Palette czyli gradient koloru^[1]

Wstęp

Gradient koloru może być:

ciągły / nieciągły ( dyskretny),
szary/kolorowy.

Color mapping

Gradient ciągły korzysta z mapowania koloru (ang. color mapping), które może być:

ciągle korzysta z analitycznych formuł (wzorów). Zobacz polecenia rgbformulae i functions,
nieciągle (dyskretne) korzysta z tabel do interpolacji. Zobacz polecenia palette defined i palette file.

Show

Sprawdzamy jaki mamy standardowy gradient kolorów (tradycyjny pm3d – czarny-niebieski-czerwony-żółty):

show palette

Otrzymujemy:

palette is COLOR
rgb color mapping by rgbformulae are 7,5,15
figure is POSITIVE
all color formulae ARE NOT written into output postscript file
allocating ALL remaining color positions for discrete palette terminals
Color-Model: RGB
gamma is 1.5

Test

Wykres składowych koloru otrzymamy:

test palette^[2]

Standardowy gradient w Gnuplocie

Możemy to zapisać do pliku png:

set terminal png
set output 'p.png'
test palette

gdzie :

NTSC
- gray value : calculated using NTSC coefficients to map RGB onto a grayscale^[3]
- the NTSC luminance, which corresponds to the Y channel in the YIQ model. It indicates the result if the color were displayed on a black-and-white TV screen^[4]
- ważona suma liniowych składników RGB^[5] $Y=0.2126R+0.7152G+0.0722B$

//from function test_palette_subcommand from command.c
ntsc = 0.299 * rgb.r + 0.587 * rgb.g + 0.114 * rgb.b;

Kod :

// command.c
/*
 * process the 'test palette' command
 * 1) Write a sequence of plot commands + set commands into a temp file
 * 2) Create a datablock with palette values
 * 3) Load the temp file to plot from the datablock
 *    The set commands then act to restore the initial state
 */
static void
test_palette_subcommand()
{
    enum {test_palette_colors = 256};
    struct udvt_entry *datablock;
    char *save_replot_line;
    TBOOLEAN save_is_3d_plot;
    int i;

    static const char pre1[] = "\
reset;\
uns border; se tics scale 0;\
se cbtic 0,0.1,1 mirr format '' scale 1;\
se xr[0:1];se yr[0:1];se zr[0:1];se cbr[0:1];\
set colorbox hor user orig 0.05,0.02 size 0.925,0.12;";

    static const char pre2[] = "\
se lmarg scre 0.05;se rmarg scre 0.975; se bmarg scre 0.22; se tmarg scre 0.86;\
se grid; se xtics 0,0.1;se ytics 0,0.1;\
se key top right at scre 0.975,0.975 horizontal \
title 'R,G,B profiles of the current color palette';";

    static const char pre3[] = "\
p NaN lc palette notit,\
$PALETTE u 1:2 t 'red' w l lt 1 lc rgb 'red',\
'' u 1:3 t 'green' w l lt 1 lc rgb 'green',\
'' u 1:4 t 'blue' w l lt 1 lc rgb 'blue',\
'' u 1:5 t 'NTSC' w l lt 1 lc rgb 'black'\
\n";

    FILE *f = tmpfile();

#if defined(_MSC_VER) || defined(__MINGW32__)
    /* On Vista/Windows 7 tmpfile() fails. */
    if (!f) {
	char buf[PATH_MAX];
	/* We really want the "ANSI" version */
	GetTempPathA(sizeof(buf), buf);
	strcat(buf, "gnuplot-pal.tmp");
	f = fopen(buf, "w+");
    }
#endif

    while (!END_OF_COMMAND)
	c_token++;
    if (!f)
	int_error(NO_CARET, "cannot write temporary file");

    /* Store R/G/B/Int curves in a datablock */
    datablock = add_udv_by_name("$PALETTE");
    if (datablock->udv_value.type != NOTDEFINED)
	gpfree_datablock(&datablock->udv_value);
    datablock->udv_value.type = DATABLOCK;
    datablock->udv_value.v.data_array = NULL;

