RGB

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RGB é o acrônimo (ou, mais precisamente, a sigla) para Red, Green, Blue, que, em uma tradução mais fiel ao espírito do RGB, quer dizer Vermelho, Verde, Azul Escuro. Isso porque a palavra Azul em português pode se referir ao que o jargão de RGB classifica como Blue, Cyan ou qualquer tom intermediário.

Tá, para não colocar o cavalo antes do burros (não que eu esteja fazendo qualquer alusão à inteligência do leitor), é preciso explicar com algum detalhe a lógica por trás do padrão RGB, o porque da sua ubiquidade, e as suas (poucas) falhas.

A versão curta do RGB é a seguinte: RGB representa todas as cores possíveis de serem representadas em todos os monitores de computador, televisores, visores de celular ou projetores digitais através de apenas três números: um número R, um número G e um número B. Estes números podem ser relativos (digamos, de zero a um, ou de 0 a 65535, etc), ou representar um valor absoluto em unidades de iluminação.

O que importa é que pelo padrão RGB toda cor tem uma única tripla RGB, e a toda tripla de números representa uma cor.

A cor rosa é representada no padrão RGB como (1, 1/2, 1/2)

Adotando-se a escala de zero a um, temos, por exemplo:

  • o preto é (0, 0, 0)
  • o branco é (1, 1, 1)
  • o vermelho é (1, 0, 0), o verde (0, 1, 0) e o azul escuro (0, 0, 1) - quem sabe um pouquinho de matemática imediatamente reconhece que R,G,B formam uma base ortogonal do ; estas são chamadas de cores primárias.
  • o amarelo é (1, 1, 0), o azul claro (ciano) é (0, 1, 1) e o violeta é (1, 0, 1), estas são chamadas de cores secundárias
  • tons de cinza são (c, c, c), em que c é um número entre 0 e 1
  • tons intermediários são obtidos por interpolação; por exemplo, rosa (que fica entre o branco e o vermelho) é (1, 1/2, 1/2), laranja (que fica entre o vermelho e o amarelo) é (1, 1/2, 0), etc

A versão longa é um passeio pela física, fisiologia, informática e arte.

A origem da cor

Existem, essencialmente, três formas de se produzir cor na Natureza

Por emissão

Um gás aquecido emite luz em um espectro que depende da sua composição química e da sua temperatura

A emissão ocorre quando um objeto emite energia na forma de ondas luminosas. Esta energia tem uma cor (ou, mais exatamente, um espectro de cores) que dá uma informação preciosa sobre a natureza do objeto. Por exemplo, o gás hélio foi descoberto a partir da análise da luz que vêm do Sol: havia partes da luz solar que não podiam ser explicadas pelos materiais então descobertos na Terra, e foi postulado que havia um novo tipo de material, existente apenas no Sol, que produzia aquela cor.

A composição das estrelas distantes é estudada através da análise do seu espectro, e esta análise é tão precisa, que desvios no espectro são usados para calcular a velocidade de afastamento ou aproximação de estrelas e galáxias, e com isso medir o tamanho e a idade do Cosmo.

Por absorção

Materiais semi-transparentes alteram o espectro da luz, alterando a cor do objeto observado

Nenhum material é totalmente transparente, mas cada material absorve cores de formas diferentes. Assim, a luz que passa através de dois objetos diferentes sairá com cores diferentes; novamente, este espectro de absorção, que depende da composição do material, é uma excelente ferramenta de análise química, e é usado para estudar desde a composição de nuvens interestelares até amostras de material forense.

Por reflexão difusa

A maioria dos objetos coloridos são produzidos pela reflexão difusa

Os materiais que são espelhados que recebem alguma luz a devolvem exatamente igual; mas isso é um modelo ideal. Materiais reais absorvem boa parte da luz incidente, e o que sobra não é refletido como um espelho, mas espalhado em todas as direções. Esta é a reflexão difusa, e a maioria dos objetos que vemos no dia-a-dia tem suas cores oriundas deste método.

A reflexão difusa é o fenômeno que ocorre em escalas microscópicas, em que os raios de luz incidentes são parcialmente, e repetidamente, refletidos e absorvidos.

Física da cor

Pelas equações de Maxwell, a luz é uma onda

A luz é, ao mesmo, uma onda e uma partícula; tá, isso não quer dizer porra nenhuma, então vamos explicar direito sem embromation.

No século XIX, um cara fodão, James Clerk Maxwell, estudando as leis das forças elétricas e magnéticas, chegou às seguintes equações (em forma diferencial; não precisa entender, basta apreciar a elegância):

No caso do espaço vazio, sem cargas elétricas () nem correntes elétricas ( J = 0), estas equações tem uma solução muito simples, que pode ser decomposta na soma (ou integral, que é uma forma de somar um porrilhão de coisas de tamanho pentelhesimal) de elementos do tipo (com uma escolha conveniente da origem e dos eixos):

cuja interpretação é um campo elétrico (E) no eixo x, um campo magnético (B) no eixo y, se deslocando em linha reta no eixo z, com velocidade .

Na época, havia como medir o valor deste c, e foi observado que ele era muito próximo do valor então determinado para a velocidade da luz - e supôs-se (com razão) que a luz era um campo eletromagnético.

Neste momento, a luz foi considerada uma onda, que poderia ser arbitrariamente fracionada (o valor de , na expressão, pode ser tão pequeno quanto se queira); o que dá a diferença entre uma cor e outra é o número , que representa a frequência angular da luz.

