专利名称：孟塞尔色彩调和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种计算机技术领域的系统，具体是一种孟塞尔色彩调和系统。
背景技术：
人类在接收色彩信息、处理色彩信息时，其色彩生理感和心理感都呈现出很强的规律性。只有遵循人们的视觉感知规律、色彩认知规律才能更好地利用色彩，才能在产品色彩设计过程中创造出更加绚丽多彩并且符合人机工效的色彩方案。然而，遵循视觉规律的色彩设计能力一直掌握在极少数形象思维能力强的艺术家和美学家手中，普通设计师很难在短期内掌握色彩的各种视觉特性。随着计算机辅助技术在工业设计、建筑设计、电脑美术等设计领域中的广泛应用，人们希望能在计算机上构建可视化的色彩形象来辅助设计师选择色彩、调和色彩、搭配色彩方案，从而弥补普通设计师在色彩形象思维方面的不足。以往的调色系统技术研究已经取得较大进展，实现了RGB、HSB、HSV、Lab等数字化色彩模型，例如UG、Sol id Works、3DS Max、PhotoShop、CorelDraw等计算机辅助设计系统大都采用上述色彩模型开发了调色功能模块。专业的计算机辅助色彩设计软件，例如ColorSchemer Studio、Color Wheel Expert、以及Color Catch也都为用户提供了丰富的色彩选择工具，有些软件开始尝试采用了孟塞尔色彩模型，但均未实现真正符合视觉规律的可视化色彩调和，其人机交互性和智能水平仍然薄弱，还不能在更高的智能化层次上满足设计师的需求。
经对现有技术的文献检索发现，Mastaka等人在《2002IEEE InternationalConference on Fuzzy Systems》(IEEE模糊系统国际会议，2002年美国夏威夷，第378-383页)上发表“Color Design Support System Considering ColorHarmony”(基于色彩调和的色彩设计系统)一文，该文提出一种基于孟塞尔数据库的色彩调和设计系统，具体提出了I型、V型、L型、Y型、X型、N型、i型等八种色相调和类型，以及三角对比、明度对比、色度对比等十种对比类型，然后将八种色相调和类型与十种对比类型交叉组合，共得到二十七种色彩调和结果，该系统通过模糊规则评价色彩调和效果，给出模糊语义描述的评价结果。系统评价模块通过系统设定的模糊规则进行评价，用户最终能看到模糊语义的描述和色彩对应的孟塞尔色彩数值。该系统不足之处是没有显示孟塞尔色彩的功能，用户只能根据系统设定的二十几种调和类型选择有限的色彩组合，用户能够得到孟塞尔色彩数值，但看不到可视化的色彩效果。另外，该系统没有孟塞尔色彩与RGB色彩之间的转换模块，不能与现有CAD系统集成。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种孟塞尔色彩调和系统，能够根据色彩设计参数自动生成色彩调和方案，为广大设计师提供一个便捷、灵活、可操作性强的智能化色彩调和工具系统，系统自动产生的色彩调和方案有助于启发设计师设计出美丽的产品和艺术作品，从而提高设计效率和设计质量。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括色彩调和控制与显示模块、色彩调和方案生成模块、色彩空间转换模块，其中 色彩调和控制与显示模块负责接收用户输入的色彩设计参数，并将色彩设计参数传输给色彩调和方案生成模块； 所述色彩设计参数，包括直线类调和参数、螺旋调和参数、圆周调和参数、空间椭圆调和参数。
