Computação Gráfica

Luz e cores

Os pigmentos conferem cor à tinta; a percepção da cor é uma das maneiras fundamentais pelas quais tomamos consciência das coisas ao nosso redor.

A luz branca se decompõem quando atravessa um prisma, num fenômeno conhecido como dispersão da luz e os diversos comprimentos de ondas mostram as cores primárias e secundárias.

Cor é uma sensação produzida no nosso cérebro pela luz que chega aos nossos olhos. A cor existe por causa de três entidades: a luz, o objeto visualizado e o observador. Os físicos já provaram que a luz branca é composta pelos comprimentos de onda vermelho, verde e azul. O olho humano percebe as cores como sendo vários comprimentos de onda do vermelho, do verde e do azul que são absorvidas ou refletidas pelos objetos. Por exemplo, suponha que você esteja fazendo um piquenique em um dia ensolarado, prestes a apanhar uma maçã vermelha. A luz do sol brilha na maça e o comprimento de onda de vermelho da luz reflete-se da maça para seus olhos. Os comprimentos de onda do azul e do verde são absorvidos pela maçã. Sensores em seus olhos reagem à luz refletida, enviando uma mensagem que é interpretada pelo seu cérebro como sendo a cor vermelha.

Os comprimentos de onda do vermelho, do verde e do azul que lhe permitem enxergar a maçã são a base para todas as cores da natureza. É por isso que o vermelho, o verde e o azul são freqüentemente chamados de Cores Primárias. Todas as cores do espectro são criadas por diferentes intensidades desses comprimentos de onda da luz. Quando as três cores primárias se sobrepõe, elas criam as cores secundárias: ciano, magenta a amarelo. As primárias e secundárias são complementos umas das outras. As cores complementares são as cores que mais diferem umas das outras. O azul é a cor primária ausente; portanto, azul e amarelo são complementares. O complemento do verde é o magenta; e o complemento do vermelho, o ciano. Isso explica porque vemos outras cores além de vermelho, verde e azul. Em um girassol, vê-se o amarelo porquê os comprimentos de onda de luz vermelho e verde são refletidos de volta para você, enquanto o azul é absorvido pela planta.


O modelo de cores CMYK
O modelo de cores CMYK baseia-se não na adição de luz, mas em sua subtração. No modelo RGB, as cores são criadas acrescentando-se luz; o monitor (ou a televisão) é uma fonte de luz que pode produzir cores. Mas uma página impressa não emite luz; ela absorve e reflete luz. Então, quando se quiser transportar as cores do monitor para o papel, terá de usar outro modelo, o CMYK. O modelo de cores CMYK é a base do processo de impressão em quatro cores (quadricomia), que é usado principalmente para imprimir imagens de tons contínuos (como as fotografias digitalizadas) em uma gráfica. Na quadricomia as cores são reproduzidas em uma impressora usando quatro chapas: C (ciano), M (magenta), Y (amarelo) e K (preto - que é representado pela letra K porque a nomenclatura baseia-se no inglês, e o B de black poderia ser confundido com B de blue).

Como uma página impressa não consegue emitir luz, uma impressora não pode usar as cores RGB para imprimir; em vez disso, ela utiliza tintas que podem absorver comprimentos de onda de luz específicos e refletir outros comprimentos de onda. Combinando tintas de cor ciano, magenta e amarelo, uma impressora comercial pode reproduzir uma parte significativa do espectro visível de cores. Na teoria, 100% ciano, 100% magenta e 100% amarelo devem ser combinados para produzir o preto. No entanto devido a impureza das tintas, a misturas das cores ciano, magenta e amarelo produz um marrom turvo em vez de preto.

Portanto as impressoras geralmente adicionam o preto, às outras três cores para produzir as partes mais escuras e cinzas das imagens.


O Modelo de Cores RGB
O sistema usado para a criação de cores no monitor baseia-se nas mesmas propriedades fundamentais da luz que ocorrem na natureza: essas cores podem ser criadas a partir do vermelho, do verde e do azul. Essa é a base do modelo de cores RGB.

O monitor colorido cria cores emitindo três feixes de luz com diferentes intensidades, iluminando o material fosforescente vermelho, verde e azul que reveste a parte interna da tela do monitor. Quando se vê o vermelho, isso significa que o monitor ativou o feixe vermelho, que excita os fósforos vermelhos, acendendo um pixel vermelho na tela. Portanto, ver uma imagem escaneada de uma maça na tela é diferente de ver uma maça em cima do computador, esperando para ser comida. Se você apaga as luzes do quarto-sala, não verá mais a sobremesa, mas continuará vendo a maçã escaneada, pois o monitor emite luz.

