Spis treści:
Red, green, blue, což znamená červená, zelená a modrá. Stejně jako základní barvy, o kterých jsme se učili v prvních hodinách výtvarné výchovy. Proč jsou tak důležité pro svět elektroniky, zobrazovací zařízení a lidské oko? Zde je malé kompendium, kterým vás jistě nikdo nepřekvapí, co jsou to základy barev na obrazovce.
Teoretické základy. Co je to barevný prostor
RGB je model barevného prostoru, a proto se budeme krátce zabývat barevnými prostory. Některé z nich se zdají být složité, ale nemusíte být mistry v optice. Termíny barva a odstín budeme používat zaměnitelně.
Barevný prostor je specifická organizace barev. Existuje jich celá řada. Jedná se o spektra elektromagnetických vln v rozsahu 380 až 780 nm neboli viditelného světla. V kombinaci s profilováním barev, které podporují různá zařízení, podporuje jejich reprodukovatelnou reprezentaci, tj. jejich zobrazení. To platí bez ohledu na to, zda hovoříme o analogovém nebo digitálním zobrazení. Barevný prostor může být:
- libovolné, tj. s fyzicky realizovanými barvami přiřazenými k sadě fyzických barevných vzorů s odpovídajícími názvy a čísly barev. Příkladem může být kolekce Pantone známá knihařům a studentům, kteří své diplomové práce vázali s přesně definovaným odstínem,
- organizované s matematickou přesností (jako v NCS, Adobe RGB a sRGB).
Co nám dává barevný prostor?
Barevný prostor je užitečný koncepční nástroj pro pochopení barevných možností konkrétního zařízení nebo digitálního souboru. Při pokusu o reprodukci barev na jiném zařízení nám barevný prostor může ukázat, zda budeme schopni zachovat detaily stínů/světel a sytost barev a do jaké míry budou tyto vlastnosti ovlivněny. Barevný model RGB je implementován různými způsoby a v závislosti na možnostech používaného systému. Stále běžnou a široce používanou inkarnací je od roku 2006 24bitová implementace s 256 barevnými úrovněmi na kanál. Jakýkoli barevný prostor založený na 24bitovém modelu RGB je proto omezen na určitý rozsah. Více bitů znamená lepší filtrování, zejména při použití algoritmů, ale to je úplně jiný příběh.
Podívejme se na příklady.
Základní barvy, které známe
Zkratka RGB je odvozena od prvních písmen anglických názvů barev:
- R, Red – červená,
- G, Green – zelená,
- B, Blue – modrá.
Někteří lidé také považují žlutou barvu za základní barvu, což má své opodstatnění. Ta je ve skutečnosti zahrnuta v sadě CMYK známé tiskárnám, ale to je na jinou příležitost. Jde o vnímání, které vychází z takzvaného psychologického modelu, podle něhož rozeznáváme čtyři barvy jako dvě protikladné dvojice:
- žluto-modrá,
- červeno-zelená.
Mnoho malířů v dřívějších dobách, a zejména před rokem 1666, kdy Isaac Newton vytvořil svůj barevný kruh na základě analýzy rozdělení světelných paprsků, používalo tyto čtyři barvy ve svých paletách. Vylepšením tohoto historického modelu je model CMYK.
Jazyk HTML vnímá základní barvy trochu jinak a pro své účely rozlišuje více základních barev:
O barvách, respektive o jejich zobrazení, lze tedy hovořit v kontextu různých nástrojů a jazyků. Podrobněji se kódům viditelným na obrázku budeme věnovat za chvíli. Prozatím si můžeme všimnout, že záznamy kódů barev připomínají katalog barev v řemeslném obchodě. Jeden po druhém se objevují postupné odstíny. Mnohé z nich mají název, a tak rozlišujeme další a další….. Ale o co tady jde, co jsou to ty hashtagy-ráty-ploty, čísla 0, písmena F?
Tři parametry RGB
Na obrázku je základní úprava barev v nejjednodušším a nejznámějším grafickém softwaru Microsoft Paint. Levý sloupec popisuje sytost (neboli sytost barev) a jas – nás bude zajímat pravý sloupec.
