读数据可视化06颜色

读数据可视化06颜色

1. 颜色

1.1. 在信息可视化与视觉设计中，颜色是最重要的元素之一

1.2. 包含相当丰富的信息，非常适合用于对信息编码

  • 1.2.1. 数据信息到颜色的映射

1.3. 数据信息到颜色的映射

  • 1.3.1. 由可见光（电磁能）经过周围环境的相互作用后到达人眼，并经过一系列的物理和化学变化转化为人脑所能处理的电脉冲结果，最终形成对颜色的感知

1.4. 颜色感知的形成是一个复杂的物理和心理相互作用的过程

  • 1.4.1. 人类对颜色的感知不仅由光的物理性质决定，也受到心理等因素的影响

2. 颜色刺激理论

2.1. 可见光

  • 2.1.1. 指能被人眼捕获并在人脑中形成颜色感知的*电磁波

    • 2.1.1.1. 其在整个电磁波波谱上只占很小的一部分

  • 2.1.2. 光的实质是一种电磁波，*本身是不带颜色的

2.2. 太阳光色散实验

  • 2.2.1. 英国科学家艾萨克·牛顿爵士于1665年完成

  • 2.2.2. 使得人们第一次接触到光的客观的*可定量的特征

2.3. 人眼

  • 2.3.1. 人类对于环境中大部分信息的获取通道

  • 2.3.2. 成年人的眼睛是一个直径约为23mm的近似*球状体

  • 2.3.3. 人眼由六块运动控制肌肉固定

    • 2.3.3.1. 肌肉控制人眼方向以便观察环境中的物体

    • 2.3.3.2. 保证眼球在人体头部运动时的稳定性

2.4. 视网膜

  • 2.4.1. 光感受细胞主要分为两种—杆状细胞和*锥状细胞

  • 2.4.2. 杆状细胞

    • 2.4.2.1. 是视网膜上受光刺激最敏感的感受细胞

    • 2.4.2.2. 比锥状细胞对光的刺激要敏感10倍以上

    • 2.4.2.3. 通常具有很强的暗视觉（Scotopic Vision）​

    • 2.4.2.4. 被认为是无法感知颜色信息的

    ＞ 2.4.2.4.1. 其视觉一般是灰度视觉

    • 2.4.2.5. 所能感应的可见光范围为*400～700nm

  • 2.4.3. 锥状细胞

    • 2.4.3.1. 仅对明亮光线产生刺激反应，从而形成了*明视觉（Photopic Vision）

    • 2.4.3.2. L锥状细胞

    • 2.4.3.3. M锥状细胞

    • 2.4.3.4. 锥状细胞

    • 2.4.3.5. 对应的最敏感的波长区域

    ＞ 2.4.3.5.1. 564～580nm

    ＞ 2.4.3.5.2. 534～545nm

    ＞ 2.4.3.5.3. 420～440nm

  • 2.4.4. 包含的两种细胞数量有限

    • 2.4.4.1. 在给定的时间内人眼所能接受的视觉信息量也是有限的

2.5. 颜色

  • 2.5.1. 颜色只是人的视觉系统对所接收到的光信号的一种*主观的视觉感知

  • 2.5.2. 物体所呈现的颜色由物体的材料属性、光源中各种波长分布和人的*心理认知所决定

    • 2.5.2.1. 存在个体差异

  • 2.5.3. 颜色既是一种心理生理现象，也是一种*心理物理现象

2.6. 三色视觉理论

  • 2.6.1. 认为人眼的三种锥状细胞（L锥状细胞、M锥状细胞和S锥状细胞）分别优先获得相应敏感波长区域光信号的刺激，最终合成形成颜色感知

Relationship:

2.7. 补色过程理论

  • 2.7.1. 认为人的视觉系统通过一种对立比较的方式获得对颜色的感知

  • 2.7.2. 红色对应绿色

  • 2.7.3. 蓝色对应黄色

  • 2.7.4. 黑色对应白色

2.8. 分别阐述了人眼形成颜色感知的过程

2.9. 颜色视觉障碍

  • 2.9.1. 指在正常光照条件下，人眼无法辨认不同的颜色，或者对于颜色辨认存在不同程度的障碍

    • 2.9.1.1. 人数约占世界人口的*8%

  • 2.9.2. 非正常三色视觉

    • 2.9.2.1. 色弱

    • 2.9.2.2. 是颜色视觉障碍中最为常见的

    • 2.9.2.3. 约占人口总数的6%

    • 2.9.2.4. 主要表现为对颜色的辨认准确性下降和对不同颜色的分辨能力下降

  • 2.9.3. 二色视觉

    • 2.9.3.1. 色盲

    • 2.9.3.2. 其中色盲人数所占比例超过2%

    • 2.9.3.3. 蓝色盲出现概率相当小，有时也被称为第三色盲

  • 2.9.4. 单色视觉

    • 2.9.4.1. 全色盲

    ＞ 2.9.4.1.1. 非常少见

    • 2.9.4.2. 是颜色视觉障碍中最严重的一种情形

    • 2.9.4.3. 人眼已经几乎无法辨认颜色

3. 色彩空间

3.1. 是描述使用一组值（通常使用3个或4个值）表示颜色的方法的抽象数学模型

3.2. 大部分色彩空间所能表达的颜色数量通常都无法完整枚举人眼所能分辨的颜色数量

3.3. 不同色彩空间之间通常存在有损或无损的数学转换关系

3.4. 常用的色彩空间

  • 3.4.1. CIEXYZ色彩空间

  • 3.4.2. CIELab*色彩空间

  • 3.4.3. CIE 1931 XYZ色彩空间是采用抽象数学模型定义的通过实验获得的色彩空间

  • 3.4.4. RGB色彩空间

    • 3.4.4.1. RGB色彩模型采用笛卡尔坐标系定义颜色，三个轴分别对应红色（R）​、绿色（G）和蓝色（B）三个分量

    • 3.4.4.2. 是迄今为止使用最广泛的色彩空间

    • 3.4.4.3. 几乎所有的电子显示设备，包括计算机显示器、移动设备显示组件等，都使用RGB色彩空间

    • 3.4.4.4. RGB色彩空间是设备相关的色彩空间，即同一组R、G、B分量的值在不同设备上所展现的颜色不一定相同

    • 3.4.4.5. RGB色彩模型是一种加法原色模型

    ＞ 3.4.4.5.1. 颜色可以通过在黑色背景上混合不同强度的红色、绿色、蓝色获得

    • 3.4.4.6. 主流的电子显示设备LCD（Liquid Crystal Display）或OLED（Organic Light-Emitting Diode）中，像素由三个红、绿、蓝的子像素组成，通过电路控制子像素的亮度实现颜色的显示

    • 3.4.4.7. 鉴于传统RGB技术呈现纯白色时不够光亮及较为耗电，不少公司纷纷研发出没有颜色过滤物料的子像素，形成纯白色，并把有关技术称为RGBW，如三星的PenTile和索尼的WhiteMagic

  • 3.4.5. CMYK色彩空间

    • 3.4.5.1. 打印机则使用CMYK色彩空间

    • 3.4.5.2. 通常用于印刷行业中，在硬拷贝、照相、彩色喷墨打印等系统中具有广泛的应用

    • 3.4.5.3. CMYK四个字母分别表示青色（Cyan）​、品红色（Magenta）​、黄色（Yellow）和*黑色（Black）​

    • 3.4.5.4. 在实际的印刷环境中，理论上C、M、Y三种颜色的合成可以得到黑色

    • 3.4.5.5. 通常由于油墨中含有杂质或其他因素，得到的黑色往往呈现出深褐色或深灰色的现象

    • 3.4.5.6. CMYK色彩模型是一种减法原色模型

    ＞ 3.4.5.6.1. 在白色背景上套印不同数量的三种油墨，通过吸收光源中相应波长的方法得到反射颜色

    • 3.4.5.7. 根据不同的油墨、介质和印刷特性，存在多种CMYK色彩空间

    • 3.4.5.8. 由于印刷和计算机屏幕显示使用的是不同的色彩模型，计算机一般使用RGB色彩空间，所以在计算机屏幕上看到的影像色调和印刷出来的有一些*差别

    • 3.4.5.9. 如果可视化的结果需要被打印到纸质媒介上，则必须考虑颜色在不同色彩空间之间转换所带来的色彩畸变，从而尽量避免这种现象

  • 3.4.6. HSV/HSL色彩空间

    • 3.4.6.1. Alvy Ray Smith于1978年开发了HSV色彩空间

    • 3.4.6.2. 同时Joblove和Greenberg共同开发了HSL色彩空间

    • 3.4.6.3. HSV/HSL色彩空间是两个不同的色彩空间

    • 3.4.6.4. 在HSV色彩空间中，H指色相（Hue）,S指饱和度（Saturation）,V指明度（Value）​

  • 3.4.7. 绝对色彩空间

    • 3.4.7.1. 指不依赖于外部因素就可以准确地表示颜色的色彩空间

    • 3.4.7.2. 被广泛采纳的绝对RGB色彩空间有sRGB色彩空间、Adobe RGB色彩空间等

  • 3.4.8. 相对色彩空间无法通过一组值准确地表示颜色，即相同的值未必能使人得到相同的色彩感知