Теория цвета, история вопроса, цветовые модели

Данной статьей я начинаю цикл, посвященный  теории цвета, вкратце коснусь, истории вопроса, а дальше постараюсь раскрыть его суть применительно  к изобразительному искусству в целом и фотографии в частности.

И так, к истории вопроса.

Считается, что родоначальником теории цвета является сэр Исаак Ньютон, да, да тот самый которому яблоко на голову упало. На самом деле художники конечно еще до него имели, какие то представления о том, как цвет ведет себя в разнообразных условиях, о чем говорит  тот факт что картины, исполненные в цвете были за долго до того, как сэр Исаак Ньютон появился на свет. И, безусловно, люди, работавшие с цветом, а это не только художники, но и разнообразные ремесленники, делали какие то наблюдения и пытались как, то систематизировать полученные таким образом знания. Да и люди, которых мы сейчас относим в разряд ученых, всегда выдвигали свои теории, и высказывали разнообразные суждения о рассматриваемой теме.

Первые теории цвета появились еще в древности. Аристотель, пытался смешивать цвета, пропущенные через цветное стекло, и делать на основе полученных данных какие то выводы. Он предложил линейную модель, когда все цвета располагались в промежутке между черным и белым.

Потом были Платон и Пифагор, которые каждый по-своему пытались осмыслить природу цвета. Но все данные модели имеют мало общего с современными представлениями о природе цвета, Платон например, думал, что лучи исходят из глаз и взаимодействуют с окружающим миром. Пифагор пытался совместить теорию цвета с космологией в том виде, в котором она на тот момент пребывала.

После данной троицы была целая череда исследований проводимых разными людьми, которые с разных позиций пытались осмысливать явление цвета, постепенно приближаясь к тем представлениям, которые существуют сейчас.

Вкратце расскажу о некоторых, которые, на мой взгляд, были наиболее значимы в оговоренном поступательном движении.

И начнем вы конечно с многоуважаемого сэра Исаака нашего Ньютона (1642-1726).

По праву считается, что он первый кто применил современный научный подход для формирования своей теории цвета. То есть это были не абстрактные умозаключения, а выводы, сделанные на основе фактов полученных экспериментальным путем.

Он взял стеклянную призму и пропустил через нее луч белого цвета, луч после преломления в призме распался на несколько лучей разных цветов (спектр), а потом он по средствам линзы собрал цветные лучи в один, который опять стал белым, что позволило сделать вывод, что белый цвет состоит из нескольких цветов.

Он предположил, что цвет предмета, который мы видим это лучи, которые данный предмет отражает, при этом поглощая все другие цвета в спектре. Например, красное яблоко, которое упало ему на голову, потому красное что отражает только красные лучи, а все остальные поглощает

И кстати он замкнул свои цвета в круг, таким образом, получив цветовую модель в виде круга, хотя первенство в данном деянии ему не принадлежит.

Моисей Харрис (1731-1785), исследовал смешение цветов, используя пигменты, считается, что он опубликовал первую цветовую диаграмму, в своей книге «Естественная система цветов».

Он показал, что с помощью смешения трех основных цветов получается черный, сейчас данное явление называется отнимающее смешивание цветов.

 

Его работа была создана, чтобы помочь, прежде всего, художникам, в их попытках получить совершенно определенный оттенок по средствам смешивания. Кстати его труд до сих пор востребован, например, Майкл Уилкокс это современный автор, работающий над теорией цвета, в своей книге «Синий и желтый не дают зеленый», которая описывает методы смешения художественных красок, для предсказуемого получения определенных оттенков,  упоминает о трудах Моисея Харриса, подчеркивая, таким образом, о преемственности.

 

Томас Юнг (1773-1829). Первым предложил волновую теорию света, разработал трех компонентную теорию цветного зрения, предположив, существование в глазу у человека трех типов чувствительных элементов, которые воспринимают три основных цвета. Утверждал что достаточно трех цветов красный, желтый, синий чтобы создать любой другой.

Есть мнение, что Юнг в своих размышлениях отталкивался от высказываний Ломоносова Михаила Васильевича (1711-1765 гг.) которые он сделал на публичном собрании Императорской Академии Наук в 1756 году.

А сказал он следующее «Я приметил и через многие годы многими прежде догадками, а после доказательными опытами с довольною вероятностью утвердился, что природа эфирных частиц имеет совмещение с тремя родами действующих первоначальных частиц, чувствительные тела составляющих… От первого рода эфира происходит цвет красный, от второго — желтый, от третьего — голубой. Прочие цвета рождаются от смешения первых… Натура тем паче всего удивительна, что в простоте своей многохитростна, и от малого числа причин произносит неисчислимые образы свойств, перемен и явлений».

Йоганн Волфганг Гете (1749-1832), подошел к созданию своей теории цвета со стороны психологического, психофизического восприятия, попытался осмыслить эмоциональное воздействие цвета на человека, цвет рассматривается как символ, с помощью которого можно воздействовать на зрителя вызывая определенные эмоции.

