JavaScript中颜色模型的基础知识与应用详解

JavaScript/前端
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2023-03-30
NodeJs 中的 HTML 模板
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标签   JavaScript基础
目录
  • 介绍
  • RGB模型
  • RGB颜色值
  • rgb 转 hex
  • hex 转 rgb
  • HSL模型
  • HSV(B)模型
  • RGB 与 HSL 的转换
  • rgb 转 hsl
  • hsl 转 rgb

介绍

颜色模型，是用来表示颜色的数学模型。比如最常见的 RGB模型，使用 红绿蓝 三色来表示颜色。

一般的颜色模型，可以按照如下分类：

  • 面向硬件设备的颜色模型：RGB，CMYK，YCrCb。
  • 面向视觉感知的颜色模型：HSL，HSV(B)，HSI，Lab。

不同的颜色模型有不同的应用场景，而RGB模型适合于显示器这样的的设备。

其中，前端支持的是 RGB、HSL，即在前端页面中只有这两种模型的颜色值可以有效展示出来。

而对于 HSV，则是我们在创建颜色选择器插件时所需要了解的一种模型。

目前，chrome 浏览器，实现 H5 的颜色色盘，就是基于 HSV 模型：

注意：fixfore 浏览器支持的仍然是电脑系统色盘（如win系统下，与画图软件中编辑颜色的色盘一样）。

本文将主要介绍 RGB、HSL、HSV 这三种模型。

RGB模型

RGB 即常说的 红(R)、绿(G)、蓝(B) 三原色模型，是运用最广泛的颜色模型。

特别是在前端开发中，几乎都使用该模型处理颜色。如：rgb(0, 0, 255)，#d3d3d3。

该模型通过红绿蓝三个颜色通道的变化和相互之间的混合叠加，使用不同的强度，表现出不同的颜色。

它是一种加色混色模型，在叠加混合的过程中，亮度等于色彩亮度的综合，混合的越多亮度就越高。

根据三色的取值不同，一般有以下几种类型：

  • R5G5B5(A1)：16位，各色都用5位表示，取值范围 0-31(2^5 - 1)，剩余1位作Alpha通道或者不用。
  • R5G6B5：16位，R和B占用5位，取值范围 0-31(2^5)；G占用6位，取值范围 0-63(2^6 - 1)。
  • R8G8B8：24位，各色都用8位表示，取值范围为 0-255(2^8 - 1)。
  • 最多能有 2^24 种颜色，从24位开始的颜色就是真彩色，基本达到人眼极限。
  • R8G8B8(A8)：32位，各色都用8位表示，取值范围为 0-255(2^8 - 1)，剩余8位作Alpha通道或者不用。

这其中，最常见的当然就是24位和32位的类型。

三色通道中每个颜色有256阶的亮度，为0时最暗，255时最亮。

如果三色的数值都相同时，就会产生不同灰度值的灰度色调，都为0时最暗黑色，都为255时最亮白色。

RGB颜色值

先看下 RGB 颜色值在前端的展现，如红色：

'rgb(255, 0, 0)'
'rgba(255, 0, 0, 1)' // 带透明度
'#ff0000'
'#f00' // 缩写
'red' // 颜色名称

描述RGB模型，使用的颜色值，有 rgb 和 hex16 进制两种方式。

rgb(0,0,0) 表示法，一般情况下，红绿蓝三色分别取值范围 0-255，如果加上 alpha 透明通道，则为 rgba(0,0,0,1) 。

hex 16进制表示法，采用十六进制对24比特的一种展示方式，如 #000000，共6位，每两位分别对应红绿蓝，相同时可缩写为 #000。

hex也可以使用 #00000000，后面加上透明度的十六进制数值。

此外，在前端开发中，还可以使用颜色名称如 red、green、gray 等标识颜色。

实际上，这里的颜色名称仍然是对应的一个RGB颜色值，有一个规定的颜色名称与值的关系表。大部分的颜色单词基本都能使用。

上面两种表示法的简单转换关系，如下所示。

rgb 转 hex

function getHex (num) {
  let val = num.toString(16)
  val = (val.length === 1) ? ('0' + val) : val
  return val
}
function rgbaToHexa (red, green, blue, alpha) {
  red = getHex(red)
  green = getHex(green)
  blue = getHex(blue)
  alpha = Math.round(alpha * 255)
  alpha = getHex(alpha)
  return '#' + red + green + blue + alpha
}

hex 转 rgb

function hexaToRgba (color) {
  const value = color.slice(color.indexOf('#') + 1)
  const isShort = value.length === 3 || value.length === 4
  const hasAlpha = value.length === 4 || value.length === 8
  const r = isShort ? (value.charAt(0) + value.charAt(0)) : value.substring(0, 2)
  const g = isShort ? (value.charAt(1) + value.charAt(1)) : value.substring(2, 4)
  const b = isShort ? (value.charAt(2) + value.charAt(2)) : value.substring(4, 6)
  let a = hasAlpha ? (isShort ? (value.charAt(3) + value.charAt(3)) : value.substring(6, 8)) : 'FF'
  a = parseFloat((parseInt(a, 16) / 255).toFixed(2))
  return [parseInt(r, 16), parseInt(g, 16), parseInt(b, 16), a]
}

