Осознаем мы этого или нет, но мы находимся в постоянном взаимодействии с окружающим миром и принимаем на себя воздействие различных факторов этого мира. Мы видим окружающее нас пространство, постоянно слышим звуки от различных источников, ощущаем тепло и холод, не замечаем, что пребываем под воздействием естественного радиационного фона, а также постоянно находимся в зоне излучения, которое исходит от огромного количества источников сигналов телеметрии, радио и электросвязи. Почти всё вокруг нас испускает электромагнитное излучение. Электромагнитное излучение - это электромагнитные волны, созданные различными излучающими объектами – заряженными частицами, атомами, молекулами. Волны характеризуются частотой следования, длинной, интенсивностью, а также рядом других характеристик. Вот вам просто ознакомительный пример. Тепло, исходящее от горящего костра – это электромагнитная волна, а точнее инфракрасное излучение, причем очень высокой интенсивности, мы его не видим, но можем почувствовать. Врачи сделали рентгеновский снимок – облучили электромагнитными волнами, обладающими высокой проникающей способностью, но мы этих волн не ощутили и не увидели. То, что электрический ток и все приборы, которые работают под его действием, являются источниками электромагнитного излучения, вы все, конечно же, знаете. Но в этой статье я не стану рассказать вам теорию электромагнитного излучения и его физическую природу, я постараюсь более мене простым языком объяснить, что же такое видимый свет и как образуется цвет объектов, которые мы с вами видим. Я начал говорить про электромагнитные волны, чтобы сказать вам самое главное: Свет – это электромагнитная волна, которая испускается нагретым или находящимся в возбужденном состоянии веществом. В роли такого вещества может выступить солнце, лампа накаливания, светодиодный фонарик, пламя костра, различного рода химические реакции. Примеров может быть достаточно много, вы и сами можете привести их в гораздо большем количестве, чем я написал. Необходимо уточнить, что под понятием свет мы будем подразумевать видимый свет. Всё выше сказанное можно представить в виде вот такой картинки (Рисунок 1).
Рисунок 1 – Место видимого излучения среди других видов электромагнитного излучения.
На Рисунке 1 видимое излучение представлено в виде шкалы, которая состоит из «смеси» различных цветов. Как вы уже догадались – это спектр . Через весь спектр (слева направо) проходит волнообразная линия (синусоидальная кривая) – это электромагнитная волна, которая отображает сущность света как электромагнитного излучения. Грубо говоря, любое излучение – есть волна. Рентгеновское, ионизирующее, радиоизлучение (радиоприемники, телевизионная связь) – не важно, все они являются электромагнитными волнами, только каждый вид излучения имеет разную длину этих волн. Синусоидальная кривая является всего лишь графическим представлением излучаемой энергии, которая изменяется во времени. Это математическое описание излучаемой энергии. На рисунке 1 вы также можете заметить, что изображенная волна как бы немного сжата в левом углу и расширена в правом. Это говорит о том, что она имеет разную длину на различных участках. Длина волны – это расстояние между двумя её соседними вершинами. Видимое излучение (видимый свет) имеет длину волны, которая изменяется в пределах от 380 до 780nm (нанометров). Видимый свет - всего лишь звено одной очень длинной электромагнитной волны.
От света к цвету и обратно
Ещё со школы вы знаете, что если на пути луча солнечного света поставить стеклянную призму, то большая часть света пройдет через стекло, и вы сможете увидеть разноцветные полосы на другой стороне призмы. То есть изначально был солнечный свет - луч белого цвета, а после прохождения через призму разделился на 7 новых цветов. Это говорит о том, что белый свет состоит из этих семи цветов. Помните, я только что говорил, что видимый свет (видимое излучение) - это электромагнитная волна, так вот, те разноцветные полосы, которые получились после прохождения солнечного луча через призму – есть отдельные электромагнитные волны. То есть получаются 7 новых электромагнитных волн. Смотрим на рисунок 2.
Рисунок 2 – Прохождение луча солнечного света через призму.
Каждая из волн имеет свою длину. Видите, вершины соседних волн не совпадают друг с другом: потому что красный цвет (красная волна) имеет длину примерно 625-740nm, оранжевый цвет (оранжевая волна) – примерно 590-625nm, синий цвет (синяя волна) – 435-500nm., не буду приводить цифры для остальных 4-х волн, суть, я думаю, вы поняли. Каждая волна – это излучаемая световая энергия, то есть красная волна излучает красный свет, оранжевая – оранжевый, зеленая – зеленый и т.д. Когда все семь волн излучаются одновременно, мы видим спектр цветов. Если математически сложить графики этих волн вместе, то мы получим исходный график электромагнитной волны видимого света – получим белый свет. Таким образом, можно сказать, что спектр электромагнитной волны видимого света – это сумма волн различной длины, которые при наложении друг на друга дают исходную электромагнитную волну. Спектр «показывает из чего состоит волна». Ну, если совсем просто сказать, то спектр видимого света – это смесь цветов, из которых состоит белый свет (цвет). Надо сказать, что и у других видов электромагнитного излучения (ионизирующего, рентгеновского, инфракрасного, ультрафиолетового и т.д.) тоже есть свои спектры.
Любое излучение можно представить в виде спектра, правда таких цветных линий в его составе не будет, потому, как человек не способен видеть другие типы излучений. Видимое излучение – это единственный вид излучений, который человек может видеть, потому-то это излучение и назвали – видимое. Однако сама по себе энергия определенной длины волны не имеет никакого цвета. Восприятие человеком электромагнитного излучения видимого диапазона спектра происходит благодаря тому, что в сетчатке глаза человека располагаются рецепторы, способные реагировать на это излучение.
