Текст книги "Компьютерная графика в дизайне"

В практике графических проектов, особенно с выходом на полиграфический процесс, встречаются ситуации, когда погрешности в воспроизведении цвета крайне нежелательны (а иногда просто недопустимы, например, при воспроизведении запоминающихся цветов логотипа фирмы или образцов цвета изделий в каталоге товаров). Если цветов, которые необходимо воспроизвести с высокой точностью, единицы, то можно воспользоваться технологией плашечной печати совместно с одной из систем цветосовмещения.

Плашечная печать – полиграфическая технология воспроизведения изображения с помощью заранее подготовленных красок требующегося цвета. Для плашечной печати применяются краски, входящие в готовые к употреблению комплекты, либо смешивающиеся в типографии по стандартным рецептурам из базовых красок. Поскольку цветность в таком полиграфическом процессе обеспечивается не механизмом субтрактивной цветовой модели, а предварительной подготовкой непрозрачной краски, технология плашечной печати может обеспечить сравнительно высокую точность воспроизведения цвета.

Комплекты красок для плашечной печати и рецептуры их смешивания регламентируются стандартами. Наиболее известные стандарты готовых и смесовых красок для плашечной печати называются системами цветосовмещения. Обычно в систему цветосовмещения включают:

• комплект стандартных красок всех цветов, входящих в систему, или набор базовых красок и рецептурный справочник по пропорциям их смешивания для получения стандартных цветов;

• модель цвета с дискретным цветовым пространством для встраивания в программы компьютерной графики;

• справочник-каталог образцов красок, включенных в систему, напечатанных на различных сортах бумаги с указанием стандартного названия каждого цвета.

Наибольшее распространение в практической полиграфии получила система цветосовмещения Pantone Matching System (PMS), а точнее целая группа таких систем, каждая из которых включает сотни плашечных цветов и справочники образцов (веера) для различных сортов бумаги. Системы PMS различаются цветовыми наборами (непрозрачные плашечные краски, металлизированные краски, флюоресцирующие краски, пастельные цвета, краски, специально приспособленные для конкретных сортов бумаги).

В дополнение к основным плашечным цветам некоторые системы цветосовмещения позволяют получать их оттенки за счет растрирования (см. разд. 3.11.1). Предельное число плашечных цветов, которыми можно воспользоваться в одном графическом проекте, зависит от используемых полиграфических машин, и на практике не превышает шести.

В современных программах компьютерной графики возможность применения плашечных цветов предоставляется за счет включения в них палитр, соответствующих системам цветосовмещения, и специальными многоканальными моделями цвета. В таких моделях каждой точке цветового пространства модели цвета системы цветосовмещения соответствует уникальное имя краски, составленное по специальному стандарту именования. Дескрипторы цвета содержат в себе обозначение системы цветосовмещения и название цвета. Глубина цвета для таких цветовых моделей не определяется.

Современное полиграфическое оборудование с достаточной очевидностью выявляет недостатки субтрактивной модели цвета, в особенности – ее малый цветовой охват. С этим недостатком борются с помощью введения в полиграфический процесс дополнительных цветов, за счет которых увеличивается глубина цвета модели.

Большинство современных цветовых моделей повышенной точности не автономны, а являются составными частями систем цвета. Системой цвета называется совокупность специализированной модели цвета, программного обеспечения для включения этой модели в программы компьютерной графики, аппаратного и программного обеспечения, обеспечивающего реализацию модели в полиграфическом процессе. Наиболее распространены системы цвета Pantone Hexachrome и CMYK+Special.

Hexachrome – это шестицветный процесс высокоточной печати, разработанный фирмой Pantone Inc., значительно увеличивающий цветовой охват по сравнению с традиционной четырехцветной печатью. Расширенный набор красок в этом процессе включает PANTONE Hexachrome CMYK, PANTONE Hexachrome Orange (оранжевый цвет) и PANTONE Hexachrome Green (зеленый цвет). Система Hexachrome обеспечивает более яркую и реалистичную печать, больший выбор цветов, возможность воспроизводить более 97 % цветов PANTONE, в то время как традиционная CMYK печать воспроизводит только 40–50 %. Цветовой охват системы Hexachrome гораздо шире, чем у CMYK, и почти не уступает RGB. При печати в системе Hexachrome воспроизводятся все те же цвета, что и на высококачественном компьютерном мониторе.

Конечно, соответствующие дополнительным базовым цветам цветовые координаты приходится включать в состав дескрипторов модели цвета. Из-за этого глубина цвета в системе Hexachrome составляет не 32, а 48 битов на элемент изображения.

Еще одна цветовая модель повышенной точности – CMYK+Special – кроме стандартных цветов триадной печати включает в себя четыре дополнительных плашечных цвета. Это обеспечивает еще более широкий цветовой охват модели за счет увеличения глубины цвета и значительного усложнения процедур цветоделения.

