Luz e Cor 3/25/2017 Luz e Cor Computação Gráfica - Gattass

Luz Onda eletro-magnética f(Hertz) 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 Luz e Cor 3/25/2017 Luz Onda eletro-magnética f(Hertz) 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 rádioAM FM,TV Micro-Ondas Infra-Vermelho Ultra-Violeta RaiosX VISÍVEL vermelho (4.3x1014 hz), laranja, amarelo,..., verde, azul, violeta (7.5x1014 hz) 10 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12 l(m) Computação Gráfica - Gattass

Comprimento de Onda l = c/ f c = l f l Cor l Violeta 380-440 mm Luz e Cor 3/25/2017 Comprimento de Onda c = Velocidade da Luz @ 3.0x108 m/s c = l f l = c/ f l Cor l Violeta 380-440 mm Azul 440-490 mm Verde 490-565 mm Amarelo 565-590 mm Laranja 590-630 mm Vermelho 630-780 mm 1 mm = 10-9 m Computação Gráfica - Gattass

Reflexão e Refração qi qr incidente refletido refratado material 1 Luz e Cor 3/25/2017 Reflexão e Refração qi qr incidente refletido refratado material 1 material 2 sen qr = sen qi h1 h2 lei de Snell (1621) hi = velocidade da luz no material i velocidade da luz no vácuo luz branca prisma vermelho alaranjado amarelo verde azul violeta hi luz branca (acromática) tem todos os comprimentos de onda Newton Computação Gráfica - Gattass

Fontes luminosas E fonte luminosa branca l (mm) E Luz e Cor 3/25/2017 Fontes luminosas 100 400 500 600 700 50 l (mm) E fonte luminosa branca 400 500 600 700 50 100 l (mm) E comprimento de onda dominante define a matiz (hue) fonte luminosa colorida Computação Gráfica - Gattass

Características das fontes luminosas Luz e Cor 3/25/2017 Características das fontes luminosas 400 500 600 700 l (mm) E matiz (hue) comprimento de onda dominante define a 400 500 600 700 l (mm) E brilho (brightness) intensidade define o brilho (brightness) 400 500 600 700 l (mm) E saturação a concentração no comprimento de onda dominante define a saturação ou pureza cores pastéis são menos saturadas ou menos puras Computação Gráfica - Gattass

Processos de formação de cores Luz e Cor 3/25/2017 Processos de formação de cores por pigmentação A sucessão de reflexão e refração determinam a natureza da luz refletida índices de refração distinto do material base tinta preta tinta branca tinta colorida (saturada) tons mais escuros (shade) claros (tints) Cinzas (greys) tons PALHETA DO PINTOR Computação Gráfica - Gattass

Processos de formação de cores Luz e Cor 3/25/2017 Processos de formação de cores aditivos l Ea Eb a b a+b Ea+b Ea+b(l) = Ea (l)+Eb(l) l O olho não vê componentes! subtrativos filtros ou corantes transparência Ei t Ef Ef(l) = t(l) . Ei (l) l l l Luz branca Filtro verde Luz verde azul índices de refração próximo do material base amarelo Computação Gráfica - Gattass

Espaço de cor do olho humado Luz e Cor 3/25/2017 Espaço de cor do olho humado Olho humano: Cones (RGB) e Bastonetes (cegos para cor) .20 G .18 R .16 .14 .12 fração de luz absorvida por cada cone .10 .08 .06 .04 B .02 400 440 480 520 560 600 640 680 l comprimento de onda (mm) Computação Gráfica - Gattass

Fração da luz absorvida pelo olho Luz e Cor 3/25/2017 Fração da luz absorvida pelo olho 400 500 600 700 50 100 sensibilidade relativa l (mm) luminosidade Computação Gráfica - Gattass

Tons de cinza igualmente espaçados Luz e Cor 3/25/2017 Tons de cinza igualmente espaçados Preto Intensidade Branco Posição Computação Gráfica - Gattass

Tons de cinza perceptualmente espaçados e bandas de Mach Luz e Cor 3/25/2017 Tons de cinza perceptualmente espaçados e bandas de Mach Preto Intensidade Branco Posição Efeito da Banda de Mach Computação Gráfica - Gattass

Luz e Cor 3/25/2017 Contraste Simultâneo Computação Gráfica - Gattass

Percepção de cor Luz Colorida Luz Branca G R B 400 440 480 520 560 600 Luz e Cor 3/25/2017 Percepção de cor 400 440 480 520 560 600 640 680 l Intensidade comprimento de onda (nm) B G R Luz Colorida Luz Branca componente vermelha r = ò c(l) R(l) dl não é bem assim! Computação Gráfica - Gattass

