Mischmodi - Blend modes

Mischmodi (oder Mischmodi ) in der digitalen Bildbearbeitung und Computergrafik werden verwendet, um zu bestimmen, wie zwei Ebenen miteinander vermischt werden. Der Standard-Mischmodus in den meisten Anwendungen besteht darin, die untere Ebene einfach zu verdecken, indem sie mit dem bedeckt wird, was in der oberen Ebene vorhanden ist (siehe Alpha-Compositing ); Da jedes Pixel numerische Werte hat, gibt es auch viele andere Möglichkeiten, zwei Ebenen zu mischen.

Die meisten Grafikbearbeitungsprogramme wie Adobe Photoshop und GIMP ermöglichen es Benutzern, die grundlegenden Mischmodi zu ändern, indem sie beispielsweise verschiedene Deckkraftstufen auf die oberste "Ebene" anwenden. Die oberste "Schicht" ist nicht unbedingt eine Schicht in der Anwendung; es kann mit einem Mal- oder Bearbeitungswerkzeug aufgetragen werden. Die oberste "Ebene" wird auch "Mischebene" und "aktive Ebene" genannt.

In den Formeln auf dieser Seite gehen die Werte von 0,0 (schwarz) bis 1,0 (weiß).

Normaler Mischmodus

Dies ist der Standard-Mischmodus, der nur die oberste Ebene verwendet, ohne ihre Farben mit der darunter liegenden Ebene zu mischen:

wobei a der Wert eines Farbkanals in der darunterliegenden Schicht ist und b der des entsprechenden Kanals der oberen Schicht ist. Das Ergebnis wird in der Regel mit "einfachem" (b über a) Alpha-Compositing (der eigentlichen Formel ) in die untere Ebene zusammengeführt , aber andere Porter-Duff-Operationen sind möglich. Der Compositing-Schritt führt dazu, dass die Form der oberen Ebene, die durch ihren Alphakanal definiert ist, über der unteren Ebene erscheint.

Sich auflösen

Der Auflösungsmodus nimmt zufällige Pixel aus beiden Ebenen. Wenn die Deckkraft der oberen Ebene größer ist als die der unteren Ebene, werden die meisten Pixel aus der oberen Ebene genommen, während bei einer geringen Deckkraft die meisten Pixel aus der unteren Ebene genommen werden. Bei diesem Mischmodus wird kein Anti-Aliasing verwendet, sodass die Bilder körnig und rau aussehen können.

Adobe Photoshop erzeugt beim Start ein pseudozufälliges Rausch-Dither-Muster, wobei jeder Pixelposition in einem 2D-Raster-Array ein Grauwert (R=G=B) und ein Alphawert von 1 ("ein") zugewiesen wird. Da die Deckkraft der obersten Ebene verringert wird, wird der Alphawert einiger der grauen Pixel von 1 auf 0 ("aus") geschaltet, mit dem Ergebnis, dass Bildpixel, die einem Grauwertpixel im Rasterfeld entsprechen, entweder ein (sichtbar, opak) oder aus (unsichtbar, transparent), ohne Opazitätsabstufung.

Multiplizieren und screenen

Die Mischmodi Multiplizieren und Bildschirm sind grundlegende Mischmodi zum Abdunkeln bzw. Aufhellen von Bildern. Es gibt viele Kombinationen davon, wie Overlay, Soft Light ( siehe unten ), Vivid Light, Linear Light und Pin Light.

Multiplizieren

Der Mischmodus Multiplizieren nimmt die RGB-Kanalwerte von 0 bis 1 jedes Pixels in der oberen Ebene und multipliziert sie mit den Werten für das entsprechende Pixel aus der unteren Ebene. Überall dort, wo eine der Schichten heller als schwarz war, ist das Komposit dunkler; da jeder Wert kleiner als 1 ist, ist ihr Produkt kleiner als jeder Anfangswert, der größer als null war.

wobei a der Wert der Basisschicht und b der Wert der obersten Schicht ist.

