Режимы наложения

Эскиз раскрашен в цифровом формате с использованием нескольких различных режимов наложения, чтобы сохранить карандашные линии и текстуру бумаги под цветными слоями.

Режимы наложения (альтернативные режимы наложения или режимы смешивания ) при редактировании цифровых изображений и компьютерной графике используются для определения того, как два слоя смешиваются друг с другом. Режим наложения по умолчанию в большинстве приложений заключается в простом затемнении нижнего слоя, покрывая его тем, что присутствует в верхнем слое (см. альфа-композицию ); поскольку каждый пиксель имеет числовое значение, существует множество других способов смешать два слоя.

Большинство программ редактирования графики , таких как Adobe Photoshop и GIMP , позволяют пользователям изменять основные режимы наложения, например, применяя различные уровни непрозрачности к верхнему «слою». Верхний «слой» не обязательно является слоем приложения; его можно применять с помощью инструмента рисования или редактирования. Верхний «слой» также называется «слоем смешивания» и «активным слоем».

В формулах, показанных на этой странице, значения варьируются от 0,0 (черный) до 1,0 (белый).

Обычный режим наложения

Это стандартный режим наложения, в котором используется только верхний слой. не смешивая его цвета со слоем под ним:

$$f(a,b)=b$$

где a — значение цветового канала нижележащего слоя, а b — значение соответствующего канала верхнего слоя. Результат чаще всего объединяется с нижним слоем с использованием «простого» (b над a) альфа-композиции (что делает фактическую формулу $f(a,b)=alpha(b,a)$), но возможны и другие операции Портера-Даффа. В результате этапа композитинга форма верхнего слоя, определенная его альфа-каналом, появляется поверх нижнего слоя.

Растворить

Режим растворения берет случайные пиксели из обоих слоев. Если непрозрачность верхнего слоя превышает непрозрачность нижнего слоя, большинство пикселей берется из верхнего слоя, тогда как при низкой непрозрачности большинство пикселей берется из нижнего слоя. не В этом режиме наложения сглаживание используется, поэтому изображения могут выглядеть зернистыми и резкими.

Adobe Photoshop при запуске генерирует шаблон псевдослучайного шума, при этом каждому местоположению пикселя в 2D-растровом массиве присваивается значение серого (R=G=B) и значение альфа, равное 1 («включено»). Поскольку непрозрачность верхнего слоя уменьшается, значение альфа некоторых серых пикселей переключается с 1 на 0 («выключено»), в результате чего пиксели изображения, соответствующие пикселю со значениями серого в растровом массиве, либо включен (видимый, непрозрачный) или выключен (невидимый, прозрачный), без градации непрозрачности.

Умножение и экранирование

Режимы наложения «Умножение» и «Экран» являются основными режимами наложения для затемнения и осветления изображений соответственно. Существует множество их комбинаций, таких как «Наложение», «Мягкий свет» ( см. ниже ), «Яркий свет», «Линейный свет» и «Пылающий свет».

Умножить

Режим наложения «Умножение» принимает значения канала RGB от 0 до 1 каждого пикселя верхнего слоя и умножает их на значения для соответствующего пикселя нижнего слоя. Если какой-либо слой был ярче черного, композит темнее; поскольку каждое значение меньше 1, их произведение будет меньше каждого начального значения, большего нуля.

$$f(a,b)=ab,$$

где a — значение базового слоя, а b — значение верхнего слоя.

Этот режим является коммутативным : замена двух слоев не меняет результат. Если два слоя содержат одно и то же изображение, режим наложения «Умножение» эквивалентен квадратичной кривой или гамма-коррекции с γ=2. Для редактирования изображений иногда удобнее просто перейти в диалоговое окно «Кривые» программного обеспечения, поскольку это дает больше гибкости в форме кривых. Или можно использовать диалог «Уровни»: среднее число обычно равно 1/γ, поэтому можно просто ввести 0,5.

Если один слой содержит однородный цвет, например серый цвет (0,8, 0,8, 0,8), режим наложения «Умножение» эквивалентен кривой, которая представляет собой просто прямую линию. Это также эквивалентно использованию этого значения серого в качестве непрозрачности при выполнении смешивания в «нормальном режиме» с черным нижним слоем.

Экран

В режиме наложения «Экран» значения пикселей в двух слоях инвертируются, умножаются, а затем снова инвертируются. Результат противоположен Multiply: если какой-либо слой был темнее белого, то композитный слой был ярче.

$$f(a,b)=1-(1-a)(1-b),$$

где a — значение базового слоя, а b — значение верхнего слоя.

