Cómo generar automáticamente N "distintos" colores?

Estas preguntas aparecen en bastantes discusiones:

• Algoritmo Para Generar Colores Únicos
• Generar colores únicos
• Genere colores RGB claramente diferentes en gráficos
• Cómo generar n diferentes colores para cualquier número natural n?

Se proponen diferentes soluciones, pero ninguna es óptima. Afortunadamente, la ciencia viene al rescate

Arbitrario N

• Pantallas a color para imágenes categóricas (descarga gratuita)
• UN SERVICIO WEB PARA PERSONALIZAR LA COLORACIÓN DE MAPAS (descarga gratuita, una solución de servicio web debería estar disponible el próximo mes)
• Un Algoritmo para la Selección de Conjuntos de Colores de Alto Contraste (los autores ofrecen una implementación gratuita de C++)
• Conjuntos de colores de alto contraste (El primer algoritmo para el problema)

Los últimos 2 serán gratis a través de la mayoría bibliotecas universitarias / proxies.

N es finito y relativamente pequeño

En este caso, uno podría ir por una solución de lista. Un artículo muy interesante en el tema está disponible gratuitamente:

• Un Alfabeto de Colores y los Límites de la Codificación de Colores

Hay varias listas de colores a considerar:

• Lista de Boynton de 11 colores que casi nunca se confunden (disponible en el primer artículo de la sección anterior)
• Kelly 22 colores de máximo contraste (disponible en el papel de arriba)

También me encontré con esta Paleta de un estudiante del MIT. Por último, los siguientes enlaces pueden ser útiles para convertir entre diferentes sistemas de color / coordenadas (algunos colores en los artículos no se especifican en RGB, por ejemplo):

• http://chem8.org/uch/space-55036-do-blog-id-5333.html
• https://metacpan.org/pod/Color::Library::Dictionary::NBS_ISCC
• Color Teoría: Cómo convertir Munsell HVC a RGB/HSB/HSL

Para la lista de Kelly y Boynton, ya he hecho la conversión a RGB (con la excepción de blanco y negro, que debería ser obvio). Algún código C#:

public static ReadOnlyCollection<Color> KellysMaxContrastSet
{
    get { return _kellysMaxContrastSet.AsReadOnly(); }
}

private static readonly List<Color> _kellysMaxContrastSet = new List<Color>
{
    UIntToColor(0xFFFFB300), //Vivid Yellow
    UIntToColor(0xFF803E75), //Strong Purple
    UIntToColor(0xFFFF6800), //Vivid Orange
    UIntToColor(0xFFA6BDD7), //Very Light Blue
    UIntToColor(0xFFC10020), //Vivid Red
    UIntToColor(0xFFCEA262), //Grayish Yellow
    UIntToColor(0xFF817066), //Medium Gray

    //The following will not be good for people with defective color vision
    UIntToColor(0xFF007D34), //Vivid Green
    UIntToColor(0xFFF6768E), //Strong Purplish Pink
    UIntToColor(0xFF00538A), //Strong Blue
    UIntToColor(0xFFFF7A5C), //Strong Yellowish Pink
    UIntToColor(0xFF53377A), //Strong Violet
    UIntToColor(0xFFFF8E00), //Vivid Orange Yellow
    UIntToColor(0xFFB32851), //Strong Purplish Red
    UIntToColor(0xFFF4C800), //Vivid Greenish Yellow
    UIntToColor(0xFF7F180D), //Strong Reddish Brown
    UIntToColor(0xFF93AA00), //Vivid Yellowish Green
    UIntToColor(0xFF593315), //Deep Yellowish Brown
    UIntToColor(0xFFF13A13), //Vivid Reddish Orange
    UIntToColor(0xFF232C16), //Dark Olive Green
};

public static ReadOnlyCollection<Color> BoyntonOptimized
{
    get { return _boyntonOptimized.AsReadOnly(); }
}

private static readonly List<Color> _boyntonOptimized = new List<Color>
{
    Color.FromArgb(0, 0, 255),      //Blue
    Color.FromArgb(255, 0, 0),      //Red
    Color.FromArgb(0, 255, 0),      //Green
    Color.FromArgb(255, 255, 0),    //Yellow
    Color.FromArgb(255, 0, 255),    //Magenta
    Color.FromArgb(255, 128, 128),  //Pink
    Color.FromArgb(128, 128, 128),  //Gray
    Color.FromArgb(128, 0, 0),      //Brown
    Color.FromArgb(255, 128, 0),    //Orange
};

static public Color UIntToColor(uint color)
{
    var a = (byte)(color >> 24);
    var r = (byte)(color >> 16);
    var g = (byte)(color >> 8);
    var b = (byte)(color >> 0);
    return Color.FromArgb(a, r, g, b);
}

