Apakah ada bahan umum yang tidak terwakili dengan baik oleh RGB?


34

Dalam grafik kami menggunakan RGB dan ruang warna lain sebagai perkiraan untuk spektrum penuh dari panjang gelombang cahaya. Ini ternyata bekerja cukup baik secara umum, tetapi apakah ada benda / bahan / fenomena yang cukup umum, hal-hal yang mungkin Anda temui dalam kehidupan sehari-hari, yang penampilannya tidak terwakili dengan baik oleh rendering RGB karena memiliki spektrum emisi / refleksi / penyerapan yang kompleks ?

Sementara jawaban saat ini berfokus terutama pada warna di luar gamut RGB yang diberikan, saya juga tertarik mendengar jika ada contoh di mana, misalnya, warna objek tampak "salah" ketika ditampilkan dalam RGB karena interaksi antara spektrum sumber cahaya dan spektrum pantulan objek. Dengan kata lain, kasus di mana penyaji spektral akan memberi Anda hasil yang lebih benar.


Kredit: Saya menyukai pertanyaan ini di beta pribadi sebelumnya jadi saya mereproduksi di sini. Awalnya diminta oleh Nathan Reed


2
Saya ingat makalah ini yang saya baca beberapa waktu lalu. Para penulis membandingkan hasil yang dihasilkan spektral dan RGB dengan iluminan berbeda. Sayangnya perbandingan dilakukan pada bagan warna, jadi saya tidak yakin seberapa besar perbedaannya mempengaruhi adegan kehidupan nyata. cg.cs.uni-bonn.de/en/publications/paper-details/…
yuriks

Hukum Beer (penyerapan warna melalui objek transparan jarak jauh) sulit untuk dimodelkan dengan rgb.
Alan Wolfe

@trichoplax Maaf untuk kebisingan!
luser droog

@luserdroog terima kasih atas minatnya :) Meskipun pertanyaan ini hanya tentang bahan, kami dapat melakukannya dengan pertanyaan baru terkait ruang warna ...
trichoplax

Jawaban:


25

Ada berbagai jenis batasan untuk dipertimbangkan.

Efek dimana lintasan sinar bergantung pada panjang gelombangnya

Ini adalah kelas efek yang memerlukan rendering spektral, dan sejumlah contoh menarik telah diberikan dalam jawaban Benedikt Bitterli . Contoh sederhana adalah prisma yang memecah cahaya putih menjadi spektrum, memberikan warna pelangi. Sinar dengan panjang gelombang yang berbeda dibiaskan oleh sudut yang berbeda saat melewati prisma, menghasilkan cahaya yang menghantam dinding di belakang prisma yang terbelah menjadi warna-warna penyusunnya.

Ini berarti bahwa dalam kehidupan nyata, cahaya kuning monokromatik yang bersinar melalui sebuah prisma akan menghasilkan cahaya kuning yang keluar, tetapi dengan memadukan cahaya merah dan hijau yang mendekati kuning akan menghasilkan cahaya merah dan hijau yang terpisah muncul. Saat rendering hanya menggunakan 3 warna primer, cahaya putih akan terpecah menjadi hanya tiga warna, memberikan efek pelangi yang terlihat terputus-putus, dan cahaya monokromatik yang seharusnya tidak terpecah sama sekali akan terpecah menjadi komponen-komponen warna primer yang diperkirakan. Pemisahan cahaya putih dapat ditingkatkan dengan menggunakan jumlah warna primer yang lebih besar, tetapi ini masih akan memberikan diskontinuitas dari dekat, dan hasil untuk cahaya monokromatik masih akan terbelah, meskipun lebih sempit. Untuk hasil yang akurat, spektrum berkelanjutan harus disampel,

Efek permukaan yang tidak dapat ditangkap dalam satu gambar foto

Iridescence , misalnya, menunjukkan warna yang berbeda untuk setiap mata sehingga gambar foto tidak akan terlihat sama dengan objek aslinya. Ada banyak contoh sehari-hari yang mungkin tidak Anda perhatikan pada awalnya. Banyak burung biasa memiliki bulu berwarna-warni meskipun tampak hitam atau abu-abu dari kejauhan. Dari dekat mereka sangat berwarna-warni.