Этот режим является коммутативным : замена двух слоев не меняет результат. Если один слой содержит однородный серый цвет, режим наложения «Экран» эквивалентен использованию этого значения серого в качестве непрозрачности при смешивании «нормального режима» с белым верхним слоем.

• 
  Пример верхнего слоя
• 
  Пример нижнего слоя
• 
  Режим наложения «Умножение», примененный к двум слоям примера.
• 
  Режим наложения экрана , примененный к двум слоям примера

Наложение

Наложение сочетает в себе режимы наложения «Умножение» и «Экран». Там, где базовый слой светлый, верхний становится светлее; там, где базовый слой темный, верхний становится темнее; если базовый слой средне-серый, верхний не затрагивается. Наложение с тем же изображением выглядит как S-образная кривая.

$$f(a,b)={\begin{cases}2ab,&{\mbox{if }}a<0.5\\1-2(1-a)(1-b),&{\mbox{otherwise}}\end{cases}}$$

где a — значение базового слоя, а b — значение верхнего слоя.

Когда $a<0.5$ получается линейная интерполяция между 0 и $2a$; когда $a\geq 0.5$ получается линейная интерполяция между $2a-1$ и 1. Этот режим не является коммутативным. Однако его можно сделать коммутативным, изменив $a<0.5$ условие быть либо $\min(a,b)<0.5$ или $\max(a,b)<0.5$.

Жесткий свет

Hard Light также представляет собой комбинацию Multiply и Screen. «Жесткий свет» влияет на отношение слоя перехода к базовому слою так же, как «Наложение» влияет на отношение базового слоя к слою перехода.

$$f(a,b)={\begin{cases}2ab,&{\mbox{if }}b<0.5\\1-2(1-a)(1-b),&{\mbox{otherwise}}\end{cases}}$$

Обратная зависимость между Overlay и Hard Light делает их «коммутируемыми режимами наложения».

Мягкий свет

Сравнение режимов наложения мягкого света

Мягкий свет наиболее тесно связан с Overlay и похож на Hard Light только по названию. Применение чистого черного или белого цвета не приводит к получению чистого черного или белого цвета.

Существует множество различных методов нанесения мягкого света. Все ароматы дают одинаковый результат, если верхний слой чисто черный; то же самое, когда верхний слой имеет чистый нейтральный серый цвет. Варианты Photoshop и illusions.hu также дают один и тот же результат, когда верхний слой чисто белый (различия между этими двумя вариантами заключаются в том, как интерполировать эти три результата).

Эти три результата совпадают с гамма-коррекцией нижнего слоя с γ=2 (для верхнего черного), неизмененным нижним слоем (или, что то же самое, γ=1; для верхнего нейтрального серого) и γ=0,5 (для верхнего белого). ).

Формула, используемая Photoshop с 2012 года, имеет разрыв локального контраста, и другие формулы исправляют это. Формула Фотошопа:

$$f_{\mathrm {photoshop} }(a,b)={\begin{cases}2ab+a^{2}(1-2b),&{\mbox{if }}b<0.5\\2a(1-b)+{\sqrt {a}}(2b-1),&{\mbox{otherwise}}\end{cases}}$$

где a — значение базового слоя, а b — значение верхнего слоя. В зависимости от b получается линейная интерполяция между тремя гамма-поправками: γ=2 (для b =0), γ=1 (для b =0,5) и γ=0,5 (для b =1).

Формула Пегтопа более плавный и исправляет разрывы при b = 0,5:

$$f_{\mathrm {pegtop} }(a,b)=(1-2b)a^{2}+2ba.$$

Это линейная интерполяция между режимами наложения Multiply (для a =0) и Screen (для a =1). Это также можно рассматривать как линейную интерполяцию между гамма-коррекцией с γ=2 (для b =0) и определенной тоновой кривой (для b =1). (Последняя кривая эквивалентна применению γ=2 к негативу изображения.)

Третья формула, определенная иллюзиями.hu исправляет разрыв другим способом, выполняя гамма-коррекцию с γ в зависимости от b :

$$f_{\mathrm {illusions.hu} }(a,b)=a^{(2^{2(0.5-b)})}$$

Для b =0 все равно получается γ=2, для b =0,5 — γ=1, для b =1 — γ=0,5, но это не линейная интерполяция между этими тремя изображениями.

