Режимы смешивания

Как смешиваются два или более слоя цифровой фотографии

Эскиз, раскрашенный в цифровом виде с использованием нескольких различных режимов смешивания для сохранения линий карандаша и текстуры бумаги под цветными слоями.

Режимы смешивания (альтернативно режимы смешивания ^[1] или режимы смешивания ^[2] ) в цифровом редактировании изображений и компьютерной графике используются для определения того, как два слоя смешиваются друг с другом. Режим смешивания по умолчанию в большинстве приложений — просто скрыть нижний слой, покрыв его тем, что присутствует в верхнем слое (см. альфа-композицию ); поскольку каждый пиксель имеет числовые значения, существует также много других способов смешивания двух слоев.

Большинство программ для редактирования графики , таких как Adobe Photoshop и GIMP , позволяют пользователям изменять основные режимы смешивания, например, применяя различные уровни непрозрачности к верхнему «слою». Верхний «слой» не обязательно является слоем в приложении; он может быть применен с помощью инструмента рисования или редактирования. Верхний «слой» также называется «слоем смешивания» и «активным слоем».

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

Нормальныйрежим смешивания

Это стандартный режим наложения, который использует только верхний слой ^[3], не смешивая его цвета с цветами слоя под ним: ^{[ нужен пример ]}

$${\displaystyle f(a,b)=b}$$

где a — значение цветового канала в нижележащем слое, а b — значение соответствующего канала верхнего слоя. Результат обычно объединяется с нижним слоем с помощью «простого» (b над a) альфа-композиции (создания фактической формулы ), но возможны и другие операции Портера-Даффа. ^[3] Результатом этапа компоновки является форма верхнего слоя, определяемая его альфа-каналом, появляющаяся над нижним слоем. ${\displaystyle f(a,b)=alpha(b,a)}$

Раствориться

Режим растворения берет случайные пиксели из обоих слоев. При большей непрозрачности верхнего слоя, чем у нижнего слоя, большинство пикселей берется из верхнего слоя, а при низкой непрозрачности большинство пикселей берется из нижнего слоя. В этом режиме наложения не используется сглаживание , поэтому изображения могут выглядеть зернистыми и резкими.

Adobe Photoshop генерирует псевдослучайный шаблон дизеринга шума при запуске, при этом каждому пикселю в двумерном растровом массиве назначается значение серого (R=G=B) и значение альфа 1 («вкл»). По мере уменьшения непрозрачности верхнего слоя значение альфа некоторых серых пикселей переключается с 1 на 0 («выкл»), в результате чего пиксели изображения, соответствующие пикселю с серым значением в растровом массиве, либо включены (видимы, непрозрачны), либо выключены (невидимы, прозрачны), без градации непрозрачности.

Умножение и экранирование

Режимы смешивания Multiply и Screen являются базовыми режимами смешивания для затемнения и осветления изображений соответственно. Существует множество их комбинаций, таких как Overlay, Soft Light ( см. ниже ), Vivid Light, Linear Light и Pin Light.

Умножить

Режим смешивания Multiply берет значения канала RGB от 0 до 1 каждого пикселя в верхнем слое и умножает их на значения соответствующего пикселя из нижнего слоя. Всякий раз, когда какой-либо слой был ярче черного, композит темнее; поскольку каждое значение меньше 1, их произведение будет меньше каждого начального значения, которое было больше нуля.

$${\displaystyle f(a,b)=ab,}$$

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

Этот режим является коммутативным : обмен двумя слоями не меняет результат. Если два слоя содержат одно и то же изображение, режим наложения «Multiple» эквивалентен квадратичной кривой или гамма-коррекции с γ=2. Для редактирования изображений иногда удобнее просто перейти в диалоговое окно «Curves» программного обеспечения, поскольку это дает большую гибкость в форме кривых. Или можно использовать диалоговое окно «Levels»: 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 "multiple" эквивалентен кривой, которая является просто прямой линией. Это также эквивалентно использованию этого значения серого в качестве непрозрачности при выполнении наложения "normal mode" с черным нижним слоем.

Экран

В режиме смешивания Screen значения пикселей в двух слоях инвертируются, умножаются, а затем инвертируются снова. Результат противоположен Multiply: где бы один из слоев ни был темнее белого, композит ярче.

$${\displaystyle f(a,b)=1-(1-a)(1-b),}$$

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

Этот режим является коммутативным : обмен двумя слоями не меняет результат. Если один слой содержит однородный серый, режим наложения Screen эквивалентен использованию этого значения серого в качестве непрозрачности при выполнении наложения в «нормальном режиме» с белым верхним слоем.