Y aquí están los valores RGB en representaciones hexadecimales y de 8 bits por canal:

kelly_colors_hex = [
    0xFFB300, # Vivid Yellow
    0x803E75, # Strong Purple
    0xFF6800, # Vivid Orange
    0xA6BDD7, # Very Light Blue
    0xC10020, # Vivid Red
    0xCEA262, # Grayish Yellow
    0x817066, # Medium Gray

    # The following don't work well for people with defective color vision
    0x007D34, # Vivid Green
    0xF6768E, # Strong Purplish Pink
    0x00538A, # Strong Blue
    0xFF7A5C, # Strong Yellowish Pink
    0x53377A, # Strong Violet
    0xFF8E00, # Vivid Orange Yellow
    0xB32851, # Strong Purplish Red
    0xF4C800, # Vivid Greenish Yellow
    0x7F180D, # Strong Reddish Brown
    0x93AA00, # Vivid Yellowish Green
    0x593315, # Deep Yellowish Brown
    0xF13A13, # Vivid Reddish Orange
    0x232C16, # Dark Olive Green
    ]

kelly_colors = dict(vivid_yellow=(255, 179, 0),
                    strong_purple=(128, 62, 117),
                    vivid_orange=(255, 104, 0),
                    very_light_blue=(166, 189, 215),
                    vivid_red=(193, 0, 32),
                    grayish_yellow=(206, 162, 98),
                    medium_gray=(129, 112, 102),

                    # these aren't good for people with defective color vision:
                    vivid_green=(0, 125, 52),
                    strong_purplish_pink=(246, 118, 142),
                    strong_blue=(0, 83, 138),
                    strong_yellowish_pink=(255, 122, 92),
                    strong_violet=(83, 55, 122),
                    vivid_orange_yellow=(255, 142, 0),
                    strong_purplish_red=(179, 40, 81),
                    vivid_greenish_yellow=(244, 200, 0),
                    strong_reddish_brown=(127, 24, 13),
                    vivid_yellowish_green=(147, 170, 0),
                    deep_yellowish_brown=(89, 51, 21),
                    vivid_reddish_orange=(241, 58, 19),
                    dark_olive_green=(35, 44, 22))

Para todos los desarrolladores de Java, aquí están los colores de JavaFX:

// Don't forget to import javafx.scene.paint.Color;

private static final Color[] KELLY_COLORS = {
    Color.web("0xFFB300"),    // Vivid Yellow
    Color.web("0x803E75"),    // Strong Purple
    Color.web("0xFF6800"),    // Vivid Orange
    Color.web("0xA6BDD7"),    // Very Light Blue
    Color.web("0xC10020"),    // Vivid Red
    Color.web("0xCEA262"),    // Grayish Yellow
    Color.web("0x817066"),    // Medium Gray

    Color.web("0x007D34"),    // Vivid Green
    Color.web("0xF6768E"),    // Strong Purplish Pink
    Color.web("0x00538A"),    // Strong Blue
    Color.web("0xFF7A5C"),    // Strong Yellowish Pink
    Color.web("0x53377A"),    // Strong Violet
    Color.web("0xFF8E00"),    // Vivid Orange Yellow
    Color.web("0xB32851"),    // Strong Purplish Red
    Color.web("0xF4C800"),    // Vivid Greenish Yellow
    Color.web("0x7F180D"),    // Strong Reddish Brown
    Color.web("0x93AA00"),    // Vivid Yellowish Green
    Color.web("0x593315"),    // Deep Yellowish Brown
    Color.web("0xF13A13"),    // Vivid Reddish Orange
    Color.web("0x232C16"),    // Dark Olive Green
};

Los siguientes son los colores kelly sin clasificar según el orden arriba.

