Метод подбора цветовой гаммы информационных элементов
М.А. Павленко1, В.М. Руденко1, П.Г. Бердник2 , Д.В.Прибыльнов1
МЕТОД ПОДБОРА ЦВЕТОВОЙ ГАММЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
В статье предложен формальный подход, позволяющий подобрать цветовые решения для кодирования информационных элементов, исходя из стандартов разработки информационных моделей и требований, определенных разработчиком автоматизированной системы управления.
Ключевые слова: информационная модель, информационный элемент, цветовое кодирование.
Вступление. Автоматизированные системы управления стали неотъемлемой частью жизнедеятельности человека. Уровень автоматизации процессов управления поражает своими масштабами. Традиционно АСУ представляет собой систему «человек-машина». Исходя из этого одним из ключевых вопросов построения АСУ являются механизмы взаимодействия человека-оператора с вычислительным комплексом. Машинный язык не является привычным и понятным для человека. По данной причине разрабатываются специальные механизмы, позволяющие правильно представлять информацию человеку. Такие механизмы называются интерфейсом. В статье рассмотрена проблема формирования графического интерфейса, при этом особое внимание уделяется вопросам, связанным с цветовым кодированием информационных элементов.
Данная проблематика заключается в том, что для кодирования информационных элементов разрабатываемой автоматизированной системы управления среди почти 16 миллионов цветов необходимо отобрать указанное разработчиком число оттенков с учётом эргономических составляющих, на базе которых и будет формироваться система взаимодействия машины с оператором.
Анализ литературы. На данный момент цветовое кодирование повсеместно используется для увеличения информативности информационной модели и придания ей больших удобств с точки зрения восприятия модели пользователем. Наибольшее распространение схемы подбора цветов получили в вэб-дизайне при цветовом оформлении сайтов.
Важной особенностью рассматриваемого вопроса является то, что абсолютное большинство автоматизированных систем управления имеют в своей основе персональные ЭВМ как средства обработки и хранения информации в составе комплекса технических средств. В соответствии с этим, средством отображения информации, с помощью которого человек-оператор будет взаимодействовать с АСУ, является монитор. Исходя из этого, в качестве анализируемой модели примем RGB. В данной модели все цвета представлены с помощью трёх базовых: R – красного, G – зелёного, B – синего. Под кодирование каждой из составляющих цвета модели выделяется 3 байта каждый из которых может принимать значение от 0 до 255. В этой системе кодировка абсолютно белого цвета будет иметь вид (255, 255, 255), а чёрного - (0,0,0). Максимальное число оттенков, которое может быть получено в данном случае равно 16 581 375 или 2563.
Возникает закономерный вопрос: каким образом выделить и подать в удобной форме именно то количество цветов, которое определил разработчик АСУ для кодирования информационных элементов.
Самой распространенной схемой подбора цветов являются цветовые круги. Цветовой круг представляет собой круг с последовательным переходом между основными цветами равным по охвату выбранной цветовой модели. Подбор цветов в цветовом круге не вызывает затруднений. Процедура выбора заключается в следующем: необходимо представить над кругом равнобедренный треугольник. Цвета, которые окажутся под вершинами — потенциальные кандидаты на использование. Этот тип подбора цветов называется «триадной схемой» и проиллюстрирован на рис. 1. При таком подходе получаются четыре различные триадные схемы, с которыми можно работать. Отобранные в триады цвета, работая вместе, образуют гармоничную комбинацию.
Рис. 1. Триады цветов
Другой способ отбора — выбор дополняющих цветов, т.е. тех цветов, которые расположены в круге прямо напротив друг друга – например, красный и зеленый. Они называются комплиментарными (complementary) потому что, будучи помещенными рядом, они делают друг друга ярче и живее (рис. 2.).
Рис. 2. Цвета, противоположные друг другу.
Кроме того, робота с цветовым кругом позволяет формировать более сложные комбинации. Например, можно взять две пары комплиментарных цветов, что называется «двойной комплемент» (double complement). Например, желтый, пурпурный(лиловый), синий и оранжевый. Другой схемой является альтернативный комплемент (alternate complement), когда комбинируется триада цветов с цветом, комплиментарным одному из цветов триады. Зеленый, красно-пурпурный, красный и оранжевый — пример такой комбинации. Также существует «расщепленный комплемент» (split complement), когда берется цвет, его комплиментарный цвет и два прилегающих к нему цвета (т.е. близко расположенным к выбранным цветам). На цветовом круге также возможно формирование цветовых тетрад – в этом случае отбираются четыре цвета, расположенные прямо напротив друг друга. Т.е. выбираются 1 первичный, 1 вторичный и два третичных цвета. Рисунок 3 иллюстрирует примеры вышеперечисленных схем.
Рис. 3. Примеры цветовых схем.
