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Instituto de Computação - UFF 1 Computação Gráfica I Professor: Anselmo Montenegro www.ic.uff.br/~anselmo Conteúdo: - Cores.

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1 Instituto de Computação - UFF 1 Computação Gráfica I Professor: Anselmo Montenegro Conteúdo: - Cores

2 Instituto de Computação - UFF 2 Luz+ Sistema Visual Sistema Visual Cores: intuição

3 Instituto de Computação - UFF 3 Natureza dual da luz c = f c = Velocidade da Luz 3.0x10 8 m/s v / f v / f v ONDA PARTÍCULA Cores: noção física de cor

4 Instituto de Computação - UFF 4 Onda eletro-magnética (m) (m) VISÍVEL f (Hertz) rádioAM FM,TVMicro-OndasInfra-VermelhoUltra-VioletaRaiosX vermelho ( Hz), laranja, amarelo,..., verde, azul, violeta ( Hz) Cores: cor como onda eletro-magnética

5 Instituto de Computação - UFF 5 luzbranca prisma vermelhoalaranjadoamareloverdeazulvioleta luz branca (acromática) tem todos os comprimentos de onda luz branca (acromática) tem todos os comprimentos de onda Newton Cor Cor Violeta nm Azul nm Verde nm Amarelo nm Laranja nm Vermelho nm Cor Cor Violeta nm Azul nm Verde nm Amarelo nm Laranja nm Vermelho nm 1 nm = m Cores: cor como onda eletro-magnética

6 Instituto de Computação - UFF 6 Distribuição espectral da luz nm nm E luz branca luz colorida Cores: distribuição espectral da luz

7 Instituto de Computação - UFF 7 As cores que percebemos surgem da iteração entre fontes de luz e diversos tipos de materiais encontrados no mundo físico.As cores que percebemos surgem da iteração entre fontes de luz e diversos tipos de materiais encontrados no mundo físico. Tipos de processos de formação:Tipos de processos de formação: –Aditivo. –Subtrativo. –Por pigmentação. Cores: processo de formação

8 Instituto de Computação - UFF 8 E a+b ( ) = E a ( )+E b ( ) EaEa EbEb a b E a+b O olho não vê componentes! a+b Cores: processo de formação aditivo

9 Instituto de Computação - UFF 9 filtros Luz branca Filtro verde Luz verde EiEi EfEf t E f ( ) = t( ). E i ( ) transparência azul amarelo corantes Cores: processo de formação subtrativo

10 Instituto de Computação - UFF 10 índices de refração distinto do material base A sucessão de reflexão e refração determinam a natureza da luz refletida tinta preta tinta branca tinta colorida (saturada) tons mais escuros (shade) tons mais claros (tints) Cinzas (greys) PALHETADOPINTOR tons Cores: processo de formação por pigmentação

11 Instituto de Computação - UFF 11 nm nm E Cor branca ideal Cor com comprimento de onda dominante Cor mocromática, pura ou espectral pura ou espectral Cor arbitrária Cores: modelo matemático

12 Instituto de Computação - UFF 12 Espaço de funções correspondentes às distribuições espectrais.Espaço de funções correspondentes às distribuições espectrais. Possui dimensão infinita.Possui dimensão infinita. Para manipulá-lo computacionalmente é necessário representá-lo.Para manipulá-lo computacionalmente é necessário representá-lo. nm nm E Cores: espaço de cores E

13 Instituto de Computação - UFF 13 nm nm E C( ) nm nm E C( 0 ) Amostragem pontual 0 1 n... C( 1 ) C( n ) Cores: representação

14 Instituto de Computação - UFF 14 Depende de dois fatores:Depende de dois fatores: –Número de amostras utilizadas. –Método de interpolação. nm nm E C( 0 ) 0 1 n... C( 1 ) C( n ) Cores: reconstrução

15 Instituto de Computação - UFF 15 Amostram cores.Amostram cores. Possuem um conjunto de sensores.Possuem um conjunto de sensores. Cada sensor é caracterizado por uma resposta espectral S i ( ).Cada sensor é caracterizado por uma resposta espectral S i ( ). 0 C( ) Cores: sistemas receptores

16 Instituto de Computação - UFF 16 Reconstroem cores.Reconstroem cores. Possuem um conjunto de emissores P k, k=1...n.Possuem um conjunto de emissores P k, k=1...n. Cada emissor está associado a uma cor primária com distribuição espectral P k ( ).Cada emissor está associado a uma cor primária com distribuição espectral P k ( ). O conjunto de cores que podem ser recontruídas por um sistema emissor é denominado gamuteO conjunto de cores que podem ser recontruídas por um sistema emissor é denominado gamute C r ( ) P 1 ( ) P 2 ( ) P 3 ( ) Cores: sistemas emissores