Но только ли путем сложения семи основных цветов мы можем получить белый цвет? Отнюдь. В результате научных исследований и практических экспериментов было установлено, что все цвета, которые способен воспринимать человеческий глаз, можно получить смешиванием всего лишь трех основных цветов. Три основных цвета: красный, зеленый, синий. Если с помощью смешивания этих трех цветов можно получить практически любой цвет, значит можно получить и белый цвет! Посмотрите на спектр, который был приведен на рисунке 2, на спектре четко просматриваются три цвета: красный, зеленый и синий. Именно эти цвета лежат в основе цветовой модели RGB (Red Green Blue).
Проверим как это работает на практике. Возьмем 3 источника света (прожектора) - красный, зеленый и синий. Каждый из этих прожекторов излучает только одну электромагнитную волну определенной длины. Красный – соответствует излучению электромагнитной волны длиной примерно 625-740nm (спектр луча состоит только из красного цвета), синий излучает волну длиной 435-500nm (спектр луча состоит только из синего цвета), зеленый – 500-565nm (в спектре луча только зеленый цвет). Три разных волны и больше ничего, нет никакого разноцветного спектра и дополнительных цветов. Теперь направим прожектора так, чтобы их лучи частично перекрывали друг друга, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3 - Результат наложения красного, зеленого и синего цветов.
Посмотрите, в местах пересечения световых лучей друг с другом образовались новые световые лучи – новые цвета. Зеленый и красный образовали желтый, зеленый и синий – голубой, синий и красный - пурпурный. Таким образом, изменяя яркость световых лучей и комбинируя цвета можно получить большое многообразие цветовых тонов и оттенков цвета. Обратите внимание на центр пересечения зеленого, красного и синего цветов: в центре вы увидите белый цвет. Тот самый, о котором мы недавно говорили. Белый цвет – это сумма всех цветов. Он является «самым сильным цветом» из всех видимых нами цветов. Противоположный белому – черный цвет. Черный цвет – это полное отсутствие света вообще. То есть там, где нет света - там мрак, там всё становится черным. Пример тому - иллюстрация 4.
Рисунок 4 – Отсутствие светового излучения
Я как-то незаметно перехожу от понятия свет к понятию цвет и вам ничего не говорю. Пора внести ясность. Мы с вами выяснили, что свет – это излучение, которое испускается нагретым телом или находящимся в возбужденном состоянии веществом. Основными параметрами источника света являются длина волны и сила света. Цвет – это качественная характеристика этого излучения, которая определяется на основании возникающего зрительного ощущения. Конечно же, восприятие цвета зависит от человека, его физического и психологического состояния. Но будем считать, что вы достаточно хорошо себя чувствуете, читаете эту статью и можете отличить 7 цветов радуги друг от друга. Отмечу, что на данный момент, речь идет именно о цвете светового излучения, а не о цвете предметов. На рисунке 5 показаны зависимые друг от друга параметры цвета и света.
Рисунки 5 и 6– Зависимость параметров цвета от источника излучения
Существуют основные характеристики цвета: цветовой тон (hue), яркость (Brightness), светлость (Lightness), насыщенность (Saturation).
Цветовой тон (hue)
– Это основная характеристика цвета, которая определяет его положение в спектре. Вспомните наши 7 цветов радуги – это, иначе говоря, 7 цветовых тонов. Красный цветовой тон, оранжевый цветовой тон, зелёный цветовой тон, синий и т.д. Цветовых тонов может быть довольно много, 7 цветов радуги я привел просто в качестве примера. Следует отметить, что такие цвета как серый, белый, черный, а также оттенки этих цветов не относятся к понятию цветовой тон, так как являются результатом смешивания различных цветовых тонов.
Яркость (Brightness)
– Характеристика, которая показывает, насколько сильно излучается световая энергия того или иного цветового тона (красного, желтого, фиолетового и т.п.). А если она вообще не излучается? Если не излучается – значит, её нет, а нет энергии - нет света, а там где нет света, там черный цвет. Любой цвет при максимальном снижении яркости становится черным цветом. Например, цепочка снижения яркости красного цвета: красный - алый - бордовый - бурый - черный. Максимальное увеличение яркости, к примеру, того же красного цвета даст «максимально красный цвет».
Светлость (Lightness)
– Степень близости цвета (цветового тона) к белому. Любой цвет при максимальном увеличении светлости становится белым. Например: красный - малиновый - розовый - бледно-розовый - белый.
Насыщенность (Saturation)
– Степень близости цвета к серому цвету. Серый цвет является промежуточным цветом между белым и черным. Серый цвет образуется путем смешивания в равных количествах красного, зеленого, синего цвета с понижением яркости источников излучения на 50%. Насыщенность изменяется непропорционально, то есть понижение насыщенности до минимума не означает, что яркость источника будет снижена до 50%. Если цвет уже темнее серого, при понижении насыщенности он станет ещё более темным, а при дальнейшем понижении и вовсе станет черным цветом.
Такие характеристики цвета как цветовой тон (hue), яркость (Brightness), и насыщенность (Saturation) лежат в основе цветовой модели HSB (иначе называемая HCV).
Для того чтобы разобраться в этих характеристиках цвета, рассмотрим на рисунке 7 палитру цветов графического редактора Adobe Photoshop.