Формула, указанная в последних W3C. проектах для SVG и Canvas математически эквивалентна формуле Photoshop с небольшим изменением, где b≥0,5 и a≤0,25:

$$f_{\mathrm {w3c} }(a,b)={\begin{cases}a-(1-2b)\cdot a\cdot (1-a)&{\text{if }}b\leq 0.5\\a+(2b-1)\cdot (g_{w3c}(a)-a)&{\text{otherwise}}\end{cases}}$$

где:

$$g_{\mathrm {w3c} }(a)={\begin{cases}((16a-12)\cdot a+4)\cdot a&{\text{if }}a\leq 0.25\\{\sqrt {a}}&{\text{otherwise}}\end{cases}}.$$

Эту же формулу использовал Каир . и в более ранней документации PDF .

Это по-прежнему линейная интерполяция между 3 изображениями для b =0, 0,5, 1. Но теперь изображение для b =1 — это не γ=0,5, а результат тоновой кривой, которая отличается от кривой γ=0,5 для малых значения a : хотя гамма-коррекция с γ=0,5 может увеличить значение во много раз, эта новая кривая ограничивает увеличение a коэффициентом 4.

Увернуться и сжечь

Осветление и затемнение меняют яркость изображений, вдохновленных осветлением и выжиганием, выполненными в темной комнате. Уклонение осветляет изображение, а горение затемняет его. Уклоняться от изображения — то же самое, что сжигать его негатив (и наоборот).

• Режимы уклонения :
  • Режим наложения «Экран» инвертирует оба слоя, умножает их, а затем инвертирует результат.
  • Режим наложения Color Dodge делит нижний слой на инвертированный верхний слой. Это осветляет нижний слой в зависимости от значения верхнего слоя: чем ярче верхний слой, тем больше его цвет влияет на нижний слой. Смешение любого цвета с белым дает белый цвет. Смешивание с черным не меняет изображение. Операция необратима из-за возможного обрезки светлых участков. (Обрезка происходит в той же области, что и при использовании Linear Dodge .) Когда верхний слой содержит однородный цвет, этот эффект эквивалентен изменению белой точки на инвертированный цвет. Воспринимаемый контраст увеличивается, когда нет обрезки.
  • Режим наложения Linear Dodge просто суммирует значения в двух слоях (также известный как аддитивное смешивание ). Смешивание с белым дает белый цвет. Смешивание с черным не меняет изображение. Когда верхний слой содержит однородный цвет, этот эффект эквивалентен изменению выходной точки черного на этот цвет, а (входной) точки белого — на инвертированный цвет. Контрастность снижается при отсутствии обрезки.
  • Разделение : то же, что и «Осветление цвета», но смешивание с белым не меняет изображение.

• 
  Режим наложения экрана , примененный к примерам изображений
• 
  Режим наложения Color Dodge, примененный к примерам изображений
• 
  Режим наложения Linear Dodge ( Additive ), примененный к примерам изображений

• Режимы записи :
  • Режим Multiply просто умножает каждый компонент в двух слоях.
  • Режим Color Burn делит инвертированный нижний слой на верхний слой, а затем инвертирует результат. Это затемнит верхний слой, увеличивая контраст, чтобы отразить цвет нижнего слоя. Чем темнее нижний слой, тем больше используется его цвет. Смешивание с белым не дает никакой разницы. Когда верхний слой содержит однородный цвет, этот эффект эквивалентен изменению черной точки на инвертированный цвет. Операция необратима из-за возможного отсечения теней. Отсечение происходит в той же области, что и при Linear Burn .
  • Режим Linear Burn суммирует значения в двух слоях и вычитает 1. Это то же самое, что инвертировать каждый слой, складывать их вместе (как в Linear Dodge), а затем инвертировать результат. Смешивание с белым оставляет изображение неизменным.
• Яркий свет : этот режим наложения сочетает в себе Color Dodge и Color Burn (масштаб изменен таким образом, что нейтральные цвета становятся средне-серыми). Осветление применяется, когда значения в верхнем слое светлее среднего серого, а затемнение применяется к более темным значениям. Средний серый — нейтральный цвет. Когда цвет верхнего слоя светлее этого, это фактически смещает белую точку нижнего слоя вниз на двойную разницу; когда он темнее, черная точка перемещается вверх на удвоенную разницу. (Это увеличивает воспринимаемый контраст.)
• Linear Light : этот режим наложения сочетает в себе Linear Dodge и Linear Burn (масштаб изменен таким образом, что нейтральные цвета становятся средне-серыми). Осветлитель применяется, когда значение верхнего слоя светлее среднего серого, а затемнение применяется, когда значение верхнего слоя темнее. Расчет упрощается до суммы нижнего слоя и удвоенного верхнего слоя, вычитается 1. Этот режим уменьшает контраст.
• Вычитание: этот режим наложения суммирует значения двух слоев и вычитает 1. В отличие от линейного затемнения, смешивание с белым влияет на изображение.

