มีวัสดุทั่วไปที่ RGB ไม่สามารถนำเสนอได้ดีหรือไม่?


34

ในกราฟิกเราใช้ RGB และช่องว่างสีอื่น ๆ เพื่อประมาณความยาวคลื่นแสงเต็มรูปแบบ เห็นได้ชัดว่ามันใช้งานได้ดีโดยทั่วไป แต่มีวัตถุ / วัสดุ / ปรากฏการณ์ทั่วไปสิ่งที่คุณอาจพบในชีวิตประจำวันของคุณซึ่งรูปลักษณ์ไม่ได้เป็นตัวแทนที่ดีจากการเรนเดอร์ RGB เนื่องจากมีสเปกตรัมที่ซับซ้อน ?

ในขณะที่คำตอบปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่สีนอกขอบเขต RGB ที่กำหนดฉันยังสนใจที่จะได้ยินหากมีตัวอย่างที่สีของวัตถุปรากฏเป็น "ผิด" เมื่อแสดงผลใน RGB เนื่องจากการโต้ตอบระหว่าง สเปกตรัมแหล่งกำเนิดแสงและสเปกตรัมการสะท้อนของวัตถุ กล่าวอีกนัยหนึ่งกรณีที่ผู้แสดงสเปกตรัมจะให้ผลลัพธ์ที่ถูกต้องมากขึ้น


เครดิต: ฉันชอบคำถามนี้ในเบต้าส่วนตัวก่อนหน้าดังนั้นฉันจึงทำซ้ำได้ที่นี่ ตอนแรกมันถูกนาธานรีด


2
ฉันจำกระดาษนี้ฉันอ่านบางเวลาที่ผ่านมา ผู้เขียนเปรียบเทียบผลลัพธ์สเปกตรัมและ RGB ที่แสดงผลด้วยแสงที่แตกต่างกัน น่าเสียดายที่มีการเปรียบเทียบในแผนภูมิสีดังนั้นฉันไม่แน่ใจว่าความแตกต่างมีผลต่อฉากชีวิตจริงเพียงใด cg.cs.uni-bonn.de/en/publications/paper-details/...
yuriks

กฎหมายของเบียร์ (การดูดซับสีผ่านวัตถุโปร่งใสในระยะไกล) ยากที่จะสร้างโมเดลด้วย rgb
Alan Wolfe

@trichoplax ขออภัยด้วยเสียง!
luser droog

@luserdroog ขอขอบคุณที่ให้ความสนใจ :) แม้ว่าคำถามนี้จะเกี่ยวกับวัสดุ แต่เราสามารถทำคำถามใหม่เกี่ยวกับช่องว่างสีได้ ...
trichoplax

คำตอบ:


25

มีข้อ จำกัด หลายประเภทที่ต้องพิจารณา

ผลกระทบที่เส้นทางของรังสีขึ้นกับความยาวคลื่น

นี่เป็นเอฟเฟกต์ที่ต้องการการเรนเดอร์สเปกตรัมและตัวอย่างที่น่าสนใจจำนวนมากได้ถูกให้ไว้ในคำตอบของเบเนดิคท์บิทเทอรี่แล้ว ตัวอย่างง่ายๆคือปริซึมแบ่งแสงสีขาวเป็นสเปกตรัมให้สีรุ้ง รังสีของความยาวคลื่นที่แตกต่างกันจะหักเหด้วยมุมที่แตกต่างกันเมื่อผ่านปริซึมทำให้เกิดแสงที่กระทบกำแพงด้านหลังปริซึมที่ถูกแยกออกเป็นสีที่เป็นส่วนประกอบ

