Có những vật liệu phổ biến không được đại diện bởi RGB?


34

Trong đồ họa, chúng tôi sử dụng RGB và các không gian màu khác như một xấp xỉ với toàn bộ các bước sóng ánh sáng. Điều này rõ ràng hoạt động khá tốt nói chung, nhưng có bất kỳ đối tượng / vật liệu / hiện tượng hợp lý phổ biến nào, những điều bạn có thể gặp trong cuộc sống hàng ngày, có ngoại hình không được thể hiện tốt bằng kết xuất RGB do có phổ phát xạ / phản xạ / hấp thụ phức tạp ?

Mặc dù các câu trả lời hiện tại đang tập trung chủ yếu vào các màu bên ngoài một gam RGB đã cho, tôi cũng muốn nghe nếu có ví dụ, ví dụ, màu của một đối tượng có vẻ "sai" khi được hiển thị trong RGB do tương tác giữa phổ nguồn sáng và phổ phản xạ của đối tượng. Nói cách khác, một trường hợp trong đó trình kết xuất quang phổ sẽ cho bạn kết quả chính xác hơn.


Tín dụng: Tôi thích câu hỏi này trong phiên bản beta riêng tư trước đây vì vậy tôi đang sao chép nó ở đây. Ban đầu nó được yêu cầu bởi Nathan Reed


2
Tôi nhớ tờ giấy này tôi đọc cách đây một thời gian. Các tác giả so sánh kết quả quang phổ và kết xuất RGB với các chất chiếu sáng khác nhau. Thật không may, việc so sánh được thực hiện trên một biểu đồ màu, vì vậy tôi không chắc có bao nhiêu sự khác biệt ảnh hưởng đến cảnh thực tế. cg.cs.uni-bonn.de/en/publications/apers-details/ory
yuriks

Định luật của Bobby (hấp thụ màu sắc qua một vật thể trong suốt ở khoảng cách xa) khó có thể mô hình hóa bằng rgb.
Alan Wolfe

@trichoplax Xin lỗi vì tiếng ồn!
luser droog 30/08/2015

@luserdroog cảm ơn vì sự quan tâm :) Mặc dù câu hỏi này chỉ là về vật liệu, chúng tôi có thể làm với những câu hỏi mới liên quan đến không gian màu ...
trichoplax

Câu trả lời:


25

Có nhiều loại giới hạn khác nhau để xem xét.

Các hiệu ứng mà đường đi của tia phụ thuộc vào bước sóng của nó

Đây là một lớp hiệu ứng cần có kết xuất quang phổ, và một số ví dụ thú vị đã được đưa ra trong câu trả lời của Benedikt Bitterli . Một ví dụ đơn giản là lăng kính tách ánh sáng trắng thành quang phổ, cho màu sắc cầu vồng. Các tia có bước sóng khác nhau bị khúc xạ bởi các góc khác nhau khi chúng đi qua lăng kính, dẫn đến ánh sáng chiếu vào bức tường phía sau lăng kính bị tách thành các màu cấu thành.

Điều này có nghĩa là trong cuộc sống thực, chiếu ánh sáng vàng đơn sắc qua lăng kính sẽ dẫn đến ánh sáng vàng phát ra, nhưng chiếu một hỗn hợp ánh sáng đỏ và xanh lá cây xấp xỉ màu vàng sẽ dẫn đến ánh sáng đỏ và xanh lục riêng biệt xuất hiện. Khi kết xuất chỉ sử dụng 3 màu chính, ánh sáng trắng sẽ chỉ tách thành ba màu đó, tạo ra hiệu ứng cầu vồng trông không liên tục và ánh sáng đơn sắc không bị phân tách hoàn toàn sẽ phân tách thành các thành phần màu chính gần đúng của nó. Sự phân tách của ánh sáng trắng có thể được cải thiện bằng cách sử dụng số lượng lớn hơn của các màu chính, nhưng điều này vẫn sẽ gây ra sự không liên tục và kết quả cho ánh sáng đơn sắc sẽ vẫn bị phân tách, mặc dù hẹp hơn. Để có kết quả chính xác, một phổ liên tục phải được lấy mẫu,

Hiệu ứng bề mặt không thể chụp trong một ảnh tĩnh

Màu ánh kim , ví dụ, chương trình một màu sắc khác nhau cho mỗi mắt để cho một hình ảnh tĩnh sẽ không trông giống như đối tượng gốc. Có nhiều ví dụ hàng ngày mà bạn có thể không nhận thấy lúc đầu. Nhiều loài chim phổ biến có lông ánh kim mặc dù chúng xuất hiện màu đen hoặc xám từ xa. Đóng lên chúng có màu sắc đáng ngạc nhiên.