    /* Part of the purpose for writing these values into a datablock */
    /* is so that the user can read them back if desired.  But data  */
    /* will be read back using the current numeric locale, so for    */
    /* consistency we must also use the locale when creating it.     */
    set_numeric_locale();
    for (i = 0; i < test_palette_colors; i++) {
	char dataline[64];
	rgb_color rgb;
	double ntsc;
	double z = (double)i / (test_palette_colors - 1);
	double gray = (sm_palette.positive == SMPAL_NEGATIVE) ? 1. - z : z;
	rgb1_from_gray(gray, &rgb);
	ntsc = 0.299 * rgb.r + 0.587 * rgb.g + 0.114 * rgb.b;
	sprintf(dataline, "%0.4f %0.4f %0.4f %0.4f %0.4f %c",
		z, rgb.r, rgb.g, rgb.b, ntsc, '\0');
	append_to_datablock(&datablock->udv_value, strdup(dataline));
    }
    reset_numeric_locale();

    /* commands to setup the test palette plot */
    enable_reset_palette = 0;
    save_replot_line = gp_strdup(replot_line);
    save_is_3d_plot = is_3d_plot;
    fputs(pre1, f);
    fputs(pre2, f);
    fputs(pre3, f);

    /* save current gnuplot 'set' status because of the tricky sets
     * for our temporary testing plot.
     */
    save_set(f);

    /* execute all commands from the temporary file */
    rewind(f);
    load_file(f, NULL, 1); /* note: it does fclose(f) */

    /* enable reset_palette() and restore replot line */
    enable_reset_palette = 1;
    free(replot_line);
    replot_line = save_replot_line;
    is_3d_plot = save_is_3d_plot;
}

Set

Polecenie

 set palette

przywraca standardowe ustawienia:

// color.c
void
init_color()
{
  /* initialize global palette */
  sm_palette.colorFormulae = 37;  /* const */
  sm_palette.formulaR = 7;
  sm_palette.formulaG = 5;
  sm_palette.formulaB = 15;
  sm_palette.positive = SMPAL_POSITIVE;
  sm_palette.use_maxcolors = 0;
  sm_palette.colors = 0;
  sm_palette.color = NULL;
  sm_palette.ps_allcF = FALSE;
  sm_palette.gradient_num = 0;
  sm_palette.gradient = NULL;
  sm_palette.cmodel = C_MODEL_RGB;
  sm_palette.Afunc.at = sm_palette.Bfunc.at = sm_palette.Cfunc.at = NULL;
  sm_palette.colorMode = SMPAL_COLOR_MODE_RGB;
  sm_palette.gamma = 1.5;
}

Color/gray

Składnia :

  set palette {gray | color }

Ustawia ciągły gradient koloru lub skali szarości. Gradient dyskretny (= nie ciągły) ustawia polecenie set palette maxcolors.

Ustawienie szarej palety kolorów:

 set palette gray

przy standardowych ustawieniach odpowiada to:

 set palette gray positive gamma 1.5 # nieliniowa

Jeśli chcemy otrzymać liniową paletę to ustawiamy gamma na 1.0:

 set palette gray gamma 1.0 # liniowa paleta

Powrót do kolorowej palety:

 set palette color

Zobacz też color modes:

//color.h
/*
 *    color modes
 */
typedef enum {
    SMPAL_COLOR_MODE_NONE = '0',
    SMPAL_COLOR_MODE_GRAY = 'g',      /* grayscale only */
    SMPAL_COLOR_MODE_RGB = 'r',       /* one of several fixed transforms */
    SMPAL_COLOR_MODE_FUNCTIONS = 'f', /* user defined transforms */
    SMPAL_COLOR_MODE_GRADIENT = 'd',  /* interpolated table:
				       * explicitly defined or read from file */
    SMPAL_COLOR_MODE_CUBEHELIX = 'c'
} palette_color_mode;

File

Składnia:

  set palette file '<filename>' {datafile-modifiers}

gdzie:

filename jest to nazwa pliku palety zawierającego kolumny z danymi. Nie jest to plik z rozszerzeniem pal zawierający polecenia gnuplota,
data-modifiers jest to opcjonalny składnik służacy do wybierania elementów z palety( tabeli). Przykład: 'using ($1/255):($2/255):($3/255)'.