Рисунок 7 – Палитра цветов Adobe Photoshop
Если вы внимательно посмотрите на рисунок, то обнаружите маленький кружочек, который расположен в самом верхнем правом углу палитры. Этот кружочек показывает, какой цвет выбран на цветовой палитре, в нашем случае это красный. Начнем разбираться. Сначала посмотрим на числа и буквы, которые расположены в правой половине рисунка. Это параметры цветовой модели HSB. Самая верхняя буква – H (hue, цветовой тон). Он определяет положение цвета в спектре. Значение 0 градусов означает, что это самая верхняя (или нижняя) точка цветового круга – то есть это красный цвет. Круг разделен на 360 градусов, т.е. получается, в нем 360 цветовых тонов. Следующая буква – S (saturation, насыщенность). У нас указано значение 100% - это значит, что цвет будет «прижат» к правому краю цветовой палитры и имеет максимально возможную насыщенность. Затем идет буква B (brightness, яркость) – она показывает, насколько высоко расположена точка на палитре цветов и характеризует интенсивность цвета. Значение 100% говорит о том, что интенсивность цвета максимальна и точка «прижата» к верхнему краю палитры. Буквы R(red), G(green), B(blue) - это три цветовых канала (красный, зеленый, синий) модели RGB. В каждом в каждом из них указывается число, которое обозначает количество цвета в канале. Вспомните пример с прожекторами на рисунке 3, тогда мы выяснили, что любой цвет может быть получен путем смешивания трех световых лучей. Записывая числовые данные в каждый из каналов, мы однозначно определяем цвет. В нашем случае 8-битный канал и числа лежат в диапазоне от 0 до 255. Числа в каналах R, G, B показывают интенсивность света (яркость цвета). У нас в канале R указано значение 255, а это значит, что это чистый красный цвет и у него максимальная яркость. В каналах G и B стоят нули, что означает полное отсутствие зеленого и синего цветов. В самой нижней графе вы можете увидеть кодовую комбинацию #ff0000 - это код цвета. У любого цвета в палитре есть свой шестнадцатиричный код, который определяет цвет. Есть замечательная статья Теория цвета в цифрах , в которой автор рассказывает как определять цвет по шестнадцатеричному коду.
На рисунке вы также можете заметить перечеркнутые поля числовых значений с буквами «lab» и «CMYK». Это 2 цветовых пространства, по которым тоже можно характеризовать цвета, о них вообще отдельный разговор и на данном этапе незачем вникать в них пока не разберетесь с RGB.
Можете открыть цветовую палитру Adobe Photoshop и поэксперовать со значением цветов в полях RGB и HSB. Вы заметите, что изменение числовых значений в каналах R, G, и B приводит к изменению числовых значений в каналах H, S, B.
Цвет объектов
Пора поговорить о том, как так получается, что окружающие нас предметы принимают свой цвет, и почему он меняется при различном освещении этих предметов.
Объект можно увидеть, только если он отражает или пропускает свет. Если же объект почти полностью поглощает падающий свет, то объект принимает черный цвет . А когда объект отражает почти весь падающий свет, он принимает белый цвет . Таким образом, можно сразу сделать вывод о том, что цвет объекта будет определяться количеством поглощенного и отраженного света , которым этот объект освещается. Способность отражать и поглощать свет определятся молекулярной структурой вещества, иначе говоря - физическими свойствами объекта. Цвет предмета «не заложен в нем от природы»! От природы в нем заложены физические свойства: отражать и поглощать.
Цвет объекта и цвет источника излучения неразрывно связаны между собой, и эта взаимосвязь описывается тремя условиями.
- Первое условие: Цвет объект может принимать только при наличии источника освещения. Если нет света, не будет и цвета! Красная краска в банке будет выглядит черной. В темной комнате мы не видим и не различаем цветов, потому что их нет. Будет черный цвет всего окружающего пространства и находящихся в нем предметов.
- Второе условие: Цвет объекта зависит от цвета источника освещения. Если источник освещения красный светодиод, то все освещаемые этим светом объекты будут иметь только красные, черные и серые цвета.
- И наконец, Третье условие: Цвет объекта зависит от молекулярной структуры вещества, из которого состоит объект.
Зеленая трава выглядит для нас зеленой, потому что при освещении белым светом она поглощает красную и синюю волну спектра и отражает зеленую волну (Рисунок 8).
Рисунок 8 – Отражение зеленой волны спектра
Бананы на рисунке 9 выглядят желтыми, потому что они отражают волны, лежащие в желтой области спектра (желтую волну спектра) и поглощает все остальные волны спектра.
Рисунок 9 – Отражение желтой волны спектра
Собачка, та что изображена на рисунке 10 – белая. Белый цвет – результат отражения всех волн спектра.
Рисунок 10 – Отражение всех волн спектра
Цвет предмета – это цвет отраженной волны спектра. Вот так предметы приобретают видимый нами цвет.
В следующей статье речь пойдет о новой характеристике цвета -
Часть 2. Насыщенность и яркость
Насыщенность - это интенсивность или чистота цвета и она является одним из основных пособников уродливых цветорешений. Яркость - она имеет отношение к светлым или темным тонам красок.
Итак, давайте посмотрим вот на что, слева здесь - 100% насыщенности, очень трудно на это смотреть. Но если мы уменьшим её до 20%, то цвет станет почти телесно-розовым. И опять же, цвета я вообще не менял, просто уменьшил насыщенность, а в результате получилась такая разница.
Попробуем сделать то же самое с яркостью. 100% яркости слева, 20% — справа. В результате квадрат справа выглядит грязно-коричневым, чем красным.
Если вы разберётесь в обоих этих факторах и в насыщенности и яркости, то, как видите можете получить изобилие разных оттенков — и всё это из одного чистого цвета, который был вначале.
Пример вы можете увидеть в этой картине. Хорошо видно, что единственный цвет, который здесь есть — это красный. Простое смешивание его с белой и чёрной краской меняет насыщенность и яркость и обладает силой создать целое изображение из одного единственного цвета. Это очень интересно.
Что же касается мира компьютерной графики, насыщенность здесь является одним из главнейших «преступников».
Многие художники выбирают цвета с высокой насыщенностью, потому что думают, что результат будет превосходным. Однако это очень далеко от правды. Цвета с высокой насыщенностью выглядят не только ненатурально, но и не дают глазу отдохнуть. Особенно, если в рисунке они повсюду, а ведь такой «отдых» очень важен для изображения.