ซึ่งหมายความว่าในชีวิตจริงการส่องแสงสีเหลืองโมโนโครมผ่านปริซึมจะส่งผลให้แสงสีเหลืองออกมา แต่การส่องแสงผสมสีแดงและสีเขียวที่ประมาณสีเหลืองจะทำให้เกิดแสงสีแดงและสีเขียวแยกออกมา เมื่อเรนเดอร์ใช้สีหลักเพียง 3 สีแสงสีขาวจะแบ่งออกเป็นสามสีเท่านั้นโดยให้เอฟเฟกต์สีรุ้งที่ดูไม่ต่อเนื่องและแสงสีเดียวที่ไม่ควรแยกเลยจะแบ่งเป็นองค์ประกอบสีหลักโดยประมาณ การแยกแสงสีขาวสามารถปรับปรุงให้ดีขึ้นได้โดยใช้สีหลักจำนวนมากขึ้น แต่สิ่งนี้จะยังคงให้ความไม่ต่อเนื่องในระยะใกล้และผลลัพธ์ของแสงสีเดียวจะยังคงถูกแยกออกแม้ว่าจะแคบกว่าก็ตาม เพื่อผลลัพธ์ที่ถูกต้องจะต้องมีการสุ่มตัวอย่างสเปกตรัมอย่างต่อเนื่อง

เอฟเฟกต์พื้นผิวที่ไม่สามารถจับภาพได้ในภาพนิ่งเดียว

ยกตัวอย่างเช่นการมีสีรุ้งแสดงให้เห็นถึงสีที่แตกต่างกันในแต่ละตาเพื่อให้ภาพนิ่งจะไม่เหมือนกับวัตถุดั้งเดิม มีตัวอย่างประจำวันมากมายที่คุณอาจไม่สังเกตเห็นในตอนแรก นกทั่วไปหลายตัวมีขนสีรุ้งถึงแม้ว่าพวกมันจะปรากฏเป็นสีดำหรือสีเทาจากระยะไกล ภาพระยะใกล้จะมีสีสันที่น่าประหลาดใจ

renderer ที่ใช้สีหลักเพียง 3 สีเท่านั้นจะไม่สามารถแพร่กระจายแสงตามความยาวคลื่นที่ต้องการสำหรับเอฟเฟกต์นี้ Spectre renderer สามารถจำลองการแพร่กระจายได้อย่างถูกต้อง แต่เอฟเฟกต์เต็มรูปแบบยังคงไม่สามารถจับภาพได้ในภาพเดียว แม้แต่ภาพ 2 มิติไม่สามารถจับภาพนี้ได้อย่างถูกต้องในขณะที่ภาพ 3 มิติของวัตถุสีรุ้งจะให้เอฟเฟกต์ที่แวววาวเนื่องจากภาพที่ตรงกับตาซ้ายและขวาจะมีสีต่างกัน นี่เป็นข้อ จำกัด ของภาพ 2d แทนที่จะเป็นพื้นที่สี RGB เอง อย่างไรก็ตามแม้ในภาพ 3 มิติจะมีสีในวัตถุสีรุ้งที่แสดงอย่างไม่ถูกต้องเนื่องจากไม่สามารถใช้ RGB เพื่อแสดงสีแบบสีเดียวตามที่อธิบายไว้ด้านล่าง

สีที่ตามนุษย์สามารถตรวจจับได้ซึ่งไม่สามารถแสดงเป็น RGB ได้

RGB ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ในอดีตและดังนั้นจึงไม่น่าเชื่อถือระหว่างแพลตฟอร์ม มีการปรับปรุงอุปกรณ์ที่เหมือนกันโดยไม่คำนึงถึงการรับรู้เช่นLab color space แต่สิ่งเหล่านี้ยังคงเป็น trichromatic (มี 3 องค์ประกอบ) ไม่ชัดเจนในทันทีว่าทำไมส่วนประกอบทั้งสามจึงไม่เพียงพอที่จะแสดงสีทั้งหมดที่สามารถรับรู้ได้ด้วยตาแบบไตรโครมาติก แต่บทความนี้อธิบายได้ดีและเข้าถึงได้ง่าย จากหน้า 7:

ตัวอย่างเช่นการใช้ระบบการแสดงผลด้วยเลเซอร์ที่ทันสมัยพร้อมกับสีเดียวที่ 635 nm (สีแดง), 532 nm (สีเขียว) และ 447 nm (สีน้ำเงิน) ลองดูว่าเราสามารถจำลองการรับรู้ของแสงสีเดียวที่ 580 nm หรือไม่ สีส้ม). เนื่องจากการกระตุ้นสีส้มแบบโมโนโครมกระตุ้นกรวยสีเขียวและสีแดงจึงจำเป็นต้องมีการสนับสนุนจากทั้งสีเขียวและสีแดงในขณะที่ไม่จำเป็นต้องมีการสนับสนุนจากสีฟ้าหลัก ปัญหาคือสีเขียวปฐมภูมิยังสร้างความตื่นเต้นให้กับกรวยสีน้ำเงินทำให้ไม่สามารถทำซ้ำสิ่งกระตุ้นสีส้มได้

ไดอะแกรมของดวงตามนุษย์โคนเสียว (หน้า 7) แสดงให้เห็นว่าการทับซ้อนนั้นกว้างเพียงใดและช่วยให้เห็นภาพของคำอธิบายนี้ ฉันได้รวมกราฟที่คล้ายกันจาก Wikipedia ไว้ที่นี่: (คลิกที่กราฟสำหรับตำแหน่ง Wikipedia)

กราฟของความอ่อนไหวของกรวยทั้งสามชนิดในสายตามนุษย์

ในระยะสั้นการซ้อนทับกันระหว่างช่วงของสีที่สามารถรับได้โดยกรวยแต่ละอันที่แตกต่างกัน (เซ็นเซอร์สี) ของดวงตามนุษย์หมายความว่าสีโมโนโครมสามารถแยกแยะได้จากการผสมสีหลักและการผสมสีหลัก สีไม่สามารถแสดงสีเดียวทั้งหมดได้อย่างแม่นยำ

ความแตกต่างนี้มักจะไม่สามารถสังเกตเห็นได้ในชีวิตประจำวันเนื่องจากสภาพแวดล้อมส่วนใหญ่ของเราปล่อยหรือสะท้อนแสงในช่วงความถี่ที่หลากหลายมากกว่าสีเดียวสีเดียว อย่างไรก็ตามข้อยกเว้นที่น่าสังเกตคือหลอดโซเดียม หากคุณอาศัยอยู่ในส่วนหนึ่งของโลกที่ใช้ไฟถนนสีส้มเหลืองเหล่านี้แสงที่ปล่อยออกมานั้นจะเป็นสีเดียวและจะดูแตกต่างจากรูปถ่ายที่พิมพ์ออกมาหรือภาพบนหน้าจอ ความยาวคลื่นของแสงโซเดียมเกิดขึ้นเป็น 580 นาโนเมตรจากตัวอย่างที่ยกมาด้านบน หากคุณไม่ได้อาศัยอยู่ที่ไหนสักแห่งที่มีไฟถนนโซเดียมคุณสามารถเห็นแสงความยาวคลื่นเดียวโดยการโรยเกลือป่นบดละเอียด (โซเดียมคลอไรด์) เหนือเปลวไฟ จุดแสงสีเหลืองที่ส่องประกายไม่สามารถจับได้อย่างแม่นยำบนแผ่นฟิล์มหรือแสดงบนหน้าจอ ไม่ว่าคุณจะเลือกสีหลักสามสีใด