Dieser Modus ist kommutativ : Der Austausch zweier Schichten ändert das Ergebnis nicht. Wenn die beiden Ebenen das gleiche Bild enthalten, entspricht der Multiply-Mischmodus einer quadratischen Kurve oder einer Gammakorrektur mit γ=2. Für die Bildbearbeitung ist es manchmal bequemer, einfach in den Kurvendialog der Software zu gehen, da dies mehr Flexibilität bei der Form der Kurven bietet. Oder man kann den Levels-Dialog verwenden: Die mittlere Zahl ist normalerweise 1/γ, also kann man einfach 0.5 eingeben.

Wenn eine Ebene eine homogene Farbe enthält, z. B. die Farbe Grau (0,8, 0,8, 0,8), entspricht der Mischmodus Multiplizieren einer Kurve, die einfach eine gerade Linie ist. Dies entspricht auch der Verwendung dieses Grauwerts als Deckkraft beim Mischen im "Normalmodus" mit einer schwarzen unteren Ebene.

Bildschirm

Im Mischmodus Bildschirm werden die Werte der Pixel in den beiden Ebenen invertiert, multipliziert und dann wieder invertiert. Das Ergebnis ist das Gegenteil von Multiplizieren: Wo immer eine der Ebenen dunkler als weiß war, ist das Komposit heller.

wobei a der Wert der Basisschicht und b der Wert der obersten Schicht ist.

Dieser Modus ist symmetrisch : Der Austausch von zwei Ebenen ändert das Ergebnis nicht. Wenn eine Ebene ein homogenes Grau enthält, entspricht der Bildschirm-Mischmodus der Verwendung dieses Grauwerts als Deckkraft beim Mischen im "Normalmodus" mit der weißen obersten Ebene.

  • Beispiel obere Schicht

  • Beispiel untere Schicht

  • Mischmodus multiplizieren , der auf die beiden Beispielebenen angewendet wird

  • Auf die beiden Beispielebenen angewendeter Bildschirmmischmodus

Überlagerung

Overlay kombiniert die Mischmodi Multiplizieren und Bildschirm. Wo die Basisschicht hell ist, wird die obere Schicht heller; wo die Basisschicht dunkel ist, wird die Oberseite dunkler; wo die Basisschicht mittelgrau ist, bleibt die Oberseite unberührt. Ein Overlay mit dem gleichen Bild sieht aus wie eine S-Kurve.

wobei a der Wert der Basisschicht und b der Wert der obersten Schicht ist.

Abhängig vom Wert a der Basisschicht erhält man eine lineare Interpolation zwischen Schwarz ( a = 0), der obersten Schicht ( a = 0,5) und Weiß ( a = 1).

Hartes Licht

Hard Light ist auch eine Kombination aus Multiply und Screen. Hartes Licht beeinflusst die Beziehung der Mischebene zur Grundebene auf die gleiche Weise wie Overlay die Beziehung der Grundebene zur Mischebene beeinflusst. Die umgekehrte Beziehung zwischen Overlay und Hard Light macht sie zu "kommutierten Mischmodi".

Sanftes Licht

Vergleich der Mischmodi für weiches Licht

Soft Light ist am engsten mit Overlay verwandt und ähnelt Hard Light nur dem Namen nach. Die Anwendung von reinem Schwarz oder Weiß führt nicht zu reinem Schwarz oder Weiß.

Es gibt verschiedene Methoden, um eine weiche Lichtmischung aufzutragen. Alle Aromen führen zum gleichen Ergebnis, wenn die oberste Schicht rein schwarz ist; Gleiches gilt, wenn die oberste Schicht reines neutrales Grau ist. Die Photoshop- und illusions.hu-Varianten liefern auch das gleiche Ergebnis, wenn die oberste Ebene reinweiß ist (die Unterschiede zwischen diesen beiden liegen darin, wie zwischen diesen 3 Ergebnissen interpoliert wird).

Diese drei Ergebnisse stimmen mit der Gammakorrektur der unteren Schicht mit γ=2 (für Top-Schwarz), unveränderter Bottom-Layer (bzw. =1; für Top-Neutralgrau) und γ=0.5 (für Top-Weiß ).