Простые арифметические режимы смешивания

Разделять

Эта смесь просто делит значения пикселей одного слоя на другие, но она полезна для осветления фотографий, если цвет серый или меньше. Это также полезно для удаления цветового оттенка с фотографии. Если вы создадите слой цвета оттенка, который вы хотите удалить (например, бледно-голубой для сцен со слишком холодной цветовой температурой), режим разделения вернет этот цвет в полученный композитный цвет к белому, так как любое разделенное значение сам по себе равен 1,0 (белый).

Добавление

Этот режим наложения просто добавляет значения пикселей одного слоя к другому. При значениях выше 1 (в случае RGB) отображается белый цвет. « Линейное уклонение » дает тот же визуальный результат. Поскольку при этом всегда создаются те же или более светлые цвета, чем на входе, его также называют «плюс светлее». Вариант вычитает 1 из всех конечных значений, при этом значения ниже 0 становятся черными; этот режим известен как «плюс темнее».

Вычесть

Этот режим наложения просто вычитает значения пикселей одного слоя из другого. В случае отрицательных значений отображается черный цвет. В некоторых приложениях, таких как Krita , также доступно «Обратное вычитание».

Разница

Разница вычитает нижний слой из верхнего слоя или наоборот, чтобы всегда получать неотрицательное значение. Смешивание с черным не приводит к изменениям, поскольку значения для всех цветов равны 0. ( Значение RGB для черного равно (0,0,0).) Смешивание с белым инвертирует изображение.

Одна из основных утилит для этого используется в процессе редактирования, когда ее можно использовать для проверки соответствия изображений схожему содержанию. Исключение — очень похожий режим наложения с меньшей контрастностью.

Только затемнение

Параметр «Только затемнение» создает пиксель, который сохраняет мельчайшие компоненты пикселей переднего плана и фона. Если пиксель переднего плана имеет компоненты ⁠ $(r_{1},g_{1},b_{1})$⁠ , а фон имеет ⁠ $(r_{2},g_{2},b_{2})$⁠ результирующий пиксель:

$$[\min(r_{1},r_{2}),\min(g_{1},g_{2}),\min(b_{1},b_{2})]$$

Только осветлить

Lighten Only имеет действие, противоположное Darken Only . Он выбирает максимум каждого компонента из пикселей переднего плана и фона. Математическое выражение для Lighten Only :

$$[\max(r_{1},r_{2}),\max(g_{1},g_{2}),\max(b_{1},b_{2})]$$

Режимы смешивания булевой арифметики

Некоторые приложения, такие как Peacock от Aviary и Krita от KDE , обеспечить режимы смешивания логической арифметики. Они объединяют двоичное расширение шестнадцатеричного цвета в каждом пикселе двух слоев с использованием логических логических элементов . Альфа верхнего слоя управляет интерполяцией между изображением нижнего слоя и объединенным изображением.

Оттенок, насыщенность и яркость

в Photoshop Режимы наложения оттенка , насыщенности , цвета и яркости основаны на цветовом пространстве с измерениями оттенка, цветности и яркости. Примечание. Это пространство отличается как от HSL, так и от HSV, и между ними используется только измерение оттенка. смотрите в статье HSL и HSV Подробности .

В отличие от всех предыдущих описанных режимов наложения, которые работают с каждым каналом изображения независимо, в каждом из этих режимов некоторые размеры берутся из нижнего слоя, а остальные — из верхнего слоя. Цвета, выходящие за пределы гаммы, переносятся внутрь путем сопоставления вдоль линий постоянного оттенка и яркости. Это делает операции необратимыми – после того, как верхний слой был применен в одном из этих режимов наложения, в некоторых случаях невозможно восстановить внешний вид исходного (нижнего) слоя, даже применив копию нижнего слоя в том же режиме. режим смешивания выше обоих.

• Режим наложения «Цветовой тон» сохраняет яркость и цветность нижнего слоя, принимая при этом оттенок верхнего слоя.
• Режим наложения «Насыщенность» сохраняет яркость и оттенок нижнего слоя, сохраняя при этом цветность верхнего слоя.
• Режим наложения цвета сохраняет яркость нижнего слоя, принимая при этом оттенок и цветность верхнего слоя.
• Режим наложения «Яркость» сохраняет оттенок и цветность нижнего слоя, принимая при этом яркость верхнего слоя.