O problema de reprodução de cor em CG Luz e Cor 3/25/2017 O problema de reprodução de cor em CG Mundo Real E 400 700 l Espaço Virtual E R G B l mesma sensação de cor Þ Metamerismo só distingue 400 mil cores (< 219) Þ 19 bits deveriam ser suficientes Computação Gráfica - Gattass

Representação perceptual da cor CIE RGB Luz e Cor 3/25/2017 Representação perceptual da cor CIE RGB R = 700 mm G = 546 mm B = 435.8 mm r(l) R g(l) G b(l) B Cor Monocromática C(l) C(l ) = r(l) R + g(l) G + b(l) B Problema: Não consegue se representar todas as cores visíveis (falta saturação) Computação Gráfica - Gattass

Artifício para “subtrair” uma componente Luz e Cor 3/25/2017 Artifício para “subtrair” uma componente g(l) G b(l) B r(l) R C(l) C(l ) + r(l) R = g(l) G + b(l) B C(l ) = r(l) R + g(l) G + b(l) B, onde r(l) = - r(l) Computação Gráfica - Gattass

Componentes das cores monocromáticas - CIE RGB - Luz e Cor 3/25/2017 Componentes das cores monocromáticas - CIE RGB - C(l ) = r(l) R + g(l) G + b(l) B 0.4 b(l ) r(l ) g(l ) 0.2 Valores dos tri-esimulos l (mm) 400 500 600 700 438 nm 546 nm r(l ) - 0.2 Combinação de três cores (RGB) para reproduzir as cores espectrais Computação Gráfica - Gattass

Conversão da base CIE RGB para CIE XYZ Luz e Cor 3/25/2017 Conversão da base CIE RGB para CIE XYZ C(l) = r(l) R + g(l) G + b(l) B Escolhendo-se XYZ tal que: 2.36470 -0.51515 0.00520 -0.89665 0.14264 -0.01441 -0.46808 0.08874 1.00921 R G B X Y Z = tem-se C(l) = X(l) X + Y(l) Y + Z(l) Z onde X(l) = 2.36470r(l)-0.89665g(l)-0.46808b(l) Y(l) =-0.51515r(l) +0.14264g(l)+0.08874b(l) Z(l) = 0.00520r(l)-0.01441g(l)+1.00921b(l) Computação Gráfica - Gattass

Componentes das cores monocromáticas - CIE XYZ - Luz e Cor 3/25/2017 Componentes das cores monocromáticas - CIE XYZ - C(l ) = X(l) X + Y(l) Y + Z(l) Z 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Z(l) Cores Básicas do CIE 1931 X(l) Y(l) Valor X(l) l (mm) 400 500 600 700 Nota: Y foi escolhida de forma a Y(l) ser semelhante à curva de sensibilidade do olho (luminância) Computação Gráfica - Gattass

Cores visíveis representadas no sistema CIE XYZ Luz e Cor 3/25/2017 Cores visíveis representadas no sistema CIE XYZ X Y Z Plano X+Y+Z=1 Computação Gráfica - Gattass

Retirando a luminosidade ou brilho da definição da cor em CIE XYZ Luz e Cor 3/25/2017 Retirando a luminosidade ou brilho da definição da cor em CIE XYZ Um parenteses sobre luminosidade ou brilho Valores típicos de iluminamento de uma superfície Modo Valores (lux) Luz do dia (máximo) 100 000 Luz de dia sombrio 10 000 Interior próximo a janela 1 000 Minimo p/ trabalho 100 Lua cheia 0,2 Luz das estrelas 0,000 3 … e o olho se acomoda! Retirar o fator luminosidade ou brilho projetando no plano X+Y+Z=1 x = X/(X+Y+Z) y = Y/(X+Y+Z) z = Z/(X+Y+Z) X = (x / y ) Y Y = Y Z = (1-x-y ) Y / y note que x+y+z =1 Computação Gráfica - Gattass

Cores visíveis representadas no sistema CIE xyY Luz e Cor 3/25/2017 Cores visíveis representadas no sistema CIE xyY 520 480 490 500 510 540 560 Purpura 580 600 700 400 Azul Cian Verde Amarelo Vermelho x y 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Branco Computação Gráfica - Gattass

Saturação e cor complementar no diagrama de cromaticidade xy Luz e Cor 3/25/2017 Saturação e cor complementar no diagrama de cromaticidade xy y 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 C2 b cores saturadas saturação de C1 = a a + b C1 a Branco 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x y 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 C é complementar a C Û a C + b C = Branco C C Branco 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x Computação Gráfica - Gattass

Gamute de cromaticidade de dispositivos Luz e Cor 3/25/2017 Gamute de cromaticidade de dispositivos y 0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 0.5 0.7 0.8 0.9 1.0 C2 cor não realizável C1 cor não realizável na impressora C2 gamute de um monitor C1 W gamute de uma impressora 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 x Computação Gráfica - Gattass