No modelo de cores RGB, as cores dos pixels podem ser mudadas combinando-se vários valores de vermelho, verde e azul. Cada uma das três cores primárias tem um intervalo de valores de 0 até 255. Quando você combina os 256 possíveis valores de cada cor, o número total de cores fica um aproximadamente 16,7 milhões (256 X 256 X 256). Isso pode parecer uma quantidade imensa de cores, mas lembre-se de que alas constituem apenas uma parte visível das cores da natureza. Contudo, 16,7 milhões de cores é suficiente para reproduzir imagens digitalizadas cristalinas em um monitor capaz de exibir cores 24 bits.


O modelo de cores Lab
Embora não seja usado com tanta freqüência quanto os outros modelos, o modelo de cores Lab merece ser investigado, particularmente porque pode-se mostrar útil em certas situações de edição de cores.

Embora talvez você nunca precise usar o modelo Lab, esse modelo é vital para alguns programas. No Photoshop, por exemplo, é utilizado para converter de um modo de cor para outro. Quando o Photoshop converte de RGB para CMYK, primeiro ele converte para Lab e, a seguir, de Lab para CMYK. Uma razão para isso é que a gama de cor Lab abrange as gamas de cor RGB e CMYK.

O modelo de cor Lab baseia-se no trabalho da Commission Internationale de I' Eclairage, formada no início do século XX, para tentar padronizar a medida de cores. A comissão idealizou um modelo de cores baseado na maneira pela qual a cor é percebida pelo olho humano. Em 1976, o modelo de cores original foi refinado e chamado de CIE Lab. Ele foi criado para proporcionar cores consistentes, independentemente do tipo de monitor ou impressora utilizado; isso chama-se independente de dispositivo (device-independent-color). A cor independente de dispositivo não é afetada pelas características ou peculiaridades de qualquer componente de hardware.


Percepção Humana
Os raios luminosos incidem na córnea sendo então refratados. A seguir estes incidem sobre a lente que tem por objetivo projetá-los na retina. Na retina encontram-se dois tipos de fotoreceptores os cones e os bastonetes, que convertem a intensidade e a cor da luz recebida em impulsos nervosos. Estes impulsos são enviados ao cérebro através do nervo ótico e então tem-se a percepção de uma imagem.

Os fotoreceptores do olho humano apresentam características totalmente diferentes. Existem na verdade três tipos de cones que respondem a espectro de cores distintos (vermelho, verde e azul). Sendo assim, diz-se que o sistema visual humano distingue as cores pelo processo da tricromacia. Nota-se que a eficiência do cone que responde a cor azul possui uma eficiência bem menor do que os outros dois tipos de cones.

Os bastonetes por sua vez, embora sejam maioria absoluta, só conseguem captar a luminosidade da cor, ou seja, só respondem a um espectro e desta forma não diferenciam cores.

Sendo assim, na formação da imagem há uma interação dos cones e dos bastonetes, e decorrente desta interação ocorrem alguns fenômenos no sistema visual humano. O primeiro a ser destacado é que a percepção visual humana é logarítmica.

O segundo aspecto é o que se denomina de Efeito da Banda de Mach. Analisando-se os tons de cinza da figura a seguir, da cor mais escura para a mais clara, tem-se a impressão que existem pequenas discontinuidades na interface entre as cores (aumento da luminosidade - faixa constante - diminuição da luminosidade).

O último aspecto a ser abordado é o que se chama de Contraste Simultâneo. Analisando-se a figura ao lado, tem-se a impressão que o quadrado interno da esquerda é mais claro, embora possuam a mesma cor. Este fenômeno pode ser explicado a partir da luminosidade das áreas envolventes, ou seja, quando se tem uma área externa mais escura o quadrado interno parece ser mais claro.

Uma vez vistos os aspectos principais do sistema visual humano, resta saber como se dá a percepção de uma cor? Matematicamente falando, deve-se compor em uma integral as componentes vermelha, verde e azul, para obter-se a cor desejada. Este pode ser o processo utlizado por um scanner, mas não pelo olho humano.

Restringindo-se o problema de reprodução de cores em Computação Gráfica, há necessidade de uma "combinação linear" das cores básicas para então formar as cores desejadas. A este processo dá-se o nome de metamerismo, ou seja, quando se tem a mesma sensação de cor.