Los siguientes son los colores kelly ordenados según los tonos (tenga en cuenta que algunos amarillos no son muy contrastantes)

He aquí una idea. Imagine un cilindro HSV

Defina los límites superior e inferior que desea para el Brillo y la saturación. Esto define un anillo de sección transversal cuadrada dentro del espacio.

Ahora, dispersa N puntos aleatoriamente dentro de este espacio.

Luego aplique un algoritmo de repulsión iterativa sobre ellos, ya sea para un número fijo de iteraciones, o hasta que los puntos se estabilicen.

Ahora debe tener N puntos que representan N colores que son aproximadamente como diferente como sea posible dentro del espacio de color que le interesa.

Hugo

Como la respuesta de Uri Cohen, pero es un generador en su lugar. Comenzará usando colores muy separados. Determinista.

Muestra, los colores de la izquierda primero:

#!/usr/bin/env python3.3
import colorsys
import itertools
from fractions import Fraction

def zenos_dichotomy():
    """
    http://en.wikipedia.org/wiki/1/2_%2B_1/4_%2B_1/8_%2B_1/16_%2B_%C2%B7_%C2%B7_%C2%B7
    """
    for k in itertools.count():
        yield Fraction(1,2**k)

def getfracs():
    """
    [Fraction(0, 1), Fraction(1, 2), Fraction(1, 4), Fraction(3, 4), Fraction(1, 8), Fraction(3, 8), Fraction(5, 8), Fraction(7, 8), Fraction(1, 16), Fraction(3, 16), ...]
    [0.0, 0.5, 0.25, 0.75, 0.125, 0.375, 0.625, 0.875, 0.0625, 0.1875, ...]
    """
    yield 0
    for k in zenos_dichotomy():
        i = k.denominator # [1,2,4,8,16,...]
        for j in range(1,i,2):
            yield Fraction(j,i)

bias = lambda x: (math.sqrt(x/3)/Fraction(2,3)+Fraction(1,3))/Fraction(6,5) # can be used for the v in hsv to map linear values 0..1 to something that looks equidistant

def genhsv(h):
    for s in [Fraction(6,10)]: # optionally use range
        for v in [Fraction(8,10),Fraction(5,10)]: # could use range too
            yield (h, s, v) # use bias for v here if you use range

genrgb = lambda x: colorsys.hsv_to_rgb(*x)

flatten = itertools.chain.from_iterable

gethsvs = lambda: flatten(map(genhsv,getfracs()))

getrgbs = lambda: map(genrgb, gethsvs())

def genhtml(x):
    uint8tuple = map(lambda y: int(y*255), x)
    return "rgb({},{},{})".format(*uint8tuple)

gethtmlcolors = lambda: map(genhtml, getrgbs())

if __name__ == "__main__":
    print(list(itertools.islice(gethtmlcolors(), 100)))

Por el bien de las generaciones venideras añado aquí la respuesta aceptada en Python.

import numpy as np
import colorsys

def _get_colors(num_colors):
    colors=[]
    for i in np.arange(0., 360., 360. / num_colors):
        hue = i/360.
        lightness = (50 + np.random.rand() * 10)/100.
        saturation = (90 + np.random.rand() * 10)/100.
        colors.append(colorsys.hls_to_rgb(hue, lightness, saturation))
    return colors

Todo el mundo parece haber perdido la existencia del muy útil espacio de color YUV que fue diseñado para representar las diferencias de color percibidas en el sistema visual humano. Las distancias en YUV representan diferencias en la percepción humana. Necesitaba esta funcionalidad para MagicCube4D que implementa cubos de Rubik de 4 dimensiones y un número ilimitado de otros rompecabezas retorcidos 4D con números arbitrarios de caras.

Mi solución comienza seleccionando puntos aleatorios en YUV y luego iterativamente dividiendo los dos puntos más cercanos, y solo convirtiendo a RGB cuando devuelve el resultado. El método es O (n^3) pero eso no importa para los números pequeños o los que se pueden almacenar en caché. Sin duda se puede hacer más eficiente, pero los resultados parecen ser excelentes.