Die von Photoshop ab 2012 verwendete Formel weist eine Diskontinuität des lokalen Kontrasts auf, und andere Formeln korrigieren sie. Die Formel von Photoshop lautet:

wobei a der Wert der Basisschicht und b der Wert der obersten Schicht ist. Abhängig von b erhält man eine lineare Interpolation zwischen drei Gammakorrekturen: =2 (für b =0), γ=1 (für b =0.5) und γ=0.5 (für b = 1).

Die Formel von Pegtop ist glatter und korrigiert die Diskontinuität bei b = 0,5:

Dies ist eine lineare Interpolation zwischen den Mischmodi Multiply (für a =0) und Screen (für a = 1). Sie kann auch als lineare Interpolation zwischen der Gammakorrektur mit γ=2 (für b =0) und einer bestimmten Tonwertkurve (für b = 1) angesehen werden. (Die letztere Kurve entspricht der Anwendung von γ=2 auf das Negativ des Bildes.)

Eine dritte von illusions.hu definierte Formel korrigiert die Diskontinuität auf andere Weise, indem sie eine Gammakorrektur mit γ in Abhängigkeit von b vornimmt :

Für b = 0 erhält man immer noch γ = 2, für b = 0.5 erhält man γ = 1, für b =1 erhält man γ = 0.5, aber es ist keine lineare Interpolation zwischen diesen 3 Bildern.

Die in den neuesten W3C- Entwürfen für SVG und Canvas angegebene Formel entspricht mathematisch der Photoshop-Formel mit einer kleinen Abweichung, wobei b≥0,5 und a≤0,25:

wo:

Dies ist auch die Formel, die von Cairo und in früherer PDF- Dokumentation verwendet wird.

Es ist immer noch eine lineare Interpolation zwischen 3 Bildern für b =0, 0.5, 1. Aber jetzt ist das Bild für b =1 nicht γ=0.5, sondern das Ergebnis einer Tonwertkurve, die sich von der Kurve von γ=0.5 für kleine . unterscheidet Werte von a : Während die Gammakorrektur mit γ=0.5 den Wert um ein Vielfaches erhöhen kann , begrenzt diese neue Kurve den Anstieg von a um den Koeffizienten 4.

ausweichen und Brennen

Dodge and Burn verändert die Leichtigkeit der Bilder, inspiriert vom Ausweichen und Brennen in einer Dunkelkammer. Beim Ausweichen wird ein Bild aufgehellt, beim Brennen wird es dunkler. Das Ausweichen des Bildes ist dasselbe wie das Brennen seines Negativs (und umgekehrt).

  • Ausweichmodi :
    • Der Mischmodus "Bildschirm" invertiert beide Ebenen, multipliziert sie und invertiert dann das Ergebnis.
    • Der Mischmodus Color Dodge teilt die untere Ebene durch die umgekehrte obere Ebene. Dadurch wird die untere Ebene je nach Wert der oberen Ebene aufgehellt: Je heller die obere Ebene ist, desto stärker beeinflusst ihre Farbe die untere Ebene. Das Mischen einer beliebigen Farbe mit Weiß ergibt Weiß. Das Mischen mit Schwarz ändert das Bild nicht. Der Vorgang ist aufgrund des möglichen Abschneidens von Glanzlichtern nicht umkehrbar . (Das Clipping erfolgt im gleichen Bereich wie beim Linear Dodge .) Wenn die oberste Ebene eine homogene Farbe enthält, entspricht dieser Effekt der Änderung des Weißpunkts in die invertierte Farbe. Der wahrgenommene Kontrast nimmt zu, wenn kein Clipping auftritt.
    • Der Mischmodus Linear Dodge summiert einfach die Werte in den beiden Ebenen (auch bekannt als additive Mischung ). Mischen mit Weiß ergibt Weiß. Das Mischen mit Schwarz ändert das Bild nicht. Wenn die oberste Ebene eine homogene Farbe enthält, entspricht dieser Effekt der Änderung des ausgegebenen Schwarzpunkts in diese Farbe und des (Eingabe-) Weißpunkts in die invertierte Farbe. Der Kontrast wird verringert, wenn kein Clipping auftritt.
    • Teilen : Wie "Color Dodge", aber das Mischen mit Weiß ändert das Bild nicht.