Печать с применением цветовых моделей повышенной точности реализуется только самыми современными и дорогими полиграфическими машинами, поэтому каждый графический проект с выходом на такие полиграфические процессы требует тщательного экономического обоснования, интенсивных консультаций с технологами полиграфического предприятия и дополнительных затрат времени.

Из схемы работы над графическим проектом (см. рис. 1.2.2) очевидно, что в большинстве случаев не избежать совместного использования различных графических устройств и преобразования цветовых пространств.

Следует помнить, что на воспроизведение цвета влияет не только устройство графического вывода, но и целый комплекс дополнительных факторов. Для монитора (помимо яркости, контраста и цветности люминофоров) – это цветовая температура белой точки, другие параметры настройки управляющей электроники, видеокарта и ее программное обеспечение. Для принтера – это свойства запечатываемого материала и красок, система программного управления (драйвер принтера или самостоятельный растровый процессор). Для офсетного печатного станка – это устройства и программное обеспечение для получения печатных форм. К искажениям при преобразовании цветовых пространств приводят не только несовпадения цветовых охватов, но и неодинаковое распределение цветов внутри этих цветовых пространств.

В результате, чтобы в процессе работы на различных устройствах вывода цвет одного и того же графического объекта воспринимался одинаково, на них необходимо подавать существенно отличающиеся друг от друга формулы цвета. В табл. 1.3.2 приведен пример цветовых формул, выраженных в терминах аппаратно-зависимых цветовых моделей, присущих каждому устройству вывода, которые обеспечивают воспроизведение цвета хаки, одинаково воспринимаемого наблюдателем.

Таблица 1.3.2. Условия отображения цвета на различных устройствах графического вывода

Чтобы свести к минимуму искажения и повысить точность воспроизведения цвета, в современных системах компьютерной графики предусмотрены системы управления цветом. Системой управления цветом (Color Management System, CMS) называется программный комплекс, предназначенный для преобразования цветовых пространств используемых в графическом проекте устройств для получения визуально идентичного воспроизведения цвета на всех этапах работы над этим проектом.

Основные функции систем управления цветом:

• координация преобразований всех задействованных в графическом проекте устройств, обеспечивающая идентичное визуальное восприятие цветного изображения на каждом из них;

• имитация вывода на произвольное устройство путем вывода на некоторое конкретное устройство.

Чтобы выполнить эти функции, системы управления цветом должны давать пользователю две возможности:

• задавать, как при визуальном восприятии должны выглядеть после вывода на каждое из устройств цвета, определенные с помощью формул цветовых моделей RGB и CMYK. Для этого нужно установить однозначное соответствие между аппаратно интерпретируемыми формулами RGB и CMYK и формулами перцептивной модели, соответствующими визуальному восприятию результата такой интерпретации;

• с учетом накладываемых каждым устройством вывода аппаратных ограничений обеспечить однозначное визуальное восприятие одинаковых цветов при различных устройствах вывода.

В состав системы управления цветом стандартной архитектуры, предложенной международным консорциумом по цвету (International Color Consortium, ICC), входят нижеприведенные компоненты.

• Аппаратно-независимая цветовая модель, задающая эталонное цветовое пространство. В большинстве систем управления цветом в качестве него используются стандартизованные цветовые пространства CIE – XYZ или Lab. Пользователю нет необходимости напрямую работать с цветовым пространством, поскольку это в автоматическом режиме реализуют программы компьютерной графики.

• Модуль управления цветом, программно работающий с профилями устройств и эталонным цветовым пространством. В его функции входит преобразование цветовых пространств, соответствующих устройствам ввода и вывода.

• Цветовые профили (профайлы), определяющие особенности воспроизведения или восприятия цвета каждым из графических устройств ввода и вывода, входящих в систему. Именно из цветовых профилей модуль управления цветом извлекает информацию о том, как именно устройство воспринимает, отображает или печатает каждый из цветов своего цветового пространства. По профилю можно, например, определить, насколько красным будет самый красный из всех цветов, которые оно может воспроизвести.

Если у системы управления цветом есть достаточно информации, например, о сканере, она может откорректировать построенную им информационную модель изображения, записав в ее дескрипторы цвета не то, что «увидел» сканер, а то, что на самом деле присутствовало в оригинале отсканированного изображения. Если у системы управления цветом есть доступ к цветовому профилю, например, монитора, то она сможет компенсировать неизбежное искажение цветов этим монитором при выводе, снова откорректировав соответствующим образом дескрипторы цвета так, чтобы на экране графическое изображение выглядело так же, как оригинал, подвергавшийся сканированию. Наконец, если у системы управления цветом есть доступ к цветовому профилю принтера, то перед выводом дескрипторы цвета корректируются так, чтобы компенсировать искажение цветов при печати.