Что касается этого рисунка, то когда вы долго на него смотрите, он начинает вас раздражать. Поэтому участки с низкой насыщенностью цвета очень важны для изображения.
Но нельзя сказать, что использование ярко насыщенных цветов, это всегда плохо. В этом примере вы можете видеть, что ваше внимание невольно привлекают те ярко-красные-горы на заднем фоне.
Это было сделано осознанно и является частью композиционного элемента. Ваши глаза прослеживают весь путь, по которому идут верблюды, вперед и назад, отличное решение.
Что касается этой картины Клода Монэ, здесь автор явно хотел, чтобы вы заметили эти цветы, дикий мак, они называются. Ну, это и так видно. Их красный цвет здесь флуоресцентный, он практически выпрыгивает на вас с картины.
Очень выразительный и, наверное, единственный элемент, который вам запоминается на этой картины.
Цвет ещё используется и для того, чтобы рассказать историю. Если посмотреть на историю живописи, то на большинстве картин Иисус всегда одет в красное. И сделано это для того, чтобы ваше внимание останавливалось на нём. Также красный цвет делает его могущественным и значительным.
Что касается мультфильмов, то здесь насыщенные или яркие цвета играют в вашу пользу. Потому что незамедлительно притягивают внимание к ненатуральным объектам и это играет на руку нереалистичным и гипертрофированным качествам.
Яркость и насыщенность может даже подчеркнуть ваше настроение. Если помните начало мультфильма «ВВерх», то можете обратить внимание, что цвета там очень яркие: много оранжевого, розового, флуоресцентной травы. Это было сделано для того, чтобы обозначить радостные, счастливые моменты в жизни героев. Но далее последовали печальные сцены и цвета потеряли эту насыщенность, там появилось много серого, коричневого.
Если посмотрите на изображение справа, то увидите, что там почти нет цвета. Я имею ввиду, что там есть немного голубого, чуть-чуть коричневого, но они практически лишены насыщенности. Это сделано для того, чтобы вы ощутили те чувства холода и одиночества, которые переживают герои. Этот же эффект использовался в начале «The Incredibles» («Суперсемейки») и The Matrix (« Матицы»).
Цвета очень сильно влияют на смену настроения, и это очень часто используется в Голливуде, а также в видеоиграх. Например, «Call of Duty» практически лишён насыщенности.
Яркость и насыщенность так же влияют и на построение композиции. Посмотрите на эту картин, ваш взгляд, наверняка, привлекают вон те парни в красных штанах.
Действительно, это отводит ваш взгляд на задний план, снимая внимание с переднего, просто потому, что там есть насыщенные краски. Это очень важно.
Такой же эффект вы можете увидеть здесь. Если бы не ярко окрашенный попугай на переднем лане, вряд ли этот рисунок можно было бы назвать удачным.
Этот попугай даёт нам возможность остановить на нём своё внимание, а потом рассматривать всю остальную картину.
Если резюмировать всё о чём мы говорили, то насыщенность и яркость чрезвычайно важны:
- не переусердствуйте с ними - не нужно делать весь рисунок насыщенным и ярким, иначе в результате вы получите ужасное изображение;
- применяйте насыщенность и яркость, чтобы направлять внимание зрителя;
- используйте из для того чтобы рассказать историю, показать кто является главной фигурой, к кому или к чему вы хотите привлечь внимание;
- также с помощью яркости и насыщенности, вы можете менять настроение, в анимации применяют много ярких красок, а потом уменьшают их насыщенность для грустных сцен;
- ещё вы можете использовать насыщенность и яркость для объектов, которые без них потерялись бы в картине.
Итак вот почему насыщенность и яркость, ведут нас к пункту номер 3 — Цветовым гармониям (цветовым гармониям)
Текст и изображения взяты из видео на YouTube канале «MAUZER696»:
Цветом можно любоваться бесконечно, но вот обсуждать тему цвета, порой бывает трудно. Дело в том, что слова, которые мы используем для описания цвета, слишком неточны и часто приводят к взаимному непониманию. Путаница происходит не только с такими техническими терминами как «яркость», «насыщенность» и «цветность», но даже с такими простейшими словами, как «светлый», «чистый», «яркий» и «тусклый». Даже специалисты ведут свои споры так до сих пор и не утвердив стандартные определения понятий.
Цвет - это феномен света, вызываемый способностью наших глаз определять различные количества отражённого и проецируемого света. Наука и технология помогла нам понять, как физиологически человеческий глаз воспринимает свет, измерить длины волн света, узнать количества несомой ими энергии. И теперь мы понимаем, насколько сложно понятие «цвет». Ниже мы рассказываем о том, как мы определяем свойства цвета.
Мы попытались составить словарь терминов и понятий. И хотя мы не претендуем на единственный авторитет в теории цвета, определения, которые вы здесь найдёте, подкрепляются другими математическими и научными аргументами. Пожалуйста, сообщите нам, если в данном словаре отсутствуют какие-либо слова и понятия, о которых вы бы хотели узнать.
Тон (Hue)
Иные переводы: цвет, краска, оттенок, тон.
Именно это слово мы имеем в виду, когда задаём вопрос «Какой это цвет?». Мы интересуемся свойством цвета, которое называется «Тон/Hue». Например, когда мы говорим о красном, жёлтом, зелёном, и синем цветах, мы имеем в виду «тон/hue». Различные тона создаются светом с различной длиной волны. Таким образом, этот аспект цвета обычно довольно легко распознать.
Контраст тонов - явно различные тона.
Контраст тона - различные оттенки, одинаковый тон (синий).
Термин «тон» описывает главную характеристику цвета, которая отличает красный цвет от жёлтого и синего. Цвет в значительной степени зависит от длины волны света излучаемого или отражаемого объектом. Например, диапазон видимого света находится между инфракрасным (длина волны ~700nm) и ультрафиолетовым (длина волны ~400nm).