Mais um processo de formação de cores - Dithering - Luz e Cor 3/25/2017 Mais um processo de formação de cores - Dithering - half-tone branco cinza claro cinza médio cinza escuro preto 6 8 4 1 3 Matriz de dither 3x3 5 2 7 Obs. é melhor que Computação Gráfica - Gattass

Cores perceptualmente equidistantes representadas no sistema CIE xyY Luz e Cor 3/25/2017 Cores perceptualmente equidistantes representadas no sistema CIE xyY Par de cores perceptualmente equidistantes Computação Gráfica - Gattass

Sistemas de cor perceptualmente uniformes do CIE LUV e CIE LAB (1976) Luz e Cor 3/25/2017 Sistemas de cor perceptualmente uniformes do CIE LUV e CIE LAB (1976) Dados: (X,Y,Z) = componentes da cor no espaço CIE XYZ (Xw,Yw,Zw) = componentes do branco de referência Calcula-se: u’=4X/(X+15Y+3Z) v’=9Y/(X+15Y+3Z) uw=4Xw/(Xw+15Yw+3Zw) vw=9Yw/(Xw+15Yw+3Zw) L* = 116 (Y/Yw)1/3 - 16 se Y/Yw > 0.008850 ou L* = 903.19(Y/Yw) se Y/Yw £ 0.008850 u* = 13L*(u’- uw) v* = 13L*(v’- vw) a* = 500[(X/Xw)1/3- (Y/Yw)1/3] b* = 200[ (Y/Yw)1/3) - (Z/Zw)1/3] u*,v* (ou a*,b*) são as componentes de cromaticidade da cor L* é a luminosidade corrigida para uma escala percetualmente linear Computação Gráfica - Gattass

Cores perceptualmente equidistantes representadas no sistema CIE LUV Luz e Cor 3/25/2017 Cores perceptualmente equidistantes representadas no sistema CIE LUV Computação Gráfica - Gattass

Sistemas de cores por enumeração Luz e Cor 3/25/2017 Sistemas de cores por enumeração Munsell Albert H. Munsell - artista plástico (1905) valor ou intensidade mapas de cores base para os sistemas de interface croma ou saturação tonalidade ou matiz Pantone (início dos 60’s) Computação Gráfica - Gattass

Sistemas de cor dependentes de dispositivo - mRGB Luz e Cor 3/25/2017 Sistemas de cor dependentes de dispositivo - mRGB I ) Sistemas dos Monitores - mRGB G processo aditivo verde Y 1.0 amarelo W C branco ciano K vermelho preto 1.0 R normalmente temos 1 byte para cada componente mapeando [0, 255] em [0,1] azul 1.0 M magenta B Computação Gráfica - Gattass

Conversão do mRGB para CIE XYZ e vice-versa Luz e Cor 3/25/2017 Conversão do mRGB para CIE XYZ e vice-versa Dados (R,G,B) determine (x,y) 1) O fabricante deve informar as coordenadas x,y dos fosforos do monitor ex. R G B white x 0.64 0.30 0.15 0.3127 y 0.33 0.60 0.06 0.3290 2) Determine a coordenada z = 1 - x - y ex. R G B white z 0.04 0.12 0.787 0.3582 3) As coordenadas X,Y,Z são obtidas de: X Y Z XR YR ZR XG YG ZG XB YB ZB R G B = + O problema agora consiste em encontrar as componentes XYZ do R, G e B Computação Gráfica - Gattass

Conversão do mRGB para CIE XYZ (cont.) Luz e Cor 3/25/2017 Conversão do mRGB para CIE XYZ (cont.) xR = XR/ (XR+YR+ZR), se CR = XR+YR+ZR então XR = xRCR da mesma forma YR = yRCR e ZR = zRCR e XG = xGCG , YG = yGCG e ZG = zGCG XB = xBCB , YB = yBCB e ZB = zBCB substituindo na matriz da equação X Y Z XR YR ZR XG YG ZG XB YB ZB R G B xRCR yRCR zRCR xGCG yGCG zGCG xBCB yBCB zBCB R G B = = para determinar as componetes CR , CG e CB usamos o fato de que R=G=B=1 é a cor branca. XW YW ZW xRCR yRCR zRCR xGCG yGCG zGCG xBCB yBCB zBCB 1 xR yR zR xG yG zG xB yB zB CR CG CB = = Computação Gráfica - Gattass

