不同色彩空间的色彩插值如何准确模拟物理颜料混合？

在色彩空间中插入颜色

在各种艺术和设计环境中，经常需要混合或插入不同的颜色来创建所需的阴影。虽然数字混色对于发射颜色（例如 RGB 屏幕上显示的颜色）来说很简单，但模拟物理涂料的混合却带来了独特的挑战。

传统的涂料混合依赖于吸收，其中颜料选择性地吸收特定波长的光。当蓝色和黄色颜料混合时，产生的颜色由每种颜料的吸收特性决定。蓝色涂料吸收红光和绿光，而黄色涂料吸收蓝光。在完美的情况下，这种吸收过程会产生深色或浑浊的颜色，而不是鲜艳的绿色。

但是，在实践中，物理颜料偏离理想的吸收特性，导致各种可能的结果混合颜色时。为了解决这种复杂性，研究人员开发了能够更准确地表示物理油漆行为的颜色模型。其中一种模型是减色混合模型。

减色混合

减色混合用于模拟物理颜料的行为，特别是在使用减色时系统，例如油漆、染料和油墨。在此模型中，混合两种颜色的结果是通过减去白光源中每种颜料的吸收系数来确定的。

例如，混合蓝色和黄色颜料时，蓝色颜料吸收红光和绿光，而黄色颜料吸收蓝光。由此产生的颜色是浑浊的绿色，它代表尚未被任何颜料吸收的剩余光线。

色彩空间中的插值

而减色混合是物理油漆混合的真实表现，但模拟计算起来可能很复杂。因此，通常使用替代方法在颜色空间中插值颜色，例如 RGB 或 HLS。

RGB 颜色空间中的插值涉及在两个给定的颜色之间混合各个颜色分量（红色、绿色和蓝色）颜色。这种方法很简单，但产生的颜色不能准确反映物理油漆混合。

另一方面，HLS 颜色空间中的插值涉及混合两种给定颜色的色调、亮度和饱和度分量。此方法为混合不同颜色提供了更大的灵活性并产生更直观的结果，包括混合蓝色和黄色时的绿色中间色调。

示例实现

以下 Python 代码代码片段演示了使用 HLS 颜色空间进行颜色插值：

import colorsys

def average_colors(rgb1, rgb2):
    h1, l1, s1 = colorsys.rgb_to_hls(rgb1[0]/255., rgb1[1]/255., rgb1[2]/255.)
    h2, l2, s2 = colorsys.rgb_to_hls(rgb2[0]/255., rgb2[1]/255., rgb2[2]/255.)
    s = 0.5 * (s1 + s2)
    l = 0.5 * (l1 + l2)
    x = cos(2*pi*h1) + cos(2*pi*h2)
    y = sin(2*pi*h1) + sin(2*pi*h2)
    if x != 0.0 or y != 0.0:
        h = atan2(y, x) / (2*pi)
    else:
        h = 0.0
        s = 0.0
    r, g, b = colorsys.hls_to_rgb(h, l, s)
    return (int(r*255.), int(g*255.), int(b*255.))

print(average_colors((255,255,0),(0,0,255)))
print(average_colors((255,255,0),(0,255,255)))

此实现演示了使用 HLS 颜色空间对蓝色 (0,0,255) 和黄色 (255,255,0) 进行插值，从而产生绿色阴影。

值得注意的是，此方法和其他颜色插值技术不能完全模拟物理油漆混合。然而，它们提供了一种在数字环境中生成逼真的颜色过渡的便捷方法。

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