На диаграмме показан цветовой спектр, отражающий эти границы видимого света, а также две цветовые группы (красная и синяя), которые называются «семействами тонов». Любой цвет, взятый из спектра можно смешать с белым, чёрным и серым, и получить цвета соответствующего семейства тонов. Обратите внимание, что в семействе тонов присутствуют цвета с различной яркостью, хроматичностью и насыщенностью.
Хроматичность (Chromaticity, Chorma)
О хроматичности мы говорим, когда рассуждаем о «чистоте» цвета. Это свойство цвета говорит нам, насколько он чист. Это означает, если в цвете отсутствуют примеси белого, чёрного или серого, цвет имеет высокую чистоту. Эти цвета выглядят живыми и чистыми.
Понятие «хроматичность» связано с насыщенностью. И его часто путают с насыщенностью. Однако мы будем продолжать использовать эти термины раздельно, потому что на наш взгляд они относятся к различным ситуациям, о чём будет сказано несколько ниже.
Высокая хроматичность - очень сияющие, живые цвета.
Низкая хроматичность - ахроматичные, бесцветные цвета.
Хроматичность одинакова - средний уровень. Та же живость цветов несмотря на различный тон; чистота меньше, чем у образцов выше.
Высокохроматические цвета содержат максимум собственно цвета с минимальными или нулевыми примесями белого, чёрного или серого. Иными словами, степень отсутствия примесей других цветов в конкретном цвете характеризует его хроматичность.
Хроматичность, которую часто называют «сочностью», является количеством цвета (hue) в цвете. Цвет без цвета (hue) является ахроматичным или монохроматичным, и видим как серый. Для большинства цветов, по мере увеличения яркости увеличивается и хроматичность, за исключением очень светлых цветов.
Насыщенность (Saturation)
В связке с хроматичностью, насыщенность говорит нам, как цвет выглядит в различных условиях освещённости. Например, комната окрашенная в один цвет, ночью будет выглядеть иначе, чем днем. В течение дня, несмотря на то что цвет будет неизменён, его насыщенность будет меняться. Насыщенностью не имеет отношения к словам «тёмный», «светлый». Вместо этого используйте слова «бледный», «слабый» и «чистый», «сильный».
Насыщенность одинаковая - та же интенсивность, различные тона.
Контраст насыщенности - различные уровни наполнения, тон одинаковый.
Насыщенность, которую также называют «интенсивностью цвета» (intensity), описывает силу цвета относительно его яркости (value) или светлоты (luminance/lightness). Иными словами, насыщенность цвета обозначает его отличие от серого при определённой яркости освещения. Например, цвета близкие к серому ненасыщенные по сравнению с более светлыми цветами.
У цвета свойство «живой» или «полный» является ни чем иным, как отсутствием примеси серого или его оттенков. Важно отметить, что насыщенность измеряется вдоль линий одинаковой яркости.
Насыщенность/Saturation: 128
Яркость (Value/Brightness)
Когда мы говорим, что цвет «тёмный» или «светлый», мы имеем в виду его яркость. Это свойство сообщает нам, насколько свет светел или тёмен, в том смысле, насколько он близок к белому. Например, канареечный жёлтый цвет считается светлее синего «navy blue», который в свою очередь сам светлее чёрного. Таким образом, значение (value) канареечного жёлтого выше, чем синего «navy blue» и чёрного.
Низкая яркость, постоянная - одинаковый уровень яркости.
Контраст яркостей - серый = ахроматичный.
Контраст яркостей - полное различие яркости.
Яркость (используется термин «value» или «brightness») зависит от количества света, излучаемого цветом. Самый простой способ запомнить это понятие - это представить себе шкалу серого цвета, со сменой чёрного на белый, в которой содержатся все возможные варианты монохроматического серого цвета. Чем больше в цвете света, тем он ярче. Таким образом пурпурный - менее яркий, чем небесно-голубой, так как излучает меньше света.
Эту шкалу серого цвета можно приравнять к цветной шкале с помощью того же уравнения, которое используется в телевидении (Яркость серого цвета = 0.30 Red + 0.59 Green + 0.11 Blue):
Интерактивная демонстрация иллюстрирует изменение яркости в двухмерной схеме:
Яркость/Value: 128
Светлота (Luminance/Lightness)
Несмотря на то, что вместо этого слова часто употребляют слово «яркость» (brightness), мы предпочитаем использовать слово «светлота» (или «светимость»). Понятие «светлота цвета» связано с многими теми же переменными, что и яркость в смысле «value». Но в данном случае используется другая математическая формула. Если говорить кратко, вспомните цветовой круг. В нем цвета расположены по кругу с одинаковой светлотой. Добавление белого увеличивает светлоту, добавление чёрного - уменьшает.
Это измерение цвета относится к яркости (value), но отличается по своему математическому определению. Светлота цвета измеряет интенсивность потока света на единицу площади его источника. Рассчитывается она путём вычисления среднего в группе ахроматичных цветов.
Достаточно сказать, что светлота растёт от очень тёмного до очень светлого (сияющего) и может быть отображена с помощью цветового круга, который показывает все цвета (hue) с одинаковой светлотой. Если к цветовому кругу добавить немного света, мы тем самым увеличим интенсивность света и таким образом увеличим светлоту цветов. Противоположное произойдёт, если мы уменьшим свет. Сравните, как выглядят плоскости, отображающие светлоту, с плоскостями, отображающими яркость (выше).
