Color in CG - Purdue ¢â‚¬¢ The color balance is set to certain temperature ¢â‚¬¢ The color scheme is centered

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  • © Bedrich Benes

    CGT 511 Color in CG Bedřich Beneš, Ph.D. Purdue University Department of Computer Graphics

    © Bedrich Benes

    Lecture overview • What is color?

    • Meaning of color

    • Color in CG (RGB, CMY, CMYK, Gamut)

    • RGB to Grayscale

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    What is color? • Color is a subjective experience of light.

    • Color of an object… is difficult… What we see is the reflected light.

    • What is the color of a blue cube  illuminated by a red light?

    • Color depends on many aspects…

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    Meaning of Color Depends on  • Culture

    white – death or innocence? • Shared archetypal aspects

    red – color of blood, fire blue – color of sky, sea green – foliage, ocean

    • Contextual Purdue colors

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    Meaning of Color • Some things are strange… • Red seems closer than blue

    Why? Blue – sky

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    Meaning of Color • Some things are strange… • Red seems closer than green.

    Why? green ‐ foliage

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    Meaning of Color  • Wash the foreground with red and 

    the background with blue depth sensation

    • Blue fill in the Euro‐American culture  dark areas, night…  Is this true? 

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    Meaning of Color 

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    Meaning of Color Warm Colors:  

    Red, Orange, Yellow Warm colors advance

    Cool Colors:   Green, Blue Cool Colors recede

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    Color temperature William Kelvin (1800)

    heated carbon block glows

    color=f(temperature)

    Measured in Kelvins [K]

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    Color temperature Candle: 1900 Fluorescent lamp 2600‐7500 Tungsten lamp 2700‐2900 Film and projection lamp 2850‐3200 Moonlight 4100 Daylight 5800‐6500 Clear Blue Sky 10,000‐26,000

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    Color temperature

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    Color temperature • The color temperature is used in 

    classical cinematography and photography • The color balance is set to 

    certain temperature • The color scheme is centered around it • The white balance used in digital cameras

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    Color temperature

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    Color Scheme and Contrast Color scheme

    is the total set of colors used by an image Color scheme creates the impression 

    before the viewer sees the contents!

    Color contrast  is the difference of the darkest and the  brightest color  High contrast attracts attention

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    Color Scheme • Primary colors

    used to create any other color None of them should be expressed  from the others

    • In art:  RYB In CG: RGB

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    Color Scheme • Secondary colors

    in the given color scheme are  the colors expressed  from the primary colors

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    Color in CG • RGB (Red, Green, Blue) • additive color system – based on OPTICS 

    (more color brighter the result) • denoted by [R, G, B]

    R=G=B  gray colors

    • [0,0,0] is black • [255,255,255] is white • [127, 127, 127]  

    is 50% of gray

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    Color in CG • CMY (Cyan, Magenta, Yellow) • subtractive color system – based on PIGMENTS 

    (less color brighter the result) • used in printers,  • denoted by [C, M, Y]

    C=M=Y gray colors • [0,0,0] white • [255,255,255] black • [64,64,64]

    is 2/3 of gray

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    Color in CG

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    Conversions RGB ↔ CMY Yellow

    CyanMagenta

    Blue

    Red Green

    RGBCMY

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    RGB CMY Cubes

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    RGB CMY Cubes

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    CMYK • CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blacK) • using [C,M,Y] in full intensity 

    to print black text is expensive • CMYK is the same as CMY, 

    but black color is added • used in printers, the black is the most 

    frequently used • CMYK is set in %, i.e. from 0 to 100

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    Is White really White? • So called white point

    is what is considered to be white • White sheet of paper illuminated by

    • sunlight • light bulb • Moon

    will reflect something else But we see it white

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    Is White really White?

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    Is White really White? • Many cameras are bad in guessing white • Usually presets • One touch white

    put something white in front of the camera press the calibration The camera will “know” what is the white

    • Once wrongly taken – hard to improve

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    Color Constancy • Perceived constant color under varying 

    conditions • When a part of a colored surface changes 

    illumination, our perception can change  significantly.

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    Linear vs. non‐linear color space • Perceptual distance between colors is 

    different that the linear one. • A constant distance between two colors in 

    RGB is perceived as different. • We are more sensitive in low intensities. • Linear mapping in RGB does not correspond 

    to perceived difference. • L*ab color space maps lightness correctly

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    Gamma Correction • RGB is corrected before it is displayed

    ,  ,  but it depends on the monitor

    • Originally,  used to color correct the CRT non‐linearity

    • Now, used for LCD displays • sRGB is a bit more complex correction

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    sRGB • RGB is linear • sRGB is perceptually corrected • LCD displays assume sRGB on the input • In OpenGL:

    glEnable(GL_FRAMEBUFFER_SRGB) glTexImage(…,GL_SRGB,…)

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    Color Gamut • Color gamut of a device is 

    the scale of colors  the device is able to reproduce

    • The better device the higher the gamut • Gamut warning, gamut alarm 

    discrepancy between two devices

    • typically – printer and screen

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    Color Gamut • Software usually 

    displays the warning

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    Problems with printing • not all colors can be represented perfectly 

    (light ones) • another solution is adding more primaries • sometimes CMYKLcLm color model is used

    it is CMYK + light cyan +light magenta • CMYKOrGr

    CMYK + Orange + green • in both cases we can print brighter colors • in both cases it is expensive

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    HSB, HLS, HSV, H whatever

    • HSB (Hue, Saturation, Brightness) • the most intuitive color system • corresponds to the artistic concept

    of tint, shades, and tone  • color is perceived perfectly if 

    its intensity is “in the middle” low    dark high  bright

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    H whatever • hue correspond to cleanliness

    of the monochromatic spectrum • saturation: how much 

    the different colors  are presented

    • brightness: how much  the achromatic light is presented

    • clearest colors have [H,L,S]=[0‐1, 0.5, 1]

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    L*ab color model • the best color model  (?) • lightness component (L) 0 ‐ 100.  • Lightness is perceptually correct • the a component (green‐red axis)  • the b component (blue‐yellow axis) 

    ranges from +120 to ‐120. • Used to move images between systems!

    Lab is the intermediate color model used when converting from one color mode to another.

    • used in PostScript® Level 2 ,Level 3 printers.  • other color PostScript devices use CMYK 

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    Going Grayscale • Intuitively…

    I=1/3 R+1/3 G+1/3 B R=G=B=const gives grayscale it does, but…

    • The human eye is the most sensitive  to the green color (Why?)

    • The correct equation is: I = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B

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    Going to grayscale

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    Color space reduction • How many colors can fit in 3 bytes? • 3 bytes = 3*8=24 bits • 224= 16,777,216 ~17 milions

    • How many in one byte? • 28= 256

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    Color Spaces

    true color  24 bits per pixel, usually RGB 8bits+8bits+8bits true color  32 bits per pixel, usually RGBA ‐ A is alpha,  high color  16 bits per pixel, usually 5bits+6bits+5bits  index color  8 bits per pixel,   usually using palette bitmap1 bit per pixel

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    Color Space Reduction • 256