Penyaji yang hanya menggunakan 3 warna primer tidak akan dapat menghasilkan penyebaran cahaya berdasarkan panjang gelombang yang diperlukan untuk efek ini. Penyaji spektral dapat mensimulasikan penyebaran dengan benar, tetapi efek penuh masih tidak dapat ditangkap dalam satu gambar. Bahkan foto 2d tidak dapat menangkap ini dengan benar, sedangkan foto 3d dari objek berwarna-warni akan memberikan efek berkilau karena foto yang sesuai dengan mata kiri dan kanan akan berwarna berbeda. Ini adalah batasan gambar 2d daripada ruang warna RGB itu sendiri. Namun, bahkan dalam gambar 3d akan ada warna dalam objek warna-warni yang tidak ditampilkan dengan benar, karena ketidakmampuan RGB untuk menampilkan warna monokromatik seperti yang dijelaskan di bawah ini.

Warna yang dapat dideteksi oleh mata manusia yang tidak dapat ditampilkan dalam RGB

RGB secara historis bergantung pada perangkat dan karenanya tidak dapat diandalkan antar platform. Ada peningkatan yang seragam secara seragam pada perangkat seperti Lab warna ruang , tetapi ini masih trikromatik (memiliki 3 komponen). Tidak segera jelas mengapa tiga komponen tidak cukup untuk menampilkan semua warna yang dapat dirasakan oleh mata trikromatik, tetapi makalah ini menjelaskan dengan baik, dan mudah diakses. Dari halaman 7:

Misalnya, menggunakan sistem tampilan laser modern dengan pendahuluan monokromatik pada 635 nm (merah), 532 nm (hijau), dan 447 nm (biru), mari kita lihat apakah kita dapat mensimulasikan persepsi cahaya monokromatik pada 580 nm (sebuah warna oranye). Karena stimulus oranye monokromatik menggairahkan kerucut kehijauan dan kemerahan, kontribusi diperlukan oleh primer primer hijau dan merah, sementara tidak ada kontribusi yang diperlukan dari primer biru. Masalahnya adalah bahwa primer hijau juga menggairahkan kerucut kebiruan, sehingga tidak mungkin untuk persis mereplikasi stimulus oranye

Diagram sensitivitas kerucut mata manusia (juga pada halaman 7) menunjukkan seberapa luas tumpang tindih dan membantu memvisualisasikan penjelasan ini. Saya telah memasukkan grafik serupa dari Wikipedia di sini: (klik pada grafik untuk lokasi Wikipedia)

Grafik kepekaan dari 3 kerucut yang berbeda di mata manusia

Singkatnya, tumpang tindih antara kisaran warna yang dapat diambil oleh masing-masing dari tiga kerucut yang berbeda (sensor warna) dari mata manusia berarti bahwa warna monokromatik dapat dibedakan dari campuran kira-kira warna primer, dan karenanya pencampuran primer. warna tidak pernah dapat secara akurat menampilkan semua warna monokromatik.

Perbedaan ini biasanya tidak terlihat dalam kehidupan sehari-hari karena sebagian besar lingkungan kita memancarkan atau memantulkan cahaya di berbagai frekuensi daripada warna monokromatik tunggal. Namun, pengecualian penting adalah lampu natrium. Jika Anda tinggal di bagian dunia yang menggunakan lampu jalan kuning-oranye ini, cahaya yang dipancarkan bersifat monokromatik dan akan terlihat sedikit berbeda dari foto yang dicetak atau gambar di layar. Panjang gelombang cahaya natrium adalah 580 nm dari contoh yang dikutip di atas. Jika Anda tidak tinggal di suatu tempat yang memiliki lampu jalan natrium, Anda dapat melihat cahaya dengan panjang gelombang yang sama dengan menaburkan garam meja yang dihancurkan (natrium klorida) yang dihaluskan dengan nyala api. Titik cahaya kuning yang gemerlap tidak dapat ditangkap dengan tepat di film atau ditampilkan di layar. Apa pun tiga warna utama yang Anda pilih,

Perhatikan bahwa batasan ini berlaku sama untuk pencampuran 3 warna primer cat, menggunakan 3 bahan kimia fotoreaktif pada film kamera, atau mengambil foto dengan kamera digital dengan 3 sensor warna berbeda, atau sensor tunggal dengan 3 filter warna primer berbeda. Ini bukan hanya masalah digital, dan tidak hanya terbatas pada ruang warna RGB. Bahkan perbaikan yang diperkenalkan oleh ruang warna Lab dan variannya tidak dapat memulihkan warna yang hilang.

