"Спектр. Цветовой круг"

Хочу поделиться очень интересным материалом по основам цветоведения и колористики А.П. Рац. КУРС ЛЕКЦИЙ

Л е к ц и я 2 Цветовой спектр. Цветовой круг как основа графического изображения системы цветов. Законы смешения цветов. Аддитивное и субтрактивное смешение цветов. Основные и дополнительные цвета При разложении белого цвета получается непрерывный цветовой спектр, в котором цвета располагаются в строго определенном порядке от красного до фиолетового, образуя так называемый естественный цветовой ряд, при этом каждый цвет имеет определенную светлоту (наиболее светлая часть — желтая, наиболее темная — синефиолетовая). Спектр послужил основой для начала систематизации цветов. Ньютон выделил в спектре семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Предполагают, что он хотел соотнести число цветов с числом различных нот в октавах. Деление это условное, так как в непрерывном спектре человеческий глаз может выделить около 150 оттенков различных спектральных цветов и около 30 оттенков чистого пурпурного цвета, отсутствующего в спектре. Однако все цвета, названные Ньютоном, можно отнести к наиболее значимым, то есть к таким, которые наше сознание одномоментно и непроизвольно выделяет, разделяя при этом весь цветовой спектр на несколько больших интервалов. Поэтому цвета, выделенные Ньютоном, с добавлением или изъятием некоторых цветов присутствуют в каждой из созданных до сегодняшнего дня цветовых систем (рис. 2.1). Рис. 2.1. Цветовой спектр и его условное деление на 7 цветовых тонов По длине волн электромагнитных излучений спектр можно разделить на диапазоны, представляющие оттенки наиболее значимых цветов (длина волн дается в нм):

Ньютону принадлежит и идея графического изображения системы цветов в виде цветового круга: он свернул спектр в кольцо и условно разделил его на семь 13 выделенных им цветов. Позднее между красным и фиолетовым был помещен отсутствующий в спектре пурпурный цвет, который как раз получается путем смешения красного и фиолетового. Расположение цветов в виде круга очень удобно и наглядно, оно широко применяется для объяснения многих закономерностей теории цвета (рис. 2.2). Рис. 2.2. 24-секторный спектральный цветовой круг Одна из важных проблем колористики — закономерности смешения цветов. При выяснении этих закономерностей необходимо знать, что есть два различных типа смешения цветов. Первый тип — аддитивное смешение цветов — является сложением световых потоков, имеющих разную окрашенность. Его примером может служить смешение на экране света, направленного из двух источников, перед которыми поставлены разные по цвету фильтры. Второй тип — субтрактивное смешение цветов — характеризуется в отличие от первого поглощением (вычитанием) отдельных цветов общего светового потока. Пример — направленный на экран свет от одного источника, пропущенный через два фильтра разного цвета. Впервые на это указал и ясно объяснил суть различия процессов смешения цветов первого и второго типов известный немецкий естествоиспытатель Герман Гельмгольц. В некоторых случаях смешение двух цветов по первому и по второму типам дает близкие результаты; например, смешение красного и желтого в обоих случаях дает оранжевый цвет. В других случаях результат различный: синий и желтый при адди 14 тивном смешении дают белый цвет, а при субтрактивном — зеленый. Смешение красок всегда в результате является субтрактивным (смешение синей и желтой красок дает зеленый цвет). Аддитивное смешение обычно является сложением разноокрашенных излучений самосветящихся источников света, например, света люминофоров на экранах электронных оптических приборов (табл. 2.1). Однако еще в XIX веке художники-импрессионисты разработали метод нанесения краски мелкими мазками чистого цвета, добиваясь эффекта так называемого «оптического смешения цветов», когда разноокрашенные пучки света от мелких мазков на поверхности, воспринимаемой с определенного расстояния, смешиваются непосредственно на сетчатке глаза зрителя, что, по сути, является аддитивным смешением. До законченной системы этот метод, получивший название «пуантилизм» (от фр. point — точка), довели художники Жорж Сёра и Поль Синьяк. Правда, белого цвета смешением синих и желтых точек получить всё равно не удается. Но и насыщенного зеленого цвета не возникает; тон поверхности, закрашенный таким образом, воспринимается как близкий к ахроматическому светло-серому тону. Таблица 2.1 Результаты аддитивного смешения спектральных цветов

