ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦВЕТА. Лекции

2 Закон

Непрерывному изменению излучения соответствует так же непрерывное изменение цвета.

Данный закон запрещает существование «обособленный цветов», то есть цветов, не примыкающих непосредственно к цветам смешиваемых излучений. Соответственно, при смешивании двух и более излучений, например при смешивании «красного» и «зелёного», по мере изменения соотношения мощностей будет наблюдаться непрерывное изменение суммарного цвета от одного слагаемого к другому.

3 Закон (Закон аддитивности цвета)

Цвет смеси зависит только от цветов смешиваемых компонентов и не зависит от их спектрального состава.

Если смешать два визуально одинаковых цвета с некоторым третьим цветом, то результирующий цвет в обоих случаях будет одинаковым, не зависимо от спектрального состава каждого из двух исходных цветов.

Какова же практическая ценность законов Грассмана?

Второй и третий законы Грассмана говорят нам о том, что для расчетов суммарного цвета (при оптическом сложении) знать спектральный состав складываемых цветов нет необходимости, достаточно только каким-либо образом охарактеризовать их наблюдаемый цвет. Метод однозначного описания цвета содержится в первом законе. Таким образом, три закона Грассмана создают базу для математических расчетов результата сложения (и вычитания) цветов. Конкретную методику проведения вычислений мы рассмотрим чуть позже.

3.14 Субтрактивный синтез цвета

Рассмотрим пример – смешивание трех красок на палитре:

На рис. 41. схема субстрактивного смешивания для трех цветов

Обратите внимание, что данная схема представляет собой повернутый по часовой стрелке треугольник для аддитивного сложения, так её легче запомнить.

Субстрактивный метод синтеза основан на использовании красителей (красящих веществ) – веществ, обладающих определенными светопоглощающими свойствами. При прохождении светового потока через красящее вещество из него частично или полностью «изымаются» некоторые электромагнитные волны. Например, желтый пигмент поглощает из белого света лучи голубой области спектра, но пропускает лучи красных и зелёных областей.

Субстрактивный синтез цвета лежит в основе цветной фотографии, кинематографии, цветной печати (полиграфии) и окрашивания различных материалов.

В принципе, для окрашивания всевозможных предметов достаточно использовать только три основных цвета, точнее три основных красителя. На практике обычно используют: Желтый, Циан (бирюзовый, сине-зелёный), Фуксин (пурпурно-красный), которые для краткости, обозначают буквами Ж, Г и П. В идеале, они должны обладать спектрами пропускания, приведенными на следующем рисунке (см. рис.42).

Рисунок 42 кривые пропускания идеальных красителей и образование цветов при их комбинировании

Использование не чистых, а разбавленных Ж, Г и П – красителей позволяет увеличить их светопропускание соответственно в зонах С, К и З (отмечено на рисунке стрелками). Комбинации разбавленных красители дадут целый ряд новых цветов, например,

О, Ж-З и З-Г, что существенно расширяет диапазон синтезируемых оттенков. Варьируя степень разбавления для каждого из трех основных красителей, при смешении можно получить практически любой по тону и насыщенности цвет.

Лекция 4. Измерение цвета. Цветовые пространства или колометрические системы

  • Системы спецификации цветов

  • Цветовые атласы

  • Системы RGB, XYZ.

4.1 Измерение цвета.

Цветовые пространства или колориметрические системы.

В качестве стандартного цветового круга принят 24секторный круг хроматических тонов, образованный путем членения на три каж дого из семи основных спектральных цветов и пурпурного цвета

Рисунок 43 –

24-секторный цветовой круг.

Последовательность:

  1. желтый;

  2. оранжевато-желтый;

  3. желто-оранжевый;

  4. желтовато-оранжевый;

  5. оранжевый;

  6. красновато-оранжевый;

  7. оранжево- красный;

  8. оранжевато-красный;

  9. красный;

  10. пурпурновато-красный;

  11. пурпурный;

  12. фиолетовато-пурпурный;

  13. фиолетовый;

  14. синевато-фиолетовый;

  15. сине-фиолетовый;

  16. фиолетовато- синий;

  17. синий;

  18. зеленовато-синий;

  19. сине-зеленый;

  20. синевато-зеленый;

  21. зеленый;

  22. желтовато-зеленый;

  23. желто-зеленый;

  24. зеленовато-желтый

Есть варианты 12- и 24-секторного круга, демонстрирующие не только насыщенные, но и ненасыщенные оттенки всех цветовых тонов со ступенчатым, или плавным, переходом от насыщенных цветов на периферии к белому центру круга. Есть еще более сложные двух- мерные модели, показывающие не только высветление насыщенных цветов (к центру), но и их затемнение (смешение с серыми) на периферии круга или иной фигуры

Известна, помимо двенадцатиричных, также оригинальная десятичная цветовая система – цветовая система А. Х. Манселла.

