Games101 计算机图形学课程笔记：Lecture 20 Color and Perception

Physical Basis of Color

光

光就是不同波长的电磁辐射。
不同波长的光具有不同的折射率。
Spectral Power Distribution (SPD) 谱功率密度：光线在不同波长的强度是多少，即光线在不同波长的分布。
SPD是线性可叠加的。

颜色

颜色是人的感知，并不是光物理上的属性。
不同波长的光不是颜色。
人眼相当于相机，瞳孔=光圈，晶状体=透镜，视网膜=感光元件。
视网膜上有很多感光细胞：

Rods：视杆细胞，棒状，汗多，感知光的强度（非波长）
Cones：视锥细胞，锥形，较少，感知颜色
- 三种锥形细胞：S，M，L，感知的光线波长不同

不同的人的视锥细胞分布大不一样。

Tristimulus Theory of Color

知道光在不同波长上的分布，某细胞对某波长的响应是多少，感知的结果是将两者积分即可得到，即响应曲线和SPD的积分。

给定任何一种光线，人们看到的是S，M，L三个数，不知道原本光线的分布（SPD）。

同⾊异谱 Metamerism

两种光线不同光谱，但经过上述积分后，得到的SML是相同的，即人们看到的颜色是相同的。

通过显示器的三色光，可以混合出现实中的种种颜色，但背后的光谱一般是不一样的。

Color Reproduction / Matching

计算机中的颜色系统是加色系统。即RGB三个值最高是混合为白色。
绘画印刷是减色系统。

通过将一些颜色混合可以调处别的颜色。
但有些颜色怎么也混合不出，通过给这些颜色加色就可以混合出，即将最后混合的颜色减去加上的颜色，就可以混合出该颜色。因此有些颜色的取值是负的。

CIE RGB Color Matching

实验：给出三种都是单一波长的光，目标光也是单一波长的光，将多少强度的三种光混合得到和目标光一样的颜色。

颜色匹配函数：描述了三种主光各自多少强度加起来得到给定波长的光的颜色。

现实中的光是许多不同强度的单一波长光的积分。

颜色空间 Color Spaces

Standardized RGB (sRGB)

色域是有限的

CIE XYZ

人为设计的颜色系统
Y表示亮度，没有负数。

将（X，Y，Z）归一化，然后对（x，y）进行枚举，得到一张二维图像，表示在Y（亮度）固定的情况下，不同XZ对应的颜色。色域是一个颜色空间所有可能显示的颜色，下图右边就是色域。

不同颜色空间表示的颜色是不同的。

Perceptually Organized Color Spaces

HSV / HSL

色调(Hue)、饱和度(Saturation)、亮度(Lightness / Value)。

CIELAB Space

与感知有关。
一个轴的两端是互补色。白-黑，红-绿，黄-蓝。

互补色基于互补色理论，通过实验得到的。

CMYK: A Subtractive Color Space

减色系统。
在印刷和绘画中使用。

为什么要黑色？因为在印刷上要考虑成本，黑色墨水好造，所以加上了黑色。

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