La función permite la especificación opcional de umbrales de brillo para no producir colores en los que ningún componente es más brillante o más oscuro que las cantidades dadas. Es decir, es posible que no desee valores cercanos al blanco o negro. Esto es útil cuando los colores resultantes se utilizarán como colores base que luego se sombrearán mediante iluminación, capas,transparencia, etc. y todavía debe aparecer diferente de sus colores base.

import java.awt.Color;
import java.util.Random;

/**
 * Contains a method to generate N visually distinct colors and helper methods.
 * 
 * @author Melinda Green
 */
public class ColorUtils {
    private ColorUtils() {} // To disallow instantiation.
    private final static float
        U_OFF = .436f,
        V_OFF = .615f;
    private static final long RAND_SEED = 0;
    private static Random rand = new Random(RAND_SEED);    

    /*
     * Returns an array of ncolors RGB triplets such that each is as unique from the rest as possible
     * and each color has at least one component greater than minComponent and one less than maxComponent.
     * Use min == 1 and max == 0 to include the full RGB color range.
     * 
     * Warning: O N^2 algorithm blows up fast for more than 100 colors.
     */
    public static Color[] generateVisuallyDistinctColors(int ncolors, float minComponent, float maxComponent) {
        rand.setSeed(RAND_SEED); // So that we get consistent results for each combination of inputs

        float[][] yuv = new float[ncolors][3];

        // initialize array with random colors
        for(int got = 0; got < ncolors;) {
            System.arraycopy(randYUVinRGBRange(minComponent, maxComponent), 0, yuv[got++], 0, 3);
        }
        // continually break up the worst-fit color pair until we get tired of searching
        for(int c = 0; c < ncolors * 1000; c++) {
            float worst = 8888;
            int worstID = 0;
            for(int i = 1; i < yuv.length; i++) {
                for(int j = 0; j < i; j++) {
                    float dist = sqrdist(yuv[i], yuv[j]);
                    if(dist < worst) {
                        worst = dist;
                        worstID = i;
                    }
                }
            }
            float[] best = randYUVBetterThan(worst, minComponent, maxComponent, yuv);
            if(best == null)
                break;
            else
                yuv[worstID] = best;
        }

        Color[] rgbs = new Color[yuv.length];
        for(int i = 0; i < yuv.length; i++) {
            float[] rgb = new float[3];
            yuv2rgb(yuv[i][0], yuv[i][1], yuv[i][2], rgb);
            rgbs[i] = new Color(rgb[0], rgb[1], rgb[2]);
            //System.out.println(rgb[i][0] + "\t" + rgb[i][1] + "\t" + rgb[i][2]);
        }

        return rgbs;
    }

    public static void hsv2rgb(float h, float s, float v, float[] rgb) {
        // H is given on [0->6] or -1. S and V are given on [0->1]. 
        // RGB are each returned on [0->1]. 
        float m, n, f;
        int i;

        float[] hsv = new float[3];

        hsv[0] = h;
        hsv[1] = s;
        hsv[2] = v;
        System.out.println("H: " + h + " S: " + s + " V:" + v);
        if(hsv[0] == -1) {
            rgb[0] = rgb[1] = rgb[2] = hsv[2];
            return;
        }
        i = (int) (Math.floor(hsv[0]));
        f = hsv[0] - i;
        if(i % 2 == 0)
            f = 1 - f; // if i is even 
        m = hsv[2] * (1 - hsv[1]);
        n = hsv[2] * (1 - hsv[1] * f);
        switch(i) {
            case 6:
            case 0:
                rgb[0] = hsv[2];
                rgb[1] = n;
                rgb[2] = m;
                break;
            case 1:
                rgb[0] = n;
                rgb[1] = hsv[2];
                rgb[2] = m;
                break;
            case 2:
                rgb[0] = m;
                rgb[1] = hsv[2];
                rgb[2] = n;
                break;
            case 3:
                rgb[0] = m;
                rgb[1] = n;
                rgb[2] = hsv[2];
                break;
            case 4:
                rgb[0] = n;
                rgb[1] = m;
                rgb[2] = hsv[2];
                break;
            case 5:
                rgb[0] = hsv[2];
                rgb[1] = m;
                rgb[2] = n;
                break;
        }
    }