Рисунок 44 – 100-секторная система Манселла

В этом круге цветовых тонов 10 областей — интервалов.

Интервал одного цветового тона включает 11 радиусов цветового тона

(от 0 до 10, последний 10-й совпадает с начальным 0-м) следующего интервала.

По радиусу 5-го цветового тона расположен основной тон каждого интервала.

По 10-м радиусам — крайние границы цвета каждого интервала. Обозначение радиусов: R — красный, YR — желто-красный, Y — желтый, GY — зелено-желтый, G — зеленый, BG — сине-зеленый, B — синий, PB — пурпурно-синий, P — пурпурный, RP — красно-пурпурный.

Шкала насыщенности располагается вдоль радиуса цветового тона

Рисунок 44 – 100-секторная система Манселла со шкалой насыщенности цвета

Круг цветовых тонов из 10 областей-интервалов, на котором

показаны образцы отдельных цветов, изменяющихся по насыщенности

от периферии к центру, и линия охвата возможных стандартных образцов цвета

Манселла при светлоте по Манселлу — 6 (коэффициент яркости Y = 0,30)

В этом круге 10 областей (интервалов). Интервал одного цветового тона включает 11 радиусов цветового тона (от 0 до 10), последний 10-й совпадает с начальным 0-м следующего интервала.

По радиусу 5-го цветового тона расположен основной тон каждого интервала, по 10-м радиусам — крайние границы цвета каждого интервала. Шкала насыщенности располагается вдоль радиуса цветового тона. Она имеет определенное число уровней — от наиболее насыщенного цвета на краю круга до наименее насыщенного — к центру круга.

Таким образом, цветовой круг (цветовая система) Манселла демонстрирует в широком диапазоне цветность 100 оттенков цветовых тонов: сочетание цветового тона и насыщенности [1].

На основе этой цветовой системы разработаны и выпущены цветовые атласы. Как и в других стандартизированных системах (содержащих сотни образцов цвета), цвета обозначаются числом, или кодом. В международной практике принят метод определения цвета, разработанный Международной комиссией по освещению (МКО) — Commission International de l’Eclairage. Он основан на том факте, что относительные количества трех стандартных первичных цветов (по Г. Гельмгольцу) — красного, синего и зеленого, необходимых для того, чтобы их смесь давала цветовое равенство с

данным цветом, можно использовать для идентификации и опре- деления любого цвета. Это важно для колориметрии и технологии создания красителей.

Метод МКО использует в качестве вспомогательного средства график цветностей МКО

Цветовой график МКО (Международной комиссии по освещению) — инструмент исследований в области колориметрии и определения цветов. Здесь выявлена структура изменения насыщенности (чистоты) цвета нескольких основных цветовых тонов, расположенных на графике вдоль границы области цветности всех цветов, воспроизводимых монохроматическом светом

С его помощью можно определить, какие цвета получаются при смешении двух и более световых потоков известных цветов. Можно проследить изменение качества цвета (цветового тона и насыщенности) при смешении красок и даже при выцветании красок со временем (как бы их разбеливания)

График МКО также позволяет осуществлять отбор дополнительных друг к другу цветов и может показать пределы высшей чистоты цветов нефлуоресцирующих пигментов и красителей для сравнения с чистотой (насыщенностью) реально доступных красок.

Рисунок 45 – график МКО

Рассмотренные выше цветовые круги являются условными двухмерными цветовыми моделями.

Ни один из них не дает представления о ряде чистых ахроматических цветов (от белого через все оттенки серого разной светлоты до черного) и о смесях хроматических цветовых тонов с ахроматическими (на основе ряда ахроматических цветов).

Для этих целей были разработаны пространственные цветовые модели (трехмерные). Самой первой трехмерной моделью был цветовой шар Отто Рунге (1777–1810), современника И. В. Гете, живописца, графика, цветоведа [7], [11], [14].

