Что такое режимы наложения

В оригинальной (английской) версии они называются Blending Modes. И, строго говоря, переводятся на русский как «режимы смешивания». Режим задает алгоритм, по которому смешиваются цвета исходного и накладываемого изображений для получения результирующего. Но русский термин «смешивание» прочно закрепился за методикой смешивания каналов и инструментом Channel Mixer.

Поэтому мы сделаем контекстный перевод термина «Blending Mode» как «режим наложения», подразумевая, что накладываемое изображение производит некоторую коррекцию лежащего под ним. Нижележащее изображение будем называть «исходным», а накладываемое — «корректирующим».

Режимы наложения используются инструментами ручного редактирования: кисть (Brush), карандаш (Pencil), штамп (Stamp), историческая кисть (History Brush), градиент (Gradient), размытие (Blur), резкость (Sharpen), палец (Smudge) и их разновидностями; командами: Fade..., Apply Image..., Calculations... Но самым серьезным инструментом они становятся при использовании со слоями.

Надо заметить, что результат рисования в отдельном слое (вставка в него картинки) с последующим изменением режима наложения не всегда совпадает с непосредственным рисованием на исходном изображении (вставке в него картинки при помощи команды Apply Image... или команд Paste и Fade Paste) с использованием инструмента в соответствующем режиме. Отличия возникают в областях, где кисть имеет прозрачность. Однако они невелики, а работа со слоями имеет много плюсов.

Возможность оперативно изменить воздействие, ослабить или полностью отключить его, изменить режим наложения, отключить его в отдельных каналах, замаскировать в некоторой области — все это придает связке «слои — режимы наложения» непревзойденную гибкость и мощь.


Для чего они нужны

Некоторые режимы наложения были созданы, чтобы имитировать реальные фотопроцессы. Например, широко распространено мнение, что режим Multiply соответствует просмотру двух слайдов, наложенных друг на друга — это верно с некоторыми оговорками. А не менее распространенное описание режима Screen как результата проекции двух слайдов на один экран — это заблуждение.

Область, которую оба проектора засвечивают чистым белым, будет иметь большую яркость, чем яркость белого от любого из проекторов по отдельности. То есть, цвет «более белый», чем «максимально возможный белый». На самом деле наложение в режиме Screen аналогично экспонированию фотографии с двух сложенных вместе негативов, опять же, с большим количеством оговорок.

Другие режимы наложения не имеют реальных фотографических аналогов, но, используя особенности построения цветовых моделей и формальных логических операций, прилично расширяют наши возможности по обработке изображений.

Для чего нужны режимы наложения? Если сказать коротко — для того, чтобы сэкономить наше время. С их помощью можно производить коррекции, нереализуемые при помощи стандартных корректирующих инструментов Photoshop. Причем, делать это быстро, без нудного ручного рисования масок. Или делать локальную коррекцию быстрее и проще, чем другими инструментами.


Какие бывают режимы наложения

Представленные в фотошопе 25 режимов разделены на шесть групп по воздействиям, которые накладываемое изображение оказывает на исходное. Названия групп условны, но достаточно хорошо отражают суть этих воздействий.



Обычные (Normal, Dissolve).
Результирующий цвет получается усреднением исходного и корректирующего.

Затемняющие (Darken, Multiply, Color Burn, Linear Burn, Darker Color).
Корректирующее изображение затемняет (как минимум, не осветляет) исходное.
Список построен по увеличению визуальной степени воздействия.

Осветляющие (Lighten, Screen, Color Dodge, Linear Dodge, Lighter Color).
Корректирующее изображение осветляет (как минимум, не затемняет) исходное.
Список построен по увеличению визуальной степени воздействия.

Контрастные (Overlay, Soft Light, Hard Light, Vivid Light, Linear Light, Pin Light, Hard Mix).
Корректирующее изображение затемняет или осветляет исходное в зависимости от собственной яркости.
В основном список построен по увеличению визуальной степени воздействия.