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

Наложение

Overlay объединяет режимы наложения Multiply и Screen. ^[4] Там, где базовый слой светлый, верхний слой становится светлее; там, где базовый слой темный, верх становится темнее; там, где базовый слой средне-серый, верх не изменяется. Наложение с тем же изображением выглядит как S-образная кривая.

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

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

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

Жесткий свет

Hard Light также является комбинацией Multiply и Screen. Hard Light влияет на отношение слоя смешивания к базовому слою таким же образом, как Overlay влияет на отношение базового слоя к слою смешивания.

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

Обратная зависимость между Overlay и Hard Light делает их «переключаемыми режимами смешивания». ^{[ необходима цитата ]}

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 не приводит к чистому черному или белому. ^{[ нужен пример ]}

Существует множество различных методов применения мягкого смешивания света. ^[5] Все ароматы дают одинаковый результат, когда верхний слой чисто черный; то же самое, когда верхний слой чисто нейтральный серый. Ароматы Photoshop и illusions.hu также дают одинаковый результат, когда верхний слой чисто белый (различия между ними в том, как интерполировать между этими тремя результатами).

Эти три результата совпадают с гамма-коррекцией нижнего слоя с γ=2 (для верхнего черного), неизмененного нижнего слоя (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 Photoshop: ^[6]

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

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

Формула Пегтопа ^[6] более гладкая и исправляет разрыв ^{[ необходим лучший источник ]} при b = 0,5:

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

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

Третья формула, определенная illusions.hu ^[7], исправляет разрыв другим способом, выполняя гамма-коррекцию с γ в зависимости от b :

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

При b = 0 по-прежнему получается γ = 2, при b = 0,5 получается γ = 1, при b = 1 получается γ = 0,5, но это не линейная интерполяция между этими тремя изображениями.

Формула, указанная в последних проектах W3C ^[3] для SVG и Canvas, математически эквивалентна формуле Photoshop с небольшой вариацией, где b≥0,5 и a≤0,25:

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

где:

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

Эту же формулу использовал Каир ^[8] и в более ранней документации PDF . ^[9]

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

Уклоняйся и гори

Осветление и затемнение изменяют яркость изображений, вдохновленное осветлением и затемнением, выполняемым в темной комнате. Осветление осветляет изображение, а затемнение затемняет его. Осветление изображения то же самое, что и осветление его негатива (и наоборот).

• Режимы уклонения :
  • Режим наложения «Экран» инвертирует оба слоя, умножает их, а затем инвертирует полученный 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. Смешивание любого цвета с белым дает белый. Смешивание с черным не меняет изображение. Операция необратима из-за возможного отсечения бликов. (Отсечение происходит в той же области, что и для Linear Dodge .) Когда верхний слой содержит однородный цвет, этот эффект эквивалентен изменению белой точки на инвертированный цвет. Воспринимаемый контраст увеличивается, когда отсечения нет.
  • Режим наложения Linear Dodge просто суммирует значения в двух слоях (также известный как аддитивное наложение ). Наложение с белым дает белый. Наложение с черным не изменяет изображение. Когда верхний слой содержит однородный цвет, этот эффект эквивалентен изменению выходной черной точки на этот цвет, а (входной) белой точки на инвертированный цвет. Контрастность уменьшается, когда нет отсечения.
  • 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 «Линейный осветлитель ( аддитивный )», примененный к примерам изображений

• Режимы записи :
  • Режим «Умножение» просто умножает каждый компонент в двух слоях.
  • Режим Color Burn делит инвертированный нижний слой на верхний слой, а затем инвертирует результат. Это затемняет верхний слой, увеличивая контрастность для отражения цвета 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 для Linear Burn .
  • Режим Linear Burn суммирует значение 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 смешивания сочетает Color Dodge и Color Burn (масштабируется так, что нейтральные цвета становятся средне-серыми). Dodge применяется, когда значения в верхнем слое светлее средне-серого, а Burn применяется к более темным значениям. Средний серый — нейтральный цвет. Когда цвет верхнего слоя светлее этого, это фактически перемещает белую точку нижнего слоя вниз на удвоенную разницу; когда он темнее, черная точка перемещается вверх на удвоенную разницу. (Это увеличивает воспринимаемый контраст.)
• Linear Light : этот режим смешивания объединяет Linear Dodge и Linear Burn (масштабируется так, что нейтральные цвета становятся средне-серыми). Dodge применяется, когда значение на верхнем слое светлее средне-серого, а Burn применяется, когда значение на верхнем слое темнее. Расчет упрощается до суммы нижнего слоя и удвоенного верхнего слоя, вычитается 1. Этот режим уменьшает контрастность.
• Вычитание: этот режим наложения суммирует значение в двух слоях и вычитает 1. В отличие от линейного затемнения, смешивание с белым влияет на изображение.

