색 모델

색 과학에서 색 모델, 색 모형 또는 컬러 모델(color model)은 색을 일반적으로 세 개 또는 네 개의 값이나 색 구성 요소로 이루어진 튜플로 나타내는 방식을 설명하는 추상적인 수학적 모델이다. 이는 색 공간과 다른데, 색 모델은 절대적이지 않아서 색 모델 내의 색을 색 공간의 한 지점에 매핑할 방법이 없기 때문이다.

이 글은 인간의 색채 지각을 모델링할 수 있는 방식과 일반적으로 사용되는 몇 가지 모델에 대해 설명한다.

 인간 색채 지각의 근본적인 모델링: 삼원색 색 공간 
x, y, z축을 장파장(L), 중파장(M), 단파장(S) 빛 수용기의 자극과 동일시하면 이 공간을 3차원 유클리드 공간의 한 영역으로 그릴 수 있다. 이를 LMS 색 공간이라고 한다. 원점 (S,M,L) = (0,0,0)은 검정에 해당한다. 하양은 이 도표에서 명확한 위치를 가지지 않으며, 오히려 색온도나 화이트 밸런스에 따라 또는 주변 조명에서 사용 가능한 것에 따라 정의된다. 가장 포화된 색상은 영역의 바깥쪽 가장자리에 위치하며, 더 밝은 색상은 원점에서 더 멀리 떨어져 있다. 갈색이나 회색과 같은 색상은 각각 주황 빛과 하얀 빛이 감지될 때, 하지만 주변 조명을 고려할 때 주황색과 흰색에 예상되는 것보다 낮은 강도로 감지될 때 인식된다. 회의 중에 오버헤드 프로젝터 화면을 보면 이 현상을 관찰할 수 있다. 프로젝터가 켜지기 전에는 흰색 화면에 검은색 글자가 나타나는 것을 볼 수 있는데, 이 "검정"은 사실 흰색 화면보다 어두워지지 않았다. "검정" 영역은 실제로 어두워지지 않았지만, 주변에 투영된 더 높은 강도의 "하양"에 비해 "검정"으로 보인다. 색채항등성도 참조하라.

인간의 삼원색 공간은 색상의 가산 혼합이 이 공간의 벡터 합에 해당한다는 특성을 가지고 있다. 이를 통해 예를 들어 컴퓨터 디스플레이에서 빨강, 녹색, 파랑 원색으로 구성할 수 있는 가능한 색상(색역)을 쉽게 설명할 수 있다.

가산 및 감산 색 모델

RYB 색 모델

RYB는 예술 및 응용 디자인에서 사용되는 감산 색 모델로, 빨강, 노랑, 파랑 안료가 원색으로 간주된다. – English translation by John Spanton RYB 색 모델은 예술 및 디자인에서 페인트 및 안료 적용 형태의 색상과 특별히 관련된다. 다른 일반적인 색 모델로는 광 모델(RGB)과 페인트, 안료, 잉크 CMY 색 모델이 있는데, 후자는 인쇄 산업에서 CMYK와 함께 등장했으며 전통적인 RYB 색 모델에 비해 색역과 강도 면에서 훨씬 더 정확하다.MS Sharon Ross, Elise Kinkead (2004). Decorative Painting & Faux Finishes. Creative Homeowner. ISBN 1-58011-179-3. 이 모델은 야코프 크리스토프 르 블론이 1725년에 인쇄에 사용했으며 Coloritto 또는 색칠의 조화라고 불렀으며,O. M. Lilien, Jacob Christoph Le Blon, 1667–1741: Inventor of Three- and Four-colour Printing. Stuttgart 1985 기본 (원) 색상은 노랑, 빨강, 파랑이고 간색은 주황, 녹색, 자주 또는 보라라고 명시했다.v=onepage&q=%22le%20blon%22%20color%20printing&f=false The Science of ColorDavid Briggs 2013, The Dimensions of Color 7.2 The RYB hu e circle or "artists' color wheel".