Сравнительные (Difference, Exclusion).
Результат зависит от разницы между исходным и корректирующим изображением.

Покомпонентные цветовые (Hue, Saturation, Color, Luminosity).
Результат получается за счет сочетания цветового тона, цветовой насыщенности и яркости, взятых по отдельности с исходного или корректирующего изображения.

Можно применить и другую классификацию. Все режимы делятся на две группы: поканальные (отмечены серым) и композитные (отмечены красным). Для композитных режимов результат в отдельном канале зависит от содержимого всех каналов исходного и корректирующего изображения.

В случае поканальных режимов взаимодействия между каналами не происходит. То есть, результат в красном канале зависит только от содержимого красных каналов исходного и корректирующего изображения. То же самое повторяется для зеленого и синего каналов.

Это открывает замечательную возможность провести анализ работы поканальных режимов наложения на примере черно-белой картинки, что гораздо проще и нагляднее, чем в случае с цветным изображением.


Почему приходится заниматься самостоятельным анализом

Да потому, что нормального подробного описания алгоритмов работы режимов наложения нигде нет. Вообще нигде. Книги и Интернет пестрят невразумительными фразами: «…этот режим работает так же как предыдущий, только еще сильнее…», или: «…в этом режиме происходит затемнение основы изображения».

А зачем тогда было создавать предыдущий? И что является «основой» изображения? Это сопровождается такими же невразумительными и малоиллюстративными примерами наложения друг на друга разных картинок и насыщенных цветных плашек.

Те небольшие исследования, которые мы вместе проведем в ближайшие месяцы, я когда-то сделал просто для себя, отчаявшись найти аналогичную информацию. Но это и к лучшему. Самостоятельный анализ позволяет не только получить достоверную информацию, но лучше запомнить ее. Сделать важные для практического применения выводы. Перейти от простого копирования чужих приемов к осмысленному применению инструмента в каждом конкретном случае.

Отдельно хочу сказать пару слов про широко распространенное выражение «интуитивно понятно». Это выражение очень напоминает лепет буфетчика театра Варьете: «Осетрину прислали второй свежести». А ответ Воланда — «Голубчик, вторая свежесть — это вздор! Свежесть бывает одна — первая, она же и последняя. А если осетрина второй свежести, то это означает, что она тухлая!» — можно распространить и на термин «понимание».

При рассмотрении любого вопроса у человека может быть всего два состояния: «понятно» (иногда про это говорят «абсолютно понятно» или «кристально ясно», желая отделить от замаскированного непонимания) и «непонятно» (тогда в качестве маскировки употребляют слова «интуитивно понятно», «в целом понятно» и т.п.). Будьте честными перед собой, не прячьтесь за словоблудием!

Существует более высокая степень понимания: «быстро понятно на уровне подсознания». Так опытный цветокорректор может быстро и достаточно точно представить себе, какой цвет стоит за набором RGB, CMYK или Lab чисел на палитре Info, не прибегая к долгим рассуждениям вокруг них. Происходит это не потому, что он «интуитивно понимает» модели цветовоспроизведения.

Совсем наоборот: точное знание этих моделей, умение провести анализ на их основе, помноженные на многолетний опыт работы, переводят все вычисления на уровень подсознательного. Для получения результата уже не надо ползать по цветовому кругу, мозг все делает сам. Но в основе этого обязательно лежит «кристально ясное» понимание всех происходящих процессов.


Методика анализа

Начнем с поканальных режимов. В этом случае происходит параллельное взаимодействие трех (в красном, зеленом и синем каналах) пар (исходное и корректирующее) изображений в градациях серого. Для понимания алгоритма работы достаточно рассмотреть одну пару.




В роли подопытных выступят два монохромных дискретных цветовых клина. Исходное (нижележащее) изображение — набор из девяти вертикальных плашек переменной яркости. Слева направо яркость изменяется от черного (0) до белого (255) с шагом 32 тоновых уровня. Для каждой плашки сверху указана ее яркость, а снизу — буква латинского алфавита.