Efek lain-lain

Beberapa refleksi difus (pendarahan warna)

Jika permukaan matt berwarna cerah dekat permukaan matt putih, permukaan putih akan menunjukkan beberapa warna permukaan lainnya. Ini dapat dimodelkan dengan cukup baik menggunakan komponen murni merah, hijau dan biru. Kombinasi yang sama dari merah, hijau dan biru yang memberi warna permukaan berwarna dapat memantulkan permukaan putih dan menunjukkan beberapa warna itu lagi. Namun, ini hanya berfungsi jika permukaan kedua berwarna putih. Jika permukaan kedua juga diwarnai, maka perdarahan warna akan tidak akurat, dalam beberapa kasus secara drastis.

Bayangkan dua permukaan yang terlihat warna serupa. Satu mencerminkan kisaran sempit panjang gelombang di sekitar kuning. Yang lain mencerminkan berbagai panjang gelombang antara merah dan hijau, dan sebagai hasilnya juga terlihat kuning. Dalam kehidupan nyata, cahaya yang ditampilkan pada satu permukaan karena yang lain tidak akan simetris. Sebagian besar cahaya yang mencapai permukaan rentang panjang gelombang lebar dari yang lain akan dipantulkan lagi, karena kisaran sempit dari panjang gelombang yang masuk semuanya berada dalam kisaran yang lebih luas. Namun, sebagian besar cahaya yang mencapai permukaan rentang panjang gelombang sempit dari yang lain akan berada di luar rentang sempit, dan tidak akan dipantulkan. Dalam renderer RGB, kedua permukaan akan dimodelkan sebagai campuran monokromatik merah dan hijau monokromatik, tidak memberikan perbedaan dalam cahaya yang dipantulkan.

Ini adalah contoh ekstrem di mana perbedaannya akan langsung terlihat oleh mata, tetapi akan ada setidaknya perbedaan halus di sebagian besar gambar yang termasuk pendarahan warna.

Bahan yang menyerap satu panjang gelombang dan memancarkan yang lain

Jawaban joojaa menggambarkan penyerapan sinar ultraviolet oleh salju, untuk dipancarkan kembali sebagai cahaya tampak. Saya belum pernah mendengar hal ini terjadi dengan salju sebelumnya (dan dengan frustrasi saya tidak dapat menemukan bukti untuk mendukungnya - meskipun itu akan menjelaskan mengapa salju "lebih putih daripada putih"). Namun, ada banyak bukti tentang hal itu terjadi dengan berbagai bahan lainnya, beberapa di antaranya ditambahkan ke deterjen pakaian dan kertas, untuk memberikan warna putih ekstra cerah. Ini memungkinkan total cahaya tampak yang keluar dari permukaan lebih dari total cahaya tampak yang diterima oleh permukaan itu, yang lagi-lagi tidak dimodelkan dengan baik hanya menggunakan RGB. Jika Anda ingin membaca lebih lanjut tentang itu, istilah untuk mencari adalah Fluoresensi .

Mata dengan lebih dari 3 warna primer

Ada hewan yang memiliki lebih dari 3 jenis kerucut di matanya, memungkinkan mereka untuk merasakan lebih dari 3 warna primer. Sebagai contoh, banyak burung, serangga dan ikan adalah tetrachromats , merasakan empat warna primer. Beberapa bahkan pentachromats , merasakan lima. Rentang warna yang dapat dilihat makhluk seperti kurcaci kisaran dapat ditampilkan hanya menggunakan RGB. Jauh di luar mereka adalah udang mantis , yang merupakan dodecachromat, melihat warna berdasarkan 12 kerucut berbeda. Tak satu pun dari hewan-hewan ini akan puas dengan tampilan RGB.

