Цветовой круг. Цветовое пространство

О.Ю.Жукова. ЦВЕТОВЕДЕНИЕ В ОФОРМЛЕНИИ КАРТ (текст лекций)

В оформлении карт используются три изобразительных средства: цвет, линия и светотень. Им соответствуют три изобразительных приёма: фоновое, штриховое и светотеневое оформление карт.

Качество карты характеризуется многими её свойствами, одним из которых является выразительность цветового оформления.

При проектировании цветового оформления карты должны выполняться два основных требования:

- высокая степень читаемости;

- гармоничное сочетание цветов.

Для выполнения первого требования необходимы знания закономерностей цветового контраста, для выполнения второго требования необходимы знания закономерностей цветовой гармонии. Эти закономерности обоснованы в науке о цвете – цветоведении.

В проектировании цветового оформления карты научный подход, основанный на учении о цвете, соединяется с творческим процессом.

Роль цвета на карте

Цвет на карте играет роль условного обозначения, при этом в проектировании цветового оформления карты широко используются ассоциативные свойства цвета.

Цвет улучшает читаемость картографических условных знаков на фоне карты.

Цвет обеспечивает выполнение принципа многоплановости изображения, когда в зависимости от значимости объекта, изображаемого условным знаком на карте, он должен читаться на первом, или втором плане. Большая роль в достижении этого принадлежит цветовому контрасту.

Цвет повышает эстетическую ценность карты. Для обеспечения эстетической ценности карты при проектировании её цветового оформления необходимо руководствоваться принципа­ми цветовой гармонии.

Физическая природа цвета

Ощущения различных цветов вызываются световыми излучениями или просто светом. Свет - это видимое излучение, то есть электромагнитные вол­ны в интервале частот от 380 нм /нанометров/ до 760 нм, воспри­нимаемые человеческим глазом. Естественным источником света является Солнце. Существуют также искусственные источники света.

Естественный свет может быть разложен в спектр. Впервые опыт по получению спектра произвел Исаак Ньютон (1643–1727). В 1676 году он с помощью трёхгранной призмы разложил белый солнечный свет в цветовой спектр.

Подобный спектр содержал все цвета за исклю­чением пурпурного. Ньютон выделил семь основных цветов в спектре по аналогии с семью музыкальными тонами, но его попытка найти соответствие между цветом, и звуком оказалась несостоятельной. Выделяют также три основные зоны спектра - красную, зеленую и синюю.

Световое излучение определенной длины волны называется моно­хроматическим. Спектр содержит излучения с длинами волн от 380 нм до 760 нм.

Границы участков спектра семи цветов в нанометрах:

красный 760 - 650 голубой 490 - 460

оранжевый 650 – 590 синий 460 - 440

жёлтый 590 – 540 фиолетовый 440 - 380

зелёный 540 - 490

Цвет – это зрительное ощущение, которое возникает у человека в результате воздействия на глаз излучений разной длины волны. Цвет – это один из признаков видимых нами предметов.

Цветные поверхности, освещаемые источниками света, часть лучей поглощают, а часть - отражают. Предмет черного цвета все световые излучения поглощает, а предмет белого цвета – отражает. Если, например, отражаются красные лучи, а остальные поглощаются, мы видим предмет красного цвета.

Восприятие цвета предметов определяется следующими факторами: спектральным составом излучения источника света, коэффициентом отражения поверхности и особенностями зрения.

Цветовое зрение

Свет проникает через внешнюю оболочку глаза в отверстие зрач­ка, который расширяется при слабом освещении и сужается при яр­ком свете. За зрачковым отверстием имеется хрусталик, который меняет свою кривизну при рассматривании близкого и далекого предмета, поэтому изображение предмета всегда получа­ется на внутренней оболочке глаза - сетчатке. В сетчатке содержатся нервные окончания: светоощущающие палочки и цветоощущающие колбочки, которые соединяются в зрительный нерв, передающий раздражение в мозг, благодаря чему мы воспринимаем цветной зрительный образ предмета.

Чувствительность глаза к излучениям различных длин волн называется спектральной чувствительностью. Это одна из важнейших характеристик зрения.

Палочки и колбочки обладают различной чувствительностью к излучениям разных длин волн. Так называемая кривая видности показывает, что днем глаз наиболее чувствителен к желто-зеленому цвету. При ночном освещении максимум чувствительности глаза приходится на сине-голубой цвет, поэтому в сумерках наблю­дается эффект Пуркинье: синие предметы кажутся светлее красных.