15 Таблица 2.2 Приблизительные результаты субтрактивного смешения спектральных цветов (или красок, по цветовому тону близких к спектральным цветам)

Три цвета, смешивая которые в различных пропорциях можно получить все остальные цвета, называются «основными» или «первичными» цветами. При аддитивном смешении в электронике такими цветами являются красный, синий и зеленый. Кстати, современная физиология считает, что сетчатка глаза содержит рецепторы (колбочки) трех типов, воспринимающие электромагнитные излучения, соответствующие именно этим трем цветам. Все остальные цвета наше сознание определяет как результат смешения в различных пропорциях этих трех типов импульсов. Трихроматическую или трехкомпонентную теорию цветового зрения предложил в начале XIX века английский физик Томас Юнг, а позже развил тот же Гельмгольц. Но еще раньше Юнга идею о трехкомпонентности цветового зрения высказал великий русский ученый Ломоносов (рис. 2.3). Основными цветами при субтрактивном смешении часто до сих пор традиционно называют красный, желтый и синий. Эти цвета выделяются нашим сознанием как наиболее значимые, они определялись как основные еще в ранних цветовых системах, например в цветовом круге Гете. Однако практика работы с красками показала, что тремя цветами, субтрактивное смешение которых дает наибольшее количество 16 различных оттенков всех цветов, являются голубой, пурпурный и желтый (табл. 2.2). И в технологии растровой печати в полиграфии оптимальными цветами, смешением которых получают почти все оттенки других цветов, наряду с желтым стали фиолетово-красный (малиновый) и голубой. В растровой печати цвет формируется нанесением на белую поверхность разноцветных точек или микроштрихов. Такой процесс называется автотипным смешением. Автотипное смешение имеет двойственный, аддитивно-субтрактивный характер. Аддитивное смешение трех основных цветов дает белый цвет (полный спектр), а субтрактивное смешение — ахроматический темно-серый тон (рис. 2.4). Рис. 2.3. Аддитивное смешение основных цветов (источник: Наука и вселенная. М.: Мир, 1983) Рис. 2.4. Сравнение аддитивной и субтрактивной схем смешения цветов Два цвета, которые так же, как и три основных, при аддитивном смешении дают белый цвет, а при субтрактивном смешении — серый ахроматический тон называются « пара дополнительных цветов». В паре дополнительных цветов, где одним из цветов является какой-либо из тройки основных, второй представляет смесь двух других первичных цветов. При аддитивном смешении основными такими парами будут красный и зелено-голубой, синий и желтый, зеленый и пурпурный, а при субтрактивном смешении красок — красный и сине-зеленый, синий и оранжевый, зелено-желтый и фиолетовый. Пары дополнительных цветов при аддитивном смешении определил еще Ньютон. Отведя, например, красный луч разложенного на спектр света, он собрал с помощью линзы оставшиеся лучи. Их смесь дала зелено-голубой цвет. Соединив его с красным, он опять получил белый свет. То же он проделал и с другими цветами. То, что две составные части белого света при соединении дают белый свет, неудивительно. Удивительно, что пары отдельных спектральных лучей могут при смешении давать белый свет, например, красный с длиной волны 656,2 нм дополнителен к зеленоголубому с длиной волны 492,1 нм. То есть существуют не только сложные, но и простые дополнительные цвета. Таковы особенности нашего восприятия видимых элек 17 тромагнитных излучений! Интересно то, что соотношение длин волн простых дополнительных цветов всегда близко к значению 3/4 (рис. 2.5). Рис. 2.5. Пары дополнительных цветов в цветовом круге Пары дополнительных цветов при субтрактивном смешении художники давно определили в процессе смешения красок. Точнее эти цвета называть контрастными, так как строгой дополнительности двух красок, т.