Поскольку эти режимы наложения основаны на цветовом пространстве, которое намного ближе, чем RGB, к воспринимаемым измерениям, его можно использовать для коррекции цвета изображения без изменения воспринимаемой яркости , а также для управления контрастностью яркости без изменения оттенка или цветности. Режим «Яркость» обычно используется для повышения резкости изображения , поскольку человеческое зрение гораздо более чувствительно к мелкомасштабному контрасту яркости, чем к цветовому контрасту. (См. Контраст (видение) )

Лишь немногие редакторы, кроме Photoshop, реализуют такое же цветовое пространство для своих аналогов этих режимов наложения. Вместо этого они обычно основывают свои режимы наложения на HSV (также известном как HSB) или HSL. Режимы наложения, основанные на HSV, обычно обозначаются как оттенок , насыщенность и яркость . Использование HSL или HSV имеет то преимущество, что большинство операций становится обратимым (по крайней мере, теоретически), но недостатком является то, что размеры HSL и HSV не так важны для восприятия, как размеры пространства, которое использует Photoshop.

Отношение к маскировке

Результат применения нескольких из этих режимов линейно зависит от уровня пикселей верхнего слоя. В таких случаях, когда верхний слой чисто черный, происходит определенная трансформация нижнего слоя (который может быть просто чисто черным или чисто белым изображением). Когда верхний слой чисто белый, происходит еще одно такое преобразование. Промежуточные значения серого описаны выше с использованием ползунка непрозрачности во втором преобразовании.

В таких случаях применение режима наложения эквивалентно обычному наложению :

• Примените два преобразования к нижним слоям;
• Используйте результат первого преобразования в качестве нового нижнего слоя;
• Поместите результат второго преобразования в качестве нового верхнего слоя;
• Используйте первоначальный верхний слой в качестве маски для нового верхнего слоя.

(При этом предполагается, что маска может быть цветной, причем ее каналы R, G, B маскируют каналы изображения независимо. Многие программы обработки изображений не допускают таких масок; для них эта эквивалентность справедлива только для верхних слоев в оттенках серого.)

Различия между смешиванием слоев и инструментов

Некоторые приложения позволяют пользователю применять режимы наложения к инструментам рисования, таким как инструмент «Кисть» в Photoshop или любые инструменты рисования в GIMP. Когда с этими инструментами используются режимы наложения, результат рассчитывается на основе пикселей, уже существующих в целевом слое. Если в данный момент пикселей не существует, то «окрашенные» пиксели создаются так, как если бы они были в обычном режиме наложения. Последующие перекрывающиеся штрихи затем рассчитываются на основе режима наложения инструмента, и результат применяется непосредственно к слою. Ключевое отличие наложения инструментов от наложения слоев заключается в том, что результаты наложения инструментов обычно невозможно отрегулировать после выполнения обводки, за исключением шага назад с помощью команды приложения «Отменить»; Смесь слоев можно регулировать с помощью непрозрачности или даже переключать, поскольку они применяются динамически между слоями. Другими словами, инструменты рисования изменяют пиксели на слое; Режимы наложения, примененные к двум слоям, не изменяют пиксели, а влияют только на результирующее визуальное изображение.

Это различие полезно для создания различных эффектов на одном слое, например, при применении техник осветления и затемнения, когда рисование с низкой непрозрачностью в режимах экрана или умножения позволяет пользователю более органично наращивать или уменьшать результаты на слое. один слой.

См. также

• Альфа для покрытия
• Сравнение редакторов растровой графики
• Растровая графика
• Цифровая обработка изображений

Ссылки

• <blend-mode> — CSS: каскадные таблицы стилей в веб-документах MDN
• Пол Р. Данн, «Взгляд на режимы наложения Photoshop 7.0»
• «Математика Photoshop с шейдерами GLSL»
• «Математический режим смешивания Photoshop» включает код C.
• Рон Бигелоу, «Использование режимов наложения в Photoshop – Часть I» , руководство
• Руководство по GIMP
• Режимы наложения во Flash
• Adobe Master прозрачность и смешивание PDF-файлов
• Визуальное объяснение и сравнение режимов наложения GIMP и Photoshop, части первая , вторая , третья и четвертая.
• JAVA-демонстрация оператора смешивания изображений , интерактивная демонстрация смешивания изображений на основе JAVA.
• Вся математика, лежащая в основе композитинга в Photoshop (включая математику для использования альфа-канала в сложных композициях, таких как мягкий свет)
• Алгоритм смешивания изображений

Книги

• Справочник по режимам наложения Photoshop для цифровых фотографов (Джон Бердсворт, О'Рейли, 2005 г.) — внешний
• Скрытая сила режимов наложения в Adobe Photoshop (Скотт Валентайн, Adobe Press 20132) — внешний