Elementi di grafica digitale e teoria dei colori

1. Introduzione
alla grafica
Roberto Bisceglia 2016

2. La grafica
L’utilizzo di sistemi operativi ad interfaccia
grafica, ad es. Windows, ha permesso di
creare degli strumenti avanzati per
l’elaborazione della grafica.
Questa può essere divisa in due tipi:
• Grafica raster o bitmap
• Grafica vettoriale

3. La grafica vettoriale
La grafica vettoriale crea le immagini elaborando linee
e curve definite da entità
matematiche chiamate vettori.
I vettori sono segmenti definiti da un punto di origine,
una direzione e verso e una lunghezza.
In altre parole, i dati dell'immagine vengono tradotti in
formule matematiche che contengono tutte le istruzioni
necessarie per tracciarla.
Nel caso di un segmento sono memorizzate le coordinate
del punto iniziale e di quello finale; nel caso di una
circonferenza le coordinate del centro e la lunghezza
del raggio.
I colori sono dati dalla colorazione delle linee.

4. La grafica vettoriale
Poiché la grafica vettoriale e' definita
matematicamente, si ha che:
• I disegni hanno una precisione notevole.
• Le loro dimensioni sono contenute.
• Sono oggetti vettoriali, per cui il loro
ingrandimento o riduzione non ne pregiudica la
qualità.
• Si prestano particolarmente ad essere stampati
ad alte risoluzioni.
• Possono essere facilmente rasterizzati, ovvero
trasformati in oggetti bitmap.
Questo tipo di grafica è propria dei programmi di
CAD.

5. La grafica vettoriale
Questo un esempio di costruzione vettoriale:
Qui si vede che un
oggetto vettoriale può
essere ingrandito senza
perdere definizione,
utilizzando la
rielaborazione delle
formule matematiche che
costituiscono le curve.

6. La grafica raster o bitmap
Nella grafica bitmap l’immagine è una griglia
rettangolare detta raster costituita da pixel
(picture elements) colorati disposti su un
numero variabile di piani.
A ciascun pixel viene assegnata una
posizione specifica e un valore cromatico.
Si presta meglio alla visualizzazione su video in
quanto lo stesso monitor è costituito da una
griglia.

7. La grafica raster o bitmap
Un'immagine bitmap può essere monocromatica, in
bianco e nero,ed è memorizzata da una serie di bit
corrispondenti ai vari pixel 0 per il bianco e 1 per il nero.
In questo caso è sufficiente un bit per pixel dell’immagine.
Se l’immagine bitmap è a scala di grigio, di solito a 256
livelli di grigio, ad ogni pixel viene associato un valore che
va da 0 (bianco) a 255 (nero).
Per rappresentare tale immagine sono necessari 8 bit, cioè
un byte: 28 bit = 256 colori.
Se l’immagine bitmap è in True Color, ogni pixel viene
rappresentato con le relative percentuali di rosso, verde,
blu (R, G, B, i primari additivi).
Se sono possibili 256 livelli per ognuno dei tre primari
additivi, ogni pixel verrà rappresentato con tre numeri,
ognuno da 0 a 255 e quindi con tre byte: (28) 3 = 224 =
16.777.216 colori.

8. La grafica raster o bitmap
La grafica bitmap, per l’elevato numero di sfumature di
colore che utilizza, si presta bene nella rappresentazione
a video di immagini fotografiche.
La struttura a pixel non consente modifiche della
dimensione senza perdita di qualità, in quanto ogni
singolo pixel deve essere ridimensionato e rimappato
nella griglia.
La perdita di qualità e
maggiore ingrandendo
l’immagine
L’effetto conseguente ad un
ingrandimento esagerato è
visibile qui a fianco.

9. Teoria dei colori

10. La luce
E’ una radiazione elettromagnetica costituita
da onde che si propagano nello spazio alla
velocità di 3 x 108 m/s.
Le caratteristiche più importanti di un onda sono:
• Lunghezza d’onda.
• Frequenza.
• Ampiezza.
• Periodo

11. La luce
La lunghezza d’onda è la distanza tra punti ripetitivi
di un’onda. Si indica con l.
La frequenza è la quantità di oscillazioni che l'onda
compie nell'unità di tempo; si indica con n. La
frequenza è inversamente proporzionale alla
lunghezza d'onda: minore è la lunghezza d'onda
maggiore è la frequenza, e viceversa.
Il periodo è l’intervallo di tempo tra due occorrenze di
un evento. Si indica con T.
L’ampiezza d’onda è il massimo spostamento che
subisce un punto rispetto alla posizione di riposo.
Nella visione dei colori, l'ampiezza dell'onda influisce
sull'intensità luminosa mentre la lunghezza dell'onda
influenza la tonalità del colore percepito.

