Spis treści:
Red, green, blue, czyli czerwony, zielony i niebieski. Zupełnie jak kolory podstawowe, o których uczyliśmy się na pierwszych lekcjach plastyki. Dlaczego są tak ważne dla świata elektronicznego, urządzeń wyświetlających i ludzkiego oka? Oto małe kompendium, z którym na pewno nikt nie zaskoczy Was z podstaw wiadomości o kolorze na ekranie.
Podstawy teoretyczne. Co to jest przestrzeń barw
RGB to model przestrzeni barw, zatem omówimy krótko przestrzenie barw. Część wydaje się skomplikowana, ale nie trzeba być mistrzem z optyki. Okresleń kolor i barwa będziemy używać zamiennie.
Przestrzeń barw to specyficzna organizacja kolorów. Istnieje ich wiele. Są to widma fal elektromagnetycznych z zakresu od 380 do 780 nm, czyli światła widzialnego. W połączeniu z profilowaniem kolorów obsługiwanym przez różne urządzenia wspiera ona ich odtwarzalne reprezentacje, czyli ich wyświetlanie. Jest tak niezależnie od tego, czy mówimy o reprezentacji analogowej, czy cyfrowej. Przestrzeń barw może być:
- arbitralna, tzn. z fizycznie zrealizowanymi kolorami przypisanymi do zestawu fizycznych wzorców barw z odpowiadającymi im nazwami kolorów i liczbami. Przykład to kolekcja Pantone znana introligatorom i studentom, którzy opatrywali pracę dyplomową w oprawę o ściśle określonym odcieniu,
- zorganizowana z matematycznym rygorem (jak w przypadku systemu NCS, Adobe RGB i sRGB).
Co daje nam przestrzeń barw?
Przestrzeń barw jest użytecznym narzędziem koncepcyjnym pozwalającym zrozumieć możliwości kolorystyczne danego urządzenia lub pliku cyfrowego. Przy próbie odtworzenia kolorów na innym urządzeniu przestrzeń barw może nam pokazać, czy będziemy w stanie zachować szczegóły cieni/światła i nasycenie kolorów oraz to, w jakim stopniu któreś z nich zostanie naruszone. Model kolorów RGB jest implementowany na różne sposoby i w zależności od możliwości używanego systemu. Wciąż często i powszechnie używanym wcieleniem, począwszy od 2006 roku, jest 24-bitowa implementacja z 256 poziomami koloru na kanał. Każda przestrzeń kolorów oparta na 24-bitowym modelu RGB jest zatem ograniczona do pewnego zakresu. Więcej bitów oznacza lepsze filtrowanie, zwłaszcza przy wykorzystywaniu algorytmów, ale to już zupełnie inna historia.
Przejdźmy do przykładów.
Kolory podstawowe, które znamy
Skrót RGB pochodzi od pierwszych liter angielskich nazw kolorów:
- R, Red – czerwony,
- G, Green – zielony,
- B, Blue – niebieski.
Niektórzy jako barwę podstawową postrzegają także kolor żółty i ma to swoje podłoże. Ten akurat znajduje się w zestawie CMYK znanym drukarzom, ale to na inną okazję. To postrzeganie rodem z tak zwanego modelu psychologicznego, według którego rozpoznajemy cztery barwy jako dwie przeciwstawne pary:
- żółty-niebieski,
- czerwony-zielony.
Wielu malarzy w dawnych czasach , a zwłaszcza przed rokiem 1666, kiedy to Isaac Newton analizując rozszczepianie promieni świetlnych stworzył swoje koło barw, używało na paletach właśnie tych czterech kolorów. Udoskonalenie tego modelu historycznego stanowi właśnie model CMYK.
Język HTML widzi kolory podstawowe trochę inaczej i wyróżnia na swoje potrzeby więcej barw podstawowych:
O barwach, a raczej o ich wyświetlaniu, można więc mówić w kontekście różnych narzędzi i języków. Za chwilę omówimy dokładniej kody widoczne na zdjęciu. Na razie możemy zauważyć, że zapisy kodów barw przypominają katalog farb w sklepie rzemieślniczym. Jeden po drugim pojawiają się kolejne odcienie. Wiele spośród nich ma swoją nazwę, i tak wyróżniamy kolejne, i kolejne… Ale o co tutaj chodzi, czym są te hashtagi-kratki-płotki, cyfry 0, litery F?
Trzy parametry RGB
Na zdjęciu podstawowa edycja kolorów w najprostszym i świetnie znanym oprogramowaniu graficznym, czyli Microsoft Paint. Lewa kolumna opisuje nasycenie koloru (inaczej: saturacja koloru) oraz jaskrawość – nas będzie interesować prawa kolumna.