    // From http://en.wikipedia.org/wiki/YUV#Mathematical_derivations_and_formulas
    public static void yuv2rgb(float y, float u, float v, float[] rgb) {
        rgb[0] = 1 * y + 0 * u + 1.13983f * v;
        rgb[1] = 1 * y + -.39465f * u + -.58060f * v;
        rgb[2] = 1 * y + 2.03211f * u + 0 * v;
    }

    public static void rgb2yuv(float r, float g, float b, float[] yuv) {
        yuv[0] = .299f * r + .587f * g + .114f * b;
        yuv[1] = -.14713f * r + -.28886f * g + .436f * b;
        yuv[2] = .615f * r + -.51499f * g + -.10001f * b;
    }

    private static float[] randYUVinRGBRange(float minComponent, float maxComponent) {
        while(true) {
            float y = rand.nextFloat(); // * YFRAC + 1-YFRAC);
            float u = rand.nextFloat() * 2 * U_OFF - U_OFF;
            float v = rand.nextFloat() * 2 * V_OFF - V_OFF;
            float[] rgb = new float[3];
            yuv2rgb(y, u, v, rgb);
            float r = rgb[0], g = rgb[1], b = rgb[2];
            if(0 <= r && r <= 1 &&
                0 <= g && g <= 1 &&
                0 <= b && b <= 1 &&
                (r > minComponent || g > minComponent || b > minComponent) && // don't want all dark components
                (r < maxComponent || g < maxComponent || b < maxComponent)) // don't want all light components

                return new float[]{y, u, v};
        }
    }

    private static float sqrdist(float[] a, float[] b) {
        float sum = 0;
        for(int i = 0; i < a.length; i++) {
            float diff = a[i] - b[i];
            sum += diff * diff;
        }
        return sum;
    }

    private static double worstFit(Color[] colors) {
        float worst = 8888;
        float[] a = new float[3], b = new float[3];
        for(int i = 1; i < colors.length; i++) {
            colors[i].getColorComponents(a);
            for(int j = 0; j < i; j++) {
                colors[j].getColorComponents(b);
                float dist = sqrdist(a, b);
                if(dist < worst) {
                    worst = dist;
                }
            }
        }
        return Math.sqrt(worst);
    }

    private static float[] randYUVBetterThan(float bestDistSqrd, float minComponent, float maxComponent, float[][] in) {
        for(int attempt = 1; attempt < 100 * in.length; attempt++) {
            float[] candidate = randYUVinRGBRange(minComponent, maxComponent);
            boolean good = true;
            for(int i = 0; i < in.length; i++)
                if(sqrdist(candidate, in[i]) < bestDistSqrd)
                    good = false;
            if(good)
                return candidate;
        }
        return null; // after a bunch of passes, couldn't find a candidate that beat the best.
    }


    /**
     * Simple example program.
     */
    public static void main(String[] args) {
        final int ncolors = 10;
        Color[] colors = generateVisuallyDistinctColors(ncolors, .8f, .3f);
        for(int i = 0; i < colors.length; i++) {
            System.out.println(colors[i].toString());
        }
        System.out.println("Worst fit color = " + worstFit(colors));
    }

}

Aquí hay una solución para gestionar su problema "distinto", que es completamente exagerado:

Cree una esfera unitaria y coloque puntos sobre ella con cargas repelentes. Ejecute un sistema de partículas hasta que ya no se muevan (o el delta sea "lo suficientemente pequeño"). En este punto, cada uno de los puntos están tan lejos el uno del otro como sea posible. Convertir (x, y, z) a rgb.

Lo menciono porque para ciertas clases de problemas, este tipo de solución puede funcionar mejor que la fuerza bruta.

I originalmente vi este enfoque aquí para teselar una esfera.

De nuevo, las soluciones más obvias de atravesar el espacio HSL o el espacio RGB probablemente funcionarán bien.

Trataría de fijar la saturación y la luminosidad al máximo y enfocarme solo en el tono. Como yo lo veo, H puede ir de 0 a 255 y luego se envuelve alrededor. Si quisieras dos colores contrastantes, tomarías los lados opuestos de este anillo, es decir, 0 y 128. Si quisieras 4 colores, tomarías algunos separados por 1/4 de la longitud de 256 del círculo, es decir, 0, 64,128,192. Y por supuesto, como otros sugirieron cuando necesitas N colores, puedes separarlos por 256 / N.

