（趣味程序）可见光光谱的绘制

作者：Y___Y

联系：yinwei_88@sina.com

本文根据相关的数据绘制了可见光（波长从380nm到780nm）的光谱，读者可根据该光谱迅速的知道某个波长 所对应的光的颜色，本文用三次样条插值来拟合波长与颜色的变化曲线，从而更加准确的表达波长与颜色的变化规律。数据资料来源：http://www.cgan.net/book/books/print/packcolor/link/5-4-2.html。

主要代码（MFC单文档）：


#include "stdio.h"


double wavelen[81],red[81],green[81],blue[81];//存储波长，红绿蓝的离散数据


//读数据文件


int ReadSpectrumFile()




...{


int i=0,temp;


float r,g,b;


FILE *fp;


fp=fopen("spectrum.txt","r");


if(!fp)


return 0;


while(!feof(fp))




...{


fscanf(fp,"%d%f%f%f",&temp,&r,&g,&b);


wavelen[i]=(double)temp;


red[i]=r;


green[i]=g;


blue[i]=b;


fscanf(fp,"%f%f%f",&r,&g,&b);//空的，不对刺激值


if(i>=80)


break;


i++;


}


fclose(fp);


return 1;


}


//三次样条插值函数


double GetValueSpline(int n, double x[], double y[], double t)




...{


int i,j;


double h0,h1,alpha,beta,*s,z,*dy;


dy=new double
;


for(i=0;i<n;i++)dy[i]=0.0;


// 初值


s=new double
;


s[0]=dy[0];


dy[0]=0.0;


h0=x[1]-x[0];




for (j=1;j<=n-2;j++)




...{


h1=x[j+1]-x[j];


alpha=h0/(h0+h1);


beta=(1.0-alpha)*(y[j]-y[j-1])/h0;


beta=3.0*(beta+alpha*(y[j+1]-y[j])/h1);


dy[j]=-alpha/(2.0+(1.0-alpha)*dy[j-1]);


s[j]=(beta-(1.0-alpha)*s[j-1]);


s[j]=s[j]/(2.0+(1.0-alpha)*dy[j-1]);


h0=h1;


}




for (j=n-2;j>=0;j--)dy[j]=dy[j]*dy[j+1]+s[j];




for (j=0;j<=n-2;j++)s[j]=x[j+1]-x[j];




if (t>=x[n-1])i=n-2;


else




...{


i=0;


while (t>x[i+1])


i=i+1;


}




h1=(x[i+1]-t)/s[i];


h0=h1*h1;


z=(3.0*h0-2.0*h0*h1)*y[i];


z=z+s[i]*(h0-h0*h1)*dy[i];




h1=(t-x[i])/s[i];


h0=h1*h1;


z=z+(3.0*h0-2.0*h0*h1)*y[i+1];


z=z-s[i]*(h0-h0*h1)*dy[i+1];




delete[] s;


delete[] dy;




return(z);


}


//绘制光谱


void CSpectrumView::OnDraw(CDC* pDC)




...{


CSpectrumDoc* pDoc = GetDocument();


ASSERT_VALID(pDoc);


// TODO: add draw code for native data here


double r,g,b;


CRect rect;


rect.top=10;


rect.bottom=200;


rect.left=10;


for(int i=0;i<=400;i++)




...{


rect.right=rect.left+1;


r=GetValueSpline(81,wavelen,red,380.0+i);


g=GetValueSpline(81,wavelen,green,380.0+i);


b=GetValueSpline(81,wavelen,blue,380.0+i);


pDC->FillSolidRect(&rect,RGB(int(255.0*r),int(255.0*g),int(255.0*b)));


rect.left++;


}


//画标尺


pDC->SetBkMode(TRANSPARENT);


pDC->MoveTo(10,200);


pDC->LineTo(10,225);


pDC->TextOut(10,200,"380纳米");


pDC->MoveTo(210,200);


pDC->LineTo(210,225);


pDC->TextOut(210,200,"580纳米");


pDC->MoveTo(410,200);


pDC->LineTo(410,225);


pDC->TextOut(410,200,"780纳米");