12. La luce
Isaac Newton del 1666 scoprì che la luce bianca, fatta
passare attraverso un prisma di vetro, si scompone in una
serie di raggi colorati.
Questo significa che la luce ci appare bianca non è
monocromatica, ma è la somma di una serie di radiazioni,
ciascuno con differente lunghezza d'onda.
Newton rappresentò il colore con
un cerchio che ha al suo centro il
bianco e lungo la circonferenza, i
colori scomposti dal prisma.
I colori presenti lungo la
circonferenza del cerchio di
Newton sono detti colori spettrali.

13. La luce
Come si è visto, l'occhio umano,
illuminato da una luce
monocromatica di varia lunghezza
d'onda, percepisce i seguenti
colori:
• da 400 a 430 nm: zona del violetto
• da 430 a 490 nm: zona del blu
• da 491 a 560 nm: zona del verde
• da 561 a 580 nm: zona del giallo
• da 581 a 620 nm: zona
dell'arancio
• da 620 a 700 nm : zona del rosso

14. Modello di sintesi additiva
Quando la luce colpisce direttamente l’occhio umano
questo percepisce le differenti lunghezza d'onda
che, viste singolarmente, ci appaiono colorate in
modo diverso.
Queste, tutte insieme, generano la visione del bianco
in un fenomeno detto di sintesi additiva.
Il bianco può essere, quindi, considerato come la
somma di tutte le radiazioni spettrali.
Nel modello comunemente usato sono stati scelti
come colori primari il verde, il rosso e il blu.
Questo modello è applicabile alla visione dei
colori su un monitor.

15. Modello di sintesi additiva

16. Modello di sintesi sottrattiva
Quando la luce che colpisce fotorecettori dell’occhio non
proviene direttamente da una sorgente, ma è riflessa da
una superficie, si deve tener conto della curva di
riflessione propria della superficie riflettente..
Il colore visibile di una qualsiasi superficie dipende infatti dal
potere di quella superficie di assorbire una parte della luce
ricevuta dall'ambiente e di rimandarne verso l'osservatore
la parte non assorbita sotto forma di luce riflessa.
Il modello che ne deriva si chiama sintesi sottrattiva ed è
quello che interviene nella normale osservazione dei
colori, ad esempio quelli stampati. I colori usati sono i
complementari del modello additivo: giallo, ciano e
magenta.
In pratica noi osserviamo degli oggetti e li vediamo colorati,
in quanto, quando vengono investiti dalla luce, riflettono
solo quella del loro colore mentre assorbono tutte le altre
radiazioni.

17. Modello di sintesi sottrattiva

18. Tonalità
La tonalità (hue in inglese) può essere definita come la
qualità percettiva che ci fa assegnare un nome piuttosto
che un altro al colore che stiamo vedendo.
La tonalità è riferibile ai colori spettrali.
Rosso, verde, giallo, blu sono tutti nomi di tonalità più i
colori originati da combinazioni di rosso e di blu spettrali
(porpore).
Gli altri colori (es. rosa, marrone) sono da considerare
combinazioni di tonalità con diversi livelli di saturazione
e/o luminosità.
Da un punto di vista fisico alla tonalità corrisponde la
lunghezza d'onda della radiazione luminosa.

19. Luminosità e intensità
La luminosità è l'ingrediente che specifica la
quantità di bianco o di nero presente nel colore
percepito. Può essere divisa in:
Luminosità apparente: quantità di luce
proveniente da un oggetto, paragonata alla
quantità di luce proveniente da una superficie
bianca sottoposta alla medesima illuminazione.
Brillantezza o intensità (brightness, in inglese)
è la quantità totale di luce percepita, emessa da
una sorgente o riflessa da una superficie.