โปรดทราบว่าข้อ จำกัด นี้ใช้กับการผสมสีหลักสามสีอย่างเท่าเทียมกันโดยใช้สารเคมีแสง 3 ชนิดบนฟิล์มกล้องถ่ายรูปหรือถ่ายภาพด้วยกล้องดิจิตอลที่มีเซ็นเซอร์สีต่างกัน 3 ตัวหรือเซ็นเซอร์เดี่ยวที่มีตัวกรองสีหลัก 3 แบบที่แตกต่างกัน มันไม่ได้เป็นเพียงปัญหาดิจิตอลและไม่ได้ จำกัด อยู่เพียงแค่พื้นที่สี RGB แม้แต่การปรับปรุงที่ได้รับการแนะนำโดยพื้นที่สี Lab และชุดรูปแบบไม่สามารถกู้คืนสีที่หายไปได้

ผลกระทบเบ็ดเตล็ด

การสะท้อนแสงแบบกระจายหลายจุด (สีเลือดออก)

หากพื้นผิวด้านที่มีสีสว่างอยู่ใกล้กับพื้นผิวด้านสีขาวพื้นผิวสีขาวจะแสดงสีของพื้นผิวอื่นบางส่วน สามารถจำลองได้ดีพอสมควรโดยใช้ส่วนประกอบสีแดงสีเขียวและสีน้ำเงินล้วนๆ การผสมกันของสีแดงสีเขียวและสีน้ำเงินที่ให้สีของพื้นผิวสีสามารถสะท้อนออกจากพื้นผิวสีขาวและแสดงบางส่วนของสีนั้นอีกครั้ง อย่างไรก็ตามวิธีนี้ใช้ได้เฉพาะถ้าพื้นผิวที่สองเป็นสีขาว หากพื้นผิวที่สองเป็นสีด้วยเช่นกันเลือดออกสีจะไม่ถูกต้องในบางกรณีอย่างมาก

ลองนึกภาพสองพื้นผิวที่มีสีคล้ายกัน หนึ่งสะท้อนช่วงความยาวคลื่นแคบ ๆ รอบ ๆ สีเหลือง อีกช่วงหนึ่งสะท้อนความยาวคลื่นที่หลากหลายระหว่างสีแดงและสีเขียวและผลก็คือสีเหลือง ในชีวิตจริงแสงที่ปรากฏบนพื้นผิวหนึ่งเนื่องจากอีกอันหนึ่งจะไม่สมมาตร แสงส่วนใหญ่ที่มาถึงช่วงความยาวคลื่นกว้างจะถูกสะท้อนอีกครั้งเนื่องจากช่วงแคบของความยาวคลื่นที่เข้ามานั้นอยู่ในช่วงที่กว้างขึ้น อย่างไรก็ตามแสงส่วนใหญ่ที่มาถึงช่วงความยาวคลื่นแคบจากที่อื่นจะอยู่นอกช่วงที่แคบและจะไม่ถูกสะท้อน ในเครื่องเรนเดอร์ RGB พื้นผิวทั้งสองจะถูกจำลองเป็นส่วนผสมของสีแดงโมโนโครมและสีเขียวโมโนโครมทำให้ไม่มีความแตกต่างในแสงสะท้อน

นี่คือตัวอย่างสุดขีดที่ความแตกต่างจะสังเกตเห็นได้ทันที แต่อย่างน้อยจะมีความแตกต่างเล็กน้อยในภาพส่วนใหญ่ที่มีการตกเลือดของสี