Предвосхитив своей теорией поиски современных семиотики и психологи.

 

Филипп Отто Рунге (1777—1810 гг.), первый в построении цветовой модели отошел от круга и построил пространственную модель в виде глобуса, пологая, что таким образом сможет более полно отобразить все многообразие цветовых оттенков в одной модели. Фактически он первый кто построил цветовое тело, в котором постарался отобразить все возможные оттенки цвета.

По экватору у него располагались чистые спектральные цвета, на северном полюсе (верх глобуса) он расположил белый цвет, на юге (низ) черные, соответственно внутри глобуса по оси от полюса к полюсу располагались градации серого. По меридиану на поверхности глобуса были помешены градации от чистого спектрального цвета до белых или черных соответственно, внутри тела, к серой середине были размещены градации от оттенков расположенных на поверхности глобуса до соответствующих оттенков серого.

Таким образом, получилась модель похожая на некоторые современные модели, то есть основной принцип построения был востребован у последователей, хотя и претерпел некоторые изменения.

 

Гельмгольц Герман фон — (1821-1894). Отталкиваясь от трехкомпонентной  теории цветового зрения Томаса Юнга, пошел дальше исходя из предположения, что все цвета можно получить путем смешивания трех основных, разработал свою цветовую модель. Которая выглядит как не симметричное цветовое поле с белым цветом в середине. Утверждая, что для получения белого, процентное соотношение спектральных цветов не будет равным, он расположил цвета таким образом, что оттенки, требуемые в большем количестве, получили более длинные «рычаги» воздействия по средствам не симметричности модели и смещённого белого центра.

Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879), тоже продолжил начатое Юнгом создал так называемый «Треугольник Максвелла» цветовая мотель, где использовались три основных цвета расположенные по углам равнобедренного треугольника.

Используя данную модель, можно было точно указать координаты нужного оттенка. То есть каждый оттенок, который размещался внутри данного треугольника, можно было представить количественно, потому что он находился внутри двухмерной системе координат. В качестве основных цветов он использовал красный, зеленый, синий.

 Мишэль Южен Шеврель (1786-1889). Издал свое исследование по вопросам цветоведения, предложил в нем свою цветовую модель. Изучал взаимодействие  соседних цветовых тонов и одновременного контраста, сформулировал закон «Два смежных цвета, будут казаться настолько несходными насколько возможно».

Он разработал цветовой круг, и цветовую пространственную модель в виде полушария. Работал с цветовым контрастом, показал в своих работах, что цвет придаст его смежному цвету дополнительный оттенок.

Его полушария это попытка определить любой оттенок количественно, расположив его в системе координат придав определенному оттенку, таким образом, числовое значение.

Его исследования шли в ногу и оказались востребованы в импрессионизме, неоимпрессионизме, кубизме, и других направлениях живописи. Считается, что он, как ни кто из ученых мужей своими исследованиями по теории цвета, повлиял именно на сферу изобразительного искусства.

 

Альберт Генри Манселл (1858-1918). Составил свою цветовую модель, попытавшись стандартизировать цвета, и попытка удалась, это была одна из первых и наиболее удачная на тот момент из подобных попыток.

Он опубликовал цветовой атлас и цветовую модель, которую назовут «Цветовое дерево Манселла». Стволом в данном дереве служили оттенки серого от белого вверху, до черного в низу, крона состояла из цветовых оттенков расположенных вокруг ствола на разных ярусах, с учетом разности цветов по яркости  и насыщенности, то есть цветовое тело было не симметричным.

После его смерти в 1929 году, был издан обновленный атлас под названием «Книга цвета Манселла». Данный атлас представлял набор эталонных цветов, которые можно было визуально сравнивать с образцом, и таким образом подбирать требуемый оттенок. До сих пор данный атлас востребован.

Как я уже сказал в данной статье приводятся далеко не все авторы и не все системы, параллельно с уже упомянутыми работали многие другие. И после Максвелла была целая череда исследований по данному вопросу, например «Диаграмма C.I.E» разработанная Международной комиссией по освещению, чисто математическая модель. Или Цветовая модель Дугласа мак Адама с очень сложным цветовым телом. Естественная Цветовая Система NCS, созданная определять оттенок без точных измерений и многие другие. Мы не будем в данной статье их рассматривать, тем более что многие из них имеют весьма косвенное отношение к изобразительному искусству. Более подробно мы рассмотрим три системы, которые, в силу определенных причин нашли наибольшее распространение в современных технологиях компьютерной графики и цифровой фотографии.

А рассмотрим мы цветовые модель RGB, CMYK и Lab. Почему именно эти три, потому что художники и фотографы, работающие в современных цифровых технологиях, чаще всего имеют дело именно с ними.

Прежде чем начать, уясним, что цветовые модели бывают Аддитивные, и Субтрактивные.

Аддитивные, это модели смешения цветов, получаемые излучением, каждая цветная точка светится, как в мониторе, телевизоре, или на светящихся рекламных вывесках, нет излучения, получается черный цвет, при смешивании в определенных пропорциях основных цветов, получаем оттенки, при максимальном излучении получаем белый цвет.

