Пространственные модели цветовых тел

Содержание.

Введение. 3

Систематизация  цветов. Пространственные модели цветовых тел. 4

Приложения 13

Список литературы. 20

Введение.

Потребность в систематизации и классификации цветов возникла давно. Продиктована она была как  потребностями практики, так и  науки, и, в частности, таких областей научного знания, как биология, минералогия, медицина. Не менее важное значение имеет она и для теории живописи. Многообразие наблюдаемых в природе  цветов художники и ученые издавна  стремились привести в какую-либо систему  — расположить все цвета в  определенном порядке, выделить среди  них основные и производные.

В практике и научных исследованиях применяются два способа систематизации и количественного выражения цвета. Первый способ — колориметрический, второй — способ цветных эталонов, разрабатываемых в виде атласов цветов. Наука, занимающаяся количественным выражением цвета и его измерением, называется колориметрией.

Самой простой системой расположения цветов является размещение их в том порядке, в каком они находятся в радуге, и выделение в этом порядке определенной последовательности. Первая такая попытка была сделана И. Ньютоном после того, как он получил спектр путем разложения белого цвета. Эти цвета Ньютон разделял на однородные, первичные или простые, которые вызываются лучами одинаковой преломляемости, и неоднородные или производные, ощущение которых вызывается лучами различной преломляемости.

Спектр послужил также  основой для систематики цветов в виде круга и треугольника(таблица 1). Идея графического выражения системы цветов в виде замкнутой фигуры была подсказана тем, что концы спектра имеют тенденцию замкнуться — синий конец через фиолетовый переходит в пурпурный, а красный также приближается к пурпурному. В принципе расположение цветов в треугольнике ничем не отличается от расположения их по кругу, так как треугольник вписывается в круг.

В вершинах треугольника располагаются  так называемые основные, или «первичные», чистые цвета: красный, синий, желтый. Смешивая их попарно, можно получить «вторичные», или смешанные, цвета: оранжевый, зеленый, фиолетовый. Смешение можно продолжать и далее и получить таким образом, в конечном итоге, цветовой круг. Если в треугольнике провести биссектрисы, а в круге диаметры, то на их противоположных  концах будут лежать взаимодополнительные цвета, о которых речь пойдет ниже.

Цветовые круг и треугольник  обладают и еще одним свойством: оптическое смешение трех основных цветов дает в итоге белый, а при смешении соответствующих красок на палитре  — черный или темно-серый цвет. Таким образом, три основных цвета  при смешении образуют белый; но поскольку  каждые два цвета из основных могут  быть представлены в смеси, как, например, желтый и красный — в оранжевом, то белый, то есть ахроматический, цвет можно получить смешиванием и  двух цветов, находящихся на противоположных  концах диаметра цветового круга. Расположение цветов в виде круга очень удобно и наглядно, оно широко применяется  для объяснения многих закономерностей  теории цвета.

Систематизация  цветов. Пространственные модели цветовых тел.

Цветовое тело- наглядная пространственная модель многообразия цветов, отражающая и их количественные характеристики (светлоту и насыщенность).

Несмотря на широкое применение колористики в самых различных  областях науки и практики, сложность  описания цвета осталась непреодолимым  препятствием на пути создания единой, приемлемой для всех потребителей цветовой модели. Поэтому в архитектуре, изобразительном  искусстве, фотографии и компьютерной графике используется множество  специализированных цветовых моделей, исторически закрепившихся в  обособленных кругах профессионалов.

Тем не менее, возрастающая интеграция профессий все чаще требует  от специалиста владения смежными областями  знаний и умелого их использования. Так, например, современные компьютерные технологии обеспечивают поддержку  основных подходов к работе с цветом и обмен данными, полученными  различными методами. Но для успешного  использования этих возможностей необходимо знание сравнительных характеристик  различных цветовых моделей и  понимание общих принципов цветового  моделирования.

Обобщенная модель позволяет  привести описание каждой из существующих моделей к единой схеме, помогая  понять их единство и общность, далеко не очевидные при раздельном изучении. 