Polecenie `set palette file` odpowiada poleceniu set palette defined, a dane są wczytywane z pliku filename.

Sprawdzamy zawartość pomocy:

 help set palette file

Przypadki użycia:

plik tekstowy (gpf nie pal, który wczytujemy za pomocą polecenia load),
plik binarny,
dane wczytywane z linii poleceń.

Plik tekstowy

Składnia:

 set palette file 'palette.txt' using ($1/255):($2/255):($3/255) # Read in a palette of RGB triples each in range [0,255]

W pliku mogą być:

4 kolumny: gray, R, G, B,
trzy kolumny: R, G, B.

# http://soliton.vm.bytemark.co.uk/pub/cpt-city/arendal/arctic.gpf
set palette file "arctic.gpf"
set terminal png
set output "arctic.png"
test palette

Zbiory plików tekstowych:

cpt-city : "Gnuplot Palette File (with gpf extension) in the RGB colour-space" ( 4 kolumny),
Color Map for Scientific Visualization by Kenneth Moreland. Pobierany tabelę (float), zapisujemy jako plik tekstowy, zamieniamy przecinki na spacje i usuwamy lub komentujemy nagłówek tekstowy,
pliki map programu Fractint (3 kolumny),

 set palette file "Skydye07.map" using ($1/255):($2/255):($3/255) # Read in a palette of RGB triples each in range [0,255]

Plik binarny

Składnia:

  set palette file "palette.bin" binary record=64 using 1:2:3 # put 64 triplets of R,G,B doubles into file palette.bin and load

Linia komend

Możemy użyć tego polecenia do wprowadzenie tabeli kolorów w linii komend:

zamiast nazwy pliku podajemy nazwę specjalną (ang. special-filename): "-"^[6],
wprowadzamy tabelę,
kończymy literą e.

# Equidistant rainbow (blue-green-yellow-red) palette 
     set palette model RGB file "-"
     0 0 1
     0 1 0
     1 1 0
     1 0 0
     e

# cpt-city/ma/gray/grayscale01a 0 … 100, continuous, RGB, 3 segments
set palette file "-"
0.00000 0.00000 0.00000 0.00000
0.35010 0.93333 0.93333 0.93333
0.75000 0.80000 0.80000 0.80000
1.00000 0.66667 0.66667 0.66667 
e

Cubehelix

Cubehelix gradient
2D RGB profile
3D RGB profile

Rodzina palet kolorów opracowana przez D.A .Green (2011)^[7], w której kolor (odcień) zmienia się wzdłuż standardowego koła kolorów, a jednocześnie intensywność rośnie monotonicznie, gdy wartość szarości zmienia się od 0 do 1.

Zalety:

drukuje równie dobrze w kolorze i czerni/bieli^[8].

W kodzie:

  
  // color.h: t_sm_palette typedef struct (Declaration of smooth palette, i.e. palette for smooth colours)
  /* control parameters for the cubehelix palette scheme */
  double cubehelix_start;	/* offset (radians) from colorwheel 0 */
  double cubehelix_cycles;	/* number of times round the colorwheel */
  double cubehelix_saturation;	/* color saturation */

The cubehelix palette can be modified by gamma. E.g.

    set palette cubehelix gamma 2.0

Gamma

Składnia:

set palette  gamma <gamma>

Ustawia współczynnik gamma na wartość <gamma>.

Standardowa wartość współczynnika gamma = 1.5.

Przykłady:^[9]

 set palette gamma 1.25

Gamma korekcja innymi metodami:^[10]

  set palette model RGB
  set palette functions gray**0.64, gray**0.67, gray**0.70

lub:

gamma = 2.2
color(gray) = gray**(1./gamma)
set palette model RGB functions color(gray), color(gray), color(gray) # A gamma-corrected black and white palette

W stosunku do palet szarych zamiast

 set palette defined ( 0 0 0 0, 1 1 1 1 )

możemy użyć:

 set palette defined ( 0 0 0 0, 0.5 .73 .73 .73, 1 1 1 1 )

Zobacz w kodzie:

// color.h
/* gamma for gray scale and cubehelix palettes only */
  double gamma;

Model

 set palette  { model { RGB | HSV | CMY | XYZ }

Modele kolorów:

RGB oznacza Red, Green, Blue
CMY oznacza Cyan, Magenta, Yellow
HSV oznacza Hue, Saturation, Value

Modeli YIQ i XYZ nie należy używać (zła lub niepełna implementacja).