20. Saturazione
La saturazione (saturation, in inglese) è la misura
della purezza, dell'intensità di un colore in rapporto
solo all'intensità della sua percezione isolata, ovvero
in rapporto ad una superficie bianca sottoposta alla
medesima illuminazione .
Può essere anche considerata come come la misura
della quantità di grigio presente in un colore.
I colori spettrali sono in assoluto i più saturi che noi
possiamo osservare.

21. Saturazione

22. Il modello RGB
Il modello RGB si basa su quello a sintesi additiva.
Tutti i colori visualizzati dal monitor sono creati miscelando
quantità diverse di luce rossa, verde e blu con
intensità diverse.
A ciascun colore primario (rosso, verde e blu) viene
assegnato un valore compreso tra 0 (assenza totale di
colori) e 255 (colori con intensità massima), ovvero 28.
Ad esempio, per ottenere il rosso puro è necessario
combinare il valore 255 del rosso con il valore 0 del
verde e del blu. Il giallo è ottenuto combinando il
valore 255 del rosso e del verde con il valore 0 del blu.
Impostando tutti e tre questi valori a 255 o a 0 si
ottiene rispettivamente il bianco o il nero.
Le possibilità di colore sono quindi 224 = 16.777.216.

23. I modello CMYK
Il modello CMYK si basa su quello a sintesi
sottrattiva. E’ il modello applicato nella stampa.
In questo modello, i colori primari ciano (C),
magenta (M) e giallo (Y) vengono combinati in
quantità diverse per produrre una gamma di
colori.
La combinazione di tutti e tre questi colori in parti
uguali produce teoricamente il nero.
Poiché per le impurità presenti nell'inchiostro
anziché nero puro si ottiene un marrone
scuro, nell’utilizzo viene aggiunto un quarto
colore, appunto il nero puro. (K).

24. Le tavolozze di colori
Colori RGB Colori CMYK
Colori HTML

25. Il sistema Pantone
L’utilizzo dei modelli RGB e CMYK a volte non sono facilmente utilizzabili in
applicazioni pratiche, ad esempio nell’industria tessile, in quanto le sfumature
possibili sono troppe, oltre al fatto che un colore può risultare differente a
seconda della luce dell’ambiente.
Per questo nell’industria si utilizza il Sistema Pantone, che riduce a 1144 i colori
originali, più altri 2000 inseriti successivamente nel catalogo.
Per poter ottenere tutti i colori ai
quattro colori fondamentali, il ciano, il
magenta, il giallo ed il nero sono stati
aggiunti l’arancio e il verde smeraldo,
ottenendo così il modello CMYKOG,
oppure aggiungendo il ciano chiaro ed
il magenta chiaro, dando il modello
CcMmYK. Questi modelli si
definiscono esacromia (esa= sei).
I colori Pantone hanno un nome di fantasia sono di solito riprodotte in mazzette
dalle quali l’utilizzatore può scegliere quello preferito.

26. Il sistema Pantone
Vediamo un utilizzo pratico del sistema Pantone: i colori della bandiera nazionale.
Come sappiamo, il tricolore è formato da verde, bianco e rosso. Ma questo non
basta, tanto è vero che esiste una norma ministeriale che dice che i colori devono
essere:
• VERDE: Pantone 17-6153TCX Fern Green
• BIANCO: Pantone 11-0601TCX Bright White
• ROSSO: Pantone 18-1662TCX Flame Scarlet

27. Profondità di colore
La profondità del colore rappresenta il numero di colori
presenti in un pixel presente in un’immagine.
Nelle immagini a 1 bit, ciascun pixel può visualizzare
solo uno dei due colori (21 colori per ogni bit), ad
esempio il bianco e il nero.
Nelle immagini a 2 bit, ciascun pixel può visualizzare
uno 4 diversi colori della tavolozza (22 colori per ogni
bit), ad esempio bianco, nero e due grigi.
Nelle immagini a 8 bit, ciascun pixel può visualizzare
uno dei 256 colori della tavolozza (28 colori per ogni
bit).
Nelle immagini a 16 bit, ciascun pixel può visualizzare
uno dei 65536 colori (216 colori per ogni bit).
Nelle immagini a 24 bit, ciascun pixel può visualizzare
uno dei 16,8 milioni di colori (224 colori per ogni bit).

28. Fine