Геометрическая модель смешения цветов

Описание

Результаты смешения спектральных цветов удобно описывать в геометрических терминах координатного пространства. Тогда например, можно сказать, что в пространстве смешения цветов спектральный ряд от 520 до 660 нм расположен на одной геодезической линии. Это пространство, очевидно, двумерно. Одним измерением служит цветовой тон, а другим — цветовая насыщенность. Такое пространство называется пространством хроматичности, или цветности.

По существу первой геометрической моделью цветности является цветовой круг Ньютона. Две полярные координаты — горизонтальный угол и расстояние до центра — однозначно определяют хроматичность любого цвета на цветовом круге и интерпретируются как цветовой тон и насыщенность. Геодезической линией смешения цветов является евклидова прямая. Эта модель только на качественном уровне описывает факты цветового смешения. Так, например, она не согласуется со свойствами смешения монохроматических цветов в диапазоне 530—675 нм.

Трехкомпонентность смешения цветов.
Анализируя и продолжая опыты Ньютона по частичному смешению спектральных цветов, Юнг (1804) показал, что субъективно все множество цветовых тонов и белый цвет можно воспроизвести смешением всего трех правильно выбранных спектральных цветов.

Правило заключается в том, чтобы ни один из этих исходных цветов нельзя было получить смешением остальных двух. Эти цвета — фиолетовый, зеленый и красный — Юнг рассматривал как базисные или первичные цвета. Цвета, которые Ньютон считал простыми, — синий, желтый и др. — являются, с точки зрения Юнга, попарными комбинациями фиолетового и зеленого, зеленого и красного и т. д. В соответствии с этой идеей Юнга цветовой круг Ньютона был трансформирован Максвеллом в равносторонний треугольник, в центре которого расположен белый цвет, а по вершинам три основных цвета (рис. 2.4.9).
[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]

Цветовой треугольник Максвелла позволяет описывать смешение цветов не только на качественном уровне, но и в количественных терминах. В качестве меры количества цвета в смеси Максвелл использовал площадь сектора вертушки Максвелла (эта установка Максвелла для смешения цветов прекрасно описана в книге Пэдхема и Сондерса «Восприятие света и цвета»), В установках, где используются монохроматические излучения, в качестве меры берется величина светового потока излучения в люменах.

Эксперименты Максвелла и Грассмана показали, что количественные данные по смешению цветов дают формальные основания распространить понятие трехкомпонентности на цвета любых хроматичностей, в том числе и тех, которые нельзя получить смешением первичных цветов, и даже тех, которые нельзя получить никаким физическим стимулом. Это означает, что трехкомпонентность не просто феномен смешения цветов, а, как считали Юнг и Гельмгольц, феноменальная характеристика любого цветового ощущения.

Понятие трехкомпонентности цветового ощущения продвинуло науку о цвете сразу в двух направлениях. С практической стороны оно послужило основой для создания колориметрии как стандартного метода спецификации цвета. Кроме того, оно привело Юнга к совершенно оригинальному представлению о строении зрительного анализатора, которое развилось Гельмгольцем в широко известную трехкомпонентную теорию цветового зрения.

Цветовая оппонентность.
Проведем еще один опыт. К монохроматическому синему цвету (470 нм) начнем примешивать монохроматический желтый (580 нм). По мере прибавления к смеси желтого цвета синий цвет станет постепенно бледнеть, выцветать, пока не исчезнет полностью.

Аналогичный эффект произойдет с желтым цветом, если к нему добавлять достаточное количество синего. И вообще любой оттенок в любой смеси можно элиминировать, т. е. получить ахроматический цвет, ёсли добавить к смеси два из четырех основных тонов. Геринг предложил характеризовать этот феномен цветовой оппонентностью, поскольку такие цвета не дополняют, а взаимно исключают друг друга, они как бы противостоят друг другу по знаку.

Анализируя с этой точки зрения спектральный ряд, Геринг приходит к выводу, что субъективно все многообразие цветовых тонов можно охарактеризовать как производное от четырех цветов — красного, желтого, зеленого и синего, каждый из которых не содержит в себе никакого влияния, следа от трех остальных.

Так, например, в желтом цвете не видно ни красного, ни зеленого, ни тем более синего, тогда как оранжевый цвет явно ощущается как красноватый с некоторой желтизной и т. д. В этом смысле таким же первичным цветом является белый цвет, в котором субъективно нет никаких других цветов. Четыре основных цвета в спектральном ряду связаны в две хроматические оппонентные пары красно-зеленую и сине-желтую. Третья оппонентная пара ахроматическая, характеризуется она бело-черными цветами. Причем черный цвет определяется не просто как отсутствие цвета вообще, но как самостоятельный феномен.

Американские исследователи Лео Харвич и Доротея Джемсон разработали метод количественного измерения цветовой оппонентности — метод кансилляции или метод вычитания. В соответствии с идеей Геринга, что хроматичность любого цвета полностью определяется всего двумя из четырех попарно оппонентных цветов (одному из красно-зеленой пары и другому — из сине-желтой пары), Харвич и Джемсон предложили, что добавление к любому цвету оставшихся двух оппонентных цветов приведет в общем случае к полному устранению хроматичности в ощущении, оставляя только ахроматическую составляющую.

Так, например, хроматичность спектрального оранжевого цвета определяется красным и желтым первичными цветами. Добавление к оранжевому первичного зеленого цвета приведет к нейтрализации красного компонента в оранжевом цвете. После нейтрализации одного первичного цвета в оранжевом останется только желтый первичный.

Его нейтрализуют первичным синим цветом и получают в итоге ахроматический цвет, что и требовалось доказать. Количество одного основного цвета из оппонентной пары (вычитающего), необходимое для нейтрализации второго (вычитаемого) в данном цвете, служит количественной мерой наличия вычитаемого оппонентного цвета в данном монохроматическом цвете (рис. 2.4.10).

В геометрических терминах такое пространство цветности представляет собой двумерную поверхность с двумя взаимно ортогональными осями координат. Каждая ось координат характеризуется как одна из оппонентных систем, положительные и отрицательные значения на каждой оси характеризуют взаимоотношения оппонентных цветов в паре. Белый цвет располагается в точке пересечения осей координат, а ахроматичная оппонентная система представлена третьим измерением по оси, перпендикулярной плоскости хроматических систем (рис. 2.4.11).

Открытие цветовой оппонентности существенным образом преобразовало не только представление о феноменологии цвета, но дало ключ к пониманию главного механизма восприятия цвета и взаимодействия этого механизма с другими системами зрительного анализатора.