е. получения полностью ахроматического тона, добиться очень сложно. В итоге можно сформулировать три закона смешения цветов. 1. Для каждого цвета существует дополнительный цвет. При аддитивном смешении дополнительные цвета дают белый цвет (полный спектр), а при субтрактивном смешении — ахроматический серый тон. 2. Два цвета, не являющиеся взаимодополнительными, при смешении дают третий цвет, занимающий между двумя смешиваемыми промежуточное положение в спектре или в цветовом круге. 3. Одинаково выглядящие цвета дают одинаково выглядящие смеси независимо от спектрального состава цветов. Три закона синтеза цветов сформулировал в 1853 году Г. Грассман. 1. Закон трехмерности: любой цвет однозначно выражается тремя цветами, если они линейно независимы (т.е., если ни один из них нельзя получить смешением двух других). 2. Закон непрерывности: при непрерывном изменении излучения цвет изменяется также непрерывно (к любому цвету можно подобрать бесконечно близкий). 3. Закон аддитивности: одинаковые излучения дают одинаково выглядящие смеси, независимо от спектрального состава излучений. 18 Цветовые круги различных конструкций стремятся к равнопороговому соотношению всех цветов, каждый из которых представляет усредненный цвет определенной части спектра. Дополнительные цвета в таких кругах располагаются на концах диаметра круга, а первичные отстоят друг от друга на 120. Поэтому такие круги удобно использовать в практической работе как основу для упорядочения цветовых множеств и поиска гармоничных цветовых сочетаний, о чем подробнее будет сказано в последующих лекциях. Как пример можно привести шестичастный цветовой круг Гете, который был не только великим поэтом, но и серьезным естествоиспытателем и глубоко исследовал проблемы восприятия цвета (рис. 2.6). Очень удобен для цветового проектирования 12-частный круг немецкого художника и педагога Иоханнеса Иттена (рис. 2.7). Рис. 2.6. Цветовой круг Гете Рис. 2.7. Цветовой круг Иттена На основе кругов с условным делением на небольшое количество наиболее значимых цветов создаются круги с более тонким делением на большое количество оттенков: 18-частный, 24-частный, 36-частный. Ранние конструкции цветовых кругов, в том числе названные, опирались на практическую деятельность художников, то есть на субтрактивное смешение, поэтому в них основными цветами являются красный, желтый и синий и выделяются пары дополнительных цветов, соответствующие этому типу смешения. Позже появились конструкции, в которых пары диаметрально расположенных цветов больше соответствуют аддитивному типу смешения. Некоторые современные модели построены на двух диаметральных парах: красный — зеленый и синий — желтый. В этих моделях зеленый определяется как четвертый основной цвет в соответствии с теорией Геринга (см. об этом подробнее в лекции 4). Таков, например, 16-частный цветовой круг В.М. Шугаева. Конструкция не принимается многими художниками-живописцами, но применение этого круга в цветовом проектировании дает хорошие результаты, поэтому его как отправную точку поиска гармоничных цветосочетаний используют дизайнеры и художники текстильной промышленности. 19 Кроме круга, для графического изображения системы цветов, основанной на триаде красный — желтый — синий, используется равносторонний треугольник (рис. 2.8). В его вершинах помещаются основные цвета, в центре каждой из сторон — дополнительные к ним смешанные цвета. Деление можно продолжить, поместив в промежутки цвета, полученные смешением соседних основных и дополнительных цветов, так что в принципе расположение цветов в треугольнике ничем не отличается от расположения в круге. Аналогично круг, основанный на парах красный — зеленый и синий — желтый, можно заменить квадратом (рис. 2.9).