17 Instituto de Computação - UFF 17 Questões fundamentais:Questões fundamentais: –O que é uma boa reconstrução de cores? –Quantas cores devem ser usadas como base da representação? –Que cores (primárias) devem compor esta base? Cores: o problema de representação e reconstrução de cores

18 Instituto de Computação - UFF 18 Boa = perceptualmente adequada (reconstrução metamérica)Boa = perceptualmente adequada (reconstrução metamérica) Número de cores = 3Número de cores = 3 Cores: vermelho, verde e azulCores: vermelho, verde e azul Inspiração: sistema visual humanoInspiração: sistema visual humano Cores: uma solução par o problema de representação-reconstrução

19 Instituto de Computação - UFF 19 retina bastonetes cones vermelho verde azul Cores: representação no sistema visual humano

20 Instituto de Computação - UFF 20 Olho humano: Cones (RGB) e Bastonetes (cegos para cor) fração de luz absorvida por cada cone comprimento de onda (nm) B( B( G( G( R( R( Cores: representação no sistema visual humano

21 Instituto de Computação - UFF 21 O sistema visual humano representa as cores do espaço espectral E em um espaço tricromático.O sistema visual humano representa as cores do espaço espectral E em um espaço tricromático. Isto significa que três amostras(nas faixas correspondentes ao vermelho, verde e azul) é suficiente para os propósitos de reconstrução perceptual.Isto significa que três amostras(nas faixas correspondentes ao vermelho, verde e azul) é suficiente para os propósitos de reconstrução perceptual. Cores: representação no espaço tricromático

22 Instituto de Computação - UFF nm 546 nm (nm) Valores dos tri-esimulos R ) G ) B ) C ) = r R ) + g G + b B C ) = r R ) + g G + b B Cores: funções de reconstrução de cor no sistema CIE-RGB

23 Instituto de Computação - UFF 23 rR( ) gG( ) bB( ) Cor Monocromática C( ) R = 700 nm G = 546 nm B = nm C ) = rR + gG + bB C ) = rR + gG + bB Cores: como obter as funções de reconstrução de cor

24 Instituto de Computação - UFF 24 rR( ) gG( ) bB( ) Cor Monocromática C( ) R = 700 nm G = 546 nm B = nm C ) + rR = gG + bB C ) + rR = gG + bB C ) = rR + gG + bB, onde rR = - rR C ) = rR + gG + bB, onde rR = - rR Cores: interpretando as componentes negativas

25 Instituto de Computação - UFF 25 nm nm E C( ) nm nm E C( ) C( )=tC( ) Cores: geometria dos espaços de cor tricromáticos

26 Instituto de Computação - UFF 26 c = tc c tc = tR(C( )) = tR(C( )) = R(tC( )) = R(C( ))=c croma Cada reta passando pela origem(menos a própria origem) define uma informação de cromaticidade (croma) Variação de luminância Cores: geometria dos espaços de cor tricromáticos

27 Instituto de Computação - UFF 27 :c 1 +c 2 +c 3 :c 1 +c 2 +c 3 (0,1,0) (1,0,0) (0,0,1) Cores: Triângulo de Maxwell

28 Instituto de Computação - UFF 28 c c* Cores: coordenadas de cromaticidade

29 Instituto de Computação - UFF 29 É um cone.É um cone. É convexo.É convexo. Cores espectrais (puras) estão na fronteira.Cores espectrais (puras) estão na fronteira. Plano X+Y+Z=1 Diagrama de cromaticidade (projeção do sólido de cor sobre o Triângulo de Maxwell Cores: sólidos de cor e diagramas de cromaticidade

30 Instituto de Computação - UFF 30 Sólido de cor + uma base = Sistema de cor.Sólido de cor + uma base = Sistema de cor. c c = c 1 P 1 + c 2 P 2 + c 3 P 3 c = c 1 P 1 + c 2 P 2 + c 3 P 3 P1P1P1P1 P2P2P2P2 P3P3P3P3 Cores: sistemas de cor

31 Instituto de Computação - UFF 31 Sistemas propostos para especificação de cor padronizada.Sistemas propostos para especificação de cor padronizada. Independentes de dispositivos físicos.Independentes de dispositivos físicos. Sistemas propostos pela CIE ( Comission Internationale de l´Eclairage)Sistemas propostos pela CIE ( Comission Internationale de l´Eclairage) –Sistema CIE-RGB. –Sistema CIE-XYZ. Cores: sistemas de cor padrão

32 Instituto de Computação - UFF 32 Primeiro sistema padrão proposto.Primeiro sistema padrão proposto. Utiliza uma representação de cor no espaço tricromáticoUtiliza uma representação de cor no espaço tricromático Base de primárias do sistema:Base de primárias do sistema: –R( ) vermelho com comprimento de onda de 700 nm –G( ) verde com comprimento de onda de 546 nm –B( ) azul com comprimento de onda de nm Cores: sistemas CIE-RGB