Lo que añadiría a esta idea es usar una representación inversa de un número binario para formar esta secuencia. Mira esto:

0 = 00000000  after reversal is 00000000 = 0
1 = 00000001  after reversal is 10000000 = 128
2 = 00000010  after reversal is 01000000 = 64
3 = 00000011  after reversal is 11000000 = 192

... de esta manera, si necesita N colores diferentes, podría tomar los primeros N números, invertirlos, y obtener tantos puntos distantes como sea posible (porque N es potencia de dos) mientras que al mismo tiempo preserva que cada prefijo de la secuencia difiere mucho.

Este era un objetivo importante en mi caso de uso, ya que tenía un gráfico donde los colores se ordenaban por área cubierta por este color. Quería que las áreas más grandes del gráfico tuvieran un gran contraste, y estaba bien con algunas áreas pequeñas que tuvieran colores similares a los del top 10, ya que era obvio para el lector cuál es cuál con solo observar el área.

Si N es lo suficientemente grande, obtendrá algunos colores de aspecto similar. Hay tantos en el mundo.

¿Por qué no distribuirlos uniformemente a través del espectro, así:

IEnumerable<Color> CreateUniqueColors(int nColors)
{
    int subdivision = (int)Math.Floor(Math.Pow(nColors, 1/3d));
    for(int r = 0; r < 255; r += subdivision)
        for(int g = 0; g < 255; g += subdivision)
            for(int b = 0; b < 255; b += subdivision)
                yield return Color.FromArgb(r, g, b);
}

Si desea mezclar la secuencia para que los colores similares no estén uno al lado del otro, tal vez podría barajar la lista resultante.

¿Estoy subestimando esto?

Esto es trivial en MATLAB (hay un comando hsv):

cmap = hsv(number_of_colors)

He escrito un paquete para R llamado qualpalr que está diseñado específicamente para este propósito. Te recomiendo que mires la viñeta para averiguar cómo funciona, pero intentaré resumir los puntos principales.

Qualpalr toma una especificación de colores en el espacio de color HSL (que se describió anteriormente en este hilo), lo proyecta al espacio de color DIN99d (que es perceptualmente uniforme) y encuentra el n que maximiza la distancia mínima entre cualquier oif ellos.

# Create a palette of 4 colors of hues from 0 to 360, saturations between
# 0.1 and 0.5, and lightness from 0.6 to 0.85
pal <- qualpal(n = 4, list(h = c(0, 360), s = c(0.1, 0.5), l = c(0.6, 0.85)))

# Look at the colors in hex format
pal$hex
#> [1] "#6F75CE" "#CC6B76" "#CAC16A" "#76D0D0"

# Create a palette using one of the predefined color subspaces
pal2 <- qualpal(n = 4, colorspace = "pretty")

# Distance matrix of the DIN99d color differences
pal2$de_DIN99d
#>        #69A3CC #6ECC6E #CA6BC4
#> 6ECC6E      22                
#> CA6BC4      21      30        
#> CD976B      24      21      21

plot(pal2)

Creo que este algoritmo recursivo simple complementa la respuesta aceptada, con el fin de generar valores de matiz distintos. Lo hice para hsv, pero también se puede usar para otros espacios de color.

Genera tonos en ciclos, tan separados como sea posible entre sí en cada ciclo.

/**
 * 1st cycle: 0, 120, 240
 * 2nd cycle (+60): 60, 180, 300
 * 3th cycle (+30): 30, 150, 270, 90, 210, 330
 * 4th cycle (+15): 15, 135, 255, 75, 195, 315, 45, 165, 285, 105, 225, 345
 */
public static float recursiveHue(int n) {
    // if 3: alternates red, green, blue variations
    float firstCycle = 3;

    // First cycle
    if (n < firstCycle) {
        return n * 360f / firstCycle;
    }
    // Each cycle has as much values as all previous cycles summed (powers of 2)
    else {
        // floor of log base 2
        int numCycles = (int)Math.floor(Math.log(n / firstCycle) / Math.log(2));
        // divDown stores the larger power of 2 that is still lower than n
        int divDown = (int)(firstCycle * Math.pow(2, numCycles));
        // same hues than previous cycle, but summing an offset (half than previous cycle)
        return recursiveHue(n % divDown) + 180f / divDown;
    }
}

No pude encontrar este tipo de algoritmo aquí. Espero que ayude, es mi primer post aquí.