色彩调和方案生成模块根据获取的色彩设计参数自动生成调和色彩方案，调和色彩方案以孟塞尔色彩模型表达的数据传给色彩空间转换模块； 色彩空间转换模块负责接收色彩调和方案生成模块传来的孟塞尔色彩方案信息，将孟塞尔色彩转换成RGB色彩并传递给色彩调和控制与显示模块，色彩调和控制与显示模块接收RGB色彩数据并显示给用户。
所述的色彩调和方案生成模块，包括空间直线类调和子模块、螺旋调和子模块、圆周调和子模块、空间椭圆调和子模块，色彩调和方案生成模块根据色彩设计参数选择相应类型的调和子模块，每一类调和子模块都采用各自类型的色彩调和方程实现信息传递和转换，根据色彩设计参数自动生成色彩调和方案，并将色彩调和方案信息传递给色彩空间转换模块。
所述空间直线类调和子模块，根据直线类调和参数利用空间直线调和参数方程自动产生直线类的孟塞尔色彩调和方案，实现的色彩调和类型包括垂直调和、径向调和、对称斜向调和以及非对称斜向调和； 所述空间直线调和参数方程，具体为 其中，(x0，y0，z0)为当前所选择色彩的坐标值，(xi，yi，zi)为调和后色彩的坐标值，S0＝{x0，y0，z0}为当前选择点与坐标原点形成的空间直线的方向向量，S＝{X，Y，Z}为用户设定的空间直线的方向向量，其中X，Y，Z为直线的一组方向数，i＝±1，±2，…，±n，n为在直线分段距离为d的条件下以(x0，y0，z0)为起点分别向直线两个端点产生的调和色的数量，当调和方向与直线方向向量一致时i取正号，反之取负号。
所述螺旋调和子模块，根据螺旋调和参数利用螺旋调和参数方程自动产生螺旋类孟塞尔色彩调和方案，实现的色彩调和类型是螺旋调和； 所述螺旋调和参数方程，具体为 其中，为螺旋线的半径，(x0，y0，z0)为当前所选择色彩的坐标值，(xi，yi，zi)为调和后色彩的坐标值，为调和直线与x轴正方向的夹角，i＝±1，±2，…，±n，n为在角度间隔为β和z轴方向距离间隔为d的条件下，以(x0，y0，z0)为起点向两端方向分别产生的调和色的数量，顺时针方向取负号，逆时针方向取正号。
所述圆周调和子模块，根据圆周调和参数利用圆周调和参数方程自动生成圆周类孟塞尔色彩调和方案，实现的色彩调和类型是圆周调和。
所述圆周调和参数方程，具体为 其中，为圆周的半径，(x0，y0，z0)为当前所选择色彩的坐标值，(xi，yi，zi)为调和后色彩的坐标值，为调和直线与x轴正方向的夹角，i＝±1，±2，…，±n，n为在圆周弧长分段距离为d的条件下，以(x0，y0，z0)为起点分别向两个方向到点(rcos(θ+180)，rsin(θ+180)，z0)各自产生的调和色的数量。
所述空间椭圆调和子模块，根据空间椭圆参数利用空间椭圆调和参数方程自动生成椭圆类孟塞尔色彩调和方案，实现的色彩调和类型是椭圆色彩调和。
所述空间椭圆调和参数方程，具体为 其中，表示椭圆短轴，(x0，y0，z0)为当前所选择色彩的坐标值，(xi，yi，zi)为调和后色彩的坐标值，a表示椭圆长轴，θi表示空间椭圆上第i点与长轴a正向的夹角，α表示椭圆绕x轴的旋转角，β表示椭圆绕y轴的旋转角，γ表示椭圆绕z轴的旋转角。i＝1，2，…，n，n是调和间距取d的条件下，椭圆上调和色彩的数量。