Functions

Składnia:

  set palette functions <R>,<G>,<B>

może być łączone:^[11]

 set palette model HSV functions gray, 1, 1 # full color hsv = rainbow
 set palette model XYZ functions gray**0.35, gray**0.5, gray**0.8 # black to gold

gamma = 2.2
color(gray) = gray**(1./gamma)
set palette model RGB functions color(gray), color(gray), color(gray) # A gamma-corrected black and white palette

Definicje:

gray jest zmienną przyjmującą wartości od 0 do 1.

Rgbformulae

Składnia:

 set palette rgbformulae <r>,<g>,<b>

skrócona postać:

 set palette rgb r,g,b

r, g i b są to funkcje odpowiadające za obliczenie każdej ze składowej koloru (mimo że nazwy składowych są R, G oraz B to ich znaczenie jest zależne od modelu koloru, tzn. w modelu HSV R będzie oznaczało H). Mamy do dyspozycji 37 wbudowanych funkcji ponumerowanych od 0 do 36 (liczby ujemne dają odwrócony gradient). Możemy je wyświetlić:

show palette rgbformulae

Otrzymamy:

* there are 37 available rgb color mapping formulae:
0: 0               1: 0.5             2: 1
3: x               4: x^2             5: x^3
6: x^4             7: sqrt(x)         8: sqrt(sqrt(x))
9: sin(90x)       10: cos(90x)       11: |x-0.5|
12: (2x-1)^2       13: sin(180x)      14: |cos(180x)|
15: sin(360x)      16: cos(360x)      17: |sin(360x)|
18: |cos(360x)|    19: |sin(720x)|    20: |cos(720x)|
21: 3x             22: 3x-1           23: 3x-2
24: |3x-1|         25: |3x-2|         26: (3x-1)/2
27: (3x-2)/2       28: |(3x-1)/2|     29: |(3x-2)/2|
30: x/0.32-0.78125 31: 2*x-0.84       32: 4x;1;-2x+1.84;x/0.08-11.5
33: |2*x - 0.5|    34: 2*x            35: 2*x - 0.5
36: 2*x - 1
* negative numbers mean inverted=negative colour component
* thus the ranges in `set pm3d rgbformulae' are -36..36