Рисунок 46 – цветовой шар Отто Рунге

В «экваториальной» плоскости (сечении) этого шара помещался 6-cекторный цветовой круг Гете. По вертикальной оси располагался ряд ахроматических цветов от белого (вверху) до черного (внизу). На «меридианах» поверхности шара, совпадающих с точками основных и смешанных цветов (красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый) и сходящихся в точках «северного» и «южного» полюсов, можно проследить изменение цветовых тонов (наиболее насыщенных в «экваториальной» плоскости) по степени убывания насыщенности (чистоты) к «северному полюсу» (разбеливание цвета) и к «южному полюсу» (зачернение цвета).

По горизонтальным (широтным) сечениям шара прослежива-

лось изменение светлоты (яркости) того или иного цветового тона в соответствии с изменением светлоты серого цвета (на вертикальной оси шара) сверху вниз. Промежуточные участки поверхности шара между «меридианами», проходящими через точки шести цветов круга Гете (являющиеся сферическими двуугольниками), представляют собой смешение соседних пар цветов, изменяющихся по чистоте по мере удаления от экваториальной плоскости вверх и вниз. В центре шара — серый цвет как результат оптического смешения всех цветов.

Помимо этой пространственной модели предлагались разными специалистами в области цветоведения и другие модели: цветовой куб Хикетье, многогранник Кюпперса, цветовой цилиндр Манселла,

Рисунок 47– цветовой цилиндр Манселла

Пространственная цветовая модель. Координатная система

цветового пространства А. Х. Манселла. Взаиморасположение характеристик цветового тона (λD), насыщенности (ρe), и светлоты (Y) в цилиндрическом цветовом пространстве. Цветовой тон и насыщенность (качественные параметры цвета) характеризуют цветность объекта. Светлота — количественный параметр цвета

Цветовая система Манселла включает три координаты, цветовое тело можно представить как цилиндр в трехмерном пространстве. Цветовой тон измеряется в градусах по горизонтальной окружности, хрома (насыщенность) измеряется радиально от нейтральной оси цилиндра к более насыщенным краям, значение (светлота) измеряется вертикально по оси цилиндра от 0 (черный) до 10 (белый). Расположения цветов определялось экспериментально изучением цветового ощущения испытуемых. Цвета Манселл пытался расположить визуально одинаково, что привело к образованию цветового тела неправильной формы. Каждый горизонтальный круг в системе Манселла разделен на пять основных тонов: красный (Red), желтый (Yellow), зеленый (Green), голубой (Blue) и фиолетовый (Purple). Между ними располагаются пять переходных тонов. Каждый из этих 10 ступеней разделен на 10 подступеней, полученным 100 тонам присвоены целочисленные значения. Два цвета одинакового значения и хромы на противоположных сторонах круга смешиваются в нейтральный серый того же значения.

Цвет в системе определяется тремя атрибутами: Н (hue — цветовой тон), С (chroma — цветность) и V (value — яркость). Цветовой тон делится на пять основных цветов: красный (R), желтый (У), зеленый (G), синий (В) и пурпурный (Р). Каждый цвет имеет 10 градаций. Яркость имеет 11 ступеней от белого до черного, а цветность разбита на 15 степеней. Один цвет описывается формулой (тон/цветность/яркость). Например, яркий красный цвет обозначается формулой 5R 4/14.

Рисунок 48 – двойной конус Оствальда

Цветовая система В. Оствальда. Цветовое тело

(двойной конус) и его вертикальное поперечное сечение.

Вершина треугольника С характеризует один из 24 чистых цветов в цветовом круге. Все ромбы внутри треугольника — смеси

чистого цвета с белым и черным. В каждом ромбе определенный процент соотношения чистого цвета, черного и белого. Ромбы вдоль оси WB — нейтральные серые цвета, изменяющиеся по светлоте.

Изовалентные линии соединяют поля цветов, имеющих одинаковый процент черного и белого, но разный цветовой тон. Изовалентная линия экватора соединяет поля чистых цветов С — 24 тонов цветового круга

Модель В. Оствальда (цветовое тело — цветовое пространство) представляет собой двойной конус — два идентичных конуса с общим основанием и центральной вертикальной осью

Основание двойного конуса имеет 24 сектора (в соответствии со стандартным цветовым кругом), каждый из которых представляет собой один цветовой тон и имеет форму узкого равнобедренного треугольника, вершиной ориентированного в центр круга (основания).