Теория трехкомпонентного цветового зрения Юнга-Гельмгольца утверждает, что существует три вида цветоощущащих нервных кле­ток: красно-, зелено- и синеощущающие, которые называют КЗС - приемниками. При восприятии красного цвета возбуждаются красноощущающие нервные клетки-колбочки, при восприятии зеленого - зеленоощущающие, а при восприятий синего - синеощущащие. Зрительное ощущение того или иного цвета возникает как результат сочетаний возбуждения КЗС - приемников.

Существуют люди с частичным или полным нарушением цветового зрения. Частичная цветовая слепота на различение синего и желтого или на различение красного и зеленого связана с нарушением дея­тельности одного из тpex видов цветоощущающих колбочек. При полной цветовой слепоте наблюдатель способен различать только черный, белый и серый цвета. Для людей с нарушением цветового зрения невозможны профес­сии, связанные с выбором и различением цветов. Дефекты цветового зрения выявляются при проведении тес­тов с использованием наборов цветных образцов.

Характеристики цвета

Цвета разделяются на две группы: ахроматические и хроматические. Ахроматические цвета: белый, черный и серый. Хроматичес­кие цвета – это цвета спектра или цветового круга.

Чтобы охарак­теризовать любой хроматический цвет, используют три характеристи­ки: цветовой тон, светлоту и насыщенность. Это зрительно ощущаемые и субъективно вос­принимаемые признаки цвета.

Цветовой тон - свойство зрительного ощущения, обозначаемое словами: красный, синий, зеленый, желтый и т.д.

Человек способен различать по цветовому тону около 180 цветовых тонов.

Чтобы количественно выразить цветовой тон, определяют количественную ха­рактеристику цвета - доминирующую длину волны () монохроматического излучения, используя графические и расчетные методы.

Светлота - свойство зрительного ощущения, обозначаемое сло­вами: светлый, темный. Предельные значения светлоты ахроматических цветов - черный и белый. Ахроматические цвета различаются только по одной характеристике – светлоте.

Эталоном белого цвета является пластинка, покрытая слоем бария. Рядом с этой пластинкой любой белый цвет кажется серым.

Сравнивая предметы по цвету, можно визуально оценить, какой из них светлее. Например, в спектре самый светлый цвет – желтый. Цвет освещенных участков объемного тела кажется светлее, чем цвет участков, находящихся в тени. Ткань в складках кажется темнее.

Разли­чия по светлоте можно характеризовать числом порогов, но по­скольку неудобно использовать эту величину в расчетах, то для количественного выражения светлоты ей ставят в соответствие объективно измеряемую количественную ха­рактеристику цвета - яркость (В).

Насыщенность - свойство зрительного ощущения, позволяющее оценить пропорцию чистого хроматического цвета в общем цветовом ощущении. Насыщенность характеризует до­лю хроматического цвета в смеси с любым ахроматическим. Она характеризует степень выра­женности, интенсивности цветового тона.

Чем больше доля спектрального цвета в смеси с белым, тем боль­ше выражен цветовой тон. Иными слова­ми, увеличивая количество красящего вещества в водном растворе, то есть насыщая раствор, мы увеличиваем насыщенность. Но при этом уменьшается светлота цвета.

Можно изменять насыщенность цвета, не изменяя светлоты: если смешать хроматический цвет с ахроматическим серым цветом одинаковой светлоты, то чем больше в смеси будет ахроматического цвета и меньше хроматического, тем меньше будет насыщенность получаемых цветов, а их светлота изменяться не будет. Таким образом, чтобы уменьшить насыщенность цвета, надо добавить серую краску.

Насыщенные цвета мы обычно называем яркими, хотя яркость, о которой упоминалось выше, не относится к насыщенности. Для количественного выражения насыщенности измеряют количественную ха­рактеристику цвета – чистоту (Р). Чистота цвета выражается в процентах. Чистота, спектральных цветов равна 100%. Чистота белого цвета и всех ахроматических цветов равна 0%.

Иногда, для того, чтобы охарактеризовать цвет, используют термин "цветность", обозначающий признак цвета, который объеди­няет две характеристики: цветовой тон и насыщенность. Наибольшую цветность имеют спектральные цвета.

Цветовые шкалы (ряды)

В оформлении карт часто применяются цветовые шкалы. Цвет ступеней этих шкал может изменяться по цветовому тону, светлоте и насыщенности.

Цветовые шкалы или ряды, цвета которых изменяют­ся только по одной из трех характеристик цвета, называются однородными.