  • Auf die Beispielbilder angewendeter Bildschirmmischmodus

  • Auf die Beispielbilder angewendeter Mischmodus „ Color Dodge“

  • Auf die Beispielbilder angewendeter Mischmodus Linear Dodge ( Additiv )

  • Brennmodi :
    • Der Multiply- Modus multipliziert einfach jede Komponente in den beiden Layern.
    • Der Color Burn- Modus teilt die invertierte untere Ebene durch die obere Ebene und invertiert dann das Ergebnis. Dadurch wird die obere Schicht abgedunkelt und der Kontrast erhöht, um die Farbe der unteren Schicht zu reflektieren. Je dunkler die untere Schicht, desto mehr Farbe wird verwendet. Beim Mischen mit Weiß ergibt sich kein Unterschied. Wenn die oberste Ebene eine homogene Farbe enthält, entspricht dieser Effekt der Änderung des Schwarzpunkts in die invertierte Farbe. Der Vorgang ist aufgrund des möglichen Abschneidens von Schatten nicht umkehrbar. Das Clipping erfolgt im gleichen Bereich wie beim Linear Burn .
    • Der Linear Burn- Modus summiert den Wert in den beiden Ebenen und subtrahiert 1. Dies entspricht dem Invertieren jeder Ebene, dem Addieren der beiden (wie in Linear Dodge) und dem anschließenden Invertieren des Ergebnisses. Beim Mischen mit Weiß bleibt das Bild unverändert.
  • Lebendiges Licht : Dieser Mischmodus kombiniert Color Dodge und Color Burn (reskaliert, sodass neutrale Farben zu Mittelgrau werden). Abweichen wird angewendet, wenn die Werte in der obersten Ebene heller als mittelgrau sind, und Brennen wird auf dunklere Werte angewendet. Das mittlere Grau ist die neutrale Farbe. Wenn die Farbe der oberen Ebene heller ist, verschiebt dies den Weißpunkt der unteren Ebene effektiv um den doppelten Unterschied nach unten; wenn es dunkler ist, wird der schwarze Punkt um die doppelte Differenz nach oben verschoben. (Dies erhöht den wahrgenommenen Kontrast.)
  • Linear Light : Dieser Mischmodus kombiniert Linear Dodge und Linear Burn (reskaliert, sodass neutrale Farben mittelgrau werden). Abwedeln wird angewendet, wenn der Wert auf der obersten Ebene heller als mittelgrau ist, und Brennen wird angewendet, wenn der Wert der obersten Ebene dunkler ist. Die Berechnung vereinfacht sich auf die Summe der unteren Schicht und der doppelten oberen Schicht, subtrahiere 1. Dieser Modus verringert den Kontrast.
  • Subtrahieren: Dieser Mischmodus summiert den Wert in den beiden Ebenen und subtrahiert 1. Im Gegensatz zu Linear Burn beeinflusst das Mischen mit Weiß das Bild.

Einfache arithmetische Mischmodi

Teilen

Diese Mischung teilt einfach die Pixelwerte einer Ebene mit der anderen, ist jedoch zum Aufhellen von Fotos nützlich, wenn die Farbe grau oder weniger ist. Es ist auch nützlich, um einen Farbstich von einem Foto zu entfernen. Wenn Sie eine Ebene mit der Farbe des Farbtons erstellen, den Sie entfernen möchten – z allein gleich 1,0 (weiß).

Zusatz

Dieser Mischmodus fügt einfach Pixelwerte einer Ebene mit der anderen hinzu. Bei Werten über 1 (bei RGB) wird Weiß angezeigt. " Linear Dodge " erzeugt das gleiche visuelle Ergebnis. Da dies immer die gleichen oder hellere Farben als die Eingabe erzeugt, wird es auch als „plus heller“ bezeichnet. Eine Variante subtrahiert 1 von allen Endwerten, wobei Werte unter 0 schwarz werden; dieser Modus ist als „plus dunkler“ bekannt.