Корректирующее (накладываемое) изображение. Такой же клин, только яркость возрастает снизу-вверх. Для каждой плашки справа указана ее яркость. Эта информация будет оставаться неизменной. Слева будет указываться параметр, наиболее информативный для каждого режима: отнормированная яркость, отклонение яркости от белого или средне серого и т.п.




Наложив эти картинки друг на друга, мы получим клетчатую доску, уникальную для каждого режима наложения. Она и послужит основой для анализа. Чтобы вам было проще ориентироваться на ней, я ввел координатную сетку аналогичную шахматной. На иллюстрации поле J(64) отмечено зеленым, диагональ A(0)-K(255) — красным, область A(160)-D(255) — синим.




Записав яркость каждого поля доски, мы получим матрицу 9х9.




В некоторых случаях более информативными являются не значения яркости после наложения, а ее изменение по сравнению с исходной картинкой. Отрицательные значения соответствуют уменьшению яркости, положительные — увеличению. Для большей наглядности яркость полей на ней тем выше, чем большим было изменение яркости (без учета знака).

Людям, привычным к математике, этого будет вполне достаточно для анализа. Но крутить в голове восемьдесят одно трехзначное число не очень удобно, а матричное представление для многих малонаглядно. Поэтому перейдем от чисел к графикам. Строчка доски отображает результат наложения на картинку однотонной плашки. В интерфейсе кривых (Curves) поставим точки для каждого из девяти полей этой строчки и проведем через них кривую. Коррекция при помощи такой кривой будет оказывать на исходное изображение такое же воздействие, как и наложение однотонной плашки в анализируемом режиме.




Построив кривые для каждой строчки доски и посмотрев в динамике, как меняется воздействие при изменении яркости накладываемой плашки, можно понять, как работает режим наложения. Для каждого режима я приведу вам доски с абсолютными и относительными значениями яркости и вычисленные мной математические формулы для 8-битного режима и отнормированных яркостей. Но основным для нашего анализа будет именно семейство кривых.

UPD.
Желающие самостоятельно поэкспериментировать с наложением таких клиньев могут сами построить их или скачать мой psd (79 кб)


На какие вопросы мы должны получить ответ

1. Существует ли для данного режима наложения нейтральный цвет и, если да, то какой?

Нейтральным называют цвет, наложение которого не изменяет исходное изображение. Если такой цвет существует, можно наложить на изображение залитый им слой и изменять воздействие, рисуя на нем другими цветами. Этот вопрос важнее, чем может показаться на первый взгляд, поскольку не всегда имеется возможность уменьшать воздействие за счет непрозрачности (см. вопрос 4).

2. Как изменяется степень воздействия по полному тоновому диапазону?

Другими словами, в каком тоновом диапазоне происходит максимальное изменение яркости, в каком — минимальное и как это воздействие изменяется. От понимания этого зависит, подберете ли вы наиболее подходящий режим для коррекций, направленных на изменение яркости.

Примером типичной ошибки, проистекающей из непонимания этого вопроса, является распространенная рекомендация режима Multiply при наложения двух каналов для создания маски объекта, когда в каждом канале объект выглядит светлым, а фон достаточно темным. Подробнее мы поговорим об этом при обсуждении Multiply.

3. Как изменяется контраст в различных тоновых диапазонах?

Локальный контраст, или контраст отдельных областей изображения (объектов сцены), очень важен для нас. Именно благодаря ему передается светотеневой рисунок, то есть ощущение объема объектов. От понимания того, в каких тоновых диапазонах режим наложения повышает, понижает или оставляет без изменений контраст исходного изображения, зависит эффективность его применения в коррекциях, направленных на изменение локального контраста.

Некоторые режимы наложения полностью убивают контраст (детали исчезают, изображение вырождается в однотонную плашку) в отдельных тоновых диапазонах. Этим эффектом можно воспользоваться при ретуши или создании масок, но от него же надо уметь защититься при обычных коррекциях.