Wartości w kolumnie po prawej: czerwony, zielony i niebieski mieszczą się w zakresie od 0 do 255. To 256 wartości do wyboru – pamiętajcie o zerze.
Widać, że na tym przykładzie czerwonego jest najwięcej (222), zielony (44) i niebieski (48) stanowią domieszkę. W efekcie osiągnęliśmy dość jaskrawy i mocno nasycony odcień czerwieni.
Próbnik kolorów RGB. Kod szesnastkowy
Animacja przedstawia korzystanie z próbnika kolorów RGB. Dzięki temu przykładowi uzyskaliśmy czwarty parametr. To hex RGB – zapis kodu ze znakiem # z przodu. Barwy mogą być bowiem zapisywane w formie szesnastkowej (inaczej: heksadecymalnej; od ang. hexadecimal). Zwykle do wygenerowania zapisu heksadecymalnego używa się programów graficznych lub specjalnej palety kolorów, czyli tzw. próbnik kolorów albo color picker, który widać na animacji.
Zapis składa się z sześciu cyfr szesnastkowych – trzech bajtów. W modelu RGB bajty odpowiadają kolejno za barwę czerwoną, zieloną i niebieską. Każdy bajt może przyjąć wartość od 00 (0) do FF (255), co oznacza, odpowiednio, najmniejszą i największą intensywność danej barwy. Każdy odcień ma swój niepowtarzalny kod.
Różne sposoby zapisu - uporządkowanie
Kolory stron internetowych, czcionek i grafik to po prostu kolory używane do wyświetlania, ale muszą istnieć metody opisywania i określania tych kolorów. Kolory mogą być określone jako znany już nam tryplet RGB lub w formacie szesnastkowym jako tryplet heksadecymalny, czyli szesnastkowy. W niektórych przypadkach określa się je także zgodnie z ich powszechnymi nazwami angielskimi, tak jak widzieliście to powyżej przy opisie kolorów podstawowych. Między tymi zapisami możemy się wprawnie przełączać za pomocą konwerterów. Niektórzy nawet próbują zapamiętać kody. Przy takiej mnogości kolorów w końcu trzeba natrafić na opór: zaraz zobaczycie, ile ich jest!
True Color - co to jest?
True Color to sposób wyświetlania kolorów na 24-bitowym wyświetlaczu. Hit radiowy amerykańskiej piosenkarki Cyndi Lauper zatytułowany True Colors nadal żywy i niezapomniany. Artystka śpiewa w piosence: “I see your true colors” – widzę Twoje prawdziwe barwy. Ma na myśli raczej osobowość swojego ukochanego, ale jeżeli widziałaby standard True Color, to mogłaby dostać prawdziwego oczopląsu. Ilość barw określanych przez 3-bitową wartość koloru wynosi bowiem…
224 = 16 777 216
Wyobraźmy sobie tę wartość. Ponad 16 i pół miliona kolorów – tyle mogą osiągnąć wyświetlacze o 24-bitowej głębi kolorów. W sumie istnieje dla nich 16777216 kolorów. Zakres obejmuje 0-255, zatem każdy parametr to zawsze jedna z 256 wartości. Maksymalna liczba kolorów pochodzi ze wzoru 2563. Tyle paseczków z kolorami miałby wspomniany katalog farb do malowania ściany, gdybyśmy posługiwali się w nim kodem RGB.
Nostalgicznie. High color
Raczej już tylko jako ciekawostka, choć nadal ma swoich wiernych fanów. Tradycyjnie high color to sposób wyświetlania przestrzeni barw na ekranie wyświetlacza o 15-bitowej lub 16-bitowej głębi kolorów. W tym trybie każdy kolor określany jest przez wartość 2-bajtową. 5-bitowa głębia kolorów, czyli po 5 bitów na każdą składową modelu RGB, umożliwia wyświetlenie 32768 kolorów – wtedy 1 bit zostaje niewykorzystany. 16-bitowa głębia kolorów umożliwia wyświetlenie 65536 kolorów. Ach, stary sprzęt!
24 czy 32 bity? Pojęcie kanału alfa
W grafice komputerowej kanał alfa definiuje przezroczystość. Zapisuje się go razem ze składowymi RGB. W trybie True Color do określenia koloru piksela wystarczą 24 bity, ale mimo to każdy kolor jest zapisywany na 32 bitach. Format 32-bitowy pojawił się pod koniec lat 90. XX w., gdy karty graficzne miały już wystarczająco dużą pamięć, aby można było go zastosować w celu przyspieszenia operacji graficznych.