HSL模型

前端在颜色的处理上，除了支持 RGB 模型外，另外支持的就只有 HSL 模型，所以我们需要了下解该模型。

HSL 颜色值表示，红色：

hsl(0, 100%, 50%)
hsla(0, 100%, 50%, 1) // 带透明度

HSL 是对色相H(hue)、饱和度S(saturation)、亮度L(lightness)的处理得到颜色的一种模型。

色相(H)：色相、色调，代表人眼所能看到的不同的颜色，本质就是一种颜色。与 HSV(B) 模型中的 H 概念相同。 色相的定义中，许多的颜色分布在一个圆环上，取值范围则是 0-360度，每个角度代表着一种颜色。

在HSL和HSV的模型中，色相是以六大主色为基础，他们分别按 60 度的间隔排列在圆环上。这六大主色分别是：360°/0°红、60°黄、120°绿、180°青、240°蓝、300°洋红。

而在前端进行处理时，常常把圆环处理成长方形的色块，通过颜色的线性渐变方式进行分段处理，角度换算成一定的比例，如下所示：

linear-gradient(90deg, #f00, #ff0 17%, #0f0 33%, #0ff 50%, #00f 67%, #f0f 83%, #f00);

饱和度(S)：饱和度是指颜色的强度或纯度，使用 0 ~ 100% 的百分比来度量。

表示色相中颜色成分所占的比例，数值越大，颜色中的灰色越少，颜色越鲜艳，呈现的是一种从灰色到色相颜色的变化。

亮度(L)：表现颜色的明暗程度，使用 0 ~ 100% 的百分比来度量。

反映色彩中混入的黑白两色，50% 处只有纯色，小于 50% 时，数值越小混入的黑色越多，越接近于黑色；大于 50% 时，数值越大混入的白色越多，越接近于白色。

L最大时必为白色，L最小时必为黑色。

体现的是从黑色到色相(H)选择颜色再到白色的过渡。

HSV(B)模型

HSV 颜色值表示，红色：

// 前端不支持
hsv(0, 100%, 100%)
hsva(0, 100%, 100%, 1) // 带透明度

HSV 采用色相H(hue)、饱和度S(saturation)、明度V(Value)3个参数来表示颜色的一种方式。

HSV 和 HSL 两个模型都是更偏向于视觉上直观的感觉。

而HSV 与 HSB 的内容基本是一样的，可以理解为两种不同写法而已，其中 B( brightness )。

色相(H)：同 HSL 模型中的 H 色相。

饱和度(S)：饱和度是指颜色的强度或纯度，使用 0 ~ 100% 的百分比来度量。

在 HSV 中更多的是反映色相的颜色中混入白色的值，值越大白色越少色相颜色越纯，值越小白色越多色相颜色越淡。

明度(V)：表现颜色的明暗程度，使用 0 ~ 100% 的百分比来度量。

反映色相的颜色中混入的黑色的值，值越小黑色越多颜色更暗(黑)，值越大黑色越少颜色更纯(亮)。

体现的是从黑色到色相(H)选择颜色的过渡。

RGB 与 HSL 的转换

下面是常用的 rgb 颜色值与 hsl 之间互相转换的代码。

注意：这两个过程中，由于取整去除了小数位，并不是完全可逆的，可能存在个别个位数的差值。

虽有些微差别，但在页面颜色显示上基本没分别，因为人眼分辨不出来。

rgb 转 hsl

function rgbToHsl (red, green, blue) {
  red = red / 255
  green = green / 255
  blue = blue / 255

  let hue = saturation = lightness = 0
  const max = Math.max(red, green, blue)
  const min = Math.min(red, green, blue)
  const diff = max - min
  const sum = max + min

  lightness = sum / 2
  
  if (diff) {
    saturation = lightness > 0.5 ? diff / (2 - sum) : diff / sum
    switch (max) {
      case red:
        hue = (green - blue) / diff + (green < blue ? 6 : 0)
        break
      case green:
        hue = (blue - red) / diff + 2
        break
      case blue:
        hue = (red - green) / diff + 4
        break
    }
    hue = hue / 6
  }

  hue = Math.round(hue * 360)
  saturation = Math.round(saturation * 100)
  lightness = Math.round(lightness * 100)
  return [hue, saturation, lightness]
}

hsl 转 rgb

function hslToRgb(hue, saturation, lightness) {
  hue = hue / 360
  saturation = saturation / 100
  lightness = lightness / 100
  let red, green, blue

  const hue2rgb = (val1, val2, vH) => {
    vH = vH < 0 ? (vH + 1) : vH > 1 ? (vH - 1) : vH

    if (vH < 1 / 6) {
      return val1 + (val2 - val1) * 6 * vH
    }
    if (vH < 1 / 2) {
      return val2
    }
    if (vH < 2 / 3) {
      return val1 + (val2 - val1) * (2 / 3 - vH) * 6
    }
    return val1
  }

  if (saturation === 0) {
    red = green = blue = lightness;
  } else {
    const val2 = lightness <= 0.5 ? lightness * (saturation + 1) : (lightness + saturation) - (lightness * saturation)
    const val1 = lightness * 2 - val2

    red = hue2rgb(val1, val2, hue + 1 / 3)
    green = hue2rgb(val1, val2, hue)
    blue = hue2rgb(val1, val2, hue - 1 / 3)
  }

  red = Math.round(red * 255)
  green = Math.round(green * 255)
  blue = Math.round(blue * 255)
  return [red, green, blue]
}
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