RGB 색 모델

섬네일

(텔레비전과 같이) 빛을 투과하는 매체는 빨강, 녹색, 파랑 원색을 사용하여 가색 혼합을 하는데, 각 색상은 눈의 세 가지 색상 수용체 유형 중 하나를 자극하고 다른 두 가지 유형은 가능한 한 적게 자극한다. 이를 "RGB" 색 공간이라고 한다. 이 원색들의 빛 혼합은 인간 색 공간의 많은 부분을 차지하며 따라서 인간 색 경험의 많은 부분을 만들어낸다. 이것이 바로 컬러 텔레비전 세트나 컬러 컴퓨터 모니터가 빨강, 녹색, 파랑 빛의 혼합만 생성하면 되는 이유이다. 가색을 참조하라.

다른 원색도 원칙적으로 사용할 수 있지만, 빨강, 녹색, 파랑을 사용하면 인간 색 공간의 가장 큰 부분을 포착할 수 있다. 불행히도 색도 다이어그램에서 빨강, 녹색, 파랑 색상이 어떤 위치를 가져야 하는지에 대한 정확한 합의가 없으므로 동일한 RGB 값이 다른 화면에서 약간 다른 색상을 생성할 수 있다.

RGB는 장치 종속적인 색 모델이다. 색상 요소(형광체 또는 염료)와 개별 빨강, 녹색, 파랑 수준에 대한 반응이 제조사마다 또는 동일한 장치에서도 시간이 지남에 따라 달라지기 때문에 다른 장치는 주어진 RGB 값을 다르게 감지하거나 재현한다. 따라서 RGB 값은 어떤 종류의 색 관리 없이는 장치마다 동일한 색상을 정의하지 않는다.

CMY 및 CMYK 색 모델

시안, 마젠타, 노랑 투명 염료/잉크를 흰색 기판에 결합하여 인간이 보는 넓은 범위의 색상을 구현할 수 있다. 이것들은 감산 색 원색이다. 종종 일부 어두운 색상의 재현을 개선하기 위해 네 번째 잉크인 검정이 추가된다. 이를 "CMY" 또는 "CMYK" 색 공간이라고 한다.

시안 잉크는 빨강 빛을 흡수하지만 녹색과 파랑 빛을 투과하고, 마젠타 잉크는 녹색 빛을 흡수하지만 빨강과 파랑 빛을 투과하며, 노랑 잉크는 파랑 빛을 흡수하지만 빨강과 녹색 빛을 투과한다. 흰색 기판은 투과된 빛을 다시 시청자에게 반사한다. 실제로 인쇄에 적합한 CMY 잉크는 약간의 색상도 반사하여 깊고 중립적인 검정을 불가능하게 만들기 때문에 일반적으로 마지막으로 인쇄되는 K(검정 잉크) 구성 요소가 그 결함을 보완하는 데 필요하다. 많은 검정 내용이 예상되는 경우, 예를 들어 텍스트 매체에서 세 가지 유색 잉크의 동시 사용을 줄이기 위해 별도의 검정 잉크를 사용하는 것은 경제적으로도 동기가 부여된다. 전통적인 컬러 사진 인쇄물과 리버설 필름에 사용되는 염료는 훨씬 더 완벽하게 투명하므로 일반적으로 이러한 매체에서는 K 구성 요소가 필요하거나 사용되지 않는다.

원통 좌표 색 모델
색상이 원추, 원통 또는 구 형태로 배열되는 여러 색 모델이 존재하며, 중립색은 중앙 축을 따라 검정에서 흰색으로 변하고, 색상은 둘레의 각도에 해당한다. 이러한 유형의 배열은 18세기부터 시작되어 가장 현대적이고 과학적인 모델에서 계속 개발되고 있다.

배경

다양한 색 이론가들은 각각 독특한 색입체를 설계했다. 많은 것들이 구 모양이지만, 다른 것들은 뒤틀린 3차원 타원체 형태이다. 이러한 변형은 색상 관계의 어떤 측면을 더 명확하게 표현하기 위해 설계되었다. 필리프 오토 룽게와 요하네스 이텐이 고안한 색 구 모델은 전형적인 예시이자 다른 많은 색 입체 개략도의 원형이다.Johannes Itten, "The Art of Color", 1961. Trans. Ernst Van Haagen. New York: Reinhold Publishing Corporation, 1966. . 룽게와 이텐의 모델은 기본적으로 동일하며, 아래 설명의 기초를 이룬다.