Subtrahieren

Dieser Mischmodus subtrahiert einfach die Pixelwerte einer Ebene mit der anderen. Bei negativen Werten wird schwarz angezeigt.

Unterschied

Differenz subtrahiert die untere Ebene von der oberen Ebene oder umgekehrt, um immer einen nicht negativen Wert zu erhalten. Das Mischen mit Schwarz bewirkt keine Änderung, da die Werte für alle Farben 0 sind. (Der RGB- Wert für Schwarz ist (0,0,0).) Das Mischen mit Weiß invertiert das Bild.

Eines der wichtigsten Dienstprogramme dafür ist während des Bearbeitungsprozesses, wenn es verwendet werden kann, um die Ausrichtung von Bildern mit ähnlichem Inhalt zu überprüfen. Ausschluss ist ein sehr ähnlicher Mischmodus mit geringerem Kontrast.

Nur verdunkeln

Nur verdunkeln erstellt ein Pixel, das die kleinsten Komponenten der Vordergrund- und Hintergrundpixel beibehält. Wenn das Vordergrundpixel die Komponenten hat und der Hintergrund hat , ist das resultierende Pixel:

Nur aufhellen

Nur aufhellen hat die gegenteilige Wirkung von Nur verdunkeln . Es wählt das Maximum jeder Komponente aus den Vordergrund- und Hintergrundpixeln aus. Der mathematische Ausdruck für Lighten Only lautet:

Boolesche arithmetische Mischmodi

Selten bieten Anwendungen wie Aviary's Peacock boolesche arithmetische Mischmodi. Diese kombinieren die binäre Expansion der hexadezimalen Farbe an jedem Pixel von zwei Schichten unter Verwendung von booleschen Logikgattern . Das Alpha der oberen Ebene steuert die Interpolation zwischen dem Bild der unteren Ebene und dem kombinierten Bild.

Farbton, Sättigung und Leuchtkraft

Die Mischmodi Farbton , Sättigung , Farbe und Leuchtkraft von Photoshop basieren auf einem Farbraum mit Farbton-, Chroma- und Luma-Dimensionen. Hinweis: Dieser Raum unterscheidet sich sowohl von HSL als auch von HSV, und nur die Farbtondimension wird zwischen den dreien geteilt. Details finden Sie im Artikel.

Im Gegensatz zu allen zuvor beschriebenen Mischmodi, die auf jeden Bildkanal unabhängig arbeiten, werden in jedem dieser Modi einige Dimensionen aus der unteren Ebene genommen, während der Rest aus der oberen Ebene genommen wird. Farben, die außerhalb des Farbumfangs liegen, werden durch Mapping entlang von Linien mit konstantem Farbton und Luminanz nach innen gebracht . Dies macht die Operationen nicht umkehrbar – nachdem eine obere Ebene in einem dieser Mischmodi angewendet wurde, ist es in einigen Fällen unmöglich, das Aussehen der ursprünglichen (unteren) Ebene wiederherzustellen, selbst wenn eine Kopie der unteren Ebene in derselben angewendet wird Mischmodus über beiden.

  • Der Farbton- Mischmodus behält die Luminanz und Chroma der unteren Ebene bei, während der Farbton der oberen Ebene übernommen wird.
  • Der Mischmodus Sättigung behält die Helligkeit und den Farbton der unteren Ebene bei, während die Farbintensität der oberen Ebene übernommen wird.
  • Der Farbmischmodus behält die Luminanz der unteren Ebene bei, während der Farbton und die Chroma der oberen Ebene übernommen werden.
  • Der Mischmodus Helligkeit behält den Farbton und die Chroma der unteren Ebene bei, während die Helligkeit der oberen Ebene übernommen wird.