W 32-bitowych systemach operacyjnych korzystających z 32-bitowych magistral i działających na 32-bitowych procesorach wyrównanie do 32 bitów pozwala znacznie przyspieszyć wykonywanie operacji, w tym operacji graficznych, i ułatwia adresowanie pikseli w pamięci karty graficznej. Prawie wszystkie dzisiejsze komputery zawierają karty graficzne z pamięcią wystarczającą do obsługi 32-bitowych kolorów w większości rozdzielczości. Starsze komputery i karty graficzne mogą obsługiwać tylko do 16 bitów kolorów.
Zwróćmy uwagę jeszcze na kanał alfa. Wyjaśnienie go jest konieczne, aby przyswoić lepiej główny temat artykułu, czyli pojęcie RGB. W grafice komputerowej kanał alfa definiuje przezroczystość. Zapisuje się go razem ze składowymi RGB.
Wartość 0 kanału alfa to całkowita przezroczystość.
Wartość 1-254 to częściowa przezroczystość.
Wartość 255 kanału alfa to całkowita nieprzezroczystość - barwa bez kanału alfa.
Pliki graficzne radzą sobie z kanałem alfa różnie. Niektóre formaty nie pozwalają na jego zapis. JPEG w ogóle go nie obsługuje, a GIF umożliwia zapisanie jedynie dwóch stopni. Do wyboru jest albo pełna przezroczystość, albo pełna barwa. Jednym z popularnych formatów graficznych obsługujących pośrednie stopnie przezroczystości jest format PNG – kanał alfa może mieć w nim zwyczajowe 256 poziomów z zakresu 0-255.
Deep Color - co to jest?
Wraz z pojawieniem się HDMI 1.3 jedną z głównych nowych możliwości kabla została obsługa Deep Color i xvYCC. Deep Color, wraz z xvYCC, teoretycznie sprawia, że kolory na wyświetlaczu są bardziej realistyczne. Deep color zwiększa dostępną głębię bitową dla każdej składowej koloru, a xvYCC sprawia, że ogólna paleta barw jest większa. Ale co to oznacza?
Znamy już podstawy przestrzeni barw, głębi koloru i RGB, a zatem nie będzie trudno. Deep color obsługuje 30/36/48/64-bitowe kolory dla trzech kolorów RGB. To zmienia liczbę dostępnych kolorów w miliardy. Na przykład 36-bitowy kolor pozwala na 68 719 476 736 różnych wariantów kolorystycznych. A ponieważ obsługuje również xcYCC, jest jeszcze więcej opcji kolorystycznych do wyboru. To wszystko przekłada się na ostrzejsze, bardziej żywe obrazy.
Jednak, aby uzyskać głębokie kolory, wszystko musi gładko współpracować – od źródła, poprzez kabel, aż po wyświetlacz. Jeśli któryś z tych elementów nie obsługuje funkcji Deep Color, to nic z tego. Na szczęście nie jest trudno znaleźć sprzęt, który obsługuje Deep Color – wiele odtwarzaczy DVD, wyświetlaczy i kart graficznych obsługuje Deep Color.
Wady i zalety posiadania większej głębi kolorów
- 32 bity w przełożeniu na RGB dają już o wiele więcej – podobnie jak kolor 24-bitowy, kolor 32-bitowy obsługuje 16 777 215 kolorów, ale kanał alfa sprawia, że można tworzyć bardziej przekonujące gradienty, cienie i przezroczystości. Z kanałem alfa 32-bitowy kolor obsługuje 4 294 967 296 kombinacji kolorów. Według wielu obraz jest jaśniejszy i mniej męczący dla oczu, gdy pracuje się na wyższej głębi kolorów.
- Praca z większą głębią kolorów wymaga jednak więcej zasobów systemowych, które sprawiają, że urządzenie musi pracować intensywniej. Jeśli w przypadku komputera mamy do dyspozycji za na mało pamięci, może to spowolnić system. Wyższa (głębsza?) głębia kolorów w grach może zmniejszyć ilość wyświetlanych klatek (FPS) w zależności od karty graficznej i gry, w którą gramy.
- Większość użytkowników nie widzi różnicy między 16- i 32-bitowym kolorem. Jeśli jednak używamy programu z gradientami, cieniami, przezroczystością lub innymi efektami wizualnymi, które wymagają szerokiej gamy kolorów, to różnica powinna być wyraźnie zauważalna.
Addytywne i subtraktywne mieszanie barw, czyli jak powstają nowe kolory
Aby zrozumieć z tego wszystko więcej, niż tylko ramowy sposób tworzenia się koloru – czyli proces, który bądź co bądź i tak wykona za nas dane urządzenie na podstawie wprowadzonych danych – musimy dorzucić nieco wiedzy fizycznej. Na szczęście w ogóle nie jest skomplikowana. Addytywne jest dodawanie, subtraktywne jest odejmowanie. Spójrzmy.