Kod znajdziemy w: gnuplot/src/getcolor.c/GetColorValueFromFormula

/*
 *  Original fixed color transformations
 */
double
GetColorValueFromFormula(int formula, double x)
{
    /* the input gray x is supposed to be in interval [0,1] */
    if (formula < 0) {		/* negate the value for negative formula */
	x = 1 - x;
	formula = -formula;
    }
    switch (formula) {
    case 0:  return 0;
    case 1:  return 0.5;
    case 2:  return 1;
    case 3:  /* x = x */ break;
    case 4:  x = x * x; 	break;
    case 5:  x = x * x * x; break;
    case 6:  x = x * x * x * x; 	break;
    case 7:  x = sqrt(x); break;
    case 8:  x = sqrt(sqrt(x)); 	break;
    case 9:  x = sin(90 * x * DEG2RAD); 	break;
    case 10: x = cos(90 * x * DEG2RAD); 	break;
    case 11: x = fabs(x - 0.5);  break;
    case 12: x = (2 * x - 1) * (2.0 * x - 1); 	break;
    case 13: x = sin(180 * x * DEG2RAD); 	break;
    case 14: x = fabs(cos(180 * x * DEG2RAD)); 	break;
    case 15: x = sin(360 * x * DEG2RAD); break;
    case 16: x = cos(360 * x * DEG2RAD); break;
    case 17: x = fabs(sin(360 * x * DEG2RAD)); 	break;
    case 18: x = fabs(cos(360 * x * DEG2RAD)); break;
    case 19: x = fabs(sin(720 * x * DEG2RAD)); break;
    case 20: x = fabs(cos(720 * x * DEG2RAD)); break;
    case 21: x = 3 * x;  break;
    case 22: x = 3 * x - 1; break;
    case 23: x = 3 * x - 2; break;
    case 24: x = fabs(3 * x - 1); break;
    case 25: x = fabs(3 * x - 2); break;
    case 26: x = (1.5 * x - 0.5); break; 
    case 27: x = (1.5 * x - 1); break;
    case 28: x = fabs(1.5 * x - 0.5); break;
    case 29: x = fabs(1.5 * x - 1); break;
    case 30: if (x <= 0.25) return 0; if (x >= 0.57) return 1; 	x = x / 0.32 - 0.78125; break;
    case 31: if (x <= 0.42) return 0; if (x >= 0.92) return 1; x = 2 * x - 0.84; break;
    case 32: if (x <= 0.42) x *= 4; else x = (x <= 0.92) ? -2 * x + 1.84 : x / 0.08 - 11.5; break;
    case 33: x = fabs(2 * x - 0.5); break;
    case 34: x = 2 * x;  break;
    case 35: x = 2 * x - 0.5; 	break;
    case 36: x = 2 * x - 1; break;
	/*
	   IMPORTANT: if any new formula is added here, then:
	   (1) its postscript counterpart must be added to the array
	   ps_math_color_formulae[] below.
	   (2) number of colours must be incremented in color.c: variable
	   sm_palette, first item---search for "t_sm_palette sm_palette = "
	 */
    default: /* Cannot happen! */  	FPRINTF((stderr, "gnuplot:  invalid palette rgbformula"));
	x = 0;
    }
    if (x <= 0) return 0;
    if (x >= 1) return 1;
    return x;
}

Gorący gradient

Odwrócony gorący gradient

Odwrócony liniowy gradient szarości

Standardowo są wybrane funkcje nr 7 dla składowej czerwonej, 5 dla składowej zielonej i 15 dla niebieskiej. Możemy wybrać inny zestaw, na przykład proponowany w dokumentacji zestaw „gorący” (ang. hot = black-red-yellow-white):

set palette rgbformulae 21,22,23

albo odwrócony gorący gradient:

set palette rgbformulae -21,-22,-23

lub odwrócony liniowy gradient szarości

 set palette rgbformulae -3,-3,-3 # 1-x, 1-x, 1-x

Przykłady przestrzenie RGB:^[12]

       7,5,15   ... traditional pm3d (black-blue-red-yellow)
       3,11,6   ... green-red-violet
       23,28,3  ... ocean (green-blue-white); try also all other permutations
       30,31,32 ... color printable on gray (black-blue-violet-yellow-white)
       33,13,10 ... rainbow (blue-green-yellow-red)
       34,35,36 ... AFM hot (black-red-yellow-white)

Pełna paleta HSV

       3,2,2    ... red-yellow-green-cyan-blue-magenta-red

Maxcolors

Polecenie:

  set palette maxcolors <N>

z rozsądnie małą wartością N ustawia dyskretny gradient koloru. Ta opcja powoduje wybranie N dyskretnych kolorów z ciągłej palety, pobierane w równych odstępach czasu. Jeśli chcesz nierównych odstępów N dyskretne kolory, użyj:

 set palette defined

Defined

Składnia:

 set palette  defined { ( <gray1> <color1> {, <grayN> <colorN>}... ) }

gdzie:

   <color> := { <r> <g> <b> | ’<color-name>’ | ’#rrggbb’ }

Paleta jest zbudowana poprzez liniową interpolację między wartościami określonymi w definicji.

Przykłady:

 set palette defined (0 "dark-green", 1 "green", 1 "yellow", 4 "red")
 test palette

Otrzymujemy nieciągły gradient.