所述的色彩空间转换模块，包括色彩数据库子模块、色彩空间转换子模块，色彩空间转换子模块根据色彩调和方案生成模块传来的色彩方案信息检索色彩数据库子模块中最相近的色彩数据，色彩空间转换子模块根据检索到的色彩数据实现孟塞尔与RGB色彩的正、逆向转换； 色彩数据库子模块中存储色彩数据，包括采用Access(微软公司生产的数据库软件)技术构建的孟塞尔色彩数据库与RGB色彩数据库； 色彩空间转换子模块负责转换孟塞尔与RGB色彩的转换，采用二次插值法实现孟塞尔色彩与RGB色彩之间的转换，或者采用神经网络建立的复杂矩阵实现孟塞尔色彩与RGB色彩之间的转换，实现孟塞尔与RGB的正、逆向转换。
所述的色彩调和控制与显示模块，是用户与该系统进行交互的界面，用户根据需求控制界面上的参数，界面程序接收用户的输入信号，并将输入信号传输给色彩调和方案生成模块和色彩空间转换模块；色彩调和控制与显示模块负责接收色彩调和方案生成模块和色彩空间转换模块输出的孟塞尔色彩信息和RGB色彩信息，实时显示根据用户输入的设计参数得到的色彩调色方案。
与现有技术相比，本发明的有益效果能够为设计师提供计算机可视化的孟塞尔色彩模型，可替代传统《孟塞尔色卡》，便于设计师选择或调配需要的颜色，是传统色卡工具工作效率的数十倍。同时提供了色彩调和工具，能够根据用户设计参数自动生成符合美感的色彩调和方案，避免设计师根据调和原则手工获取色彩调和方案，有效的辅助了设计师的色彩设计工作，过去需要十几分钟完成的色彩调和工作现在只需要十几秒就可以完成，极大地提高了工作效率。
图1为本发明系统结构框图。
具体实施例方式 下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括色彩调和控制与显示模块、色彩调和方案生成模块、色彩空间转换模块，其中 色彩调和控制与显示模块负责接收用户输入的色彩设计参数，并将色彩设计参数传输给色彩调和方案生成模块； 所述色彩设计参数，包括直线类调和参数、螺旋调和参数、圆周调和参数、空间椭圆调和参数。
色彩调和方案生成模块根据获取的色彩设计参数自动生成调和色彩方案，调和色彩方案以孟塞尔色彩模型表达的数据传给色彩空间转换模块； 色彩空间转换模块负责接收色彩调和方案生成模块传来的孟塞尔色彩方案信息，将孟塞尔色彩转换成RGB色彩并传递给色彩调和控制与显示模块，色彩调和控制与显示模块接收RGB色彩数据并显示给用户。
色彩空间转换模块和色彩调和方案生成模块均通过数据传递总线与色彩调和控制与显示模块相连。
色彩调和控制与显示模块由计算机操作界面实现，色彩空间转换模块和色彩调和方案生成模块均由计算机运算模块实现。
所述色彩调和方案生成模块，包括空间直线类调和子模块、螺旋调和子模块、圆周调和子模块以及空间椭圆调和子模块四个子模块，实现了垂直调和、径向调和、对称斜向调和、非对称斜向调和、圆周调和、椭圆调和、螺旋调和等7种重要的色彩调和类型。
所述空间直线类调和子模块，可实现的色彩调和类型具体包括垂直调和、径向调和、对称斜向调和以及非对称斜向调和，根据直线类调和参数采用空间直线调和参数方程自动产生直线类的孟塞尔色彩调和方案。
所述空间直线调和参数方程，具体为 其中，(x0，y0，z0)为当前所选择色彩的坐标值，S0＝{x0，y0，z0}为当前选择点与坐标原点形成的空间直线的方向向量，S＝{X，Y，Z}为用户设定的空间直线的方向向量，其中X，Y，Z为直线的一组方向数，i＝±1，±2，…，±n，n为在直线分段距离为d的条件下以(x0，y0，z0)为起点分别向直线两个端点产生的调和色的数量，当调和方向与直线方向向量一致时i取正号，反之取负号。