วัสดุที่ดูดซับหนึ่งความยาวคลื่นและปล่อยอีก

คำตอบของ joojaaอธิบายถึงการดูดซับของแสงอุลตร้าไวโอเลตจากหิมะ ฉันไม่เคยได้ยินเรื่องนี้เกิดขึ้นกับหิมะมาก่อน (และน่าผิดหวังที่ฉันไม่สามารถหาหลักฐานใด ๆ ที่จะสนับสนุนได้ - แม้ว่ามันจะอธิบายได้ว่าทำไมหิมะถึง "ขาวกว่าสีขาว") อย่างไรก็ตามมีหลักฐานมากมายที่แสดงว่ามันเกิดขึ้นกับวัสดุอื่น ๆ ที่หลากหลายซึ่งบางส่วนถูกเติมลงในผงซักฟอกและกระดาษสำหรับซักเสื้อผ้าเพื่อให้ผ้าขาวสว่างเป็นพิเศษ สิ่งนี้ช่วยให้แสงที่มองเห็นได้ทั้งหมดที่ส่งออกจากพื้นผิวนั้นมากกว่าแสงที่มองเห็นได้ทั้งหมดที่ได้รับจากพื้นผิวนั้นซึ่งไม่สามารถสร้างแบบจำลองได้ดีอีกครั้งโดยใช้ RGB เพียงอย่างเดียว หากคุณต้องการอ่านรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ระยะในการค้นหาเป็นเรืองแสง

ตาที่มีสีหลักมากกว่า 3 สี

มีสัตว์ที่มีกรวยมากกว่า 3 ชนิดในดวงตาของพวกมันทำให้พวกมันสามารถรับรู้สีหลักมากกว่า 3 สี ตัวอย่างเช่นนกแมลงและปลาจำนวนมากเป็นtetrachromatsซึ่งรับรู้สี่สีหลัก บางคนถึงกับpentachromatsรับรู้ห้า ช่วงของสีที่สิ่งมีชีวิตเหล่านั้นสามารถเห็นดาวแคระในช่วงที่แสดงได้โดยใช้ RGB เท่านั้น ไกลออกไปจากพวกเขาคือตั๊กแตนตำข้าวซึ่งเป็น dodecachromat เห็นสีตาม 12 กรวยที่แตกต่างกัน สัตว์เหล่านี้จะไม่พึงพอใจหากใช้จอแสดงผลแบบ RGB

แต่อย่างจริงจังยิ่งกว่านั้นสำหรับภาพที่มีไว้สำหรับดวงตาของมนุษย์เชื่อกันว่ามีเตตราโครมาทั่มมนุษย์ที่เห็นใน 4 สีหลักและอาจเป็นไปได้ที่บางคนเห็นมากถึง 5 หรือ 6 ในปัจจุบันคนเหล่านี้ดูเหมือนจะไม่ปรากฏ ในจำนวนที่เพียงพอที่จะทำให้การแสดงผลที่มีสีหลักมากกว่า 3 สีในเชิงพาณิชย์ แต่ถ้าในอนาคตมันจะง่ายต่อการระบุจำนวนสีหลักที่บุคคลสามารถมองเห็นได้ซึ่งอาจกลายเป็นลักษณะที่น่าดึงดูดที่แพร่กระจายไปทั่วประชากรในอนาคต ดังนั้นหากคุณต้องการให้ลูกหลานของคุณชื่นชมการทำงานของคุณคุณอาจต้องทำให้มันเข้ากันได้กับจอแสดงผล hexachromatic ...


ไม่เกี่ยวข้องกับคำถามนี้ แต่เกี่ยวข้อง: หากคุณต้องการดูสีที่ไม่สามารถใช้ได้ในโลกแห่งความเป็นจริง หรือ ภาพ RGB ให้ดูที่Chimerical Colours ...


15

ผมเชื่อว่าผลกระทบที่เกิดสเปกตรัมที่โดดเด่นที่สุดที่ไม่สามารถทำซ้ำนับถือกับ RGB จะมีการกระจายตัวที่เกิดจาก dielectrics กับผีที่แตกต่างกันดัชนีหักเห (มักจะถ่ายแบบกับสม Sellmeier )

ปรากฏการณ์ทางสเปกตรัมอื่น ๆ มักจะเกิดจากผลกระทบของคลื่น ตัวอย่างหนึ่งที่พบในชีวิตจริงทุกขณะนี้คือการรบกวนของฟิล์มบางซึ่งเกิดจากพื้นผิวสะท้อนแสงหนึ่งหรือหลายชั้นวางซ้อนทับกัน (เช่นคราบน้ำมันฟองสบู่) เอฟเฟกต์ของคลื่นอื่นที่บางครั้งสามารถสังเกตได้คือการเลี้ยวเบนเกิดจากการกระจายตัวของการเลี้ยวเบนซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้เกิดลักษณะที่ปรากฎของซีดี