Светлота/Luminance: 128
Оттенок (tint), тональность (tone), и тень (shade)
Эти термины часто используются неправильно, но они описывают довольно простое понятие в цвете. Главное помнить, насколько цвет отличается от своего начального тона (hue). Если к цвету добавляется белый, эта более светлая разновидность цвета называется «оттенок» (tint). Если цвет делается темнее путём добавления чёрного, полученный цвет называется «тень» (shade). Если же добавляется серый цвет, каждая градация дает вам различную тональность (tone).
Оттенки (добавляем белый к чистому цвету).
Тени (добавляем чёрный к чистому цвету).
Тональности (добавляем серый к чистому цвету).
Комплементарные, дополнительные цвета (Complementary Colors)
Когда два или несколько цветов «подходят друг к другу», их называет комплементарными, дополняющими друг друга цветами. Этот признак абсолютно субъективен, и мы готовы его обсудить и выслушать другие мнения. Более точным определением будет «если два цвета, будучи смешанными вместе, дают нейтрально-серый (краска/пигмент) или белый (свет) цвет, они называются дополняющими, комплементарными».
Основные цвета (Primary Colors)
Определение основных цветов зависит от того, как мы собираемся воспроизводить цвет. Цвета, видимые при расщеплении солнечного света с помощью призмы, иногда называют спектральными цветами. Это красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. Эту комбинацию КОЖЗГСФ часто сводят к трём цветам: красный, зелёный и сине-фиолетовый, которые являются основными цветами аддитивной системы цветов (свет). Первичными цветами субтрактивной системы цветов (краска, пигмент) являются циан, фуксин и жёлтый. Запомните, комбинация «красный, жёлтый голубой» не является комбинацией основных цветов!
Системы цветов RGB, CMYK, HSL
В различных случаях в зависимости от того, как воспроизводится цвет, используются различные цветовые системы. Если мы используем источники света - доминирующей системой является RGB (от «red/green/blue» - «красный/зелёный/синий»).
Для цветов, которые получаются путём смешивания красок, пигментов или чернил на ткани, бумаге, полотне или другом материале, в качестве цветовой модели используется система CMY (от «cyan/magenta/yellow» - «циан/фуксин/жёлтый»). В связи с тем, что чистые пигменты очень дороги, для получения чёрного цвета используется не равная смесь CMY, а просто чёрная краска.
Другой популярной цветовой системой является HSL (от «hue/saturation/lightness» - «цвет/насыщенность/яркость»). У этой системы есть несколько вариантов, где вместо насыщенности используется хроматичность (chroma), светлота (luminance) вместе с яркостью (value) (HSV/HLV). Именно эта система соответствует тому, как человеческий глаз видит цвет.
Практический подход
Занятие 10. ПАРАМЕТРЫ: ЦВЕТОВОЙ ТОН, НАСЫЩЕННОСТЬ,
Порядок выполнения работы
Этот опыт касается любой системы Цветовой тон, Насыщенность, Яркость (TSL)
Сравните систему RGB с системой TSL.
Круг представляет собой насыщенность.
Направление луча представляет собой цветовой тон.
Параметр Яркость находится в третьем измерении.
Перемещайте цветовой прямоугольник для противопоставления с полученными цветами.
А . Где находится цвет, полученный в системе TSL?
B . Где проходит ось яркости?
C . Какова форма колориметрического диапазона?
D . Возможно ли получение такого диапазона с помощью линейной трансформации?
E . В появившемся меню выберите за основу синие цвета. Что вы думаете о полученном круге?
Результаты и выводы
А . Полученный цвет находится на пересечении луча цветового тона и круга насыщенности.
B . Ось яркости проходит через центр круга.
C . Полученная фигура – конус. Это одно из возможных изображений системы TSL, существуют и другие.
D . Эту фигуру невозможно было бы получить линейным методом, потому что его недостаточно для преобразования куба в конус.
Е . Выбрав за основу синие цвета, вы получите цвета в порядке их появления на вектроскопе видеокамеры, но будьте внимательны: это не колориметрическое видеопространство, полученное линейным методом (матрицей).
Теория
Параметры цветовой тон, насыщенность, яркость присутствуют в работах многих специалистов по колориметрии, среди которых следует отметить, прежде всего, А. Манселла и В. Оствальда, которые независимо друг от друга разработали цветовые атласы на основе хроматического круга. Эти пространства называются по-английски hue, saturation, value , или HSB, Hue, Saturation, Brightness , где одним из критериев является яркость, или светлота цвета. Может возникнуть некоторая путаница с понятием яркости в фотометрии, поэтому более обоснованным будет использование термина светлоты, который обозначает субъективное восприятие яркости, и даже понятия субъективной яркости (brightness ). В любом случае термин яркость прочно вошел в язык, и существуют четкие различия фотометрического понятия яркости и видеозаписи, где этот термин описывает электрический сигнал. Поэтому термин luma (яркость) предпочтительнее. Также речь может идти о воспринимаемой силе света для прямых источников и об освещенности для освещенных объектов, причем оба термина являются синонимами яркости1. В психофизиологии хромией называют чувственное восприятие цветового тона и насыщенности. Параметры TSL ориентированы на систему яркость-цветность, или luma-chroma для видеоизображений.
Для многих описание цвета с точки зрения параметров цветовой тон, насыщенность, яркость кажется более логичным. Так же как пространство МКО L*, а*, Ь*, эти пространства часто называют «перцептивными». Напомним, что цвет является результатом восприятия, следовательно, все колориметрические пространства - это воспринимаемые пространства. Эти пространства следовало бы даже называть психологическими. В большей части из них используются полярные координаты, хотя представление такого пространства в декартовых координатах также возможно. Отметим, что этот метод сначала не был принят МКО для разработки хроматического пространства в 1931 году.
Пусть тригонометрический круг имеет радиус величиной в единицу. Пусть точка Р обозначает цвет. В таком пространстве цветовой тон выражен углом Т, образованным изначальным лучом и лучом, проходящим через точку р. Насыщенность будет выражена значением S отрезка ОР. Ось, проходящая через центр круга в третьем измерении, обозначает яркость. Для перехода от пространства RGB к TSL используется нелинейное преобразование.