По контуру основания конуса проходит изовалентная линия «экватора» двойного конуса, соединяющая точки чистых цветов С (color) для всех 24 цветовых тонов. Вершина верхнего конуса представляет собой белый цвет W (white), а нижнего конуса — черный цвет B (black).

Между ними проходит вертикальная ось цветового тела, представляющая собой нейтральные серые цвета, изменяющиеся по светлоте от белого до черного.

Каждая из линий, соединяющих точки W и B (полюса двойного конуса) с точками С на окружности основания, характеризующими 24 цветовых тона, представляет собой стороны вертикально ориентированных треугольников с общим основанием, проходящим по линии WB.

Эти треугольники рассекают двойной конус на 24 части, соответствующие каждому из цветовых тонов цветового круга, изменяющихся по насыщенности и светлоте в направлениях к точкам W и B и к оси двойного конуса — WB. Каждый из треугольников расчленен взаимно пересекающимися линиями, параллельными линиям WC и CB (образующими ромбы, представляющие собой 28 оттенков каждого цветового тона, изменяющихся по насыщенности и светлоте). По оси WB располагаются ромбы нейтральных (чистых) серых цветов разной светлоты. В каждом ромбе — определенное процентное соотношение чистого цвета (С), черного (B) и белого (W), одинаковое для всех 24 цветовых тонов.

Линии в треугольниках — сечениях двойного конуса, параллельные линии WC, названы изооттеночными линиями, характеризующимися одинаковым для всех треугольников (в соответствующем ромбе) содержанием белого цвета по отношению к хроматическому цвету С.

Линии, параллельные стороне треугольника СВ, названы изотоновыми линиями, отличающимися одинаковым для всех треугольников (в соответствующем ромбе) содержанием черного цвета.

Вертикальные линии, соединяющие центральные точки внутри ромбов, параллельные оси WB, названы изохромными линиями. Они представляют собой изменение коэффициента яркости цвета того же цветового тона и чистоты (насыщенности).

Ромбы вдоль линии ВС — это смеси черного с чистым цветом, а вдоль линии WC — смеси белого и чистого цвета (С).

Вертикальное поперечное сечение цветового тела В. Оствальда представляет собой ромб, разделенный вертикальной осью WB на два треугольника, каждый из которых характеризует все оттенки какого-либо из 24 цветовых тонов, изменяющиеся по насыщенности (чистоте) и светлоте (яркости). Оба треугольника в целом и все составляющие их ромбические элементы являются дополнительными друг к другу цветами (диаметрально противолежащими в цветовом круге) и, следовательно, гармонируют друг с другом.

Двойной конус в верхней и нижней своих половинах расчленен горизонтальными линиями (окружностями), соединяющими точки цветов, имеющих одинаковое процентное содержание черного и белого, но разный цветовой тон.

Эти семь равно отстоящих друг от друга окружностей на верхнем и нижнем конусах названы изовалентными линиями (по аналогии с изовалентной линией «экватора», соединяющей точки чистых цветов всех 24 цветовых тонов).

На основе цветовой системы В. Оствальда было разработано «Руководство по гармонии цвета», состоящее из карт с треугольниками всех оттенков (каждого из 24 цветовых тонов, расположенных попарно как дополнительные, гармонирующие друг с другом цвета)

Для более точных измерений цвета с научными целями с успехом может быть использован атлас цветов, разработанный советским ученым профессором Е. Б. Рабкиным. В основу своей системы Рабкин положил пространственную модель в виде двойного конуса, в вершинах которого располагаются черный и белый цвета, а по окружности общего основания — оптимально насыщенные цвета хроматического ряда, насыщенность которых убывает по направлению к центру. Сечение конуса вдоль оси дает ряд треугольников одного цветового тона, но различных по светлоте и насыщенности. В атласе Рабкина представлено 12 таких сечений в виде треугольников, состоящих из 45 полей одного цветового тона и 10 ахроматических полей, от белого до черного. Каждое цветовое поле в таблице имеет вырез для того, чтобы можно было подложить измеряемый образец, и цифровое обозначение в виде дроби, где числитель указывает номер горизонтального ряда, а знаменатель — номер вертикального ряда. По этим цифровым данным в прилагаемом ключе-справочнике можно найти все основные характеристики измеряемого цвета.