Hodnoty ve sloupci vpravo: červená, zelená a modrá mají rozsah od 0 do 255. To je 256 hodnot, ze kterých můžete vybírat – nezapomeňte na nulu.
Je vidět, že v tomto příkladu je nejhojnější červená barva (222), zelená (44) a modrá (48) jsou přimíšeny. V důsledku toho jsme dosáhli poměrně jasného a vysoce sytého odstínu červené.
Vzorkovač barev RGB. Hexadecimální kód
Animace ukazuje použití vzorkovače barev RGB. Pomocí tohoto příkladu jsme získali čtvrtý parametr. Jedná se o hexadecimální RGB – kódový zápis se znakem # před sebou. To proto, že barvy lze ukládat v hexadecimální podobě. K vygenerování hexadecimálního zápisu se obvykle používají grafické programy nebo speciální paleta barev, takzvaný color picker neboli výběr barev, který vidíte v animaci.
Zápis se skládá ze šesti hexadecimálních číslic – tří bajtů. V modelu RGB tyto bajty odpovídají za červenou, zelenou a modrou barvu. Každý bajt může nabývat hodnot od 00 (0) do FF (255), které označují nejnižší, resp. nejvyšší intenzitu barvy. Každý odstín má svůj vlastní jedinečný kód.
Různé způsoby zápisu - uspořádání
Barvy webových stránek, písma a grafiky jsou jednoduše barvy používané pro zobrazení, ale musí existovat metody popisu a specifikace těchto barev. Barvy lze specifikovat jako nám již známý RGB triplet nebo v hexadecimálním formátu jako hexadecimální, resp. šestnáctkový triplet. V některých případech se také označují podle svých běžných anglických názvů, jak jste viděli výše při popisu základních barev. Mezi těmito zápisy můžeme obratně přepínat pomocí konvertorů. Někteří se dokonce snaží zapamatovat si kódy. Při takovém množství barev se nakonec musíte setkat s odporem: brzy zjistíte, kolik jich je!
True Color - co to je?
True Color je způsob zobrazení barev na 24-bitovém displeji. Rozhlasový hit True Colors americké zpěvačky Cyndi Lauper je stále živý a nezapomenutelný. Umělkyně v něm zpívá:”I see your true colors” – Vidím tvé pravé barvy. Naráží tím spíše na osobnost svého milého, ale kdyby viděla standard True Color, mohla by dostat skutečný nystagmus. Počet barev definovaných tříbitovou hodnotou barvy je totiž …
224 = 16 777 216
Představte si tuto hodnotu. Více než 16 a půl milionu barev – tolik dokáží zobrazit displeje s 24bitovou barevnou hloubkou. Celkem pro ně existuje 16777216 barev. Rozsah je 0-255, takže každý parametr má vždy jednu z 256 hodnot. Maximální počet barev vychází ze vzorce 2563. Tolik barevných pruhů by měl výše zmíněný katalog barev na stěny, kdybychom použili kód RGB.
Nostalgické. High color
Dnes už spíše jen jako kuriozita, i když má stále své věrné fanoušky. Tradičně je vysoká barevnost způsob zobrazení barevného prostoru na obrazovce s 15-bitovou nebo 16-bitovou barevnou hloubkou. V tomto režimu je každá barva definována dvoubytovou hodnotou. Pětibitová barevná hloubka, tj. 5 bitů pro každou složku modelu RGB, umožňuje zobrazit 32768 barev – 1 bit pak zůstává nevyužit. 16-bitová barevná hloubka umožňuje zobrazit 65536 barev. Ach, ten starý hardware!
24 nebo 32 bitů? Koncept alfa kanálu
V počítačové grafice definuje alfa kanál průhlednost. Je uložen společně se složkami RGB. V režimu True Color stačí k definování barvy pixelu 24 bitů, ale každá barva je přesto uložena ve 32 bitech. Formát 32 bitů se objevil koncem 90. let, kdy grafické karty již měly dostatečně velkou paměť, kterou bylo možné využít ke zrychlení grafických operací.