Một trình kết xuất chỉ sử dụng 3 màu chính sẽ không thể tạo ra sự lan truyền ánh sáng dựa trên bước sóng cần thiết cho hiệu ứng này. Một trình kết xuất quang phổ có thể mô phỏng sự lan truyền một cách chính xác, nhưng hiệu ứng đầy đủ vẫn không thể được ghi lại trong một hình ảnh duy nhất. Ngay cả một bức ảnh 2d cũng không thể chụp chính xác điều này, trong khi một bức ảnh 3d của một vật thể óng ánh sẽ cho hiệu ứng lung linh đó vì các bức ảnh tương ứng với mắt trái và mắt phải sẽ có màu khác nhau. Đây là một hạn chế của hình ảnh 2d hơn là không gian màu RGB. Tuy nhiên, ngay cả trong hình ảnh 3d sẽ có các màu trong đối tượng óng ánh không được hiển thị chính xác, do RGB không thể hiển thị màu đơn sắc như được mô tả bên dưới.

Màu sắc mà mắt người có thể phát hiện không thể hiển thị trong RGB

RGB phụ thuộc vào thiết bị trong lịch sử và do đó không đáng tin cậy giữa các nền tảng. Có những cải tiến đồng nhất về mặt nhận thức độc lập với thiết bị, chẳng hạn như Lab không gian màu , nhưng chúng vẫn có ba màu (có 3 thành phần). Không rõ ràng ngay lập tức tại sao ba thành phần không đủ để hiển thị tất cả các màu sắc có thể cảm nhận được bằng mắt ba màu, nhưng bài báo này giải thích rõ về nó và có thể truy cập được. Từ trang 7:

Ví dụ: bằng cách sử dụng hệ thống hiển thị laser hiện đại với các màu gốc đơn sắc ở 635nm (đỏ), 532nm (xanh lục) và 447 nm (xanh lam), hãy xem liệu chúng ta có thể mô phỏng nhận thức về ánh sáng đơn sắc ở 580nm (một màu cam). Vì kích thích màu cam đơn sắc kích thích các hình nón màu xanh lục và đỏ, nên cần có sự đóng góp của cả hai màu xanh lá cây và màu đỏ, trong khi không có sự đóng góp nào từ màu xanh lam chính. Vấn đề là nguyên tố màu xanh lá cây cũng kích thích các nón màu xanh lam, khiến nó không thể sao chép chính xác kích thích màu cam

Biểu đồ về độ nhạy của mắt người (cũng ở trang 7) cho thấy mức độ chồng chéo rộng và giúp hình dung giải thích này. Tôi đã bao gồm một biểu đồ tương tự từ Wikipedia ở đây: (nhấp vào biểu đồ cho vị trí Wikipedia)

Đồ thị độ nhạy của 3 hình nón khác nhau trong mắt người

Nói tóm lại, sự trùng lặp giữa dải màu có thể được chọn bởi mỗi trong số ba hình nón khác nhau (cảm biến màu) của mắt người có nghĩa là màu đơn sắc có thể được phân biệt với hỗn hợp xấp xỉ của màu chính và do đó pha trộn màu chính màu sắc không bao giờ có thể hiển thị chính xác tất cả các màu đơn sắc.

Sự khác biệt này thường không được chú ý trong cuộc sống hàng ngày vì hầu hết môi trường xung quanh chúng ta phát ra hoặc phản xạ ánh sáng trên một dải tần số rộng hơn là các màu đơn sắc. Tuy nhiên, một ngoại lệ đáng chú ý là đèn natri. Nếu bạn sống ở một nơi trên thế giới sử dụng những đèn đường màu vàng cam này, ánh sáng phát ra là đơn sắc và sẽ trông khác biệt một cách tinh tế so với một bức ảnh in hoặc hình ảnh trên màn hình. Bước sóng của ánh sáng natri xảy ra là 580nm so với ví dụ được trích dẫn ở trên. Nếu bạn không sống ở nơi nào có đèn đường natri, bạn có thể thấy ánh sáng bước sóng tương tự bằng cách rắc muối ăn (natri clorua) nghiền mịn lên ngọn lửa. Không thể chụp chính xác các điểm màu vàng của ánh sáng trên phim hoặc hiển thị trên màn hình. Dù bạn chọn ba màu cơ bản nào,

Lưu ý rằng giới hạn này được áp dụng như nhau đối với việc trộn 3 màu sơn chính, sử dụng 3 hóa chất phát quang trên phim máy ảnh hoặc chụp ảnh bằng máy ảnh kỹ thuật số với 3 cảm biến màu khác nhau hoặc một cảm biến duy nhất với 3 bộ lọc màu chính khác nhau. Đây không chỉ là vấn đề kỹ thuật số và không chỉ giới hạn trong không gian màu RGB. Ngay cả những cải tiến được giới thiệu bởi không gian màu Lab và các biến thể của nó cũng không thể phục hồi các màu còn thiếu.