Описанные процедуры позволяют сформировать ограниченный набор цветов, но как быть, если необходимо отобрать свыше сотни цветов, контрастирующих между собой с достаточной величиной заданных показателей яркостного и цветового контраста.
Цель статьи. Целью статьи является создание и рассмотрение метода выбора цветов из существующей палитры оттенков для информационной модели в соответствии с эргономическими требованиями и наложенными ограничениями разработчика. При этом количество выбранных цветов ограничивается лишь косвенно, то есть: во-первых – желанием потребителя, во-вторых, их количество не должно превышать 200. Последнее ограничение обусловлено способностью человека к различию оттенков цветов.
Основная часть. Принято считать, что цвет определяется длиной электромагнитной волны. Представление человека о цвете формируется в результате реакции системы визуального восприятия на длину оптической волны.
Цвет воздействует на физиологические процессы человека и на его психологическое состояние. Зная особенности каждого цвета можно сформировать определенный образ, вызвать определенные эмоции и ассоциации. В свою очередь цвет имеет ряд характеристик и отличительных особенностей, таких как:
1. Цветовой тон – основной признак цвета, характеризующий отличие одного цвета от другого и качественно определяемый понятиями и названиями, например, синий, алый, оранжевый и т.д. Натренированный человек способен различать порядка 180 цветовых тонов. Белый, черный и серый цвета не имеют цветового тона, они называются ахроматическими. Все остальные цвета, имеющие цветовой тон, называются хроматическими.
2. Насыщенность цвета – степень субъективного восприятия цветового тона, т.е. величина, показывающая, насколько данный конкретный цвет отличается от белого или серого. Эта характеристика цвета соответствует характеристике излучения – чистоте цвета. То есть, если любой цвет оптически сложить с белым, цветовой тон останется неизменным, однако визуально они будут отличаться. Поэтому можно считать, что насыщенность есть ощущение чистоты цвета. У цветов одного тона человек способен различить до 25 градаций по насыщенности.
3. Светлота цвета – субъективный признак цвета, характеризующий вызываемое им ощущение яркости. Светлота представляет собой единственный признак цвета, который имеют и хроматические цвета и ахроматические. По этому и только по этому признаку можно эти цвета сравнивать друг с другом. Количество градаций светлоты зависит от уровня освещенности: при пониженной человек может различить порядка 20 градаций, при повышенной — до 64.
4. Яркость – объективная величина, и ее можно измерять соответствующими приборами. Для светлоты же имеет смысл лишь сравнение при рассмотрении группы предметов, в процессе которого определяется уровень светлоты одного из предметов по отношению к другому. Фотометрическая яркость (световой поток с единицы площади светящейся поверхности) зависит от освещенности и отражательной способности (оптической плотности поверхности). Светлота, кроме этого, зависит от цветового тона и насыщенности. В частности, при прочих равных условиях синие цвета имеют меньшую светлоту (кажутся более темными), чем желтые и зеленые, а красные занимают промежуточное положение. Четкая зависимость существует также между светлотой и насыщенностью: с увеличением насыщенности светлота уменьшается. Поэтому, к примеру, насыщенно-синий цвет воспринимается как темно-синий. Это обусловлено биологическим строением человеческого глаза.
Для решения вопроса подбора цветов необходимо обратиться к теории цвета, а конкретнее к инженерной психологии. Существует три основных показателя, определяющих оптимальность используемых цветов в информационной модели. Это яркость, яркостной и цветовой контрасты.
Яркость цвета – это величина, характеризующая плотность светового потока, отраженного окрашенным предметом в направлении наблюдателя. В данном случае, это интенсивность излучения потока света пикселем монитора, который состоит из трёх точек: красной, зеленой, и синей. Она рассчитывается по следующей формуле:
Rярк= 0,59R + 0,3G + 0,11В ,
где R – составляющая красного цвета; G – составляющая зелёного цвета; B – составляющая синего цвета.
Яркостный контраст – соотношение яркости зрительных стимулов, находящихся в одном поле восприятия при решении задачи на различение. Минимальной величиной яркостного контраста для одновременно воспринимаемых объектов является 12%, для последовательно воспринимаемых не менее 4%. При решении практических задач, связанных с распознаванием элементов, величина контраста должна быть от 65 до 85%.
Цвета, расположенные рядом, влияют друг на друга и воспринимаются нашим глазом в зависимости от цветового окружения. Иное восприятие того же цвета, происходящее вследствие его соседства с другими цветами, называется одновременным цветовым контрастом. Например, светлый тон, находясь с темным, кажется еще светлее, а темный рядом со светлым — темнее; красный, соприкасаясь с зеленым, кажется насыщеннее. Физически цветовой контраст можно представить как расстояние в цветовом кубе RGB между двумя рассматриваемыми точками. В частности, цвет фона и цвет информационного элемента.