 Несмотря на то, что  различными специалистами выбираются  свои приоритетные параметры,  общее количество характеристик  цвета в большинстве современных  моделей не превышает трех. Достаточность  трех параметров для достоверного  описания цвета послужила основной  предпосылкой к обоснованию теоретической  возможности существования обобщенной  цветовой модели. Это значит, что  любой цвет может быть представлен  в виде точки, расположенной  в виртуальном пространстве, и  исчерпывающе описан тремя числовыми  значениями ее координат. Исходя  из этого, совокупность всех  цветов спектра должна представлять  собой трехмерное цветовое тело  той или иной формы. Отсюда  следует, что все цветовые модели, описываемые триадой любых характеристик,  могут быть представлены в  виде трехмерных объектов.  
Попытки систематизировать и выразить все многообразие цветов с помощью разных пространственных моделей цветового тела, а также плоских цветовых кругов предпринимались с давних пор. Так, Гете построил цветовой круг, положив в основу три независимых цвета — красный, синий, желтый — и три полученных из них смесей: К + Ж — оранжевый, С + К ~ пурпурный, Ж + С — зеленый. Однако систематизация, основанная на научных данных, начинается с XVII в., после того как Ньютон разложил белый свет на его составляющие — монохроматические излучения. Соответствующие модели цветовых тел имели самые разнообразные формы, например "цветового куба", "цветового конуса", "цветового шара", "цветовой пирамиды" и т. д

Цветовой круг и треугольник, однако, систематизировали лишь чистые, то есть спектральные, цвета. Поскольку  каждый спектральный цвет может изменяться также по светлоте и насыщенности, то это потребовало создания такой  модели, которая давала бы возможность  учета изменения цветов и по этим параметрам.

 В 1772 году немецким  ученым Ламбертом (1728-1777) была предложена систематизация цветов в виде пирамиды(таблица 3), приблизительно отображающей изменения цвета также по светлоте и насыщенности.

Расположение цветов в  виде круга очень удобно и наглядно, оно широко применяется для объяснения многих закономерностей теории цвета. В сущности, к системе цветов в  виде круга, возможно, неожиданно для  самого себя пришел и Гете. Рассматривая свет через призму, он заметил цветовые полосы на границе черного и белого. Это дало ему основание сделать вывод о том, что желтый и синий соответствуют светлому и темному и являются первичными, так как возникли из противоположностей. Красный цвет он рассматривал как усиление желтого, фиолетовый — синего, а зеленый как результат смешения. Пурпурный цвет, по его мнению, возникает путем дальнейшего усиления красного и фиолетового. В итоге у Гете также, несколько своеобразным путем, возникает цветовой круг, в принципе не отличающийся от круга Ньютона.

В том же 1810 году, что и  Гете, опубликовал свою теорию цветов немецкий живописец романтической  школы Филипп Отто Рунге (1777-1810), который, в отличие от Гете и других предшествовавших ему исследователей, строил свои выводы на опытах с пигментами, что делало его учение несколько более близким к живописной практике. Он считал основными три краски: желтую, синюю и красную, которые смешением между собой образуют оранжевую, фиолетовую и зеленую. В итоге он получал те же шесть цветов, что и Гете. Однако Гете подходил к вопросу с физиологической точки зрения и считал, что оранжевый и фиолетовый возникают вследствие повышения напряженности желтого и красного. Рунге рассуждал более конкретно и объяснял вторичные цвета чисто эмпирическим фактом смешения красок. К числу основных цветов Рунге относил также белый и черный, которые в предложенной им трехмерной модели системы цветов находятся в полюсах шара. По экватору шара Рунге располагал оптимально насыщенные цвета; изменения цвета по меридианам в направлении к полюсам он рассматривал как модификации по светлоте, а изменения каждого цветового тона по направлению к оси шара показывали изменения насыщенности.

Трехмерная модель систематики  цветов Рунге послужила основой  для всех последующих моделей.

Уже упоминавшийся нами выдающийся немецкий химик Вильгельм Оствальд (1853-1932) в своей научной деятельности много времени отводил исследованиям в области теории цвета. Им было задумано изложить все учение о цвете в 5 томах:

1. Математическое учение о цвете;
2. Физическое учение о цвете;
3. Химическое учение о цвете;
4. Физиологическое учение о цвете;
5. Психологическое учение о цвете.

Однако он успел написать и издать лишь первые три тома.

Оствальд, как и другие исследователи — его предшественники  и современники, — стремился создать  единую и легко обозримую классификацию  цветов, удобную для практического  применения. Наиболее интересную и  ценную часть его работы представляет система классификации серых  тонов. Он открыл, что равноступенный ахроматический ряд не может быть получен путем арифметического  отношения частей черного и белого. То есть если к черной краске прибавлять последовательно 1/10, 2/10, 3/10 и т.д. белой, то в результате получаемые градации серого тона не будут представлять равномерное увеличение светлоты. Для  того чтобы получить равноступенный ахроматический ряд, отношения черного  и белого должны изменяться в логарифмической  последовательности.

В основу своей систематики  хроматических цветов Оствальд положил  шкалу серых цветов и цветовой круг, который он разделил на 100 ступеней, обозначив их номерами от 00 до 99. Каждый из 100 цветов входил в равносторонний треугольник, вершины которого соответствовали  чистому цвету (R), белому (W) и черному (S).