Da diese Mischmodi auf einem Farbraum basieren, der den wahrnehmungsrelevanten Dimensionen viel näher ist als RGB, können sie verwendet werden, um die Farbe eines Bildes zu korrigieren, ohne die wahrgenommene Helligkeit zu ändern , und den Helligkeitskontrast zu manipulieren, ohne den Farbton oder die Chroma zu ändern. Der Helligkeitsmodus wird häufig zum Schärfen von Bildern verwendet , da das menschliche Sehvermögen viel empfindlicher auf feinstufige Helligkeitskontraste reagiert als auf Farbkontraste. (Siehe Kontrast (Vision) )

Nur wenige Editoren außer Photoshop implementieren denselben Farbraum für ihre Analoga dieser Mischmodi. Stattdessen basieren ihre Mischmodi normalerweise auf HSV (auch bekannt als HSB) oder HSL. Auf HSV basierende Mischmodi werden normalerweise mit Farbton , Sättigung und Helligkeit bezeichnet . Die Verwendung von HSL oder HSV hat den Vorteil, dass die meisten Operationen invertierbar werden (zumindest theoretisch), aber den Nachteil, dass die Abmessungen von HSL und HSV nicht so wahrnehmungsrelevant sind wie die Abmessungen des Raums, den Photoshop verwendet.

Zusammenhang mit Maskierung

Das Ergebnis der Anwendung mehrerer dieser Modi hängt linear von der Pixelebene der obersten Ebene ab. In solchen Fällen, wenn die oberste Ebene rein schwarz ist, erhält man eine gewisse Transformation der unteren Ebene (die nur ein rein schwarzes oder rein weißes Bild sein kann). Wenn die oberste Schicht rein weiß ist, erhält man eine weitere solche Transformation. Die Zwischengrauwerte werden oben mit dem Deckkraft-Schieberegler bei der zweiten Transformation beschrieben.

In solchen Fällen entspricht das Anwenden des Mischmodus dem normalen Mischen :

  • Wenden Sie zwei Transformationen auf die unteren Ebenen an;
  • Verwenden Sie das Ergebnis der ersten Transformation als neue untere Ebene;
  • Setzen Sie das Ergebnis der zweiten Transformation als neue oberste Ebene;
  • Verwenden Sie die erste oberste Ebene als Maske auf der neuen obersten Ebene.

(Dies setzt voraus, dass die Maske farbig sein kann, wobei ihre R,G,B-Kanäle die Kanäle des Bildes unabhängig maskieren. Viele Bildbearbeitungsprogramme erlauben solche Masken nicht; für sie gilt diese Äquivalenz nur für Graustufen-Oberschichten.)

Unterschiede zwischen Layer- und Tool-Blending

Einige Anwendungen ermöglichen es dem Benutzer, Mischmodi auf Malwerkzeuge anzuwenden, wie zum Beispiel das Pinselwerkzeug in Photoshop oder alle Malwerkzeuge in Gimp. Wenn Mischmodi mit diesen Werkzeugen verwendet werden, wird das Ergebnis basierend auf bereits auf der Zielebene vorhandenen Pixeln berechnet. Wenn derzeit keine Pixel vorhanden sind, werden die 'gemalten' Pixel wie im normalen Mischmodus erstellt. Nachfolgende Striche, die sich überlappen, werden dann basierend auf dem Mischmodus des Werkzeugs berechnet und das Ergebnis wird direkt auf die Ebene angewendet. Ein wesentlicher Unterschied zwischen Werkzeugüberblendung und Ebenenüberblendung besteht darin, dass die Ergebnisse von Werkzeugüberblendungen im Allgemeinen nicht angepasst werden können, nachdem der Strich ausgeführt wurde, mit Ausnahme des Zurücktretens mit dem Rückgängig-Befehl der Anwendung. Ebenenmischungen können mit Deckkraft angepasst oder sogar umgeschaltet werden, da sie dynamisch zwischen Ebenen angewendet werden. Anders ausgedrückt: Malwerkzeuge ändern die Pixel auf einer Ebene; Mischmodi, die auf zwei Ebenen angewendet werden, ändern keine Pixel, sondern wirken sich nur auf das resultierende visuelle Bild aus.

Diese Unterscheidung ist nützlich, um verschiedene Effekte auf einer einzigen Ebene zu erzielen, z einzelne Schicht.

Siehe auch

Verweise

Bücher