7

RGB ทำงานเพราะอุปกรณ์ประสาทสัมผัสของเราทำงาน นอกเหนือจากการกระจายตัวบางคนทำวัสดุและเนื้อแมลงบางครั้งก็มีพื้นผิวที่มีแถบสีที่แน่นมาก สิ่งเหล่านี้อาจได้รับประโยชน์จากการสร้างคลื่นความถี่ที่กว้าง

อย่างไรก็ตามเนื่องจากเอฟเฟกต์เหล่านี้มีการแปลค่อนข้างสวยคุณสามารถหลีกเลี่ยงการทำให้ shader ทำงานได้แปลก สิ่งนี้ใช้ไม่ได้กับการสะท้อนและการหักเหของแสง แต่ไม่มีใครสังเกตเห็นได้ นอกเสียจากว่าคุณกำลังทำการจำลองทางฟิสิกส์มันไม่ใช่เรื่องใหญ่อะไร แต่ถ้าคุณออกแบบเลนส์นี่อาจเป็นเรื่องใหญ่

วัสดุบางชนิดเช่นหิมะยังแปลงอุลตร้าไวโอเล็ตที่เข้ามาเป็นแสงที่มองเห็นได้ อีกครั้งชนิดของเอฟเฟกต์นี้สามารถจัดการได้โดย shaders / กลุ่มแสงพิเศษ

ปีกผีเสื้อนั้นยังอยากรู้อยากเห็นในขณะที่พวกเขาจัดการกับขั้นตอนของคลื่นและรูปแบบของแสงที่เข้ามา ดังนั้นหากคุณต้องการทำการจำลองทางฟิสิกส์กับสิ่งเหล่านั้นมันเป็นเรื่องใหญ่

การโพลาไรเซชันของแสงยังเป็นปัจจัยสำคัญในแมลงและน้ำ


3

เพียงเพิ่มคำแนะนำที่ดีเลิศข้างต้นมันเกิดขึ้นกับฉันที่ไม่มีช่องอัลตราไวโอเลตวัสดุเรืองแสงจะยุ่งยากในการจำลอง


1
ดูเหมือนว่าจะมีความคิดเห็นมากกว่าคำตอบ บางทีคุณอาจอธิบายรายละเอียดได้ว่าทำไมวัสดุเรืองแสงขึ้นอยู่กับช่องอุลตร้าไวโอเล็ตและให้การอ้างอิงบางอย่าง?
Martin Ender

1
ฉันพูดถึงเรื่องนี้ในโพสต์ของฉันเพียงแค่ไม่ใช้คำว่า flourescent อย่างไรก็ตามสิ่งนี้สามารถทำได้ในระดับ shader
joojaa

@joojaa: ขอโทษ .. พลาดไป ฉันจะลบโพสต์ของฉันหากมีปุ่มชัดเจนที่จะทำ แม้ว่าจะมีการกล่าวว่าฉันจะบอกว่าคุณยังคงต้องการช่องทางพิเศษที่อื่น (และไม่เพียงแค่ผู้ให้ร่มเงา) เพื่อจัดการกับมันเช่นแผนที่สภาพแวดล้อมในยุคปัจจุบัน
Simon F

2
ลบหรือไม่ลบเหมือนกันสำหรับฉัน ฉันอยากจะเห็นคุณขยายมันไม่มีอะไรผิดปกติกับหลักฐานสนับสนุนและสิ่งต่าง ๆ ที่พูดต่างกันตราบใดที่คุณมีส่วนร่วมด้วยความชัดเจนดีขึ้นหรือข้อมูลใหม่
joojaa
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.