Hiệu ứng linh tinh

Nhiều phản xạ khuếch tán (chảy máu màu)

Nếu một bề mặt mờ sáng gần bề mặt mờ trắng, bề mặt trắng sẽ hiển thị một số màu của bề mặt khác. Điều này có thể được mô hình hóa hợp lý bằng cách sử dụng các thành phần hoàn toàn màu đỏ, xanh lá cây và xanh dương. Sự kết hợp tương tự của màu đỏ, xanh lá cây và xanh dương đã tạo ra màu sắc của bề mặt màu có thể phản chiếu khỏi bề mặt màu trắng và hiển thị lại một số màu đó. Tuy nhiên, điều này chỉ hoạt động nếu bề mặt thứ hai là màu trắng. Nếu bề mặt thứ hai cũng có màu, thì màu chảy máu sẽ không chính xác, trong một số trường hợp quyết liệt.

Hãy tưởng tượng hai bề mặt trông giống nhau. Người ta phản ánh một phạm vi hẹp của bước sóng xung quanh màu vàng. Cái kia phản ánh một loạt các bước sóng giữa màu đỏ và màu xanh lá cây, và kết quả là cũng có màu vàng. Trong cuộc sống thực, ánh sáng hiển thị trên một bề mặt do mặt kia sẽ không đối xứng. Hầu hết ánh sáng chạm tới bề mặt phạm vi bước sóng rộng từ mặt kia sẽ bị phản xạ trở lại, vì phạm vi hẹp của bước sóng tới đều nằm trong phạm vi rộng hơn. Tuy nhiên, hầu hết ánh sáng chạm tới bề mặt phạm vi bước sóng hẹp từ mặt kia sẽ nằm ngoài phạm vi hẹp và sẽ không bị phản xạ. Trong trình kết xuất RGB, cả hai bề mặt sẽ được mô hình hóa như một hỗn hợp của màu đỏ đơn sắc và màu xanh lá cây đơn sắc, không cho sự khác biệt về ánh sáng phản chiếu.

Đây là một ví dụ cực đoan, nơi sự khác biệt sẽ được chú ý ngay lập tức, nhưng sẽ có ít nhất một sự khác biệt tinh tế trong hầu hết các hình ảnh bao gồm chảy máu màu.

Vật liệu hấp thụ một bước sóng và phát ra một bước sóng khác

Câu trả lời của joojaa mô tả sự hấp thụ ánh sáng cực tím của tuyết, được phát lại dưới dạng ánh sáng nhìn thấy được. Tôi chưa từng nghe về điều này xảy ra với tuyết trước đây (và thật bực mình tôi đã không thể tìm thấy bất kỳ bằng chứng nào để hỗ trợ nó - mặc dù nó sẽ giải thích tại sao tuyết "trắng hơn trắng"). Tuy nhiên, có rất nhiều bằng chứng về việc nó xảy ra với một loạt các vật liệu khác, một số trong đó được thêm vào chất tẩy rửa quần áo và giấy, để tạo thêm màu trắng sáng. Điều này cho phép tổng ánh sáng nhìn thấy từ một bề mặt lớn hơn tổng ánh sáng khả kiến ​​mà bề mặt đó nhận được, một lần nữa không được mô hình hóa tốt khi chỉ sử dụng RGB. Nếu bạn muốn đọc thêm về nó, thuật ngữ để tìm kiếm là huỳnh quang .

Đôi mắt với hơn 3 màu cơ bản

Có những loài động vật có hơn 3 loại hình nón trong mắt, cho phép chúng nhận biết hơn 3 màu cơ bản. Ví dụ, nhiều loài chim, côn trùng và cá là tetrachromats , nhận thấy bốn màu cơ bản. Một số thậm chí là pentachromats , nhận thức năm. Phạm vi màu sắc mà những sinh vật như vậy có thể nhìn thấy lùn phạm vi hiển thị chỉ bằng RGB. Vượt xa họ là tôm bọ ngựa , là một loài dodecachromat, nhìn thấy màu sắc dựa trên 12 hình nón khác nhau. Không ai trong số những con vật này sẽ hài lòng với màn hình RGB.