Ряд сгущения окраски одного из хроматических цветов не явля­ется однородным, так как в нём цвета ступеней изменяются по двум характеристикам: насыщенности и светлоте. При сгущении окраски хроматического цвета насыщенность увеличивается, а светлота уменьшается. Такие цветовые ряды называются сложными).

При построении цветовых рядов большое значение имеет пси­хофизический закон Вебера-Фехнера: чтобы ощущения изменялись в арифметической прогрессии, раздражения должны изменяться в геометрической прогрессии. Цветовой ряд, окрашенный в геометрической прогрессии, воспринимается равноступенным, и ступени его хорошо различаются, в то время как ступени ряда, окрашенного в арифметической прогрессии, плохо различаются между собой, причем хуже всего они различаются на темном кон­це шкалы.

Цветовой круг. Цветовое пространство

Цветовой круг впервые был выполнен Ньютоном, который замкнул спектр в круг из 7-ми цветов спектра. В XIX веке немецкий математик Г.Грассман (1809 - 1877гг.) добавил к кругу Ньютона пурпурный цвет которого в спектре нет.

Немецкий физик Вильгельм Оствальд (1853–1932), развивая идею Грассмана, предложил двенадцатиступенный цветовой круг.

Немецкий поэт Гёте (1749–1832) занимался исследованиями по цветоведению и в 1793 году предложил свой шестиступенный цветовой круг, в котором отсутствует пурпурный цвет, а цвета, расположенные друг против друга контрастны.

Цветовой круг Иоханеса Иттена похож на круг Гёте, но имеет в два раза больше ступеней. Это двенадцатиступенный цветовой круг, основные цвета которого — жёлтый, красный и синий. Последовательность цветов имеет тот же порядок, что в радуге или в естественном спектре.

Восприятие цвета предметов определяется тремя характеристи­ками, то есть оно трехмерно. Все многообразие цветов может быть представлено в психологическом цветовом пространстве восприятия цвета.

В геометрической модели цветового пространства, представленной в виде конуса, центральной осью является ряд ахроматических цветов от черного до белого. Цвета одинаковой светлоты находятся в горизонтальных плос­костях, перпендикулярных центральной оси. На окружности такой плоскости находятся цвета одинаковой насыщенности. Изменение цветового тона происходит по окружности в порядке чередования цветов в спектре, замыкая круг пурпурным цветом, которого в спектре нет.

Геометрическая модель психологического цветового пространства, предложенная Оствальдом, представляет собой двойной конус. В нём использован прием получения цветов, изменяющихся по насыщен­ности при смешении хроматических с ахроматическим серым.

Центральной осью двойного конуса является ахроматический ряд, построенный по закону Вебера-Фехнера. Чёрный цвет находится внизу, белый – наверху. Светлота всех цветов также возрастает снизу вверх. Цветовой тон изменяется по кругу. Насыщенность возрастает от центральной ахроматической оси по радиусам кругов, а цвета наибольшей насыщенности расположены по окружности наибольшего радиуса.

Существует другая геометрическая модель, представляющая цветовое пространство в виде цилиндра. В ней использован прием получения цветов, изменяющихся по насыщен­ности при смешении хроматических с ахроматическим серым. Центральной осью цилиндра является ось ахроматических цветов от черного до белого. Цвета наибольшей насыщенности лежат на боковой повер­хности цилиндра. Цветовой тон изменяется по кругу.

Геометрической моделью цветового пространства Иоханеса Иттена является шар.

В экваториальной зоне шара расположены чистые спектральные цвета, которые постепенно осветляются и сливаются с белым поясом. Тоже происходит и в проти­воположном «полушарии», где чистые цвета также по­степенно затемняются и переходят в чёрный цвет.

В левом нижнем углу рисунка показано горизонтальное сечение цветово­го шара по экватору, где мы замечаем зону серого цвета в центре и кольцо из чистых цветов по внешней стороне. Рядом на рисунке показано, как в центре шара по его вертикальной оси от белого полю­са к чёрному проходит ряд серых тонов. При обработке изображений в процессе подготовки издания к печати имеют дело с тремя цветовыми моделями:

• CIE Lab — психологическое цветовое пространство;

• RGB — аддитивное цветовое пространство;

• CMYK — субтрактивное цветовое пространство.

Модель описания цвета CIE LAB была создана Международной комиссией по освещению (CIE). Геометрический образ модели CIE Lab — шар. Цветовые модели RGB и CMYK будут рассмотрены в разделе подготовки карт к изданию.