当Z等于0，X，Y至少有一个不为0，且满足x0Y＝y0X时，该方程为径向调和类型的控制方程； 当X，Y均为0，Z不为0时，该方程为垂直调和类型的控制方程。
当X，Y，Z均不为0，满足时，该方程为对称斜向调和类型的控制方程。
当X，Y，Z均不为0，不满足时，该方程为非对称斜向调和类型的控制方程。
以上各种类型确定的情况下，均通过(x0，y0，z0)控制色彩参考点，通过参数n和S＝{X，Y，Z}控制色彩方案数量和色彩调和方向，空间直线类调和子模块根据输入参数n和S＝{X，Y，Z}以及空间直线调和参数方程自动生成色彩调和方案。
所述螺旋调和子模块，实现螺旋型色彩调和，根据螺旋调和参数采用螺旋调和参数方程自动产生螺旋类孟塞尔色彩调和方案。
所述螺旋调和参数方程，具体为 其中，为螺旋线的半径，(x0，y0，z0)为当前所选择色彩的坐标值，为调和直线与x轴正方向的夹角，i＝±1，±2，…，±n，n为在角度间隔为β和z轴方向距离间隔为d的条件下，以(x0，y0，z0)为起点向两端方向分别产生的调和色的数量，顺时针方向取负号，逆时针方向取正号。
通过参数(x0，y0，z0)、β和d控制色彩参考点和色彩方案数量，螺旋调和子模块根据输入的色彩设计参数以及螺旋调和参数方程自动生成色彩调和方案。
所述圆周调和子模块，实现了圆周色彩调和，根据圆周调和参数采用圆周调和参数方程自动生成圆周类孟塞尔色彩调和方案。
所述圆周调和参数方程，具体为 其中，为圆周的半径，(x0，y0，z0)为当前所选择色彩的坐标值，为调和直线与x轴正方向的夹角，i＝±1，±2，…，±n，n为在圆周弧长分段距离为d的条件下，以(x0，y0，z0)为起点分别向两个方向到点(rcos(θ+180)，rsin(θ+180)，z0)各自产生的调和色的数量。
通过调节参数(x0，y0，z0)和d控制色彩参考点和色彩方案数量，圆周调和子模块根据输入的色彩设计参数自动生成色彩调和方案。
所述空间椭圆调和子模块实现了椭圆调和，根据空间椭圆参数采用空间椭圆调和参数方程自动生成椭圆类孟塞尔色彩调和方案。
所述空间椭圆调和参数方程，具体为 其中，表示椭圆短轴，(x0，y0，z0)为当前所选择色彩的坐标值，a表示椭圆长轴，θi表示空间椭圆上第i点与长轴a正向的夹角，α表示椭圆绕x轴的旋转角，β表示椭圆绕y轴的旋转角，γ表示椭圆绕z轴的旋转角。i＝1，2，…，n，n是调和间距取d的条件下，椭圆上调和色彩的数量。
通过调节参数(x0，y0，z0)、d、α、β以及γ控制椭圆线在孟塞尔色彩空间的位置和大小，以及色彩调和方案数量，空间椭圆调和子模块根据输入的色彩设计参数以及上述方程自动生成色彩调和方案。
所述色彩空间转换模块，包括色彩数据库子模块和色彩空间转换子模块， 色彩数据库子模块负责存储色彩数据，包括采用Access(微软公司生产的数据库软件)技术构建的孟塞尔色彩数据库与RGB色彩数据库，数据库包含自选的、来自《孟塞尔颜色手册》色彩数据共计4375个； 色彩空间转换子模块负责转换孟塞尔与RGB色彩信号，若采用二次插值算法，首先检索当前色彩信号在数据库中相邻两个色彩数据及其对应映射色彩数据的位置，根据插值公式可实现精度不高的转换；若采用人工神经网络技术，需首先根据孟塞尔色彩和RGB色彩数据结构设计神经网络结构，利用构建的数据库，采用常用的后向传递算法训练神经网络，获取复杂映射转换矩阵。利用复杂映射转换矩阵可实现孟塞尔色彩与RGB色彩之间的互逆转换。