Conversão do mRGB para CIE XYZ (cont.) Luz e Cor 3/25/2017 Conversão do mRGB para CIE XYZ (cont.) Suponha que o a luminosidade do branco YW = 1.00, temos: YW = yW CW Þ CW = YW / yW = 1.0/0.3290 = 3.04 XW = xW CW = 0.31x3,04 = 0.9506 ZW = zW CW = 0,3582x316.45 =1.089 0.95 1.00 1.09 0.64 0.30 0.15 0.33 0.60 0.06 0.03 0.10 0.79 CR CG CB CR CG CB 0,644 1.192 1.203 = resolvendo = Concluindo: = 0.412 0.358 0.180 0.213 0.715 0.072 0.019 0.119 0.950 X Y Z R G B 3.240 -1.537 -0.499 -0.969 1.876 0.042 0.056 -0.200 1.057 R G B = X Y Z Computação Gráfica - Gattass

Sistemas de cor dependentes de dispositivo - CMY Luz e Cor 3/25/2017 Sistemas de cor dependentes de dispositivo - CMY II ) Sistemas das Impressoras -CMY ou CMYK processo predominantemente subtrativo luz branca (1,1,1) luz ciano (0,1,1) tinta ciano (0,1,1) componente vermelha é absorvida C Y M R G B K Computação Gráfica - Gattass

Conversão RGB para CMY e vice-versa Luz e Cor 3/25/2017 Conversão RGB para CMY e vice-versa G C verde Y ciano verde 1.0 1.0 amarelo W preto C branco K ciano azul K amarelo preto vermelho W branco 1.0 R 1.0 azul magenta Y 1.0 M 1.0 vermelho magenta B M (r,g,b) (c,m,y) (c,m,y) = (1-r, 1-g, 1-b) Computação Gráfica - Gattass

Sistemas de cor dependentes de dispositivo - CMYK Luz e Cor 3/25/2017 Sistemas de cor dependentes de dispositivo - CMYK O sistema CMYK usa o preto (blacK) porque o pigmento (carbono) é mais barato; A superposição de ciano, magenta e amarelo para produzir preto gera um tom meio puxado para o marron. Y K K := a min (C, M, Y) a Î [0,1] C := C - K M := M - K Y := Y - K M base linearmente dependente C Computação Gráfica - Gattass

Sistemas de cor mais indicados para interface com usuário - HSV Luz e Cor 3/25/2017 Sistemas de cor mais indicados para interface com usuário - HSV V Value G Y R G B C M Y W C R B M H Hue K S G Saturation decompor (r,g,b) na base de V e do espaço ortogonal a ele. V R B Computação Gráfica - Gattass

Transformação RGB para HSV e vice-versa Luz e Cor 3/25/2017 Transformação RGB para HSV e vice-versa G Max = max(R,G,B) Min = min(R,G,B) no caso G e B, respectivamente R V = Max B G R S=1 Min Max S=0 R B B S = ( Max-Min ) / Max Computação Gráfica - Gattass

Conversão RGB para HSV cálculo de H Luz e Cor 3/25/2017 Conversão RGB para HSV cálculo de H V G(120o) Y (60o) C(180o) R (0o) 120o 60o B(240o) 180o M(300o) 0o 240o 300o H S r R 120o H b g 180o B Computação Gráfica - Gattass

Função de Transferência Luz e Cor 3/25/2017 Correção Gama Função de Transferência CCIR Rec.709 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 Intensidade da luz Sinal de vídeo (voltagem ou código) R’709 = 1.099 R0.45 - 0.099 G’709 = 1.099 G0.45 - 0.099 B’709 = 1.099 B0.45 - 0.099 Computação Gráfica - Gattass

Sistema (Y’, B’-Y’, R’-Y’) Luz e Cor 3/25/2017 Sistema (Y’, B’-Y’, R’-Y’) Y’601 = 0.2999 R’ + 0.587 G’ + 0.114 B’ Componente luma de vídeo B’-Y’601 = B’ -(0.2999 R’ + 0.587 G’ + 0.114 B’) R’-Y’601 = R’ -(0.2999 R’ + 0.587 G’ + 0.114 B’) Componente de diferença de cor = 0.299 0.587 0.114 -0.299 -0.587 0.886 0.701 -0.587 0.114 Y’ B’- Y’ R’- Y’ R’ G’ B’ Motivação: As componentes de diferença de cor podem ser sub-amostradas! Computação Gráfica - Gattass

Cubo RGB no espaço (Y’, B’-Y’, R’-Y’) Luz e Cor 3/25/2017 Cubo RGB no espaço (Y’, B’-Y’, R’-Y’) Computação Gráfica - Gattass

Conversão para vídeo vídeos analógicos (BetaCam e M-II) vídeos Luz e Cor 3/25/2017 Conversão para vídeo vídeos analógicos (BetaCam e M-II) vídeos digitais com 8 bits/componente (JPEG, MEG) Computação Gráfica - Gattass