Смешение чистого цвета  с белым образует конечный ряд  «светлоясных» цветов, а соответствующее  смешение с черным — ряд «темноясных» цветов. Кроме того, треугольник  показывал и смешение чистых цветов с разнообразными серыми тонами, получающимися в ряду. Таким образом, в целом получалась шкала так называемых «мутных» цветов, для изображения которой было уже недостаточно отрезков прямой, а необходима была плоская фигура. Каждый смешанный цвет внутри треугольника определялся следующим образом: на черно-белой стороне берется точка, представляющая серый цвет, от нее проводится прямая к хроматическому, тогда все точки на этой прямой будут обозначены в смеси хроматического цвета с различным количеством серого. Соединенные вместе сто таких треугольников образуют так называемое «цветовое тело». Сечение этого тела, сделанное через вертикальную ось, дает два треугольника, представляющих взаимодополнительные цвета. Сечение, перпендикулярное оси, дает концентрические круги с равной примесью серого.

В основу своей систематики  хроматических цветов Оствальд положил  шкалу серых цветов и цветовой круг, который он разделил на 100 ступеней, обозначив их номерами от 00 до 99. Каждый из 100 цветов входил в равносторонний треугольник, вершины которого соответствовали  чистому цвету (R), белому (W) и черному (S). Смешение чистого цвета с белым  образует конечный ряд «светлоясных»  цветов, а соответствующее смешение с черным — ряд «темноясных» цветов. Кроме того, треугольник показывал  и смешение чистых цветов с разнообразными серыми тонами, получающимися в ряду. Таким образом, в целом получалась шкала так называемых «мутных» цветов, для изображения которой было уже недостаточно отрезков прямой, а необходима была плоская фигура. Каждый смешанный цвет внутри треугольника определялся следующим образом: на черно-белой стороне берется  точка, представляющая серый цвет, от нее проводится прямая к хроматическому, тогда все точки на этой прямой будут обозначены в смеси хроматического цвета с различным количеством  серого.

Свою систематику цветов Оствальд адресовал художникам. Им был составлен атлас, содержащий 2500 цветов, с указанием способа  получения каждого из них смешением  вполне определенных пигментов. В соответствии с его систематикой цветов было наложено производство набора красок из 680 цветов и меньших наборов, соответствующих  сокращенному варианту его шкалы.

Оствальд видел в своей  системе средство к решению разнообразных  задач художественной практики; своей  систематикой цвета он ставил себе цель нормировать цвета и тем  облегчить их практическое применение. Однако его работа имеет, прежде всего, теоретическое значение, ибо всякая серьезно построенная систематика  многообразных явлений служит важнейшим  этапом в познании природы этих явлений. Для художника его система  цветов представляет интерес тем, что  показывает наглядно возможные модификации  цвета и взаимосвязь в одном  тоне между хроматическим и ахроматическим началом.

Цветовое тело Оствальда  представляло систему эталонов, которые  группировались не по цветовому тону и насыщенности, как это было у  других ученых, а по цветовому тону, чистоте и относительной яркости, то есть по признакам, которые более  важны для художественной практики, ибо «светлоясный» и «темноясный» оствальдовские ряды соответствуют  различной степени освещения  поверхности.

Недостаток его теории состоит в том, что он чрезмерно  математизировал принципы сочетания  цветов и стремился утвердить  их как незыблемые нормы красоты. В своей систематике Оствальд исходил из аналогии между цветом и звуком, считая, что поскольку  в музыке не пользуются всеми возможными звуками, а обходятся лишь 12 тонами октавы, то точно так же и в  живописи можно ограничиться определенным числом цветов. Этой задачи он, конечно, не решил и не мог решить, поскольку  его предпосылка была в основе своей ошибочна. Но его работа в  области систематики цвета имела  немалое значение, ибо современная  система колориметрии в значительной мере является дальнейшим развитием идеи оствальдовского цветового тела.

Альберт Генри  Менселл (1859-1918) был художником и преподавателем живописи и имел неплохое естественнонаучное образование, полученное им благодаря работе у известного американского физика О. Руда.

Чтобы систематизировать  цвета в трехмерном пространстве, он взял за основу цветовой шар Рунге (1802), а обозначения трех основных переменных по Гельмгольцу: цветовой тон, светлота и насыщенность. Основу модели составляет у него цветовой круг, представляющий собой спектр, который делился  на пять основных цветов: красный, желтый, зеленый, голубой и фиолетовый и  промежуточные между ними; всего, таким образом, у него получилось десять цветовых тонов.