Tapi yang lebih serius, bahkan untuk gambar yang ditujukan untuk mata manusia, ada diyakini tetrachromat manusia yang melihat dalam 4 warna primer, dan mungkin beberapa yang melihat sebanyak 5 atau 6. Saat ini, orang-orang seperti itu tampaknya tidak hadir dalam jumlah yang cukup untuk membuat tampilan dengan lebih dari 3 warna primer layak secara komersial, tetapi jika di masa depan menjadi lebih mudah untuk mengidentifikasi berapa banyak warna primer yang dapat dilihat seseorang, ini dapat menjadi sifat yang menarik yang membuatnya menyebar ke seluruh populasi pada generasi mendatang. Jadi, jika Anda ingin cucu buyut Anda menghargai pekerjaan Anda, Anda mungkin harus membuatnya kompatibel dengan monitor hexachromatic ...


Tidak benar-benar relevan dengan pertanyaan ini, tetapi terkait: Jika Anda ingin melihat warna yang tidak tersedia di dunia nyata atau gambar RGB, lihat Chimerical Colors ...


15

Saya percaya efek spektral paling menonjol yang tidak dapat direproduksi secara setia dengan RGB adalah dispersi , yang disebabkan oleh dielektrik dengan indeks bias yang bervariasi secara spektral (biasanya dimodelkan dengan persamaan Sellmeier ).

Fenomena spektral lainnya biasanya disebabkan oleh efek gelombang. Salah satu contoh yang ditemui dalam kehidupan nyata setiap sekarang dan kemudian adalah gangguan film tipis , yang disebabkan oleh satu atau lebih permukaan reflektif berlapis erat satu sama lain (misalnya slick minyak, gelembung sabun). Efek gelombang lain yang kadang-kadang dapat diamati adalah difraksi , yang disebabkan misalnya oleh kisi difraksi , yang menyebabkan penampilan CD yang funky.


7

RGB berfungsi karena begitulah cara kerja alat indera kita. Selain dispersi, beberapa bahan buatan manusia dan tubuh serangga terkadang memiliki permukaan yang memiliki pita warna yang sangat ketat. Ini mungkin mendapat manfaat dari rendering spektrum yang luas.

Namun karena banyak dari efek ini cukup terlokalisasi, Anda sering bisa lolos dengan membuat shader hanya bekerja aneh. Ini tidak bekerja dengan baik dalam refleksi dan pembiasan tetapi tidak ada yang cenderung memperhatikan. Kecuali Anda melakukan beberapa simulasi fisika, itu bukan masalah besar. Tetapi jika Anda merancang optik, ini mungkin masalah besar.

Beberapa bahan, seperti salju, juga mengubah sinar ultraviolet yang masuk menjadi cahaya tampak. Sekali lagi efek semacam ini biasanya dapat ditangani oleh shader / kelompok cahaya khusus.

Sayap kupu-kupu juga merupakan keingintahuan karena mereka memanipulasi fase gelombang dan bentuk cahaya yang masuk. Jadi jika Anda ingin melakukan simulasi fisika pada mereka maka itu masalah besar.

Polarisasi cahaya juga merupakan faktor besar pada serangga dan efek air.


3

Hanya untuk menambah saran bagus di atas, terpikir oleh saya bahwa, tanpa saluran ultraviolet, bahan fluorescent akan sulit untuk dimodelkan.


1
Ini sepertinya lebih dari sekedar komentar daripada jawaban. Mungkin Anda bisa menguraikan mengapa bahan neon bergantung pada saluran ultraviolet dan memberikan beberapa referensi?
Martin Ender

1
Saya menyebutkan ini di posting saya hanya tidak menggunakan kata flourescent. Pokoknya ini dapat ditemani di tingkat shader.
joojaa

@ joojaa: Maaf .. melewatkan itu. Saya akan menghapus posting saya jika ada tombol yang jelas untuk melakukannya. Padahal, setelah mengatakan itu, saya akan mengatakan bahwa Anda masih perlu saluran tambahan di tempat lain (dan bukan hanya shader) untuk menanganinya, misalnya pembuatan peta lingkungan on-the-fly.
Simon F

2
Hapus atau jangan hapus sama dengan saya. Saya lebih suka melihat Anda mengembangkannya., Tidak ada yang salah dengan bukti pendukung dan hal-hal yang dikatakan berbeda selama Anda berkontribusi dengan kejelasan yang lebih baik atau info baru.
joojaa
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.
Judi bola