4. Соответствует ли уменьшение непрозрачности ослаблению воздействия?

Под ослаблением воздействия подразумевается наложение со стопроцентной непрозрачностью другого цвета, меньше влияющего на исходное изображение. Уменьшение непрозрачности накладываемого слоя часто применяется пользователями для ослабления вносимых коррекций, однако далеко не для всех режимов наложения результат будет аналогичен ослаблению воздействия.

Наглядным примером такой коррекции (правда, немного из другой области) является гауссово размытие. Если поверх исходной картинки лежит слой, к которому применен Gaussian Blur с радиусом 50, уменьшение его непрозрачности до 50% не даст результат аналогичный размытию исходника с радиусом 25.

Понимая, как соотносятся ослабление воздействия и уменьшение непрозрачности, можно не только оптимизировать приемы работы с режимами наложения, но и защититься от некоторых негативных побочных эффектов их применения.

5. Каким реальным фотопроцессам соответствует режим наложения?

Photoshop — это компьютерная версия темной комнаты, правда, с существенно расширенными возможностями. Неудивительно, что многие его инструменты имитируют реальные приемы, которыми фотографы пользуются в жизни. Можно подобрать аналогии к некоторым режимам наложения. Иногда не только фотографические, но и общебытовые.

Во-первых, многим это поможет быстрее понять логику работы режима. Во-вторых, откроется возможность быстро адаптировать приемы работы в темной комнате к компьютерной обработке. Только надо помнить, что аналогии эти имеют массу оговорок.

Общей оговоркой для всех режимов наложения является гамма рабочего пространства. В реальном фотопроцессе все расчеты производятся с энергетической яркостью (гамма 1), в фотошопе мы работаем с перцептуальной яркостью (гамма 2,2). Если вы хотите не просто корректировать «на глаз», а постараться получить результат, максимально близкий к реальному аналогу, наложения должны совершаться с гамма 1.

Максимально близкий отнюдь не означает полностью идентичный. Каждая пленка имеет свою характеристическую кривую достаточно сложной формы. Поэтому мы будем находить аналогии с некоторой «идеализированной» пленкой, имеющей полностью линейную характеристику.

Если аналогии касаются изменения экспозиции, возникает ограничение и на саму сцену. Все ее элементы должны быть зафиксированы в изображении, то есть укладываться в динамический диапазон пленки.

6. Что происходит при наложении картинки самой на себя?

Это самый простой вопрос. Чтобы взглянуть на ситуацию в комплексе, я не буду отвечать на него каждый раз, а приведу ответ для всех поканальных режимов в конце этой статьи.

7. Как меняется результат, если поменять местами исходное и корректирующее изображение?

Ответ на этот вопрос может пригодиться для оптимизации послойной структуры файла.

8. Для чего может использоваться данный режим, каковы приемы и особенности его практического применения?

Это самый любимый читателями вопрос, поскольку за ним скрывается практика. Я постараюсь не просто перечислить эти приемы и особенности, но и показать все «в картинках». Возможно, у кого-нибудь возникнет желание пропустить предыдущую часть и сразу читать эти «комиксы».

Не советую так поступать. Если разберетесь в теории и посмотрите приемы применения как иллюстрацию к ней — получите в руки мощный инструмент, который сможете осмыслено применить для решения любой стоящей перед вами задачи. Если просто просмотрите примеры применения — будете знать (пока не забудете), как обработать точно такие же изображения, как у меня.


Режим наложения Normal

Да, как бы странно это ни звучало, именно с него мы начнем разбираться с поканальными режимами наложения. В некоторых описаниях я встречал утверждение, что в режиме Normal изображения между собой не взаимодействуют. Действительно, о каком взаимодействии можно говорить, когда верхняя картинка полностью закрывает нижнюю? О взаимодействии, которое возникает при уменьшении непрозрачности накладываемого слоя.