Za pomocą 2 kolorów otrzymujemy ciągły gradient (liniowy) pomiędzy bielą (1 1 1) a czernią (0 0 0 ).

   set palette model RGB
   set output "gray.png"
   set palette defined (0 1 1 1, 1 0 0 0) # <r> <g> <b> 
   test palette

Inna równoważna składnie polecenia set palette:

   set palette defined ( 0 "white", 1 "black") # ’<color-name>’
   set palette defined ( 0 "#ffffff", 1 "#000000") # ’#rrggbb’

Gnuplot linear gray gradient

# Approximate the default palette used by MATLAB:
set pal defined (1 '#00008f', 8 '#0000ff', 24 '#00ffff', 40 '#ffff00', 56 '#ff0000', 64 '#800000')

Matlab gradient

Dane możemy wprowadzić z:

linii poleceń,
z pliku palety pal.

 load 'a.pal'

Przykład pliku tekstowego pal:

# jet.pal with 4 columns
set palette defined (0  0.0 0.0 0.5, \
                     1  0.0 0.0 1.0, \
                     2  0.0 0.5 1.0, \
                     3  0.0 1.0 1.0, \
                     4  0.5 1.0 0.5, \
                     5  1.0 1.0 0.0, \
                     6  1.0 0.5 0.0, \
                     7  1.0 0.0 0.0, \
                     8  0.5 0.0 0.0 )

#  ColorBrewer Accent
# https://github.com/Gnuplotting/gnuplot-palettes/blob/master/accent.pal
# for use with qualitative/categorical data
# provides 8 colors, 4 pale and 4 saturated
# compatible with gnuplot >=4.2
# author: Anna Schneider
# pale green - pale purple - pale orange - pale yellow - blue - magenta - brown - grey
# palette
set palette maxcolors 8
set palette defined (
0 '#7FC97F',\
1 '#BEAED4',\
2 '#FDC086',\
3 '#FFFF99',\
4 '#386CB0',\
5 '#F0027F',\
6 '#BF5B17',\
7 '#666666' )

Zbiory palet:

github Gnuplotting : gnuplot-palettes

Sprawdzamy jaki gradient ma aktualna paleta:

show palette gradient

Otrzymujemy:

 0. gray=0.0000, (r,g,b)=(1.0000,1.0000,1.0000), #ffffff = 255 255 255
 1. gray=1.0000, (r,g,b)=(0.0000,0.0000,0.0000), #000000 =   0   0   0

Inny przykład:

# http://www.gnuplotting.org/defining-a-palette-with-discrete-colors/
set palette maxcolors 3
set palette defined ( 0 '#000fff',\
                      1 '#90ff70',\
                      2 '#ee0000')

Nops_allcF | ps_allcF

Opcja dotyczy postscriptu^[13].

Dla programistów

Sprawdzamy w jakich plikach użyto słowa palette:

grep -R --include *.c -l "palette" 
src/command.c
src/color.c
src/unset.c
src/term.c
src/graph3d.c
src/plot2d.c
src/gadgets.c
src/plot3d.c
src/misc.c
src/set.c
src/graphics.c
src/breaders.c
src/boundary.c
src/save.c
src/tables.c
src/os2/gclient.c
src/datafile.c
src/plot.c
src/pm3d.c
src/gplt_x11.c
src/getcolor.c
src/show.c
term/sixel.c

a w jakich sm_palette:

grep -R --include *.c -l "sm_palette"
src/command.c
src/color.c
src/gadgets.c
src/set.c
src/save.c
src/plot.c
src/pm3d.c
src/gplt_x11.c
src/getcolor.c
src/show.c

Zobacz również

pm3d

Źródła

[1] Gradient_(grafika) w Wikipedii

[2] /src/command.c

[3] Poynton's Color FAQ by Charles Poynton

[4] ttps://livebook gnuplot-in-action-second-edition by P K Janert

[5] Luma_(video) w ang wikipedii

[6] rror: gnuplot special-filenames

[7] A colour scheme for the display of astronomical intensity images by D. A. Green

[8] ubehelix-or-how-i-learned-to-love by James Davenport

[9] uplot 5.5 demo pm3dgamma

[10] uplot 5.0.4 : gamma

[11] uplot 4.2 docs: Palette/Functions

[12] uplot-doc : rgbformulae

[13] uplot docs_4.2

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

Gnuplot/palette

Spis treści

Wstęp

Color mapping

Show

Test

Set

Color/gray

File

Plik tekstowy

Plik binarny

Linia komend

Cubehelix

Gamma

Model

Functions

Rgbformulae

Maxcolors

Defined

Nops_allcF | ps_allcF

Dla programistów

Zobacz również

Źródła