Простые арифметические режимы смешивания

Разделять

Это смешивание просто делит значения пикселей одного слоя с другим, но это полезно для осветления фотографий, если цвет серый или ниже. Это также полезно для удаления цветового оттенка с фотографии. Если вы создаете слой, который является цветом оттенка, который вы хотите удалить, например, бледно-голубой, для сцен со слишком холодной цветовой температурой, режим разделения вернет этот цвет к белому в результирующей композиции, так как любое значение, деленное само на себя, равно 1,0 (белый).

Добавление

Этот режим смешивания просто добавляет значения пикселей одного слоя к другому. В случае значений выше 1 (в случае RGB) отображается белый цвет. « Linear Dodge » дает тот же визуальный результат. Поскольку он всегда дает те же или более светлые цвета, чем входные данные, он также известен как «плюс светлее». Вариант вычитает 1 из всех конечных значений, а значения ниже 0 становятся черными; этот режим известен как «плюс темнее».

Вычитать

Этот режим смешивания 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". ^[1]

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 цвета равно (0,0,0).) Смешивание с белым инвертирует изображение.

Одной из основных утилит для этого является процесс редактирования, когда его можно использовать для проверки выравнивания изображений с похожим содержанием. Исключение — очень похожий режим смешивания с более низким контрастом.

Только затемнение

Darken Only создает пиксель, который сохраняет наименьшие компоненты пикселей переднего плана и фона. Если пиксель переднего плана имеет компоненты ⁠ ⁠ ${\displaystyle (r_{1},g_{1},b_{1})}$ , а фон имеет ⁠ ⁠ ${\displaystyle (r_{2},g_{2},b_{2})}$ , то результирующий пиксель: ^[10]

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

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 : ^[10]

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

Режимы смешивания булевых арифметических функций

Несколько приложений, таких как Peacock от Aviary и Krita от KDE ^[1], предоставляют режимы смешивания булевой арифметики. Они объединяют двоичное расширение шестнадцатеричного цвета в каждом пикселе двух слоев с использованием логических вентилей булевой логики . Альфа верхнего слоя управляет интерполяцией между изображением нижнего слоя и объединенным изображением.

Оттенок, насыщенность и яркость

Режимы смешивания оттенка , насыщенности , цвета и яркости в Photoshop основаны на цветовом пространстве с измерениями оттенка, цветности и яркости. Примечание: это пространство отличается от HSL и HSV, и только измерение оттенка является общим для всех трех. Подробности см. в статье HSL и HSV .

В отличие от всех предыдущих описанных режимов смешивания, которые работают на каждом канале изображения независимо, в каждом из этих режимов некоторые измерения берутся из нижнего слоя, а остальные — из верхнего. Цвета, которые оказываются вне гаммы, переносятся внутрь путем сопоставления вдоль линий постоянного оттенка и яркости. Это делает операции необратимыми — после применения верхнего слоя в одном из этих режимов смешивания в некоторых случаях невозможно восстановить внешний вид исходного (нижнего) слоя, даже применив копию нижнего слоя в том же режиме смешивания над обоими.

• Режим наложения «Оттенок» сохраняет яркость и цветность нижнего слоя, принимая при этом оттенок верхнего слоя.
• Режим наложения «Насыщенность» сохраняет яркость и оттенок нижнего слоя, принимая при этом цветность верхнего слоя.
• Режим наложения цветов 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 смешивания основаны на цветовом пространстве, которое гораздо ближе, чем RGB, к перцептивно значимым измерениям, его можно использовать для коррекции цвета изображения без изменения воспринимаемой яркости и для управления контрастом яркости без изменения оттенка или цветности. Режим яркости обычно используется для повышения резкости изображения , поскольку человеческое зрение гораздо более чувствительно к мелкомасштабному контрасту яркости, чем к цветовому контрасту. (См. Контраст (зрение) )

Немногие редакторы, кроме Photoshop, реализуют это же цветовое пространство для своих аналогов этих режимов смешивания. ^[3] Вместо этого они обычно основывают свои режимы смешивания на HSV (он же HSB) или HSL. Режимы смешивания, основанные на HSV, обычно обозначаются как оттенок , насыщенность и яркость . Использование HSL или HSV имеет то преимущество, что большинство операций становятся обратимыми (по крайней мере, в теории), но недостаток в том, что размеры HSL и HSV не так значимы для восприятия, как размеры пространства, используемого 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, получается определенное преобразование нижнего слоя (которое может быть просто чисто черным или чисто белым изображением). Когда верхний слой чисто белый, получается еще одно такое преобразование. Промежуточные значения серого описаны выше с использованием ползунка непрозрачности на втором преобразовании.