V 32-bitových operačních systémech využívajících 32bitové sběrnice a běžících na 32-bitových procesorech umožňuje zarovnání na 32 bitů výrazně rychlejší operace, včetně grafických, a usnadňuje adresování pixelů v paměti grafické karty. Téměř všechny dnešní počítače obsahují grafické karty s dostatečnou pamětí pro podporu 32-bitových barev při většině rozlišení. Starší počítače a grafické karty mohou podporovat pouze 16-bitové barvy.
Obraťme pozornost ještě o něco více k alfa kanálu. Jeho vysvětlení je nezbytné pro lepší osvojení hlavního tématu článku, tedy pojmu RGB. V počítačové grafice definuje alfa kanál průhlednost. Zapisuje se společně se složkami RGB.
Hodnota alfa kanálu 0 znamená úplnou průhlednost.
Hodnota 1-254 je částečná průhlednost.
Hodnota alfa kanálu 255 je úplné krytí - barva bez alfa kanálu.
Obrázkové soubory pracují s alfa kanálem odlišně. Některé formáty jeho uložení neumožňují. JPEG jej nepodporuje vůbec a GIF umožňuje uložit pouze dva stupně. Na výběr je buď plná průhlednost, nebo plná barva. Jedním z populárních grafických formátů, který podporuje střední stupně průhlednosti, je formát PNG, kde může mít alfa kanál obvyklých 256 úrovní od 0 do 255.
Deep Color - co to je?
S příchodem HDMI 1.3 se jednou z hlavních nových funkcí kabelu stala podpora technologií Deep Color a xvYCC. Technologie Deep Color spolu s xvYCC teoreticky zajišťuje realističtější barvy na displeji. Deep color zvyšuje dostupnou bitovou hloubku pro každou barevnou složku, zatímco xvYCC zvětšuje celkovou barevnou paletu. Co to však znamená?
Základy barevného prostoru, barevné hloubky a RGB již známe, takže to nebude obtížné. Hluboká barva podporuje 30/36/48/64bitových barev pro tři barvy RGB. Tím se počet dostupných barev mění na miliardy. Například 36bitová barva umožňuje 68 719 476 736 různých barevných variant. A protože podporuje také xcYCC, je na výběr ještě více barevných možností. To vše se promítá do ostřejšího a živějšího obrazu.
Pro dosažení sytých barev však musí vše hladce spolupracovat – od zdroje přes kabel až po displej. Pokud některá z těchto součástí nepodporuje funkci Deep Color, pak ji nepodporuje nic. Naštěstí není obtížné najít hardware, který podporuje Deep Color – mnoho přehrávačů DVD, displejů a grafických karet podporuje Deep Color.
Výhody a nevýhody větší barevné hloubky
- 32 bitů převedených do RGB již poskytuje mnohem více – stejně jako 24-bitová barva podporuje 32-bitová barva 16 777 215 barev, ale alfa kanál umožňuje vytvářet přesvědčivější přechody, stíny a průsvitnosti. Díky alfa kanálu podporuje 32-bitová barva 4 294 967 296 barevných kombinací. Podle mnohých je obraz při práci s vyšší barevnou hloubkou jasnější a méně unavuje oči.
- Práce s vyšší barevnou hloubkou však vyžaduje více systémových prostředků, takže zařízení musí pracovat intenzivněji. Pokud je v počítači k dispozici příliš málo paměti, může to systém zpomalit. Vyšší (hlubší?) barevná hloubka ve hrách může snížit počet zobrazených snímků za sekundu (FPS) v závislosti na grafické kartě a hře, kterou hrajeme.
- Většina uživatelů nevidí rozdíl mezi 16-bitovou a 32-bitovou barvou. Pokud však používáte program s přechody, stíny, průhledností nebo jinými vizuálními efekty, které vyžadují širokou škálu barev, měl by být rozdíl jasně patrný.
Aditivní a subtraktivní míchání barev, neboli jak vznikají nové barvy.
Abychom z toho pochopili něco víc než jen rámec toho, jak se vytváří barva – což je proces, který za nás koneckonců stejně udělá zařízení na základě zadaných údajů -, musíme přidat některé fyzikální znalosti. Naštěstí to není vůbec složité. Aditivní je sčítání, subtraktivní je odčítání. Pojďme se na to podívat.