所述色彩调和控制与显示模块，是本实施例的用户操作界面，通过该界面可实现用户与系统之间的交互操作，接收来自用户的色彩设计参数传递给其他两个模块，接收来自另外色彩调和方案生成模块和色彩空间转换模块的中间信息和结果信息，并显示给用户。
色彩调和控制与显示模块使用复合下拉框技术实现不同调和类型的选择，用户在复合下拉框中选择色彩调和方案生成模块中的不同的色彩调和子模块，程序界面将出现对应的操作控件以及可视化的孟塞尔色彩模型，通过捕捉鼠标信息获取用户选择色彩设计参数，并将设计参数直接传输给色彩调和方案生成模块。同时，负责接收色彩空间转换模块发出的色彩调和方案的RGB信息，显示可视化的色彩调和方案以及相关数值信息。
本实施例能够为设计师提供计算机可视化的孟塞尔色彩模型，便于设计师选择或调配需要的颜色，是传统色卡工具工作效率的数十倍。同时能够根据用户设计参数自动生成符合美感的色彩调和方案，替代设计师根据调和法则手工获取色彩调和方案的方法，有效的辅助了设计师的色彩设计工作，过去需要十几分钟完成的色彩调和工作现在只需要十几秒就可以完成，极大地提高了工作效率。
权利要求
1、一种孟塞尔色彩调和系统，其特征在于，包括色彩调和控制与显示模块、色彩调和方案生成模块、色彩空间转换模块，其中
色彩调和控制与显示模块负责接收用户输入包括直线类调和参数、螺旋调和参数、圆周调和参数、空间椭圆调和参数的色彩设计参数，并将色彩设计参数传输给色彩调和方案生成模块；
色彩调和方案生成模块根据获取的色彩设计参数自动生成调和色彩方案，调和色彩方案以孟塞尔色彩模型表达的数据传给色彩空间转换模块；
色彩空间转换模块负责接收色彩调和方案生成模块传来的孟塞尔色彩方案信息，将孟塞尔色彩转换成RGB色彩并传递给色彩调和控制与显示模块，色彩调和控制与显示模块接收RGB色彩数据并显示给用户。
2、根据权利要求1所述的孟塞尔色彩调和系统，其特征是，所述的色彩调和方案生成模块，包括空间直线类调和子模块、螺旋调和子模块、圆周调和子模块、空间椭圆调和子模块，色彩调和方案生成模块根据色彩设计参数选择相应类型的调和子模块，每一类调和子模块都采用各自类型的色彩调和方程实现信息传递和转换，根据色彩设计参数自动生成色彩调和方案，并将色彩调和方案信息传递给色彩空间转换模块。
3、根据权利要求2所述的孟塞尔色彩调和系统，其特征是，所述空间直线类调和子模块，根据直线类调和参数利用空间直线调和参数方程自动产生直线类的孟塞尔色彩调和方案，实现的色彩调和类型包括垂直调和、径向调和、对称斜向调和以及非对称斜向调和；
″所述空间直线调和参数方程，具体为
其中，(x0，y0，z0)为当前所选择色彩的坐标值，(xi，yi，zi)为调和后色彩的坐标值，S0＝{x0，y0，z0}为当前选择点与坐标原点形成的空间直线的方向向量，S＝{X，Y，Z}为用户设定的空间直线的方向向量，其中X，Y，Z为直线的一组方向数，i＝±1，±2，…，±n，n为在直线分段距离为d的条件下以(x0，y0，z0)为起点分别向直线两个端点产生的调和色的数量，当调和方向与直线方向向量一致时i取正号，反之取负号。
4、根据权利要求2所述的孟塞尔色彩调和系统，其特征是，所述螺旋调和子模块，根据螺旋调和参数利用螺旋调和参数方程自动产生螺旋类孟塞尔色彩调和方案，实现的色彩调和类型是螺旋调和；
所述螺旋调和参数方程，具体为
其中，为螺旋线的半径，(x0，y0，z0)为当前所选择色彩的坐标值，(xi，yi，zi)为调和后色彩的坐标值，为调和直线与x轴正方向的夹角，i＝±1，±2，…，±n，n为在角度间隔为β和z轴方向距离间隔为d的条件下，以(x0，y0，z0)为起点向两端方向分别产生的调和色的数量，顺时针方向取负号，逆时针方向取正号。