순수하고 포화된, 동일한 밝기의 색상은 색 구의 주변 적도에 위치한다. 색상환에서와 같이 대조적인 (또는 보색) 색상은 서로 반대편에 위치한다. 적도면에서 색 구의 중심을 향해 이동하면 색상은 점점 덜 포화되어 모든 색상이 중앙 축에서 중립적인 회색으로 만난다. 색 구에서 수직으로 이동하면 색상은 (위로 갈수록) 밝아지고 (아래로 갈수록) 어두워진다. 위쪽 극에서는 모든 색상이 흰색으로 만나고, 아래쪽 극에서는 모든 색상이 검은색으로 만난다.

색 구의 수직 축은 전체 길이에서 회색이며, 아래쪽의 검정에서 위쪽의 하양으로 변한다. 모든 순수한 (포화된) 색상은 구의 표면에 위치하며, 색 구를 따라 위에서 아래로 밝기가 변한다. 모든 불순한 (대조적인 색상을 혼합하여 생성된 불포화 색상) 색상은 구의 내부를 구성하며, 마찬가지로 위에서 아래로 밝기가 변한다.

HSL과 HSV

HSL과 HSV는 모두 원통형 기하학이며, 색상은 각도 차원으로, 0°의 빨강 원색에서 시작하여 120°의 녹색 원색과 240°의 파랑 원색을 거쳐 360°에서 다시 빨강으로 돌아온다. 각 기하학에서 중앙 수직 축은 중립색, 무채색 또는 회색 색상을 구성하며, 밝기 0 또는 값 0인 아래쪽의 검정에서 밝기 1 또는 값 1인 위쪽의 흰색까지 범위를 포함한다.

대부분의 텔레비전, 컴퓨터 디스플레이 및 프로젝터는 다양한 강도의 빨강, 녹색, 파랑 빛을 조합하여 색상을 생성한다. 이를 RGB 가색 원색이라고 한다. 그러나 빨강, 녹색, 파랑 빛의 구성 요소 양과 결과 색상 간의 관계는 특히 경험이 없는 사용자나 페인트의 감산 색 혼합 또는 색조와 음영을 기반으로 하는 전통적인 예술가 모델에 익숙한 사용자에게는 직관적이지 않다.

더 전통적이고 직관적인 색 혼합 모델을 수용하기 위해 팰로앨토 연구소와 뉴욕 공과대학교의 컴퓨터 그래픽 개척자들은 1970년대 중반에 HSV 모델을 개발했으며, 앨비 레이 스미스Smith (1978)가 1978년 8월 컴퓨터 그래픽스(Computer Graphics)에 공식적으로 설명했다. 같은 호에서 잡러브와 그린버그Joblove and Greenberg (1978)는 HSL 모델을 설명했는데, 이들은 그 차원을 색상, 상대 색도 및 강도로 표시했으며 HSV와 비교했다. 그들의 모델은 색상, 밝기, 색도와 같은 다른 색상 생성 속성 측면에서 인간 시각에서 색상이 조직되고 개념화되는 방식뿐만 아니라 밝거나 어둡거나 덜 화려한 색상을 얻기 위해 밝은 색 안료를 검은색 또는 흰색과 혼합하는 것과 같은 전통적인 색상 혼합 방법(예: 회화)에 더 기반을 두었다.

이듬해인 1979년, SIGGRAPH에서 텍트로닉스는 색상 지정을 위해 HSL을 사용하는 그래픽 터미널을 도입했으며, 컴퓨터 그래픽스 표준 위원회는 연간 현황 보고서에서 이를 권장했다. 이러한 모델은 원시 RGB 값보다 더 직관적일 뿐만 아니라 RGB와의 변환이 계산 속도가 매우 빨랐기 때문에 유용했다. 즉, 1970년대 하드웨어에서 실시간으로 실행될 수 있었다. 결과적으로 이러한 모델과 유사한 모델들은 그 이후로 이미지 편집 및 그래픽 소프트웨어 전반에 걸쳐 유비쿼터스하게 사용되었다.

