Понятия света и цвета в компьютерной графике тесно связаны и являются основополагающими.
Свет может рассматриваться либо как электромагнитная волна, либо как поток фотонов. Одной из характеристик электромагнитной волны является ее длинна λ. Видимый свет имеет длину волн в диапазоне 400-700 нм. Свет принимается либо непосредственно от источника, например, от экрана монитора, либо косвенно при отражении от поверхности объекта или преломлении в нем.
На практике мы редко сталкиваемся со светом какой то определенной длинны волны. Напротив, видимый свет практически всегда состоит из сочетания фотонов разных длин волн.
Источник или объект является ахроматическим, если наблюдаемый свет содержит все видимые длины волн в приблизительно равных количествах. Ахроматический источник кажется белым, а отраженный или преломленный ахроматический свет — белым, черным или серым. Белыми выглядят объекты, ахроматически отражающие более 80% света белого источника, а черными — менее 3%. Промежуточные значения дают различные оттенки серого.
Если воспринимаемый свет содержит длины волн в произвольных неравных количествах, то он называется хроматическим.
Монохроматический - это такой свет, который имеет одну длину волны или частоту.
Понятие цвета тесно связано с тем, как человек воспринимает свет. Можно сказать, что ощущение цвета формируется человеческим мозгом в результате анализа электромагнитного излучения (света), попадающего на сетчатку глаз.
Считается, что в глазе человека существует три группы цветовых рецепторов (колбочек), каждая из которых чувствительна к определенному диапазону длин волны. Каждая группа формирует один из трех основных цветов: красный, зеленый, синий.
Если длины волн светового потока сконцентрированы у верхнего края видимого спектра (около 700 Нм), то свет воспринимается как красный. Если длины волн сконцентрированы у нижнего края видимого спектра (около 400 Нм), то свет воспринимается как синий. Если длины волн сконцентрированы в середине видимого спектра (около 550 Нм), то свет воспринимается как зеленый.
С помощью экспериментов, построенных на этой гипотезе, были получены кривые реакции глаза, показанные на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Кривые реакции глаза
При описании цвета используют три его субъективных атрибута: цветовой тон, насыщенность и светлоту. Разделение признака цвета на эти взаимосвязанные компоненты есть результат мысленного процесса, существенно зависящего от навыка и обучения.
Наиболее важный атрибут цвета – цветовой тон(hue) – ассоциируется в человеческом сознании с обусловленностью окраски предмета определенным типом пигмента, краски, красителя. Тон определяется характером распределения излучения в спектре видимого света. Именно тон определяет название цвета, например «красный», «синий», «зелёный».
Насыщенность (saturation) характеризует степень, уровень, силу выражения цветового тона. Этот атрибут в человеческом сознании связан с количеством (концентрацией) пигмента, краски, красителя. Можно сказать, что насыщенность цвета показывает, насколько данный цвет отличается от монохроматического («чистого») излучения того же светового тона. Насыщенность характеризует степень ослабления (разбавления) данного цвета белым и позволяет отличать розовый от красного, голубой от синего. Считается, что серые тона (ахроматические) не имеют насыщенности и различаются лишь по светлоте.
Светлота(lightness, value) – это различимость участков, сильнее или слабее отражающих свет. Уровень светлоты окрашенных объектов определяется при сравнении их с ахроматическими объектами и при выявлении степени их приближения к белому цвету, отражающему максимум света.
Со светлотой тесно связано физическое понятие яркости света (luminance). Чем больше яркость, тем больше светлота. Поэтому можно сказать, что светлота есть мера ощущения яркости. С другой стороны, во многих источниках, вместо понятия светлота часто используют субъективное понятие яркости (brightness).