Можно построить различные виды пространств TSL, от самой простой формы конуса до формы двойного конуса или двойной шестиугольной пирамиды. Во многих программах используется именно этот вид изображения цвета.
Изображение в форме конуса обладает одним недостатком: происходит некоторое смешение понятий яркости и насыщенности, потому что единственный способ получения белого - это уменьшение насыщенности цвета.
5.6 Пространство МКО L*, а*, b*
Пространство МКО L*, а*, b* было создано как колориметрическое пространство, соответствующее кодированию сигналов визуального восприятия и однородное с точки зрения дифференциального восприятия цветов. Это пространство также может содержать параметры Цветовой тон, Насыщенность, Яркость. Пространство МКО LAB часто называют «перцептивным» в противопоставлении с другими пространствами. Это не что иное, как сокращение: так как цвет является результатом восприятия, то все колориметрические пространства можно рассматривать как перцептивные. На самом деле это определение следует сформулировать таким образом: психологическое колориметрическое пространство, относительно однородное с точки зрения дифференциального восприятия цветов. В создании этого пространства был использован принцип пространства Hunter Lab 1958 года.
Структура этого пространства основана на работах по организации системы визуального восприятия на трех оппозициях:
· черный - белый (ахроматическая ось);
· красный - зеленый;
· желтый - синий;
Центром этого пространства является ахроматическая ось. Оно вычисляется для каждого стандартного источника света.
На оси + а* – а* красный находится в оппозиции с зеленым.
На оси + b* – b* желтый находится в оппозиции с синим.
Ось L* обозначает светлоту (luma ) во избежание смешения этого термина с понятием яркости в фотометрии.
В таком пространстве эллипсы равного восприятия должны иметь равную площадь.
Радиус круга с площадью, равной площади эллипсов, четко определяет единицу для каждого из трех измерений.
Переход от пространства МКО ХУZ к пространству L*, а*, b* возможен, но преобразования в этом случае будут нелинейными.
Пусть - трихроматические координаты эталонного белого, взятого в качестве идеального рассеивателя.
Рис. 5.23. Три оси пространства МКО LAB
Если > 0,008856, то:
,
при (значение) = значение , если значение > 0,008856,
иначе (значение) = 7,787значение + .
Отметим, что условия, выдвинутые Паули:
предполагают, что эталонные цветовые компоненты достаточно удалены от белой точки. С другой стороны, значение яркости V соответствует ее значению на кривой чувствительности глаза к яркости, определение которой было дано выше (см. §3.8).
Если условия Паули учитываются, то уравнения можно записать в упрощенном виде:
С помощью обратной операции можно перейти от системы МКО LAB к системе МКО XYZ .
Если , то
Система LAB позволяет использование цилиндрических координат пространства TSL с координатами L*, С*, Н*. Н* – это цветовой тон (hue ), С* – уровень насыщенности (chroma ), а значение светлоты (luma ) остается постоянным.
Н* = при a ≠ 0
Для всех случаев полное отклонение цвета
а отклонение цветового тона:
Чтобы глаз смог заметить разницу между цветами, необходимо отклонение хотя бы в единицу, = 1, однако на практике часто допускаются и колориметрические отклонения = 5.
Рис. 5.24. Цветовой круг в пространстве МКО L*a*b*
Система МКО L*a*b* имеет ряд недостатков:
1. Она не содержит диаграмму цветностей, то есть невозможно вычислить дополнительный цвет или чистоту цвета с помощью простых чертежей или измерений отрезков, так как линии доминантной длины волны становятся в этом пространстве кривыми.
2. При изменении яркости цвета его изображение уже не меняется по прямой. По этой причине это пространство используется в областях, где изменения яркости не являются столь важными, например, в полиграфии.
3. Преобразование насыщенных синих цветов из пространства RGB в L*a*b* немного склоняется к пурпурным, что требует коррекции с помощью программ обработки изображений, таких как Photoshop™.
4. Изохроматические зоны, или эллипсы, не обладают совершенно равной площадью. В частности, изохроматические зоны имеют площадь в два раза больше в области зеленого, чем в области оранжевого. Для всех цветов, расположенных по краям круга, площади этих зон в несколько раз больше, чем площади эллипсов в центре круга, так как дифференциальное восприятие глаза гораздо шире в области малонасыщенных цветов. Это принцип живописи акварелью, когда изображение накладывается прозрачными цветами на белый фон, и создается бесконечное множество оттенков одним мазком кисти. Что касается съемки на мультиматричную видеокамеру, то колориметрические настройки на сером фоне производить сложнее, чем на цветном фоне. Вы можете повторить первый опыт этого издания, изменив насыщенность цветных карточек (Меню > Настройки изображения > Специальные > Изменить насыщенность). Пространство МКО L*a*b* пока мало используется в видеосъемке, но широко распространено в текстильной промышленности и в полиграфии. Использование этого пространства дополняется возможностями вычислений, возникшими с прогрессом в области информатики. Многие вычисления производятся сначала в системе МКО XYZ , а затем переводятся в систему МКО LAB. Так как уравнения кодирования видеоинформации основаны на пространстве XYZ, то использование этого пространства, а также производных Yxy и Yu’v’ часто остается более простым.
Рис.5.25. Оценка изохроматических зон в пространстве МКО L*а*b*
5.7 Пространство МКО L*, u*, v*
В 1976 году МКО создала пространство L*, u*, v*, отличное от пространств МКО LAB, L, u, v и L, u", v" . Однако оно напрямую связано с пространствами МКО XYZ и L, u", v .
Допустим, что уравнения идентичны уравнениям в системе L, u", v"
Мы получаем:
Это трихроматические координаты белой точки.