33 Instituto de Computação - UFF 33 (nm) nm 546 nm Valores dos tri-esimulos r ) g ) b ) C ) = R r ) + G g + B b C ) = R r ) + G g + B b Cores espectrais nm 546,1 nm 520 nm 500 nm Reta púrpura Cores: funções de reconstrução de cor no sistema CIE-RGB

34 Instituto de Computação - UFF 34YZ X nm 546,1 nm 520 nm 500 nm Cores: limitações do sistema CIE-RGB

35 Instituto de Computação - UFF 35 Sistema proposto capaz de reconstruir todas as cores visíveis.Sistema proposto capaz de reconstruir todas as cores visíveis. A base de primárias {X,Y,Z} é formada por cores não visíveis. Estão fora do sólido de cor.A base de primárias {X,Y,Z} é formada por cores não visíveis. Estão fora do sólido de cor. Deste modo todas as cores visíveis possuem coordenadas positivas.Deste modo todas as cores visíveis possuem coordenadas positivas. Cores: sistema CIE-XYZ

36 Instituto de Computação - UFF 36 Cores: sistema CIE-XYZ

37 Instituto de Computação - UFF 37 Cores: sistema CIE-XYZ

38 Instituto de Computação - UFF Purpura Azul Cian Verde Amarelo Vermelho x y Branco Cores: sistema CIE-XYZ

39 Instituto de Computação - UFF Valor nm nm Cores Básicas do CIE 1931 C ) = X X + Y Y + Z Z X X Y Z Cores: funções de reconstrução de cor no sistema CIE-XYZ

40 Instituto de Computação - UFF 40yx Branco C2C2C2C2 C1C1C1C1 coressaturadas a b saturação de C 1 = a a + b yx Branco C C C é complementar a C C + C = Branco C + C = Branco Cores: sistema CIE-XYZ

41 Instituto de Computação - UFF 41 Cores: comparação entre os sistemas CIE-RGB e CIE-XYZ

42 Instituto de Computação - UFF 42 É feita através de mudanças de coordenadas (determinada por uma mudança de base).É feita através de mudanças de coordenadas (determinada por uma mudança de base). A mudança entre as bases é determinada por uma transformação linear.A mudança entre as bases é determinada por uma transformação linear. Cores: conversão entre os sistemas CIE- RGB e CIE-XYZ

43 Instituto de Computação - UFF 43 Sistemas dos Dispositivos.Sistemas dos Dispositivos. Sistemas Computacionais.Sistemas Computacionais. Sistemas de Interface.Sistemas de Interface. Cores: sistemas de cor da Computação Gráfica

44 Instituto de Computação - UFF 44 Processo Aditivo pixel Cores: sistemas dos monitores

45 Instituto de Computação - UFF 45 B Normalmente temos 1 byte para cada componente mapeando[0, 255] em [0,1] processo aditivo R G B Y M C W K vermelho azul preto verde amarelo ciano magenta branco Cores: sistemas dos monitores - mRGB

46 Instituto de Computação - UFF 46 processo subtrativo luz branca tinta ciano (0,1,1) luz ciano (0,1,1) componente vermelha é absorvida papel branco (1,1,1) Cores: sistemas as impressoras - CMY(K)

47 Instituto de Computação - UFF 47 x y gamute de um monitor gamute de uma impressora C1C1C1C1 C2C2C2C2 W Cores: gamute no diagrama de cromaticidade dos dispositivos

48 Instituto de Computação - UFF 48 Permitem uma especificação intuitiva de cores.Permitem uma especificação intuitiva de cores. São baseados em uma decomposição crominância-luminância.São baseados em uma decomposição crominância-luminância. Utilizam o seguinte esquema:Utilizam o seguinte esquema: 1.Escolha da crominância. 2.Escolha da luminância(brilho). Cores: sistemas de interface

49 Instituto de Computação - UFF 49 Escolha da crominância:Escolha da crominância: –Escolha de um ponto no espaço de croma (bidimensional). Primeiro o usuário escolhe a matiz (a cor pura).Primeiro o usuário escolhe a matiz (a cor pura). Depois o usuário escolhe a saturação (nível de mistura da cor pura com o branco).Depois o usuário escolhe a saturação (nível de mistura da cor pura com o branco). Cores: sistemas de interface

50 Instituto de Computação - UFF 50 Sistema criado para a especificação de cores em monitores.Sistema criado para a especificação de cores em monitores. Introduz um sistema de coordenadas segundo o esquema luminância-crominância no sistema mRGB.Introduz um sistema de coordenadas segundo o esquema luminância-crominância no sistema mRGB. Descreve uma cor através de 3 parâmetros:Descreve uma cor através de 3 parâmetros: –Hue(matiz) –Saturation(saturação) –Value(valor), uma mediada de brilho igual a max{r,g,b}. Cores: sistema HSV

51 Instituto de Computação - UFF 51 Cores: sistema HSV


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