Посмотрите на семейство кривых, оказывающих на изображение такое же воздействие, как наложение однотонной плашки яркости 64 с различной непрозрачностью. При непрозрачности 0% изображение не меняется, при непрозрачности 100% — вырождается в однотонную плашку. Этому случаю соответствует горизонтальная прямая на уровне 64.

Как фотошоп рассчитывает яркость при частичной непрозрачности? Предположим, некоторый пиксель картинки имел до коррекции яркость 192 (A). Его же яркость после коррекции с непрозрачностью 100% — 64 (B). Вычисляя яркость при уменьшении непрозрачности по пути из точки A к точке B, программа проходит на столько процентов, сколько мы выставим в поле Opacity. Так же рассчитывается финальная яркость остальных пикселей. То есть, при уменьшении непрозрачности кривая равномерно подтягивается к своему начальному положению.




Формула имеет один и тот же вид для 8-битного режима и отнормированной яркости, где: s — яркость исходного изображения; с — яркость корректирующего изображения; r — яркость финального изображения; k — значение параметра Opacity в процентах.

При изменении порядка наложения слоев результат сохраняется, если непрозрачность верхнего слоя изменить на 100-k.

В реальной жизни режиму Normal соответствует просмотр двух сцен через полупрозрачное зеркало. Сцена видимая на просвет — исходное изображение; сцена видимая в отражении — корректирующее изображение; коэффициент отражения зеркала — Opacity.

В фотопроцессе режиму Normal соответствует экспозиция двух сцен на один кадр при условии, что суммарная экспозиция приведена к нормальной. Первая сцена — исходное изображение; вторая сцена — корректирующее изображение; доля экспозиции второй сцены от общей — Opacity.

Дополнительной оговоркой к аналогиям с реальностью и фотопроцессом является отсутствие в обеих сценах светлых областей, выходящих по яркости за динамический диапазон глаза или камеры.

В практической работе уменьшение непрозрачности чаще всего используется для ослабления внесенных коррекций.


Что стоит за самоналожением картинки

Обещанный ответ на шестой вопрос. Вернитесь к клетчатой доске и посмотрите на диагональ A(0)-K(255). У ее полей есть одно общее свойство: яркости исходного и корректирующего изображения равны. Это случай наложения картинки самой на себя в соответствующем режиме.



Построив кривые по полям «большой диагонали», можно легко понять, какие элементарные коррекции скрываются за самоналожением картинки в каждом из режимов. Кстати, для режимов Overlay и Hard Light кривые совпадают. Форма всех этих кривых не зависит от изображения, не учитывает его особенностей, а значит, не является оптимальной для каждого конкретного изображения.

Это не значит, что такой прием нельзя использовать. Но, применяя его, вы должны понимать, на что идете. И если уж решили им воспользоваться, не надо дублировать на новый слой все изображение. Просто создайте любой корректирующий слой (Curves, Layers и т.п.) с нулевыми настройками (не меняющий изображение).

Теперь в вашем распоряжении точная копия исходного изображения на отдельном слое, можно задать ему нужный режим наложения. Таким образом, вы не только избежите ненужного утяжеления файла, но и получите возможность ретушировать исходное изображение без переделки верхнего слоя.

В следующий раз мы рассмотрим первую пару — Darken и Lighten.


Желающие посетить очные занятия по цветокоррекции и обработке изображений могут познакомиться с программами и списком ближайших мероприятий в заглавном посте моего ЖЖ. Там же вы найдете ссылки на другие мои статьи.

Без предварительного согласования с автором разрешается перепечатка и размещение этого материала на любых ресурсах с бесплатным доступом при условии полного сохранения текста (в том числе и этого раздела), ссылок и иллюстраций, указания авторства и ссылки на первую публикацию.

Для коммерческого использования или перепечатки с внесением изменений необходимо согласование с автором. Связаться со мной можно по электронной почте zhur74@livejournal.com

© Андрей Журавлев (aka zhur74), ноябрь 2010 г.
Первая публикация http://zhur74.livejournal.com/6298.html