Для работы системы управления цветом необходимы информационные модели изображения и цветовые профили устройств. Информационные модели представляются в виде графических файлов, в состав которых могут встраиваться и цветовые профили. В случае встраивания цветового профиля информационная модель изображения содержит в себе достаточно информации для построения цветового пространства и его однозначной интерпретации. Несколько упрощая можно сказать, что при наличии в составе графического файла цветового профиля система управления цветом точно «знает», каким цветам соответствуют цветовые формулы, содержащиеся в дескрипторах цвета этого графического файла.

На рис. 1.3.16 схематически представлено преобразование цветовых пространств, выполняющееся модулем управления цветом.

Рис. 1.3.16. Схема работы системы управления цветом

Смысл этого процесса состоит в том, чтобы обеспечить соответствие цвета на выходе графического проекта цвету на его входе. Для этого модулю управления цветом нужно знать, откуда появляется информационная модель изображения и куда ее следует отправить. Эти сведения пользователь предоставляет системе, задавая цветовые профили устройств ввода и вывода.

Назначение цветового профиля устройства ввода (иногда встроенного в графический файл) позволяет передать системе управления цветом: "в этой информационной модели цвета представлены аппаратно интерпретируемыми формулами RGB и получены с такого-то сканера, имеющего такие-то особенности восприятия цвета". Получив такие сведения, система управления цветом может однозначно преобразовать дескрипторы цвета информационной модели в эталонное цветовое пространство.

Назначение цветового профиля устройства вывода передает системе управления цветом: "требуется, чтобы в выходном варианте этой информационной модели цвета были представлены аппаратно интерпретируемыми формулами CMYK и соответствовали такому-то принтеру, имеющему такие-то особенности восприятия цвета". Получив такие сведения, система управления цветом может однозначно преобразовать дескрипторы цвета информационной модели из эталонного цветового пространства в цветовое пространство устройства графического вывода.

Модули управления цветом могут встраиваться в графические программы (например, встроенный модуль управления цветом фирмы Adobe), представлять собой автономные программные продукты (например, KDSCMS фирмы Kodak) или являться частью операционной системы (Microsoft ICM в ОС линейки Windows или ColorSync фирмы Apple в ОС линейки Mac OS).

Упомянутая в предыдущем разделе процедура преобразования дескрипторов цвета информационной модели изображения из аппаратно-зависимого цветового пространства устройства ввода (исходного цветового пространства) в эталонное цветовое пространство системы управления цветом стандартна – значения для новых формул цвета вычисляются по сложным, но хорошо известным алгоритмам. Преобразование цветовых пространств получается однозначным, поскольку цветовой охват перцептивной модели, использующейся для построения эталонного цветового пространства, шире цветового охвата любой аппаратно-зависимой модели (см. разд. 1.3.5). Но при преобразовании дескрипторов цвета информационной модели в аппаратно-зависимое цветовое пространство устройства вывода (целевое цветовое пространство) возникает сложность – многие цвета перцептивной модели невозможно воспроизвести при печати, поскольку они лежат за границей цветового охвата устройства. Если некоторый цвет нельзя напечатать, то его приходится заменять каким-либо другим. Данная процедура называется преобразованием цветовых пространств.

Для преобразования цветовых пространств стандарт ICC предусматривает возможность выбора одного из четырех методов:

• перцептивного;

• с сохранением цветовой насыщенности;

• абсолютного колориметрического;

• относительного колориметрического.

Преобразование по этому методу «втискивает» исходное цветовое пространство в целевое, масштабируя его с уменьшением цветовых расстояний. При этом сохраняется соотношение цветов, и общий вид изображения при визуальном восприятии меняется мало. Но это приводит к тому, что в общем случае меняются цвета и насыщенности всех графических объектов изображения, даже те, которые могли быть с достаточной точностью представлены в целевом цветовом пространстве.

Применение перцептивного метода рекомендуется для изображений, в составе которых имеется много цветов, отсутствующих в целевом цветовом пространстве.

При преобразовании по этому методу выходящие за пределы целевого цветового пространства цвета заменяются на цвета такой же насыщенности, но другой цветности и светлоты. Сохраняется только цветовой контраст, но не более. Применение метода с сохранением насыщенности цвета рекомендуется для схем, диаграмм и других объектов деловой графики.

При использовании этого метода исходное и целевое цветовые пространства сначала совмещаются по белой точке. Затем все цвета исходного цветового пространства, лежащие в пределах целевого пространства, воспроизводятся точно, а выходящие за него заменяются на ближайший по цветовому расстоянию цвет с той же цветностью. Достоинство этого метода состоит в максимально возможном сохранении исходных цветов, что дает хорошие результаты при небольшом числе цветов, выходящих за пределы целевого пространства.