Максимальное значение данного параметра 441,67. Данная величина показывает расстояние между белым и черным цветом.
Для подсчёта теоретически возможного количества цветов, которые возможно подобрать с заданными параметрами цветовой и яркостной контрастности, была разработана программа.
С помощью разработанной программы оценено количество цветов с заданными цветовыми характеристиками относительно друг друга. Результаты расчетов приведены на рисунках 4, 5.
Рис. 4. Изменение количества цветов в зависимости от яркостного и цветового контраста по отношению к фону
Рис. 5. Обобщенный график изменение количества цветов по отношению цвета к фону
Анализ приведенных зависимостей позволяет утверждать, что количество цветов с заданными характеристиками цветовой и яркостной контрастности без учета их взаимного влияния велико и измеряется сотнями тысяч. При подборе цветов с оценкой их взаимного влияния количество таких цветов значительно сокращается и оценивается уже десятками и сотнями, очем свидетельствует график, приведенный на рисунке 6.
Рис. 6. Взаимное влияние цветов при изменении яркостного и цветового контрастов
Проведенные расчеты позволяют утверждать, что задача отбора цветов не есть тривиальной, а представляет собой довольно сложную процедуру отбора и согласования цветов как друг с другом, так и с цветом фона. Более того, подбор цветов должен быть реализован двухэтапной процедурой. На первом этапе должен быть проведен формальный отбор цветов. На втором этапе уточнение и согласование цветов производится дизайнером и специалистом по эргономике. Процедура первого этапа может быть реализована с помощью алгоритма, схема которого приведена на рисунке 7.
Выводы. Анализ, проведенный на основе модели RGB, свидетельствует об ограниченности набора цветов, которые могут быть использованы при построении информационных моделей в АСУ, использующих в качестве средств отображения информации стандартные устройства, которые формируют цвет аддитивными методами. В таких условиях поиск нескольких десятков цветов среди возможных 16*106 становится серьезной проблемой. Благодаря разработанному методу формализованного отбора цветов упростился первоначальный отбор цветов для информационной модели. Использование данного метода позволяет сформировать кортежи цветов с заданными характеристиками, различающимися между собой по тону, яркости и насыщенности. Однако, это не исключает привлечения специалистов к окончательному формированию набора цветов при построении системы отображения информации для обеспечения деятельности оператора АСУ.
Рис. 7. Схема алгоритма подбора цветов.
Список литературы
- 1. Пономаренко Е., Тайц А... Алгоритмы и способы цветовоспроизведения. — К: Инвира, 1997
- 2. С. Симонович, Г. Евсеев, А. Алексеев. Специальная информатика: Учебное пособие. — М. : АСТ-ПРЕСС: Инфорком-Пресс, 1998
- 3. Генрих Фрилинг, Ксавер Аур. Человек – цвет – пространство: Прикладная светопсихология. Сокращенній перевод с неметкого О.В. Гавалова.
- 4. Шахрова М.М. Цветная фотография. – К.: Выща шк. Головное издательство, 1995. – 231 с.
- 5. Павленко М.А., Александров А.В., Бердник П.Г., Першин А.В. Обоснование структуры информационной модели АРМ оператора АСУециального назначения // Проблеми информатики и моделирования. Матеріали п¢ятої міжнародної науково-технічної конференції. – Х.: НТУ ХПІ, 2005. – С. 32
Рецензент д.т.н. доцент О.В. Лемешко Харьковский национальный университет радиоэлектроники.
Данные о авторах
Павленко Максим Анатольевич, Харьковский Университет Воздушных Сил, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры область научных интересов – применение методов искусственного интеллекта в системах управления. 61043 г. Харьков ул. Сумская 77/79. тел. (063) 347-25-33, e-mail: bpgpma@list.ru.
Руденко Владислав Николаевич, канд. техн. наук доцент, доцент кафедри АСУ Харьковского Университета Воздушных Сил, область научных интересов – применение методов искусственного интеллекта в системах управления.
Бердник Полина Геннадьевна, преподаватель ХНУ им. Каразина, область научных интересов – математическое моделирование сложных систем.
Прибильнов Дмитро Вікторович, Харківський Університет Повітряних Сил, курсант.
Полезные советы:
Поддерживать нормальный микроклимат в квартире или в доме поможет осушитель воздуха для дома. Развитие бактерий, появление плесени в помещениях уйдет в прошлое с осушителями воздуха от ведущих мировых производителей. Выбрать хорошую модель по доступной цене можно на veter-tepla.ru.аппараты высокого давления karcher
Популярность: 3%
Похожие записи
Понравилась статья? Оставьте комментарий или подпишитесь на RSS рассылку.
Loading ...
Комментарии
Комментариев пока что нет
Оставить комментарий