Tvorba aditivních barev
Model RGB používaný digitálními displeji, používá míchání vyzařovaného světla. Jedná se o aditivní syntézu. Kombinace všech tří barev vytváří bílou barvu, zatímco absence vyzařovaného světla vytváří černou barvu. Zajímavé je, že volba červené, zelené a modré barvy souvisí s fyziologií lidského oka, které má tři receptory přijímající vlnové délky světla, jež vyvolávají dojem těchto barev. Při osvětlení různými barvami vidí naše oko odražené světlo, které je součtem všech barev, které na danou oblast dopadají, a jsou přítomny všechny vlnové délky. Když smícháme červené a zelené světlo, naše oko vidí žlutou barvu, a to se nazývá aditivní barva.
Subtraktivní tvorba barev
Druhým typem míchání je subtraktivní syntéza. Jedná se o odečítání viditelných paprsků různých délek. K takové syntéze dochází například při míchání barev různých barev na stěně. Na ploše pokryté barvou, která vznikla smícháním barev různých barev, vidí lidské oko odražený proud světla, což je část bílého světla, která zůstane po pohlcení všech barevných složek jednotlivými barvami ve směsi. Tato metoda se objevuje v tradičním tisku – barva nebo jiná tiskařská barva pokrývající bílý papír vytváří určitý filtr a k našemu oku se dostávají neabsorbované vlnové délky, a tak vidíme to, co jsme předpokládali – jasně oranžovou, ohnivou flamencovou, jarní zelenou atd.
Rozdíly v zobrazení barev
Rozdíl spočívá především v odlišnosti médií, na která se díváme. Odpovědí je příklad s barvou nebo tuší na listu papíru. Obrazovka vyzařuje vlastní světlo, zatímco list papíru světlo odráží. Kromě toho jsou rozdíly způsobeny také různou barevnou paletou, která se používá buď pro tisk, nebo pro prezentaci na obrazovce. Přesné zobrazení barev na displeji/monitoru/obrazovce není snadné. Ve věrnou reprodukci samozřejmě doufají všichni, kdo se na obrazovku v danou chvíli dívají, ale pozornost jí věnují zejména fotografové, grafici, designéři a tiskaři. Zde nesmí dojít k chybám, nebo alespoň musí být co nejvíce eliminovány nesrovnalosti.
- Zdroj světla – žárovka nebo zářivka dobré lampy by měla vyzařovat světlo blízké přirozenému (barva 5000-6500K) a mít vysoký index kvality barev CRI.
- Pevná vzdálenost mezi zdrojem světla a sledovaným objektem – ideální podmínky pro vyhodnocení barev jsou řádově 1 500-2 000 luxů.
- Neutrální referenční bod – oranžová barva se bude jevit slabší, pokud je na jejím pozadí modrá. Neutrální šedé pozadí zabraňuje zkreslení způsobenému blízkostí světlých a tmavých barev.
Níže vám nabízíme zobrazení barevného testu RGB. Toto video se vyplatí uložit do paměti nebo do záložek. Trvá čtvrt hodiny, takže možná ne hned, ale vždy vám pomůže zachytit problémy s barvami.
LED diody RGB
Světelné diody jsou polovodičová elektronická zařízení, která vyzařují monochromatické světlo, když elektrický proud protéká PN přechodem obsaženým v prvku. Jsou-li v jednom pouzdře umístěny tři diody – červená, zelená a modrá -, lze řízením relativního jasu jednotlivých diod plynule měnit výslednou barvu diody. Pokud jste četli pozorně, víte, proč k tomu dochází.
Plánujete pro svůj altán řetězové osvětlení? Nebo co takhle zkrášlit vaši chodbu? V Botland není o RGB LED diody nouze. A pokud máte v hlavě vlastní elektronický projekt nebo potřebujete vyměnit své zařízení, vyplatí se podívat se na displeje.
LCD, LED, OLED… Co to je a jak to funguje – malý průvodce
Mezi běžné znalosti o displejích, obrazovkách a monitorech patří kvalita, palce, možná výrobce….. Přitom LCD nebo LED displej v sobě skrývá mnohem víc.
V příští části se podíváme na paletu CMYK.
