透明性（グラフィック）

コンピュータ グラフィックスの透明性は、さまざまなファイル形式で実現できます。「透明性」という用語は、さまざまな人によってさまざまな意味で使用されていますが、最も単純なものは「完全な透明性」、つまり完全に見えない状態です。グラフィックの一部だけが完全に透明である必要があります。そうでない場合、何も見えなくなります。より複雑なのは「部分的な透明性」または「半透明性」です^{[引用が必要]}。これは、色付きガラスと同じようにグラフィックが部分的に透明であるという効果を実現します。最終的には、印刷されたページ、コンピューター、またはテレビの画面は、1 点では 1 つの色しか表示できないため、部分的な透明性は常に、色を混ぜることによってある程度シミュレートされます。色を混ぜる方法は多数あるため、透明性があいまいな場合もあります。

さらに、透明度はグラフィック形式の「追加機能」であることが多く、一部のグラフィック プログラムでは透明度が無視されます。

透明色またはアルファ チャネルを通じて透明度をサポートするラスターファイル形式には、GIF、PNG、BMP、TIFF、TGA、JPEG 2000などがあります。

ほとんどのベクター形式は、特定のポイントにオブジェクトを配置しないようにするため、暗黙的に透明度をサポートしています。これには、 EPSとWMF が含まれます。ベクター グラフィックスの場合、これは厳密には透明度とは見なされない場合がありますが、ラスター形式の透明度と同じように注意深いプログラミングが必要です。

より複雑なベクター形式では、上記と同様に、グラフィック内の要素間の透明度の組み合わせが許可される場合があります。これにはSVGとPDFが含まれます。

適切なラスター グラフィック エディターは、チェッカーボード パターンなどの特殊なパターンによって透明度を表示します。

単一の GIF または PNG 画像のパレット内の 1 つのカラー エントリは、実際の色ではなく「透明」として定義できます。つまり、デコーダーがこの値を持つピクセルを検出すると、背景画像の場合のようにピクセルごとに異なる場合でも、画像が配置されている画面の部分の背景色でレンダリングされます。

アプリケーションには以下が含まれます:

• 長方形でない画像は、透明な周囲を使用して必要な長方形に塗りつぶすことができます。画像に穴があってもかまいません（たとえば、リング状など）。
• テキストの実行中に、文字セットで使用できないために画像が使用される特殊記号に透明な背景を与えることができ、その結果、背景が一致します。

偶然同じ色のアイテムが消えてしまうことを避けるために、透明な色は慎重に選択する必要があります。

この限定的な透明度の実装も不完全ですが、ほとんどの一般的な Web ブラウザーは透明な GIF 画像を表示できます。このサポートは印刷には適用されないことが多く、特にデバイスまたはドライバーに透明度のサポートが含まれていない印刷デバイス ( PostScriptなど) には適用されません。Web ブラウザーの世界以外では、透明な GIF ファイルのサポートはまちまちです。

透明な背景を持つ文字やその他の画像のエッジには、グレーのシェードを使用しないでください。これらは通常、文字/画像の色と背景の色の間の中間色として使用され、通常、グレーのシェードは黒い文字と白い背景の中間色です。ただし、たとえば赤い背景の場合、中間色は暗い赤になります。エッジのピクセルがグレーだと、見苦しく不明瞭な結果になります。可変の背景色の場合、適切な固定の中間色はありません。

PNG や TIFF などの一部の画像形式では、アルファ チャネルを通じて部分的な透明化も許可され、エッジ制限の問題が解決されます。各ピクセルを透明または不透明にするのではなく、254 レベルの部分的な透明に設定して、背景画像の一部を前景画像を通して表示することができます。

部分的な透明度の主な用途は、グラフィックに「ソフト エッジ」を作り出し、背景に溶け込ませることです。^[1]モノクロームまたはグレー シェードとアンチエイリアシングも参照してください。部分的な透明度は、透かしや他のロゴなどの画像を目立たなくしたり、ビデオ ゲーム内の幽霊のような幻影など、何かを透けて見えるようにレンダリングしたりするためにも使用できます。画像編集プログラムでアルファ チャネルをアニメーション化すると、異なる画像間のスムーズな遷移が可能になります。

部分的に透明な色をその背景と組み合わせるプロセス (「合成」) は、多くの場合明確に定義されておらず、結果がすべてのケースでまったく同じになるとは限りません。たとえば、色補正を使用している場合、色は色補正の前と後のどちらで合成する必要がありますか?