}

数据文件格式

380
0.1741
0.0050
0.8209
0.00145
0.0000
0.0065

385
0.1740
0.0050
0.8210
0.0022
0.0001
0.0105

第一条为波长数据，接下来三行为红绿蓝的分量，最后三个为各色的刺激值（这里没用上）。

效果图



注：实际上，根据量子力学，实际的光谱是不连续的。

文件内容

380
0.1741
0.0050
0.8209
0.00145
0.0000
0.0065

385
0.1740
0.0050
0.8210
0.0022
0.0001
0.0105

390
0.1738
0.0049
0.8213
0.0042
0.0001
0.0201

395
0.1736
0.0049
0.8215
0.0076
0.0002
0.0362

400
0.1733
0.0048
0.8219
0.0143
0.0004
0.0679

405
0.1730
0.0048
0.8222
0.0232
0.0006
0.1102

410
0.1726
0.0048
0.8226
0.0435
0.0012
0.2074

415
0.1721
0.0048
0.8231
0.0776
0.0022
0.3713

420
0.1714
0.0051
0.8235
0.1344
0.0040
0.6456

425
0.1703
0.0058
0.8239
0.2148
0.0073
1.0391

430
0.1689
0.0069
0.8242
0.2839
0.0116
1.3856

435
0.1669
0.0086
0.8245
0.3285
0.0168
1.6230

440
0.1644
0.0109
0.8247
0.3483
0.0230
1.7471

445
0.1611
0.0138
0.8251
0.3481
0.0298
1.7826

450
0.1566
0.0177
0.8257
0.3362
0.0380
1.7721

455
0.1510
0.0227
0.8263
0.3187
0.0480
1.7441

460
0.1440
0.0297
0.8263
0.2908
0.0600
1.6692

465
0.1355
0.0399
0.8246
0.2511
0.0739
1.5281

470
0.1241
0.0578
0.8181
0.1954
0.0910
1.2876

475
0.1096
0.0868
0.8036
0.1421
0.1126
1.0419

480
0.0913
0.1327
0.7760
0.0956
0.1390
0.8130

485
0.0687
0.2007
0.7306
0.0580
0.1693
0.6162

490
0.0454
0.2950
0.6596
0.0320
0.2080
0.4652

495
0.0235
0.4127
0.5638
0.0147
0.2586
0.3533

500
0.0082
0.5384
0.4534
0.0049
0.3230
0.2720

505
0.0039
0.6548
0.3413
0.0024
0.4073
0.2123

510
0.0139
0.7502
0.2359
0.0093
0.5030
0.1582

515
0.0389
0.8120
0.1491
0.0291
0.6082
0.1117

520
0.0743
0.8338
0.0919
0.0633
0.7100
0.0782

525
0.1142
0.8262
0.0596
0.1096
0.7932
0.0573

530
0.1547
0.8059
0.0394
0.1655
0.8620
0.0422

535
0.1929
0.7816
0.0255
0.2257
0.9149
0.0298

540
0.2296
0.7543
0.0161
0.2904
0.9540
0.0203

545
0.2658
0.7243
0.0099
0.3597
0.9803
0.0134

550
0.3016
0.6923
0.0061
0.4334
0.9950
0.0087

555
0.3373
0.6589
0.0038
0.5121
1.0000
0.0057

560
0.3731
0.6245
0.0024
0.5945
0.9950
0.0039

565
0.4087
0.5896
0.0017
0.6784
0.9786
0.0027

570
0.4441
0.5547
0.0012
0.7621
0.9520
0.0021

575
0.4788
0.5202
0.0010
0.8425
0.9154
0.0010

580
0.5125
0.4866
0.0009
0.9163
0.8700
0.0017

585
0.5448
0.4544
0.0008
0.9786
0.8163
0.0014

590
0.5752
0.4242
0.0006
1.0263
0.7570
0.0011

595
0.6029
0.3965
0.0006
1.0567
0.6949
0.0010

600
0.6270
0.3725
0.0005
1.0522
0.6130
0.0008

605
0.6482
0.3514
0.0004
1.0456
0.5668
0.0006

610
0.6658
0.3340
0.0002
1.0026
0.5030
0.0003

615
0.6801
0.3197
0.0002
0.9384
0.4412
0.0002

620
0.6915
0.3083
0.0002
0.8544
0.3810
0.0002

625
0.7006
0.2993
0.0001
0.7514
0.3210
0.0001

630
0.7079
0.2920
0.0001
0.6424
0.2650
0.0000

635
0.7140
0.2859
0.0001
0.5419
0.2170
0.0000

640
0.7219
0.2809
0.0001
0.4479
0.1750
0.0000

645
0.7230
0.2770
0.0000
0.3608
0.1382
0.0000

650
0.7260
0.2740
0.0000
0.2835
0.1070
0.0000

655
0.7283
0.2717
0.0000
0.2187
0.0816
0.0000

660
0.7300
0.2700
0.0000
0.1649
0.0610
0.0000

665
0.7311
0.2689
0.0000
0.1212
0.0446
0.0000

670
0.7320
0.2680
0.0000
0.0874
0.0320
0.0000

675
0.7327
0.2673
0.0000
0.0636
0.0232
0.0000

680
0.7334
0.2666
0.0000
0.0468
0.0170
0.0000

685
0.7340
0.2660
0.0000
0.0329
0.0119
0.0000

690
0.7344
0.2656
0.0000
0.0227
0.0082
0.0000

695
0.7346
0.2654
0.0000
0.0158
0.0057
0.0000

700
0.7347
0.2653
0.0000
0.0114
0.0041
0.0000

705
0.7347
0.2653
0.0000
0.0081
0.0029
0.0000

710
0.7347
0.2653
0.0000
0.0058
0.0021
0.0000

715
0.7347
0.2653
0.0000
0.0041
0.0015
0.0000

720
0.7347
0.2653
0.0000
0.0029
0.0010
0.0000

725
0.7347
0.2653
0.0000
0.0020
0.0007
0.0000

730
0.7347
0.2653
0.0000
0.0014
0.0005
0.0000

735
0.7347
0.2653
0.0000
0.0010
0.0004
0.0000

740
0.7347
0.2653
0.0000
0.0007
0.0002
0.0000

745
0.7347
0.2653
0.0000
0.0005
0.0002
0.0000

750
0.7347
0.2653
0.0000
0.0003
0.0001
0.0000

755
0.7347
0.2653
0.0000
0.0002
0.0001
0.0000

760
0.7347
0.2653
0.0000
0.0002
0.0001
0.0000

765
0.7347
0.2653
0.0000
0.0001
0.0000
0.0000

770
0.7347
0.2653
0.0000
0.0001
0.0000
0.0000

775
0.7347
0.2653
0.0000
0.0001
0.0000
0.0000

780
0.7347
0.2653
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000