먼셀 색 체계

또 다른 영향력 있는 오래된 원통형 색 모델은 20세기 초의 먼셀 색 체계이다. 앨버트 헨리 먼셀은 1905년 저서 '색상 표기법(A Color Notation)'에서 구형 배열로 시작했지만, 색상 구성 속성을 색상, 명도, 채도라고 부르는 별도의 차원으로 적절하게 분리하기를 원했으며, 지각 반응을 신중하게 측정한 후 어떤 대칭적인 모양도 적합하지 않다는 것을 깨닫고 시스템을 울퉁불퉁한 덩어리로 재구성했다.앨버트 헨리 먼셀 (1905). A Color Notation. Boston, MA: Munsell Color Company.

먼셀의 시스템은 지각 측정에 기반하여 조직되었고, 쉽게 배울 수 있는 체계적인 숫자 삼원색으로 색상을 지정했으며, 먼셀 색상 책에 판매되는 색상 칩들이 넓은 색역을 포괄하고 시간이 지나도 안정적으로 유지되었고 (바래지 않고), 먼셀 색 회사에 의해 효과적으로 마케팅되었기 때문에 매우 인기를 얻었고, 미국 색상 표준의 사실상의 참고 자료가 되었다. 페인트와 크레용의 색상을 지정하는 데 사용되었을 뿐만 아니라 전기선, 맥주, 토양 색상 등에도 사용되었다. 1940년대에 미국광학학회는 광범위한 측정을 수행하고 먼셀 색상 배열을 조정하여 "재표기법(renotations)" 세트를 발표했다. 컴퓨터 그래픽 응용 분야에서 먼셀 시스템의 문제는 색상이 어떤 간단한 방정식으로 지정되는 것이 아니라 오직 기본적인 측정값으로만 지정된다는 점이다. 사실상 순람표인 셈이다. 로 변환하려면 그 표의 항목들 사이를 보간해야 하며, 이는 몇 가지 간단한 산술 연산만 필요한  또는 로의 변환에 비해 계산 비용이 매우 많이 든다.Fairchild (2005)

자연색 체계

유럽에서 널리 사용되는 스웨덴의 자연색 체계(NCS)는 오른쪽의 오스트발트 양추체와 유사한 접근 방식을 취한다. 이 시스템은 측광학적 또는 심리학적 특성 대신 "현상학적" 특성을 기반으로 색상을 익숙한 모양의 고체에 맞추려고 시도하기 때문에 HSL 및 HSV와 동일한 단점을 일부 겪는다. 특히, 화려한 노랑, 빨강, 녹색, 파랑을 평면에 강제하기 때문에 그 밝기 차원이 인지된 밝기와 다르다.MacEvoy (2010)

프루실 색상 원
농도측정에서 위에서 정의된 색상과 상당히 유사한 모델이 CMYK 공정 잉크의 색상을 설명하는 데 사용된다. 1953년에 프랭크 프루실(Frank Preucil)은 이상적인 시안, 노랑, 마젠타 잉크 색상에 상대적으로 정의된 "프루실 색상 원"과 "프루실 색상 육각형"이라는 두 가지 색상 기하학적 배열을 개발했는데, 이는 각각 우리의 H와 H2에 해당한다. 잉크의 "프루실 색상 오류"는 잉크 색상과 해당 이상적인 잉크 색상의 색상 간의 "색상 원"에서의 차이를 나타낸다. 잉크의 회색도는 인데, 여기서 m과 M은 밀도 측정에서 이상적인 시안, 마젠타, 노랑 양 중 최소값과 최대값이다.Frank Preucil (1953). "Color Hue and Ink Transfer—Their Relation to Perfect Reproduction". Proceedings of the 5th Annual Technical Meeting of TAGA. .

CIECAM02
CIE의 가장 최신 모델인 CIECAM02 (CAM은 "색 재현 모델"의 약어)는 이전 모델보다 이론적으로 더 정교하고 계산적으로 복잡하다. 이 모델의 목표는 CIELAB 및 CIELUV와 같은 모델의 여러 문제를 해결하고, 신중하게 통제된 실험 환경에서의 반응뿐만 아니라 실제 장면의 색상 외관도 모델링하는 것이다. 그 차원 J(밝기), C(색도), h(색상)는 극좌표 기하학을 정의한다.

