HSV в FastLED: колесо цвета вместо RGB

Гирлянда-«настроение» на восемь режимов была моим самым утомительным проектом. Восемь кнопочных состояний — и под каждое я подобрал цвет в RGB: switch на восемь кейсов, в каждом тройка чисел, плюс бумажка над столом с той же таблицей, потому что числа в скетче без контекста ничего не говорят. Захотелось девятый режим — и я полчаса подбирал третью тройку, пока друг, глянув через плечо, не переписал мне всё на две строки: hue = hue + 32 на каждое нажатие и CHSV(hue, 255, 255) в заливке. Бумажка ушла в мусор в тот же вечер.

С тех пор всё, что «переключается по цвету» или «плавно меняет оттенок», я делаю только через HSV. В уроке про HSV и палитры мы уже попробовали CHSV и собрали первую радугу; здесь разложу колесо оттенка по полочкам: почему оттенок хранится в одном байте, чем насыщенность отличается от яркости на реальной ленте, как пересчитывать привычные 360 градусов и почему восемь режимов гирлянды — это одна строка вместо switch на восемь кейсов.

Оттенок — hue — это точка на цветовом круге. FastLED хранит её в одном байте, поэтому круг разбит на 256 шагов от 0 до 255, а не на привычные графическим редакторам 360 градусов. Шаг 32 — новый цвет: 0 красный, 32 оранжевый, 64 жёлтый, 96 зелёный, 128 аква, 160 синий, 192 пурпурный, 224 розовый. Запоминать таблицу не нужно — достаточно помнить мнемонику «32 на цвет» и точку отсчёта: красный в нуле.

Круг замкнут, и это не метафора, а арифметика байта: оттенок 255 почти совпадает с оттенком 0, потому что после розового круг приходит к красному. Переменная типа byte при hue = 255 и прибавлении единицы честно переполнится и даст 0 — там, где в других задачах переполнение баг, здесь оно превращается в фичу: анимация оттенка замыкается сама, без единого if. Тот же приём мы использовали в первом знакомстве с CHSV, и я до сих пор не написал ни одного «закольцовывателя оттенков» — байт делает это бесплатно.

Почему не 360: один байт вмещает ровно 256 значений, и FastLED гонится за скоростью — оттенок, насыщенность и яркость занимают три байта, столько же, сколько и RGB, но ручки при этом человеческие. Практический вывод простой: эффекты считайте сразу в FastLED-оттенках, без промежуточных градусов, иначе половина границ поедет мимо. Если оттенок всё же пришёл в градусах — из датчика, из JSON, из макета дизайнера — пересчёт одной строкой: map(hue360, 0, 360, 0, 255). Функцию map мы разбирали в уроке про потенциометр, здесь она работает так же: масштабирует один диапазон в другой.

Вторая и третья ручки — насыщенность s и яркость v, обе тоже 0–255. Насыщенность — чистота цвета: 255 — максимально едкий оттенок без примесей, 200–230 — тот же оттенок с лёгкой белизной, комфортный для жилой комнаты, 0 — цвет исчезает, остаётся серый свет (белый при v = 255). Яркость v — мощность: 0 гасит пиксель в чёрный при любом оттенке, 255 — вся мощь выбранного цвета. Важно не путать v с глобальным FastLED.setBrightness(): первое — свойство конкретного пикселя, которым анимируют дыхание и затухания; второе — общий множитель на всю ленту, который ставят один раз в setup(). Это различие мы проговаривали в прошлом уроке раздела, и оно работает в HSV точно так же.

Мнение с границей: для жилых комнат я почти всегда пишу s в диапазоне 200–230 — примешанный белый убирает «кислотность», от которой к вечеру рябит в глазах. Для витрин, клубного антуража и уличных декораций — наоборот, 255: на расстоянии и днём приглушённые цвета выглядят пыльными. Граница простая: ближе трёх метров к ленте — приглушайте; дальше — жгите на полную.

Вернёмся к гирлянде из начала урока и соберём её честно. Кнопка на пине 2 с подтяжкой — чтение и защита от дребезга мы проходили в уроке про кнопку. На каждое нажатие hue = hue + 32 — и лента перекрашивается в следующий цвет колеса: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, аква, синий, пурпурный, розовый — ровно восемь режимов, потому что 256 делится на 32 без остатка. Девятый клик возвращает красный: круг замкнулся сам. Захотели двенадцать режимов — меняете шаг на 21–22 и правите одну константу, а не двенадцать кейсов.

Здесь и живёт главное преимущество HSV: количество состояний может меняться в любой момент без переписывания структуры программы. В RGB добавление режима — это новая тройка чисел и новый кейс; в HSV — новое значение шага. Моё правило: если цвета в проекте перебираются по кругу — пишу только HSV, без вариантов.

Тот же ход работает и в обратную сторону — не перебор, а дрейф внутри узкого отрезка круга. В скетче ниже ночник, у которого оттенок медленно гуляет между 15 и 40: колесо радуги ночнику не нужно, нужно «живое» пламя свечи. Граница 40 с возвратом на 15 — это уже не замыкание круга, а обычный if с диапазоном: глазу переход через 40 в 15 не заметен, потому что оба конца тёплые. Кадр раз в 120 мс — дрейф медленный, около трёх шагов в секунду, движение похоже на колебание пламени, а не на перелив. Общий вывод: колесо оттенка — это и палитра, и счётчик режимов, и ось анимации одновременно; одна переменная byte решает задачи, на которые в RGB уходили switch, таблицы и бумажка над столом.

Задачи на закрепление — все в симуляторах выше. Первая: в симуляторе колеса заведите вторую половину ленты с оттенком hue + 128 — получите двухцветную ленту-антитезу, где половинки всегда противоположны по кругу. Вторая: превратите переключатель режимов в «тёплый спектр» — шаг 8 вместо 32, и лента начнёт листать близкие оттенки, как кольца на палитре. Третья: соберите индикатор тревоги, где оттенок медленно уезжает от 96 (зелёный) к 0 (красный) со скоростью один шаг в полсекунды, — и обратно. Такие индикаторы я делаю только в HSV: переходы получаются честными без единой тройки чисел.

Дальше по разделу — эффекты. Урок про эффекты на millis-кадрах держится на том же каркасе таймера из урока про millis вместо delay, и именно там дрейфующий оттенок превращается в волны, огонь и кометы. А следующий урок этого раздела — про самую известную функцию FastLED, fill_rainbow, которая красит ленту радугой одной строкой: колеса оттенка мы уже понимаем достаточно, чтобы разобрать её по винтикам.