顶点黑色顶点观察，可看到立观察，可看到立方体的六边形外形。方体的六边形外形。六边形六边形边界边界表示不同色彩，用于表示不同色彩，用于HSVHSV六棱锥的六棱锥的顶部顶部。在六棱锥中，色饱和度沿

46、水平轴测量，而明度值沿通过六棱锥中在六棱锥中，色饱和度沿水平轴测量，而明度值沿通过六棱锥中心的垂直轴测量。心的垂直轴测量。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 颜色模型转换 RGB-CMY RGB-YIQ HSV-RGB HSV-RGB HLS-RGB 颜色模型应用现在学习的是第26页，共31页HSV-RGBHSV-RGB转换转换 RGBRGB立立方方体体从从黑黑色色(原原点点)到到白白色色的的立立方方体体对对角角线线与与六六棱棱锥锥的的V V轴轴对对应应；RGBRGB立方体立方体每一子立方体每一子立方体与与六棱锥的六边形剖面区域六棱锥的六边形剖面区域相对应。相对应。在在任任一一剖剖

47、切切面面中中，六六边边形形的的各各边边和和从从V V轴轴到到任任一一顶顶点点的的射射线线都都具具有有明明度度值值V V。对任一组对任一组RGBRGB值，值，V V与其中的最大值相等与其中的最大值相等 与一组与一组RGBRGB值对应的值对应的HSVHSV点位于明度值为点位于明度值为V V的六边形剖切面上。的六边形剖切面上。参数参数S S按该点到按该点到V V轴的相对距离来确定，轴的相对距离来确定，参参数数H H通通过过计计算算该该点点在在六六边边形形的的六六等等分分中中的的相相对对位位置置来来确确定。定。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 颜色模型转换 RGB-CMY RGB-YIQ

48、 HSV-RGB HSV-RGB HLS-RGB 颜色模型应用现在学习的是第27页，共31页HLS-RGBHLS-RGB转换转换 颜色模型问题 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 颜色模型转换 RGB-CMY RGB-YIQ HSV-RGB HSV-RGB HLS-RGB 颜色模型应用现在学习的是第28页，共31页颜色的选择颜色的选择 获得一组坐标颜色的方法是获得一组坐标颜色的方法是从颜色模型某子空间中来产生从颜色模型某子空间中来产生。如如果果颜颜色色是是从从沿沿RGBRGB或或CMYCMY立立方方体体中中任任一一直直线线段段上上的的规规则则间间隔中隔中选择，可以得到一组匹配得较好的颜色。选择，

49、可以得到一组匹配得较好的颜色。随机地选取色彩可能会导致刺目和不调和的颜色组合。随机地选取色彩可能会导致刺目和不调和的颜色组合。选选择择颜颜色色组组合合的的另另一一种种考考虑虑不不同同颜颜色色是是人人类类视视觉觉系系统统不不同同程程度度的的感受感受。这是因为人眼是按频率来注意到颜色的：这是因为人眼是按频率来注意到颜色的：蓝色特别有助于放松；蓝色特别有助于放松；红红色色图图案案附附近近显显示示蓝蓝色色图图案案会会引引起起眼眼疲疲劳劳，因因注注意意力力从从一一个区域转向另一区域时要不断地重新聚焦。个区域转向另一区域时要不断地重新聚焦。分分开开这这些些颜颜色色或或使使用用HSVHSV模模型型中中的的一

50、一半半或或更更少少的的颜颜色色可可减减少少上上述述问题。问题。作作为为一一种种规规则则，使使用用较较少少的的颜颜色色比比较较多多颜颜色色能能产产生生更更令令人人满满意意的的显显示示，而而色色泽泽和和明明暗暗比比纯纯色色彩彩更更调调和和；对对背背景景来来说说最最好好使使用用灰灰色色或或前前景色景色的的补色补色。颜色模型问题 CIE-XYZ模型 图形颜色模型 颜色模型转换 颜色模型应用 颜色选择 颜色指定 颜色插值现在学习的是第29页，共31页颜色的指定颜色的指定红红0.40.4蓝蓝0.60.6绿绿0.30.3红红蓝蓝绿绿颜色设置颜色设置3 30 0 270270 180180 9090 饱和度饱