В таких случаях применение режима смешивания эквивалентно обычному смешиванию :

• Примените две трансформации к нижним слоям;
• Используйте результат первого преобразования в качестве нового нижнего слоя;
• Поместите результат второго преобразования в качестве нового верхнего слоя;
• Используйте исходный верхний слой в качестве маски на новом верхнем слое.

(Это предполагает, что маска может быть цветной, а ее каналы R, G, B маскируют каналы изображения независимо. Многие программы обработки изображений не допускают использования 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 смешивания к инструментам рисования, таким как инструмент «Кисть» в Photoshop или любые инструменты рисования в GIMP. Когда режимы смешивания используются с этими инструментами, результат рассчитывается на основе пикселей, уже существующих на целевом слое. Если в данный момент пикселей нет, то «нарисованные» пиксели создаются так, как если бы был режим смешивания «Обычный». Последующие штрихи, которые перекрываются, затем рассчитываются на основе режима смешивания инструмента, и результат применяется непосредственно к слою. Ключевое отличие смешивания инструментов от смешивания слоев заключается в том, что результаты смешивания инструментов, как правило, не могут быть скорректированы после выполнения штриха, за исключением шага назад с помощью команды «Отменить» приложения; смешивания слоев могут быть скорректированы с помощью непрозрачности или даже переключены, поскольку они применяются динамически между слоями. Иными словами, инструменты рисования изменяют пиксели на слое; режимы смешивания, примененные к двум слоям, не изменяют никаких пикселей, а влияют только на итоговое 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 экран или умножение позволяет пользователю более органично наращивать или уменьшать результаты на одном слое.

Смотрите также

• Альфа для покрытия
• Сравнение растровых графических редакторов
• Растровая графика
• Цифровая обработка изображений

Ссылки

1. "Режимы смешивания — документация Krita Manual 5.0.0". docs.krita.org . Получено 24.03.2022 .
2. "Режимы наложения в Photoshop и Elements". Архивировано из оригинала 2014-08-18 . Получено 2014-08-27 .
3. "W3C: Композитинг и смешивание 1.0" . Получено 9 ноября 2012 г.
4. "Pegtop: режим наложения наложения" . Получено 3 ноября 2012 г.
5. "Разработчики - Ресурсы алгоритмов обработки изображений". Архивировано из оригинала 2016-06-17 . Получено 2012-11-03 .
6. "Режимы смешивания Pegtop: мягкий свет" . Получено 3 ноября 2012 г.
7. "Illusions.hu: смешивание мягкого света". Архивировано из оригинала 2013-02-17.
8. "cairographics.org: Операторы композитинга Каира" . Получено 9 ноября 2012 г.
9. "Adobe.com: Режимы наложения PDF: Приложение (к Справочнику PDF, пятое издание, версия 1.6" (PDF) . Получено 9 ноября 2009 г. .
10. "Gimp Advanced Guide - 5.6.4 Режимы наложения Darken Only и Lighten Only". Linuxtopia . Получено 28 марта 2013 г. .

• <blend-mode> - CSS: каскадные таблицы стилей на веб-документах MDN
• Пол Р. Данн, «Взгляд на режимы наложения Photoshop 7.0»
• «Математика Photoshop с шейдерами GLSL»
• «Математика режима смешивания Photoshop», включает код C.
• Рон Бигелоу, «Использование режимов наложения в Photoshop – Часть I», обучающее руководство
• Руководство по GIMP
• Режимы наложения во Flash
• Файл Adobe Master прозрачности и смешивания в формате PDF
• Визуальное объяснение и сравнение режимов наложения GIMP и Photoshop, части первая, вторая, третья и четвертая
• Демонстрация JAVA по оператору 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

• Photoshop Blending Modes Cookbook for Digital Photographers (Джон Бирдсворт, O'Reilly 2005) - Внешняя
• Скрытая сила режимов наложения в Adobe Photoshop (Скотт Валентайн, Adobe Press 20132) - Внешний