完全な透明性を実現するもう 1 つの方法は、クリッピング パスを使用することです。クリッピング パスは、他のグラフィックと組み合わせて使用​​される単純な図形またはアウトラインです。パス内のすべては表示され、パスの外側にあるものはすべて非表示になります。パスは本質的にベクターですが、ベクター データとビットマップ データの両方をマスクするために使用できます。クリッピング パスは主に PostScript ファイルで使用されます。

透明度の仕様には曖昧なものもあれば、2 つの色をどのように合成するかについて数学的な詳細を示すものもあります。これは、合成計算がどのように機能し、期待どおりの結果を生み出し、また驚きをもたらす可能性があるかを示す、かなり単純な例です。

この例では、2 つのグレースケール カラーを合成します。グレースケール値は、0.0 (白) から 1.0 (黒) までの数値とみなされます。強調しておきますが、これは透明度に関する 1 つのルールにすぎません。透明度を扱う場合は、状況に応じて使用するルールを確認してください。

色 G1 と色 G2 が結合される点の色は です( G1 + G2 ) / 2。この結果のいくつかは次のようになります。

• 色が等しい場合、結果は同じ色になります( G1 + G1 ) /2 = G1。
• 1 つの色 (G1) が白 (0.0) の場合、結果は ですG2 / 2。これは常に G2 の非ゼロ値よりも小さいため、結果は G2 よりも白くなります。(G2 が白の場合は簡単に逆になります)。
• 1 つの色 (G1) が黒 (1.0) の場合、結果は です( G2 + 1 ) / 2。これは常に G2 より大きいため、結果は G2 よりも黒くなります。
• 式はなので可換( G1 + G2 ) / 2 = ( G2 + G1 ) / 2です。つまり、2 つのグラフをどの順序で組み合わせるか、つまり、どちらが上にあり、どちらが下にあるかは関係ありません。
• この式は結合的ではない。

( ( G1 + G2 ) / 2 + G3 ) / 2 = G1 / 4 + G2 / 4 + G3 / 2
( G1 + ( G2 + G3 ) / 2 ) / 2 = G1 / 2 + G2 / 4 + G3 / 4

これは、透明度に関するこのルールを使用して 3 つ以上のオブジェクトを組み合わせる場合、最終的な色は計算を実行する順序に大きく依存することを意味するため重要です。

式は単純ですが、理想的ではないかもしれません。人間の明るさの知覚は直線的ではありません。グレー値 0.5 が必ずしも黒と白の中間であるとは考えていません。透明度がエッジを柔らかくするためだけに使用されている場合は、このような詳細は問題にならないかもしれませんが、より複雑なデザインではこれが重要になる場合があります。透明度を真剣に扱うほとんどの人は、結果を確認する必要があり、必要な結果を得るために色や (可能な場合は) アルゴリズムをいじることがあります。

この数式は、各チャネルに個別に数式を適用することで、 RGBカラーまたはCMYKカラーに簡単に一般化できます。たとえば、 final red = ( R1 + R2 ) / 2。ただし、すべてのカラー モデルに適用できるわけではありません。たとえば、Lab カラーでは、意外な結果が生成されます。

代替モデルでは、透明度を合わせるために組み合わせる各要素のすべてのポイントに、0 から 1 までの色と不透明度が関連付けられます。各カラー チャネルに対して、このモデルを使用できます。強度 とG2不透明度を持つチャネルが強度と不透明度 をT2持つチャネルに重なると、強度、不透明度を持つチャネルが生成されます。各チャネルは、合成前に、対応するアルファ値で乗算する必要があります (いわゆるプリマルチプライ アルファ)。SVG ファイル仕様では、このタイプのブレンディングが使用され、これは PDF で使用できるモデルの 1 つです。 G1T1(1 - T2) * G1 + G21 - (1 - T2) * (1 - T1)

アルファ チャネルは、このように実装できます。アルファ チャネルは、他のすべてのチャネルに均等に適用される不透明度レベルを提供します。上記の式を使用するには、外部表現に関係なく、不透明度を 0 ～ 1 の範囲にスケーリングする必要があります (「RGBA」などの 8 ビット サンプルを使用する場合は、多くの場合 0 ～ 255)。