Это пространство зависит от данного стандартного источника света (от белой точки). Плюсом этого пространства является возможность сохранения линейных функций (основанных на прямых линиях) на диаграмме цветностей. Тогда как система МКО LAB предназначена для цветов, нанесенных на основу и на различные красители, пространство МКО LUV было разработано главным образом для цветовых систем, в которых изменения яркости являются важным параметром: например, для видеоэкранов.
Цветовой тон
То, что в профессиональном лексиконе художников обозначается словом «цвет», в научном цветоведении определяется термином «цветовой тон».
Цветовой тон - качество хроматического цвета, при определении которого называют цвет красным, желтым, голубым, зеленым; особенность цвета отличаться от других цветов спектра. В нашем сознании цветовой тон ассоциируется с окраской хорошо знакомых предметов. Многие названия цветов произошли от объектов с характерным цветом: песочный, изумрудный, шоколадный, вишневый, что указывает на неразрывную связь цвета с предметным миром. Термины «светлота» и «цветовой тон» тесно связаны по своему содержанию с понятиями «свет» и «цвет». В натуре цветовой тон и светлота выступают неразделимо. И их разделение есть одна из условностей изобразительного искусства, зависящая от творческой установки художника, типа его видения, используемых им материала и техники. Однако между понятиями «светлота» и «цветовой тон» нельзя провести абсолютного разграничения и теоретически. Если, например, мы берем синюю краску, в различной степени разбавленную белилами, то имеем светлотные градации или изменения ее по светлоте. То же самое будет и со всякой другой краской, но если мы возьмем одну из светлотных градаций синей и одну из светлых градаций красной. То должны будем иметь розовую и голубую краски. «Живопись есть передача тоном (т.е. светосилой цвета), плюс цвет, видимого материала» -- говорил Н. П. Крымов. Это еще раз свидетельствует о том, что всякое красочное пятно заключает в себе цвет, характеризующийся тремя связанными между собой показателями - «светлота», «цветовой тон», «насыщенность». И при изменении краски по светлоте происходит у одних красок меньше, у других - больше изменение по цветовому тону.
Насыщенность
Насыщенность - сила цвета - степень отличия хроматического цвета от равного с ним по светлоте серого цвета; степень приближения к чистому спектральному цвету или процентное содержание цвета в данном оттенке. Чем ближе цвет приближается к спектральному, чем сильнее его отличие от серого цвета, тем он насыщеннее. Розовый, светло-желтый, светло-голубой или темно-коричневый являются малонасыщенными цветами. В практике малонасыщенные цвета получают путем добавления к хроматическому цвету белой или черной краски. От примеси белил цвет светлеет, от черной краски - темнеет. Потемнение или посветление цвета всегда понижает его насыщенность. Насыщенность зависит и от цветового тона. Желтый цвет всегда насыщеннее красного, красный - синего.
В цветоведении часто измеряют не насыщенность, воспринимаемую визуально, а так называемую чистоту, или колориметрическую насыщенность цвета, которая определяется отношением яркости спектральной составляющей к общей яркости цвета. Чистота цвета - относительная величина и обычно выражается в процентах. Чистота спектральных цветов принимается за единицу, или за 100 процентов, а чистота ахроматических цветов равна нулю. Зная цветовой тон, светлоту и насыщенность цвета, можно количественно измерить любой цвет. Малейшее изменение одной из трех определяющих цвет величин влечет за собой изменение цвета. Метод определения цвета по трем перечисленным характеристикам, удобный тем, что цвет можно определить количественно, успешно применяется в различных областях науки и техники, в том числе в полиграфии, текстильном производстве, цветном телевидении и т.д., где для измерения цвета применяют специальные приборы - спектрофотометры и колориметры различных систем. Все методы определения цвета в колориметрии основаны на сравнении цветов, которые лежат в одной плоскости и находятся в одинаковых условиях освещения. В живописи при работе с натуры художник должен анализировать и сравнивать цвета, присущие сложным по форме объемным объектам или предметам, которые, как правило, находятся в окружении цветовой среды или предметов другого цвета и которые расположены на нескольких, иногда достаточно удаленных друг от друга планах и, следовательно, и различных условиях освещения.
Цветовой круг
Цвета спектра - красный, желтый, синий - называют основными цветами. Их нельзя получить смешением других цветов. Если смешать два крайних цвета спектра - красный и фиолетовый, то получится новый промежуточный цвет - пурпурный. В результате мы имеем восемь цветов, считающихся в практике наиболее важными: это желтый, оранжевый, красный, пурпурный, фиолетовый, синий, голубой и зеленый. Замкнув эту полоску в кольцо, можно получить цветовой круг с той же последовательностью цветов, как в спектре. Если в цветовом круге из восьми цветов смешивать соседние цвета в различных пропорциях, то можно получить множество промежуточных оттенков. Смешивая оранжевый с желтым, получим оранжево-желтый и желто-оранжевый и т.д. Цветовые круги могут быть различными по количеству содержащихся в них цветов, но не более 150, т.к. большего количества глаз не различает.
Цветовой круг можно разделить на две части так, чтобы в одну часть вошли красные, оранжевые, желтые и желто- зеленые цвета, а в другую - голубо-зеленые, голубые, синие, фиолетовые. Первые из них называют теплыми цветами, вторые - холодными. Отнесение цветов к теплым или холодным основано на том, что красные, оранжевые и желтые цвета напоминают цвет огня, солнечного света, раскаленных предметов; голубые, синие, фиолетовые цвета напоминают цвет воды, воздушной дали, льда. Чистый зеленый цвет считается нейтральным. Он может быть теплым, если в нем будут заметны желтоватые оттенки, и холодным, если в нем будут преобладать голубоватые и синеватые оттенки.