Mas este modelo apresentou um problema sério: a possibilidade de se fracionar a luz indefinidamente foi severamente bombardeada, até que um novo modelo, nas origem da Mecânica Quântica, foi proposto. Por este modelo, não há mais liberdade de escolha no valor de ; além disso, qualquer onda eletromagnética no espaço vazio deve ter uma energia total positiva e finita, e esta energia está relacionada com a frequência angular - a famosa relação de Planck, que introduziu a constante de Planck:

O resumo desta historinha é que a cor pode ser decomposta em elementos (chamados fotons), e que o elemento básico de qualquer cor se caracteriza por um único número, a frequência, e que para cada frequência existe uma energia que o foton pode ter. É por isso que Raios-X são perigosos, e Raios Gama são perigosos pra caralho: como a sua frequência é muito alta, os seus fotons tem energia pra caralho, e fazem muita merda quando atravessam matéria sensível (como os seus órgãos genitais, por exemplo). É por isso também que ondas de rádio ou televisão são totalmente inofensivas: como a sua frequência é muito baixa, os seus fotons não tem energia quase nenhuma, e não fazem nenhum mal ao atravessarem seu corpo.

O espectro eletromagnético

sRGB rendering of the spectrum of visible light
Cor Frequência Comprimento de onda
violeta 668 - 789 THz 380 - 450 nm
azul escuro 631 - 668 THz 450 - 475 nm
azul claro 606 - 630 THz 476 - 495 nm
verde 526 - 606 THz 495 - 570 nm
amarelo 508 - 526 THz 570 - 590 nm
laranja 484 - 508 THz 590 - 620 nm
vermelho 400 - 484 THz 620 - 750 nm

Como visto acima, para cada cor existe uma frequência que a caracteriza; o que não foi dito é que existe uma relação simples entre frequência e comprimento de onda; se fosse possível congelar uma onda eletromagnética no espaço e no tempo, o comprimento de onda seria a distância entre dois picos de onda consecutivos. A relação entre frequência e comprimento de onda é:

em que é o comprimento de onda, c é a velocidade da luz e é a frequência.

A maioria das ondas do espectro eletromagnético não são visíveis, e o espectro visível está compreendido entre as frequências de cerca de 800 TeraHertz e 400 TeraHertz

Espectro de emissão

Já vimos anteriormente como cada corpo possui uma cor. A luz que vem de cada corpo pode ser analisada pelo seu espectro de emissão, que é pegar toda a energia que vem sob a forma de luz e que está contida no espectro visível, e partilhar pelo espectro visível.

Assim, podemos hipoteticamente dizer que determinado objeto tem uma cor cuja energia emitida está 90% na faixa do vermelho e 10% na faixa do laranja. Ou podemos usar qualquer outra divisão, já que, acima, as barreiras entre as cores são arbitrárias, dizendo, por exemplo, que 80% da energia está na faixa de 500 a 600 TeraHertz, 10% na faixa de 600 a 700 THz e 10% na faixa de 400 a 500 THz.

Fisiologia do olho humano

O olho humano é uma estrutura tão complexa que, até hoje, serve como argumento criacionista contra a evolução

Mas de que adiantaria um objeto ter uma cor linda, se o olho humano não pudesse vê-la?

No olho humano, existem dois tipos de células, que funcionam como sensores para reconhecer a luz: os cones e os bastonetes.

Os bastonetes são sensores que medem a luz total, ou seja, dão uma medida da energia da luz (não exatamente). Para um bastonete, um objeto que brilhe no vermelho vai parecer igual a um objeto que brilhe no verde, se a energia for (aproxidamente) a mesma.

Os cones são de três tipos, e cada um deles é sensível para uma faixa do espectro eletromagnético. Um tipo de cone pega a faixa do vermelho, outro pega a faixa do verde, e outro pega a faixa do azul escuro - e agora começa a fazer sentido o padrão RGB.

Porque o olho humano não tem como diferenciar entre um objeto que emita energia concentrada na cor amarela verdadeira, ou seja, na faixa 508 - 526 THz, de outro objeto que emita a mesma quantidade de energia mas distribuída igualmente entre a faixa do vermelho (400 - 484 THz) e a faixa do verde (526 - 606 THz) - a resposta dos cones e bastonetes aos dois objetos será a mesma!

Assim, o que os fabricantes de tinta fazem há milênios, e o que os fabricantes de televisores analógicos coloridos copiaram, há 50 anos, foi pregar uma grande mentira nos nossos olhos. Ao exibirem uma bela cor amarela, ou uma bela cor azul clara, eles estão mentindo com os nossos sentidos, e exibindo, na verdade, mistura das cores básicas: o amarelo é a mistura do verde e do vermelho, e o azul claro é a mistura do azul escuro e do verde.

Deficiências do padrão RGB

A visão das cores em boas condições de iluminação...

O padrão RGB é muito eficiente para enganar os nossos cones, mas esqueceram de um detalhe: temos também os bastonetes.

Os bastonetes são sensíveis apenas à energia, sem ligar muito para a cor. E os bastonetes são mais sensíveis que os cones, assim, em ambientes escuros, nós enxergamos praticamente apenas com os bastonetes.

... fica prejudicada com baixa iluminação

O que torna a visão real diferente da visão apresentada pelos televisores, monitores, etc; pois uma cor de um objeto real, verdadeiro, será sempre mais rica de informação que a sua simplificação em RGB - e há cores do mundo real que não tem equivalente no RGB; por exemplo, por mais sexys que sejam as fotos, a pele humana nunca parece no monitor da mesma forma que aparece ao vivo.