百人计划图形2.1——色彩空间

一、色彩发送器

色彩认知:

光源是出生点，光源发射出光线，光线通过直射反射折射等路径最终进入人眼。

但人眼接收到光线后，人眼的细胞产生了一系列化学反应。

由此把产生的信号传入大脑，最终大脑对颜色产生了认知感姻。

 

1.6.1光的传播

回到光线的传播路径上来讨论，我们认知到光是经过了不同路径才进入我们的眼睛中的。

直射光:光源直射眼睛

折射光:光源穿过物体进入眼睛

反射光:光源经过物体表面反射进入眼睛

光线追踪:光线弹来弹去，然后我们根据权重确定光线最后进入眼睛中的颜色

二、光源的接收者

人眼本身设计的涉及到的东西太复杂我这里只会简单讨论一下人眼的一些接收色彩特性。

1.相对亮度感知

2.人眼HDR

3.人眼感光细胞分布4.椎状细胞

5.人眼本质

6.完整微积分公式

2.1相对亮度感知

在某些阴暗的环境下，点亮一盏灯，这时人眼就会觉得非常亮。如果同时点亮1000盏灯，反而觉得只是10倍的亮度，对亮度的认知相当于从0~1再从1~10.

2.2人眼HDR

目前还没讲HDR，我只是简单说明一下，人眼既可以分辨出高亮度的云彩的不同层次区别，还可以分辨出阴影中物不同物体的异同。

但是人眼的能力并不能保证这两个功能同时生效。这样一说，反而就能发现人眼真是个变化莫测的存在，它可能会随着不同的环境，感知到不同的色彩，体验到不同的明暗效果，甚至可能会随着盯着某一个点时间流逝而变化颜色。

2.3人眼感光细胞分布

人眼简单可以把感知色彩的细胞分为两大类，杆状细胞与椎状细胞

前者负责感知亮度，后者负责感知色彩，前者感光细胞对亮度特别的敏感，只要有5~14个光子打到杆状细胞就会产生神经信号，这也可以解释为什么闪光弹能让人致盲，一部分原因就是因为光实在太亮，直接干涉了人眼最敏感的感光细胞

人眼的本质在标题就写清楚了，光源的接收者。他的作用就是接收外部光线输入，输出神经电信号进入大脑。

三、色彩空间的历史

我们来通过历史的车钴辘来理清楚色彩空间的由来与计算公式。

因为我讨厌教条式的教导，直接告诉你公式与答案，让你去直接死背硬背。

现如今的时代脑子是用来思考的不是用来记录的。

1800色彩的猜想

人们在18xx年有多种猜测，我们来讨论其中的3种

1.人们有100多种感受颜色的细胞

2.人们有三种，分别是RGB三种感色细胞

3.人们有三种，分别是黑白，红绿，黄蓝感色细胞

是不是很耳熟，现在这么多年过去了，其中的2和3这两种猜想都成为了我们当下的色彩视觉模型，也称之色彩模型

这及其方便了描述色彩，因为最早的色彩描述方式就是:

-五彩斑斓的黑（好吧现在也在用)-比猴子的屁股还红

-比这个颜色还要跟深一点

这一类模糊的描述及其难以理解与难以表达，但是用了这个色彩系统之后，一个颜色可以通过：H= 1.6YR,V = 6.3,C = 3.9来描述而且也不会有任何的描述与理解偏差。

于是我们方便起见就为一些常用色彩制作了色卡，一个个色卡描述色彩就非常方便。

 

不足与补充

上述的XYZ色彩空间也不错，但是也有问题，就是色彩的分布不均匀，他们的分布色彩一些地方紧一些地方又很松，举个例子这个图的偏向绿色部分就非常平滑，然后左下角部分坐标变化小,但是色彩变化就很快。

色彩空间的定义

色彩空间至少需要满足三项重要指标

1.色域(三个基色的坐标，由此形成三角形)2.Gamma(如何对三角形内进行切分)3.白点(色域三角形中心)

 

比如我们有个常用的空间sRGB，那么sRGB的构成:

1.色域: sRGB首先设定了RGB三个基色的坐标

2.白点: sRGB也规定了白点位置

3.gamma: sRGB的gamma设定为~2.2也就是说从外而向内切，先切的很细，然后逐渐变粗

Gamma详解

大家知道线性的好处也就是gamma=1的时候，方便计算，计算机效率高，方便理解，但是计算机储存与显示器硬件因为早期的性能问题，采用的基本大部分都是gammas2.2的情况，但是我们目前大部分的机器都已经不是远古版本了，所以PC上的大部分游戏都会推荐使用线性空间，包括很多VFX人员都喜欢用Linear线性空间。

于是我们可以根据色彩空间的定义确定，它们是由三个指标制作而成，但是他又不是定死的，我们可以自定义色彩空间呀

换一个色域换一个白点位置，换一个gamma值其实就是一个新的色彩空间了，我们可以也成为换头兄弟臭融。

所以也可以存在sRGB D65 linear 这类空间，所以任何色彩空间都可以是linear线性的，但linear本身并不是一个色彩空间