HSV (цветовая модель)

Шаблон:Значения Шаблон:Много внутренних ссылок HSV (Шаблон:Lang-en — тон, насыщенность, значение) или HSB (Шаблон:Lang-en — тон, насыщенность, яркость) — цветовая модель, в которой координатами цвета являются:

Шкала оттенков — Hue

• Hue — цветовой тон, например, красный, зелёный или синий. $H<360^{\circ }$, однако иногда приводится к $H<100$ или $H<1$.
• Saturation — насыщенность. $S⩽100$ или $S⩽1$. Чем больше этот параметр, тем «чище» цвет, поэтому этот параметр иногда называют чистотой цвета. А чем ближе этот параметр к нулю, тем ближе цвет к нейтральному серому.
• Value — значение цвета, или Brightness — яркость. Также, как и в насыщенности, $V⩽100$ или $V⩽1$.

Модель была создана Шаблон:Нп3, одним из будущих сооснователей Pixar, в середине 1970-х. Она является нелинейным преобразованием модели RGB.

Цвет, представленный в HSV, зависит от устройства, на которое он будет выведен, так как HSV — преобразование модели RGB, которая тоже зависит от устройства. Для получения кода цвета, не зависящего от устройства, используется модель Lab.

HSV (HSB) и HSL — две разные цветовые модели.

Трёхмерные визуализации пространства HSV

Цилиндр

Цилиндр

Простейший способ отобразить HSV в трёхмерное пространство — воспользоваться цилиндрической системой координат. Здесь координата H определяется полярным углом, S — радиус-вектором, а V — Z-координатой. То есть, оттенок изменяется при движении вдоль окружности цилиндра, насыщенность — вдоль радиуса, а яркость — вдоль высоты. Несмотря на «математическую» точность, у такой модели есть существенный недостаток: на практике количество различимых глазом уровней насыщенности и оттенков уменьшается при приближении яркости (V) к нулю (то есть, на оттенках, близких к чёрному). Также на малых S и V появляются существенные ошибки округления при переводе RGB в HSV и наоборот. Поэтому чаще применяется коническая модель. Шаблон:Clear

Конус

Коническое представление модели

Другой способ визуализации цветового пространства — конус. Как и в цилиндре, оттенок изменяется по окружности конуса. Насыщенность цвета возрастает с отдалением от оси конуса, а яркость — с приближением к его основанию. Иногда вместо конуса используется шестиугольная правильная пирамида.

Оба этих способа являются удобной трёхмерной иллюстрацией пространства HSV. Но из-за трёхмерности они в прикладном ПО не применяются.

Визуализация HSV в прикладном ПО

Модель HSV часто используется в программах компьютерной графики, так как она удобна для человека. Ниже указаны способы «разворачивания» трёхмерного пространства HSV на двухмерный экран компьютера.

Цветовой круг

Файл:HSV-Slider.png

Цветовой круг в прикладном ПО

Эта визуализация состоит из цветового круга (поперечного сечения цилиндра) и движка яркости (высоты цилиндра). Эта визуализация получила широкую известность по первым версиям ПО компании Corel. На данный момент применяется чрезвычайно редко, чаще используют кольцевую модель («а-ля Macromedia»)

Цветовое кольцо

Цветовое кольцо с осями H, S и V

Поворачивающееся кольцо

Оттенок представляется в виде радужного кольца, а насыщенность и значение цвета выбираются при помощи вписанного в это кольцо треугольника. Его вертикальная ось, как правило, регулирует насыщенность, а горизонтальная позволяет изменять значение цвета. Таким образом, для выбора цвета нужно сначала указать оттенок, а потом выбрать нужный цвет из треугольника. Шаблон:Clear

Изменение одной компоненты

Три уровня яркости при неизменной насыщенности

Три уровня насыщенности при неизменной яркости

На этих двух диаграммах показываются цвета, различающиеся только одной компонентой. Шаблон:Clear

Матрица соседних оттенков

3×3×3

Различие близких цветов можно отобразить другим путём — показать рядом несколько цветов, ненамного отличающихся своими компонентами. На рисунке справа показано 27 близких оттенков оранжевого, отсортированных по яркости и располагающихся по спирали. Квадратики в центре показывают те же цвета, но отсортированные в более линейном порядке.