색 체계
색상을 분류하고 그 효과를 분석하는 다양한 유형의 색 체계가 있다. 앨버트 H. 먼셀이 고안한 미국의 먼셀 색 체계는 색상, 채도, 명도를 기반으로 다양한 색상을 색입체로 구성하는 유명한 분류이다. 다른 중요한 색 체계로는 스웨덴의 자연색 체계(NCS), 미국광학학회의 균일 색 공간(OSA-UCS), 부다페스트 기술경제대학교의 안탈 넴치스가 개발한 헝가리의 콜로로이드 시스템이 있다. 이 중에서 NCS는 대립 과정 색 모델에 기반을 두고 있으며, 먼셀, OSA-UCS 및 콜로로이드는 색상 균일성을 모델링하려고 시도한다. 미국의 팬톤과 독일의 RAL 상업용 색상 일치 시스템은 색 공간이 기본 색 모델에 기반을 두지 않는다는 점에서 이전 시스템과 다르다.
아이슬란드의 Spot Matching System (SMS)Spot Matching System (SMS)는 미디어 중립 색상 팔레트라고 불리는데, 모든 색상을 온라인, 텔레비전 및 표준 프로세스 인쇄 (CMYK 또는 더 좋게)에서 재현할 수 있다.

 "색 모델"의 다른 용도 
색채 지각 메커니즘 모델
우리는 또한 "색 모델"을 시각 원추세포에서 신경절 세포로 색상 신호가 처리되는 방식을 설명하는 색채 지각 모델 또는 메커니즘을 나타내는 데 사용한다. 간단히 말해, 이러한 모델을 색상 메커니즘 모델이라고 부른다. 고전적인 색상 메커니즘 모델은 토머스 영–헤르만 폰 헬름홀츠의 삼원색 모델과 에발트 헤링의 대립 과정 모델이다. 이 두 이론은 처음에는 상충되는 것으로 생각되었지만, 나중에는 색상 대립을 담당하는 메커니즘이 세 가지 유형의 원추세포로부터 신호를 받아 더 복잡한 수준에서 처리한다고 가설이 세워졌다.Kandel ER, Schwartz JH and Jessell TM, 2000. Principles of Neural Science, 4th ed., McGraw-Hill, New York. pp. 577–80. 널리 받아들여지는 모델은 영역 모델이라고 불린다. 삼원색 이론, 대립 이론, 스미스의 색상 변환 모델과 호환되는 대칭 영역 모델은 디코딩 모델이라고 불린다.Lu C, 2021, Explaining colour vision with the decoding model, Research Features, Vol.135, pp.142-145.

 같이 보기 
 색 재현 모델
 컴퓨터 그래픽스 색 모델 비교

 내용주 

 각주 

 참고 문헌 
  이 책은 HSL이나 HSV를 구체적으로 다루지 않지만, 현재의 색 과학에 대한 가장 읽기 쉽고 정확한 자료 중 하나이다.
  잡러브와 그린버그의 논문은 HSL 모델을 처음으로 설명하고 이를 HSV와 비교한 것이다.
  이 책은 HSL과 HSV를 간략하게 언급하지만, 역사 전반에 걸친 색상 체계에 대한 포괄적인 설명이다.
  이 논문은 HSL과 HSV뿐만 아니라 다른 유사 모델들이 더 일반적인 "GLHS" 모델의 특정 변형으로 간주될 수 있는 방법을 설명한다. 레브코비츠와 허먼은 RGB를 GLHS로 변환하고 다시 되돌리는 의사 코드를 제공한다.
 . 특히 "Modern Color Models" 및 "Modern Color Theory" 섹션. 색 과학 및 페인트 혼합에 대한 매크에보이의 광범위한 사이트는 웹에서 가장 좋은 자료 중 하나이다. 이 페이지에서 그는 색상 생성 속성, 색상 체계(HSL 및 HSV 포함)의 일반적인 목표와 역사, 그리고 화가들에게 실용적인 관련성을 설명한다.
  이것은 "육각뿔" 모델인 HSV를 설명하는 원본 논문이다. 스미스는 NYIT의 컴퓨터 그래픽스 연구소 연구원이었다. 그는 초기 디지털 페인팅 프로그램에서 HSV의 사용을 설명한다.

 외부 링크 
 RGB, CMYK, LAB, HSV, HSL, NCS의 그림과 요약
 시연용 색상 변환 애플릿
 HSV 색상 - 헥터 제닐, 울프럼 데몬스트레이션스 프로젝트
 HSV to RGB - CodeBeautify

분류:색
분류:수학적 모델링