5、根据权利要求2所述的孟塞尔色彩调和系统，其特征是，所述圆周调和子模块，根据圆周调和参数利用圆周调和参数方程自动生成圆周类孟塞尔色彩调和方案，实现的色彩调和类型是圆周调和；
所述圆周调和参数方程，具体为
其中，为圆周的半径，(x0，y0，z0)为当前所选择色彩的坐标值，(xi，yi，zi)为调和后色彩的坐标值，为调和直线与x轴正方向的夹角，i＝±1，±2，…，±n，n为在圆周弧长分段距离为d的条件下，以(x0，y0，z0)为起点分别向两个方向到点(rcos(θ+180)，rsin(θ+180)，z0)各自产生的调和色的数量。
6、根据权利要求2所述的孟塞尔色彩调和系统，其特征是，所述空间椭圆调和子模块，根据空间椭圆参数利用空间椭圆调和参数方程自动生成椭圆类孟塞尔色彩调和方案，实现的色彩调和类型是椭圆色彩调和；
所述空间椭圆调和参数方程，具体为
其中，表示椭圆短轴，(x0，y0，z0)为当前所选择色彩的坐标值，(xi，yi，zi)为调和后色彩的坐标值，a表示椭圆长轴，θi表示空间椭圆上第i点与长轴a正向的夹角，α表示椭圆绕x轴的旋转角，β表示椭圆绕y轴的旋转角，γ表示椭圆绕z轴的旋转角，i＝1，2，…，n，n是调和间距取d的条件下，椭圆上调和色彩的数量。
7、根据权利要求1所述的孟塞尔色彩调和系统，其特征是，所述的色彩空间转换模块，包括色彩数据库子模块、色彩空间转换子模块，色彩空间转换子模块根据色彩调和方案生成模块传来的色彩方案信息检索色彩数据库子模块中最相近的色彩数据，色彩空间转换子模块根据检索到的色彩数据实现孟塞尔与RGB色彩的正、逆向转换；
色彩数据库子模块中存储色彩数据，包括采用Access技术构建的孟塞尔色彩数据库与RGB色彩数据库；
色彩空间转换子模块负责转换孟塞尔与RGB色彩的转换，采用二次插值法实现孟塞尔色彩与RGB色彩之间的转换，或者采用神经网络建立的复杂矩阵实现孟塞尔色彩与RGB色彩之间的转换，实现孟塞尔与RGB的正、逆向转换。
8、根据权利要求1所述的孟塞尔色彩调和系统，其特征是，所述的色彩调和控制与显示模块，是用户与该系统进行交互的界面，用户根据需求控制界面上的参数，界面程序接收用户的输入信号，并将输入信号传输给色彩调和方案生成模块和色彩空间转换模块；色彩调和控制与显示模块负责接收色彩调和方案生成模块和色彩空间转换模块输出的孟塞尔色彩信息和RGB色彩信息，实时显示根据用户输入的设计参数得到的色彩调色方案。
全文摘要
一种计算机辅助色彩设计技术领域的孟塞尔色彩调和系统，本发明中，色彩调和控制与显示模块负责接收用户输入的色彩设计参数，并将色彩设计参数传输给色彩调和方案生成模块；色彩调和方案生成模块根据获取的色彩设计参数自动生成调和色彩方案，调和色彩方案以孟塞尔色彩模型表达的数据传给色彩空间转换模块；色彩空间转换模块负责接收色彩调和方案生成模块传来的孟塞尔色彩方案信息，将孟塞尔色彩转换成RGB色彩并传递给色彩调和控制与显示模块，色彩调和控制与显示模块接收RGB色彩数据并显示给用户。本发明能够为设计师提供计算机可视化的孟塞尔色彩模型，便于设计师选择或调配需要的颜色。
文档编号G06T1/00GK101261727SQ20081003615
公开日2008年9月10日 申请日期2008年4月17日 优先权日2008年4月17日
发明者全 张, 明新国, 磊 王, 王星汉, 孔凡斌 申请人:上海交通大学