Теоретическая модель цвета
Попытка определения Ньютоном точного количества цветов солнечного спектра.не увенчалась особым успехом. Они так плавно и незаметно переходили из одного в другой, что определить их границы и дать им названия можно было лишь весьма условно. Как и подобает настоящему ученому, Ньютон попытался систематизировать полученные результаты, проведя параллель между цветом и музыкой. По аналогии с семью основными нотами, он счел целесообразным использовать и семь основных цветов, используя их общепринятые названия. Несколько позже, при разработке модели цветового круга, Ньютон решил добавить в промежуток между красным и фиолетовым цветами отсутствующий в радуге переходный цвет, естественным образом замыкающий непрерывную последовательность. Но, несмотря на все последующие уточнения, простенькая гамма “Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан” все-таки осталась в нашей памяти.
Вопрос – сколько же всего цветов существует в природе – оказался не таким уж простым. Если рассматривать его с физико-математических позиций, то можно считать, что их количество бесконечно. Теоретически, любой диапазон может быть поделен на любое число сколь угодно малых частей. И, соответственно, цвет каждой из них будет хоть чуточку, но отличаться от соседней. В компьютерной графике, например, "полноцветной" считается палитра, содержащая более 16 млн. цветов. Использование такого количества градаций цвета удобно для машинного анализа цветов. но мало приемлемо для их искусственного синтеза. В традиционной живописи издавна используется относительно скромное количество природных и синтезированных красителей, поэтому даже самые взыскательные художники научились обходиться несколькими десятками цветов.
Осознанно или интуитивно, живописцы с давних пор успешно решали этот вопрос, используя упрощенное цветовое моделирование. Смешивая краски на палитре, они и до сих пор создают из ограниченного количества пигментов бесконечное разнообразие цветовых сочетаний. Этот творческий процесс трудно поддается описанию и еще труднее – воспроизведению. Если порой и сам творец впоследствии не может восстановить состав им же созданного цвета, то скольких трудов требуют попытки воссоздания секретов красок старых мастеров!
Для уменьшения субъективности этого метода было предпринято множество попыток создания объективной цветовой модели – наглядного и относительно простого средства для описания цвета. Со временем большинство исследователей сошлось на том, что сложность идеальной модели существенно ограничивает возможности ее применения. Поэтому в практике закрепилось несколько более простых моделей, позволяющих достаточно точно, хотя и с определенной долей условности, интерпретировать большинство наиболее важных в той или иной области применения свойств цвета.
Свет и цвет
Рассматривая историю цветового моделирования, мы сознательно абстрагировались от использования современных знаний о природе цвета, исследуя только логику эволюции моделей. Следуя за нашими предшественниками, мы вновь вынуждены вернуться к тому критическому моменту, когда возникло впечатление, что известные теоретические истины вошли в противоречие с результатами их применения.
Пытаясь изображать окружающий мир в соответствии с моделью КЖС, мы обнаружили, что законы смешения наших красок чем-то отличаются от законов смешения цветов в природе. Тем не менее, не сумев пока понять этих различий, мы научились имитировать природные цвета эмпирическим путем, продолжая поиск основополагающих законов. Однако даже открытие Ньютоном подлинной природы цвета не сразу устранило кажущиеся противоречия.
Мы приняли к сведению, что цвет – это отраженный свет и согласились с тем, что белый свет содержит в себе все остальные цвета. Пробуя применить это на практике, мы получили прямо противоположный эффект – чем больше красок мы добавляли, тем “чернее” становилась смесь. Что это? Ошибка в теории? Нет, всего лишь ошибка в ее применении.
Мы просто не обратили внимания на то, что свет делится на излучаемый и отраженный. В физическом смысле оба вида света представляют собой две стадии одного и того же процесса, но их информационные роли существенно отличаются. В классическом случае излучаемый источником свет представляет собой максимально широкий спектр колебаний и кажется неокрашенным. Это чисто психологическое явление – нам удобнее воспринимать привычное солнечное освещение только в качестве ненавязчивого фона, а не сплошной и повсеместной радуги.
Зато отраженный свет изначально является основным источником зрительной информации, и мы максимально приспособлены именно к его восприятию. Поверхности предметов поглощают практически все падающее на них излучение, отражая только незначительную его часть. Чем ярче выражен цвет предмета, тем уже спектр его отражения: помидор отражает только красные лучи, апельсин – оранжевые и желтые, а бумага – почти весь падающий на нее свет. Поэтому помидор выглядит яркокрасным, апельсин – оранжевым, а бумага – просто белой.
Этому же закону подчиняются и пигментные краски: чем ярче цвет, тем уже спектр его отражения. Если представить спектр поглощения пигмента в виде непрозрачной пластины, перекрывающей солнечный спектр, а спектр отражения – отверстием в ней, то становится понятным неутешительный результат смешивания красок. Относительно малые размеры “окон” в сравнении с существенными расстояниями между ними практически не оставляют надежд на их совпадение. Даже если окна хотя бы частично совмещаются, в оставшуюся “дырочку” нам видны лишь периферийные участки спектров обоих пигментов, и мы получаем ослабленную и затемненную смесь исходных цветов. А если совмещения нет, то оба отверстия оказываются полностью перекрытыми и отражение практически отсутствует. Отсюда и “чернота” большинства цветовых смесей.
Подводя итоги исследования разницы между двумя видами света, мы можем сделать следующие выводы.
Излучаемый свет – в общем случае – это первичный свет, испускаемый источником света (солнцем, луной, светильниками и т.п.). Несмотря на то, что он является суммой множества составляющих, благодаря особенностям зрительного восприятия, излучаемый свет выглядит белым (или слегка тонированным). Соответственно, черный цвет представляет собой отсутствие света, или темноту.
Отраженный свет – это вторичный (но отнюдь не второстепенный, а скорее наоборот, наиболее важный в информационном смысле) свет, идущий от поверхности неизлучающего объекта и содержащий информацию о нем, а не об источнике света. Именно благодаря отраженному свету мы видим предметы, которые его отражают. Он представляет собой разность, полученную при вычитании спектра поглощения объекта из спектра излучения светила. Белый цвет характеризует полное отражение падающего света, а черный – полное его поглощение.
Таким образом, мы пришли к тому, что свет свету рознь. Более того – разница в восприятии двух видов света настолько велика, что они выглядят полными противоположностями. Даже черное и белое меняются местами! Тем не менее, и их единство не вызывает никакого сомнения. Несмотря на практически полное отсутствие в природе вразумительной подсказки, человеку удалось выяснить, что излучаемый свет, как и отраженный, оказался пригодным не только для освещения, но и для передачи информации.
Одной из важнейших причин столь долгого пути к этому открытию явилось практически полное отсутствие у человека исторического опыта жизни в условиях небелого освещения. И лунный свет, и свет костра, свечи или лампы, содержат значительную часть солнечного спектра и лишь слегка искажают цвета предметов, не изменяя их радикально. Пожалуй, единственным из природных примеров, намекающих на возможность использования информационных свойств излучаемого света, можно назвать лишь эффект камеры-обскуры.
Лишь с появлением искусственного освещения человек смог воочию убедиться в значимости излучаемого света и найти ему новые применения. Одним из наиболее революционных шагов стало использование цветного света в качестве носителя визуальной информации – в кино, на телевидении и компьютерной технике. При этом выяснилось, что “световая живопись” отлично согласуется с теорией и практически свободна от ограничений и парадоксов, свойственных "пигментной".