PDF 標準のバージョン 1.4 ( Adobe Acrobatバージョン 5)以降では、透明度 (半透明を含む) がサポートされています。PDF ファイルの透明度により、作成者はオブジェクトに影を追加したり、オブジェクトを半透明にしたり、オブジェクトを互いにブレンドしたり、オブジェクトをテキストにブレンドしたりするなど、さまざまな効果を実現できます。PDF は、最も一般的な平均化方法だけでなく、さまざまなブレンド モードをサポートしており、多数の重なり合うオブジェクトを合成するためのルールでは、選択肢があります (オブジェクトのグループを背景とブレンドする前にブレンドするか、各オブジェクトを順に背景にブレンドするかなど)。

PDF の透明度は非常に複雑なモデルで、Adobe による元の仕様は 100 ページ以上にも及びます。複雑化の主な原因は、異なるカラー スペースを持つオブジェクトをブレンドすることが難しく、エラーが発生しやすく、互換性の問題も引き起こす可能性があることです。PDF の透明度は、それを理解できない PDF ビューアでエラーが発生しないように設計されており、すべての要素が完全に不透明として表示されます。ただし、これは諸刃の剣で、古いビューアや PDF プリンタなどを使用するユーザーは、元のデザインとはまったく異なるものを見たり印刷したりする可能性があります。

PDF の透明度モデルが非常に複雑なため、十分にサポートされていません。つまり、RIP やプリンターでは、透明度のある PDF を印刷する際に問題が発生することがよくあります。この問題を解決するには、画像をラスタライズするか、PDF にベクター透明度のフラット化を適用します。ただし、ベクター透明度のフラット化は非常に複雑で、少数の専門パッケージでしかサポートされていません。

PostScript言語は、PostScriptレベルに応じて、完全な（部分的ではない）透明性を限定的にサポートしています。部分的な透明性は、多くのPostScript実装で利用可能なpdfmark拡張機能^[2]で利用できます。

レベル 1 PostScript は、次の 2 つの方法で透明性を実現します。

• 1 ビット (モノクロ) 画像はマスクとして扱うことができます。この場合、1 ビットは任意の 1 色でペイントできますが、0 ビットはまったくペイントされません。この手法は、複数の色やベクター シェイプには一般化できません。
• クリッピング パスを定義できます。これにより、後続のすべてのグラフィックのどの部分が表示されるかが制限されます。これはあらゆる種類のグラフィックに使用できますが、レベル 1 では、パス内のノードの最大数が 1500 に制限されることが多く、複雑なパス (たとえば、人物の頭の写真で髪の毛の周りをカットする) は失敗することが多くありました。

レベル 2 PostScript では、特定の透明機能は追加されません。ただし、パターンを使用すると、任意のベクターまたはテキスト操作で定義されたマスクを介して任意のグラフィックをペイントできます。ただし、これは実装が複雑です。さらに、実装の限界に達することが多すぎたため、この手法を提供するアプリケーション プログラムはほとんどありませんでした。

レベル 3 PostScript では、ラスター イメージにさらに透明度オプションが追加されます。透明色または色の範囲を適用したり、別の 1 ビット マスクを使用してアルファ チャネルを提供したりできます。

EPS ファイルには、レベル 1、2、または 3 の PostScript が含まれており、上記の機能を使用できます。より微妙な問題は、通常、EPS ファイルのビューを画面に表示するために使用される EPS ファイルのプレビューで発生します。プレビューで透明度を設定するための有効な手法があります。たとえば、TIFF プレビューでは TIFF アルファ チャネルが使用される場合があります。ただし、多くのアプリケーションはこの透明度情報を使用しないため、プレビューは長方形として表示されます。Photoshop で開発され、多くのプリプレス アプリケーションで採用されている半独自の手法は、 EPS の標準の場所にクリッピング パスを保存し、それを表示に使用するというものです。

さらに、EPS プレビューを生成するプログラムの中には、プレビューに透明度情報を生成するものはほとんどありません。

一部のプログラムでは、プレビュー内のすべての白を透明として扱うことでこの問題を回避しようとしましたが、一部の白が透明でない場合はこれも問題になります。

最近では、プレビューを完全に無視するアプリケーションが登場しており、PostScript を解釈してプレビューのどの部分を描画するかに関する情報を取得します。

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