HSV и восприятие цвета

Изображение и его отдельные компоненты — H, S, V. На разных участках изображения можно проследить изменения компонент

Часто художники предпочитают использовать HSV вместо других моделей, таких как RGB и CMYK, потому что они считают, что устройство HSV ближе к человеческому восприятию цветов. RGB и CMYK определяют цвет как комбинацию основных цветов (красного, зелёного и синего или жёлтого, пурпурного, бирюзового и чёрного соответственно), в то время как компоненты цвета в HSV отображают информацию о цвете в более привычной человеку форме: Что это за цвет? Насколько он насыщенный? Насколько он светлый или тёмный? Цветовое пространство HSL представляет цвет похожим и даже, возможно, более интуитивно понятным образом, чем HSV.

Преобразования цветовых компонент между моделями

RGB → HSV

Иллюстрация, демонстрирующая отношение между RGB и HSV

Файл:RGB 2 HSV conversion with grid.ogg Считаем, что:

$\begin{array}{cc}H& \in [0,360]\\ S,V,R,G,B& \in [0,1]\end{array}$

Пусть $MAX$ — максимальное значение из $R$, $G$ и $B$, а $MIN$ — минимальное из них.

$H=\{\begin{array}{c}\\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \end{array}$	не определено, если $MAX=MIN$
	$60\times \frac{G-B}{MAX-MIN}+0,$ если $MAX=R$ и $G\ge B$
	$60\times \frac{G-B}{MAX-MIN}+360,$ если $MAX=R$ и $G<B$
	$60\times \frac{B-R}{MAX-MIN}+120,$ если $MAX=G$
	$60\times \frac{R-G}{MAX-MIN}+240,$ если $MAX=B$

$S=\{\begin{array}{c}\\ \end{array}$	$0,$ если $MAX=0;$
	$1-\frac{MIN}{MAX},$ иначе

$V=MAX$

HSV → RGB

Для любых оттенков $H\in [0,360]$, насыщенности $S\in [0,100]$ и яркости $V\in [0,100]$:

$\begin{array}{cc}{H}_i& =\lfloor \frac{H}{60}\rfloor mod6\\ V_{min}& =\frac{(100-S)*V}{100}\\ a& =(V-V_{min})*\frac{Hmod60}{60}\\ V_{inc}& =V_{min}+a\\ V_{dec}& =V-a\\ \end{array}$

$H_i$	R	G	B
0	$V$	$V_{inc}$	$V_{min}$
1	$V_{dec}$	$V$	$V_{min}$
2	$V_{min}$	$V$	$V_{inc}$
3	$V_{min}$	$V_{dec}$	$V$
4	$V_{inc}$	$V_{min}$	$V$
5	$V$	$V_{min}$	$V_{dec}$

Полученные значения красного, зелёного и синего каналов RGB исчисляются в процентах. Чтобы привести их в соответствие распространённому представлению COLORREF необходимо умножить каждое из них на $\frac{255}{100}$.

При целочисленном кодировании для каждого цвета в HSV есть соответствующий цвет в RGB. Однако обратное утверждение не является верным: некоторые цвета в RGB нельзя выразить в HSV так, чтобы значение каждого компонента было целым. Фактически, при таком кодировании доступна только $\frac{1}{256}$ часть цветового пространства RGB.

Дополнительные цвета

Шаблон:Main Два цвета называются дополнительными, если при смешивании их в равной пропорции получается чистый серый цвет. Если задан один цвет $(H,S,V)$, то обязательно существует дополнительный ему цвет $(H^{\prime },S^{\prime },V^{\prime })$. Поскольку результирующий цвет должен быть серым, его насыщенность (S) должна быть равна 0. Таким образом,

$H^{\prime }=$	$\{\begin{array}{cc}H-180,& \text{if }H\ge 180\\ H+180,& \text{if }H<180\end{array}$
$S^{\prime }=$	$\frac{VS}{V(S-1)+1}$
$V^{\prime }=$	$V(S-1)+1$

См. также

• Цветовое пространство
• RGB
• CMYK

Ссылки

• Шаблон:Cite web