Однако при этом белый цвет изображения будет уже не белым цветом исходного цветового пространства, а, например, цветом бумаги, заправленной в печатающее устройство, что далеко не всегда одно и то же.

Этот метод совпадает с предыдущим во всем, за исключением совмещения белых точек. Если в исходном цветовом пространстве белому соответствовал слегка голубоватый оттенок, а печать будет выполняться на слегка желтоватой бумаге, при абсолютном колориметрическом методе преобразования цветовых пространств в местах, белых на исходном изображении, принтер нанесет некоторое количество бирюзовой краски, имитируя таким образом на цвет оригинала.

Как правило, абсолютный колориметрический метод преобразования цветовых пространств применяют только для выполнения цветовых проб – контрольных отпечатков, полученных не на том устройстве, на котором будут печатать тираж.

Не следует упускать из виду, что даже самые совершенные системы управления цветом при преобразовании исходного цветового пространства в целевое неизбежно утрачивают некоторую часть визуальной информации. Причина – погрешности округления и квантования, без которых в вычислительной математике не обойтись. Из-за этих погрешностей следует стремиться к минимизации числа преобразований цветовых пространств в работе над графическим проектом.

В этом аспекте конкурентоспособной альтернативой системе управления цветом оказывается применение стандартного цветового пространства RGB, в частности, Wide Gamut RGB.

Большинство современных программных средств компьютерной графики ориентировано на работу с цветовыми профилями, построенными в соответствии со спецификациями, разработанными международным консорциумом по цвету ICC – профилями ICC. На момент написания учебника действует международный стандарт ISO 15076, в котором регламентируется четвертая версия спецификаций цветового профиля (он опубликован на сайте ICC по адресу www.color.org).

Цветовым профилем графического устройства называется представленный в стандартном формате массив данных, необходимых системе управления цветом для преобразования цвета между аппаратно-зависимым цветовым пространством графического устройства и аппаратно-независимым эталонным цветовым пространством. Спецификации ICC условно разделяют цветные устройства на устройства ввода, мониторы и устройства вывода. В них описаны алгоритмические модели, согласно которым выполняется преобразование цветовых пространств для каждой группы устройств.

Цветовой профиль состоит из нескольких разделов. Он может существовать в виде автономного файла или встраиваться в графические файлы различных форматов. В первом разделе – заголовке – указывается категория графического устройства (ввода, вывода на экран, вывода на печать), модули управления цветом, которые могут работать с данным цветовым профилем, исходное и целевое цветовые пространства, источник освещения, служебная информация о профиле.

Последующие разделы профиля представляют собой таблицы, в которых содержатся данные, необходимые для настройки системы управления цветом и выполнения преобразования цветовых пространств. Номенклатура таких таблиц для разных устройств различна. В варианте цветового RGB-профиля для сканера приводятся цветовые координаты базовых цветов аппаратно-зависимой модели RGB в цветовом пространстве XYZ или Lab, цветовая температура или цветовые координаты белой точки, градационные таблицы для базовых цветов, связывающие их цветность с яркостью свечения люминофоров.

Цветовые профили устройств печати содержат больше данных. Это обусловлено необходимостью учета взаимного влияния базовых красок. Краска при печати наносится как на чистый носитель, так и поверх ранее нанесенных красок. Из-за этого в роли хроматических базовых цветов выступают не только бирюзовый, пурпурный и желтый, но и их попарные комбинации. Это, в свою очередь, усложняет процедуру преобразования цветовых пространств, и описывающие ее прямая и обратная матрицы преобразований становятся более громоздкими.

Примечание

Взаимное влияние базовых красок приводит к тому, что добавление малого количества базовой краски в область насыщенного оттенка цвета визуально гораздо менее заметно, чем добавление того же количества той же краски в область слабо насыщенного цвета. Это явление делает операцию преобразования цветовых пространств нелинейной.

Отметим, что одному устройству печати могут соответствовать много цветовых профилей для различных сочетаний бумаги, красок и используемого программного обеспечения.

Согласно стандарту ISO 15076 цветовые профили не связаны ни с какими-либо программными средствами, ни с аппаратными платформами. Как правило, разработчики графических устройств включают цветовые профили в комплект поставки, но они не всегда точно соответствуют фактическим особенностям каждого экземпляра. Рассогласование вызывается погрешностями изготовления, старением устройства, изменением условий эксплуатации и еще многими причинами. Поэтому при работе с системой управления цветом целесообразно достаточно регулярно проводить профилирование – процедуру составления актуального цветового профиля графического устройства.

Профилирование представляет собой важную часть более общей процедуры – калибрования – согласования цветовых пространств устройств, используемых в графическом проекте для повышения эффективности работы системы управления цветом.

Примечание

К сожалению, в литературе по компьютерной графике имеет место некоторая терминологическая путаница, в силу которой профилирование иногда обозначается терминами "калибровка" или "калибрование".