Nhưng nghiêm trọng hơn, ngay cả đối với những hình ảnh dành cho mắt người, người ta tin rằng đó là những con tetrachromat người nhìn thấy trong 4 màu cơ bản và có thể một số người nhìn thấy tới 5 hoặc 6. Hiện tại, những người như vậy dường như không có mặt với số lượng đủ để hiển thị với hơn 3 màu chính có khả năng thương mại, nhưng nếu trong tương lai, việc xác định có bao nhiêu màu cơ bản mà một người có thể nhìn thấy sẽ trở nên dễ dàng hơn, điều này có thể trở thành một đặc điểm hấp dẫn dẫn đến nó lan rộng trong dân số trong các thế hệ tương lai. Vì vậy, nếu bạn muốn cháu chắt của bạn đánh giá cao công việc của bạn, bạn có thể cần phải làm cho nó tương thích với màn hình lục giác ...


Không thực sự liên quan đến câu hỏi này, nhưng có liên quan: Nếu bạn muốn xem các màu không có trong thế giới thực hoặc hình ảnh RGB, hãy xem Màu sắc chimerical ...


15

Tôi tin rằng hiệu ứng quang phổ nổi bật nhất không thể được tái tạo một cách trung thực với RGB là sự phân tán , gây ra bởi quang điện tử với chỉ số khúc xạ thay đổi theo phổ (thường được mô hình hóa bằng phương trình Sellmeier ).

Hiện tượng quang phổ khác thường được gây ra bởi hiệu ứng sóng. Một ví dụ thường gặp trong đời thực là nhiễu giao thoa màng mỏng , nguyên nhân là do một hoặc nhiều bề mặt phản chiếu xếp chồng lên nhau (ví dụ như vết dầu, bong bóng xà phòng). Một hiệu ứng sóng khác đôi khi có thể được quan sát là nhiễu xạ , gây ra, ví dụ như bởi các cách tử nhiễu xạ , đó là nguyên nhân gây ra sự xuất hiện của đĩa CD.


7

RGB hoạt động vì đó là cách bộ máy cảm giác của chúng ta hoạt động. Ngoài việc phân tán, một số vật liệu do con người tạo ra và cơ thể côn trùng đôi khi có bề mặt có các dải màu rất chặt. Đây có thể được hưởng lợi từ một kết xuất phổ rộng.

Tuy nhiên vì nhiều trong số các hiệu ứng này được bản địa hóa khá đẹp, bạn thường có thể thoát khỏi việc làm cho trình đổ bóng chỉ hoạt động kỳ lạ. Điều này không hoạt động ngay trong phản xạ và khúc xạ nhưng không ai có thể nhận thấy. Trừ khi bạn đang thực hiện một số mô phỏng vật lý, nó không thực sự là một vấn đề lớn. Nhưng nếu bạn thiết kế quang học thì đây có thể là một vấn đề lớn.

Một số vật liệu, như tuyết, cũng chuyển đổi tia cực tím tới thành ánh sáng nhìn thấy được. Một lần nữa loại hiệu ứng này thường có thể được xử lý bởi các shader / nhóm ánh sáng đặc biệt.

Cánh bướm cũng là một sự tò mò khi chúng thao túng các pha sóng và các dạng của ánh sáng tới. Vì vậy, nếu bạn muốn làm mô phỏng vật lý trên đó thì đó là một vấn đề lớn.

Sự phân cực của ánh sáng cũng là một yếu tố lớn trong côn trùng và hiệu ứng nước.


3

Chỉ cần thêm vào những gợi ý tuyệt vời ở trên, tôi nhận ra rằng, nếu không có kênh cực tím, vật liệu huỳnh quang sẽ rất khó để tạo mô hình.


1
Đây dường như là một nhận xét nhiều hơn là một câu trả lời. Có lẽ bạn có thể giải thích tại sao vật liệu huỳnh quang phụ thuộc vào kênh cực tím và cung cấp một số tài liệu tham khảo?
Martin Ender

1
Tôi đã đề cập đến điều này trong bài viết của tôi chỉ không sử dụng từ bột mì. Dù sao, điều này có thể được đồng hành ở cấp độ shader.
joojaa

@joojaa: Xin lỗi .. đã bỏ lỡ điều đó. Tôi sẽ xóa bài viết của mình nếu có một nút rõ ràng để làm như vậy. Mặc dù, đã nói rằng, tôi sẽ nói rằng bạn vẫn cần các kênh bổ sung ở nơi khác (và không chỉ các shader) để xử lý nó, ví dụ như tạo bản đồ môi trường đang hoạt động.
Simon F

2
Xóa hoặc không xóa nó, tương tự đối với tôi. Tôi thà thấy bạn mở rộng nó., Không có gì sai khi hỗ trợ bằng chứng và mọi thứ nói khác đi miễn là bạn đóng góp với sự rõ ràng tốt hơn hoặc thông tin mới.
joojaa
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.