Методы наложения (компьютерная графика)

Методы наложения (англ. Blend modes, также Mixing modes — методы смешивания) в компьютерной графике используются при редактировании цифровых изображений для определения того, как слои изображения взаимодействуют или смешиваются друг с другом. Под слоями понимаются не только отдельные слои изображения, но также и инструменты редактирования внутри одного слоя такие как кисть, заливка и другие.

Существует 27 основных методов наложения, которые разбиты на 7 групп: обычные, затемнение, осветление, контраст, инверсия, отмена и компонентная группа.

Условные обозначения

$A$ — передний слой, $B$ — задний слой, $C$ — полученный результат.

В большинстве представленных формул арифметические операции производятся над RGB-компонентами изображения соответственно: для красного, зелёного и синего каналов ($A+B=R_A{G}_A{B}_A+R_B{G}_B{B}_B$). Традиционное использование промежутка $0..255$ для значений RBG-компонент нормализовано, то есть пропорционально преобразовано в промежуток $0..1$. Так, например, $C{C}_{16}=204_{10}^{0..255}=0.8_{10}^{0..1}$. При этом результат вычислений не может выйти за границы указанного промежутка.

Методы компонентной группы используют HSV-компоненты.

$Y$ — яркость. Яркость используется в некоторых

$\leftrightarrow$ — коммутативная операция, то есть результат $C$ не зависит от взаимного расположения слоёв $A$ и $B$.

$\nleftrightarrow$ — операция некоммутативна.

Обычная группа (Normal group)

Обычный (Normal)

Обычный метод наложения используется по умолчанию в большинстве графических редакторов. Изображение на переднем слое полностью перекрывает стоящее за ним.

Формула: $C=A$

Затухание (Dissolve)

Отличается от обычного метода наложения только при уменьшении параметра непрозрачности переднего слоя. Фронтальное изображение затухает не равномерно, а случайно: для каждого пикселя изображения переднего слоя случайным образом определяется, останется ли она окрашенной в оригинальный цвет, либо примет цвет пикселя изображения с заднего слоя. Чем ниже показатель непрозрачности, тем больше вероятность пикселя переднего изображения сменить цвет.

Затемнение (Darken group)

Затемнение (Darken)

Данный метод поканально сравнивает два смешиваемых изображения и из каждой соответственной пары выбирает канал с более низким значением.

Формула ($\nleftrightarrow$): $C=\{\begin{array}{cc}A,& \text{if }B\le A\\ B,& \text{if }B>A\end{array}$

Умножение (Multiply)

Каждый компонент одного слоя умножается на соответствующий компонент другого слоя и результат объединяется в изображение. Поскольку для вычислений берётся нормализованный промежуток $0..1$, получившееся изображение получается темнее исходных, если хотя бы одно из них не состоит целиком из белого цвета, равного 1. В случае смешивания с изображением чёрного цвета результат всегда будет равен 0.

Коммутативность данного метода наложения вытекает из коммутативности операции умножения.

Формула ($\leftrightarrow$): $C=A\times B$

Выжигание цвета (Color Burn)

Формула ($\nleftrightarrow$): $C=1-\frac{1-B}{A}$

Линейное выжигание (Linear Burn)

Формула ($\leftrightarrow$): $C=A+B-1$

Темнее (Darker Color)

Похож на Darken, но сравнивание производится не для каждого RGB-канала изображения отдельно, а для композитного канала целиком. Сравнивание происходит по показателю яркости, который вычисляется по формуле $Y=0.3R+0.59G+0.11B$, где $Y$ — яркость, $R$ — красный канал, $G$ — зелёный канал, $B$ — синий канал.

Поскольку выбор изображения идёт из композитных каналов двух смешиваемых слоёв, а не по отдельным каналам, данный метод наложения не создаёт новые цвета, в отличие от Darken метода.

Формула: $C=\{\begin{array}{cc}A,& \text{if }{Y}_B\le Y_A\\ B,& \text{if }{Y}_B>Y_A\end{array}$

Осветление (Lighten Group)

Методы этой группы по сути действия прямо противоположны методам из группы затемнения.

Осветление (Lighten)

Как и Darken сравнивает соответствующие каналы смешиваемых изображений, но выбирает большее значение из двух.

Формула: $C=\{\begin{array}{cc}B,& \text{if }B\le A\\ A,& \text{if }B>A\end{array}$

Экранирование (Screen)

Формула: $C=1-(1-A)\times (1-B)$

Выгорание цвета (Color Dodge)

Формула: $C=\frac{B}{1-A}$

Линейное выгорание (Linear Dodge), иногда Сложение (Add)

Формула: $C=A+B$

Контрастная группа (Contrast group)

Перекрытие (Overlay)

Формула: $C=\{\begin{array}{cc}2\times A\times B,& \text{if }B\le 0.5\\ 1-2\times (1-A)\times (1-B),& \text{if }B>0.5\end{array}$

Мягкий свет (Soft Light)

Формула: $C=\{\begin{array}{cc}(2\times A-1)\times (B-B^2)+B,& \text{if }A\le 0.5\\ (2\times A-1)\times (\sqrt{B}-B)+B,& \text{if }A>0.5\end{array}$

Жёсткий свет (Hard Light)

Формула: $C=\{\begin{array}{cc}2\times A\times B,& \text{if }A\le 0.5\\ 1-2\times (1-A)\times (1-B),& \text{if }A>0.5\end{array}$

Яркий свет (Vivid Light)

Формула: $C=\{\begin{array}{cc}1-\frac{(1-B)}{2\times A},& \text{if }A\le 0.5\\ \frac{B}{2\times (1-A)},& \text{if }A>0.5\end{array}$

Линейный свет (Linear Light)

Формула: $C=B+2\times A-1$