Addytywne powstawanie koloru
Model RGB, z którego korzystają cyfrowe wyświetlacze, używa mieszania światła emitowanego. Jest to synteza addytywna. Złożenie wszystkich trzech barw pozwala utworzyć kolor biały, a brak emitowanego światła daje kolor czarny. Co ciekawe wybór kolorów czerwonego, zielonego i niebieskiego powiązany jest z fizjologią oka ludzkiego, które posiada trzy receptory odbierające długości fal świetlnych wywołujących wrażenie właśnie tych barw. W oświetlonym różnymi barwami miejscu nasze oko widzi odbity strumień, który jest sumą wszystkich padających w to miejsce barw i występują w nim wszystkie długości fal. Kiedy zmieszamy czerwone i zielone światło, nasze oko zobaczy żółty, i to się nazywa kolor addytywny.
Subtraktywne powstawanie koloru
Drugi rodzaj mieszania to synteza subtraktywna. To odejmowanie promieniowań widzialnych różnych długości. Taka synteza zachodzi np. przy mieszaniu farb o różnych kolorach na ścianie. W miejscu pokrytym farbą powstałą ze zmieszania farb o różnych kolorach oko ludzkie widzi odbity strumień światła będący tą częścią światła białego, która zostanie po pochłonięciu wszystkich składowych barwnych przez poszczególne farby wchodzące w skład mieszanki. Metoda pojawia się w druku tradycyjnym – tusz albo inna farba drukowa pokrywająca biały papier tworzy pewien filtr, a niepochłonięte długości fal docierają do naszego oka i dzięki temu widzimy to, co założyliśmy – jasny oranż, ogniste flamenco, wiosenną zieleń i tak dalej.
Różnice w wyświetlaniu kolorów
Różnica przede wszystkim tkwi w różnicy nośników, na które patrzymy. Odpowiedzią jest przykład z farbą albo tuszem na kartce. Ekran emituje własne światło, a kartka papieru światło odbija. Dodatkowo różnice wynikają także z różnych palet barw, jakich używa się albo do druku, albo do prezentacji na ekranie. Dokładne wyświetlanie kolorów na wyświetlaczu/monitorze/ekranie nie jest łatwe. Na wierne odwzorowanie liczą oczywiście wszyscy, którzy w danej chwili na ekran patrzą, ale zwracają na nie uwagę zwłaszcza fotografowie, graficy, projektanci i poligrafrowie. Tu nie może być mowy o pomyłkach lub trzeba przynajmniej rozbieżności możliwie zlikwidować.
- Źródło świata – żarówka lub świetlówka dobrej lampy powinna emitować światło bliskie naturalnemu (barwa 5000-6500K) i mieć wysoki współczynnik jakości barwy CRI.
- Stała odległość źródła światła od oglądanego obiektu – idealne warunki ocenykoloru to natężenie światła rzędu 1500-2000 luxów.
- Neutralny punkt odniesienia – pomarańczowy będzie wydawał się słabszy, jeśli w jego tle znajdzie się niebieski. Neutralne, szare tła pozwalają uniknąć przekłamań z sąsiedztwa jasnych i ciemnych kolorów.
Poniżej zostawiamy Wam test wyświetlania RGB Color Test. Warto zapisać ten film w pamięci albo w zakładce. Trwa kwadrans, więc może nie na teraz, ale zawsze pomoże Wam wychwycić problemy z kolorem.
LEDy RGB
Diody elektroluminescencyjne to półprzewodnikowe urządzenia elektroniczne, które emitują światło monochromatyczne, gdy przez zawarte w tym elemencie złącze PN przepływa prąd elektryczny. Jeżeli w jednej obudowie umieści się trzy diody – czerwoną, zieloną i niebieską, to sterując względną jasnością każdej z nich, możliwa jest płynna zmiana wypadkowego koloru diody. Jeżeli czytaliście uważnie, to wiecie czemu tak się dzieje.
Planujecie łańcuchowe oświetlenie altany? A może upiększenie korytarza? W Botland diod RGB nie brakuje. A jeśli chodzi nam po głowie własny projekt elektroniczny albo konieczna wymiana sprzętu, to warto zajrzeć do wyświetlaczy.
Wyświetlacze LCD, LED, OLED… Co to jest i jak działa, czyli mały przewodnik
Powszechna wiedza na temat wyświetlaczy, ekranów i monitorów obejmuje jakość, cale, może producenta… A wyświetlacz LCD czy LED kryje o wiele więcej.
W kolejnym odcinku zajmiemy się paletą CMYK.