Можно воспользоваться также и упрощенным вариантом цветового атласа, в котором цвета будут модифицироваться только по цветовому тону и по светлоте. Насыщенность в этом случае опускается, поскольку практически она часто оказывается почти неотделимой от светлоты. В таком атласе можно представить каждый цвет в его модификации от белого до черного через оптимально насыщенный спектральный цвет. Цветовые тона при этом обозначаются буквами, а светлота — цифрами.

При обработке результатов измерений цифровые данные сводятся в соответствующий график — например, по горизонтальной оси его располагаются изменения по цветовому тону, а по вертикальной — изменения по светлоте. Такой график позволяет увидеть, например, как художник модифицирует цвет — преобладает ли модификация по тону или по светлоте. Модификация цвета по светлоте была свойственна, например, художникам раннего Возрождения, которые обычно, взяв для изображения предмета какой-либо локальный цвет, разбеляли его в свету и затемняли черной краской в тени. Такой анализ дает возможность конкретнее представить, описать палитру художника — вернее, то, что мы называем палитрой.

Сопоставление ряда таких графиков, сделанных с ряда произведений, дает возможность сделать выводы о закономерностях изменения цветового строя в пределах того или иного отрезка времени, школы, направления, в творчестве отдельного мастера, обнаружить явления, свидетельствующие об эволюции цветопонимания.

Цветовой атлас Рабкина

Таблица из атласа Рабкина, позволяющая практически измерить цвет. Половина каждого кружочка в таблице вырезана, другая закрашена соответствующим тоном. Подкладывая под таблицу исследуемый образец, находят совпадение цветового тона на таблице и тона, видимого сквозь прорезь. Затем в ключе-справочнике находят основные характеристики этого цвета 

Рисунок 49 – цветовой атлас Рабкина

В основу своей системы Е. Рабкин положил пространственную модель в виде двойного конуса, в вершинах которого располагаются черный и белый цвета, а по окружности общего основания — оптимально насыщенные цвета ахроматического ряда, насыщенность которых убывает по направлению к центру. Сечение конуса вдоль оси дает ряд треугольников одного цветового тона, но различных по светлоте и насыщенности. В атласе Рабкина представлено 12 таких сечений в виде треугольников, состоящих из 45 полей одного цветового тона и 10 ахроматических полей, от белого до черного.

Описанная методика весьма далека от совершенства, она позволяет лишь приблизительно фиксировать цвета, но при этом все же значительно точнее, нежели при простом визуальном наблюдении. Измерения цвета, которые производятся при помощи сравнения испытуемого пятна с неким фиксированным эталоном, конечно, будут также иметь ограничения, зависимые и от субъективных условий наблюдений, и от объективных моментов, связанных с различием условий освещения, фактуры и т. п. При измерениях нужно учитывать также, что в красочном слое картины происходят изменения.

С точки зрения возможности измерения все сложное многообразие способов использования цвета в живописи можно условно разделить на три группы:

  1. Цвет используется в его «чистом» виде, никак, ни в каком направлении не модифицированным. В этом случае каждый тон определяется через обозначения его светлоты, цветового тона и насыщенности сравнительно легко, с помощью принятых обозначений; его можно по этим обозначениям достаточно точно воспроизвести при отсутствии оригинала.

  2. Цвет модифицируется путем высветления и затемнения. Здесь с успехом может быть использована для измерения и описания система Оствальда.

  3. Третий тип использования цвета в художественном произведении подразумевает «перетекание», градирование цвета по всем его характеристикам одновременно. Он представляет наибольшие трудности для фиксации. В этом последнем случае измерения представляют наибольшую сложность и будут менее точными, но отнюдь не бесполезными.

Пока речь идет об изучении цвета в его элементарной основе, абстрагировано от его эстетической оценки, без учета эмоциональных моментов, сопровождающих его восприятие, не только возможно, но и нужно такое строгое его определение. Все же эмоционально-субъективные наслоения, сопровождающие процесс восприятия, — это уже следующий уровень, следующая задача, которая тем серьезнее и научнее будет решаться, чем объективнее и точнее будут данные, полученные на первом уровне.

4.2 Теоретические основы измерения цветов

Похожие записи

No Comments

Оставьте комментарий

Ваш адрес электронной почты не будет опубликован.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.