Или то же самое по-другому. Имеется черный экран, это и есть черный цвет, на экране включили светодиод, лампочку, или пиксель определенного цвета, пошло излучение появился определенный цвет, несколько излучаемых одновременно цветов смешиваются дают оттенки, максимальное излучение трех основных цветов при смешении дают нейтральный белый цвет.

Субтрактивные, это когда цвет отраженный, то есть если предмет, например желтый то значит, он отражает желтые лучи, а все остальные поглощает, отражаться могут несколько основных цветов в разных пропорциях, так получаются оттенки, если отражаются все лучи, то получается белый цвет.

Или то же самое по-другому. Белый цвет бумаги отражает все лучи, получаем белый. Пигменты смешаны в равных пропорциях, получаем черную краску, которая поглощает все лучи, (на самом деле для получения черного соотношение пигментов не всегда равное). Смешением в определенных не равных пропорциях основных цветов, получаем оттенки, то есть  от получившейся смеси отражаются разные основные цвета в разных пропорциях и мы видим определенный оттенок.

RGB, аддитивная цветовая модель, описывает способ синтеза цвета для цветовоспроизведения. Основные цвета; красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue). Собственно название это аббревиатура из заглавных букв основных цветов.

Изначально создавалась для мониторов и телевизоров, то есть для устройств, работающих по принципу излучения, аппаратно-зависима.

Имеет три канала соответствующие основным цветам R-красный, G-зеленый, B-синий. При смешении основных цветов получаются все остальные, например, при смешении красного и зеленого получаем желтый. При наложении трех цветов получаем серый при максимальной интенсивности излучения, серый превращается в белый.

Имеет не полный цветовой охват, человеческий глаз различает больше оттенков.

Каждый основной цвет в данной модели можно измерит по интенсивности от 0 до 255, то есть 256 значений для каждого канала. Таким образом, смешивая три основных цвета в разных значениях яркости можно получить 256x256x256 = 16 777 216 цветов. И это только 8 битная шкала цветности, а есть еще 16 и 23 битные шкалы, в последней возможны значения которые не видны глазом, то есть белее белого. И хотя их не видно, они описываются программами, чаще всего используются при описании HDR изображений.

CMYK, субтрактивная цветовая модель, аппаратно-зависимая, создавалась специально для полиграфии, используется в стандартной триадной печати.

Используются в данной модели три основных цвета голубой, пурпурный и желтый на самом деле это наиболее подходящий перевод оригинальных названий Cyan, Magenta, Yellow, хотя голубой это скорее сине-зеленый, а маджента на самом деле только часть пурпурного. В этой модели есть еще один канал K, есть много легенд, почему он так назван, но наиболее правдоподобной представляется, что он произошел от немецкого Kontur, то есть контур по-русски. Дело в том что при смешении трех первых цветов на самом деле не получается черный, а получается темно коричневый цвет, и чтобы все таки черный при печати было возможно получит, просто ввели уже готовый цвет в виде канала К, то есть нейтрально черный в чистом виде. И получилось что канал К, это то что в эстампе и других традиционных художественных технологиях, называется рисующий слой, то есть контур. Конечно надо понимать что К канал это не в коем случае не жесткий контур и не всегда рисующий. Кстати есть ряд других причин, по которым такой подход с введением отдельного черного канала, оказывается целесообразным, например, черный краситель дешевле первых трех, и еще ряд технических причин, которые мы здесь рассматривать не будем.

Цветовой охват  в CMYK, меньше чем в RGB, более того цветопередача при печати часто зависит от второстепенных факторов, которые трудно предугадать, и часто не поддающихся корректировке, например неоднородность красок, влажность, температурный режим. В современных типографиях эти факторы сведены к минимуму. Но у некоторых современных мастеров эстампа, которые часто печатают теми же, или очень похожими красками, которые используются в типографиях, есть поверье что печатать надо только в определенное время года тогда краски ведут себя наилучшим образом, конечно, это курьез, но показательный, и я лично слышал такие высказывания.

Количественно CMYK определяется в процентах краски определенного цвета, входящей в создаваемую цветовую комбинацию. На самом деле, цифры CMYK являются лишь набором аппаратных данных для фотонаборного автомата и не определяют цвет однозначно.

Чтобы цвета корректно отображались на мониторе, и чтобы с ними можно было работать дизайнерам, или художникам, в цифровом формате, их описывают с помощью цветовых профилей самые популярные из которых это ICC-профили,  которые связывают значения CMYK, с цветами других цветовых моделей, например LAB, как бы подбирают аналоги.

LAB, аддитивная цветовая модель, аппаратно-независимая. Дело в том, что на самом деле есть две цветовые модели называемые LAB, одна Hunter Lab (Hunter L, a, b) а другая CIELAB (CIE 1976 L*a*b*). Последняя сейчас является международным стандартом. Первая является предтечей второй, то есть когда то, Международная комиссия по освещению пыталась разработать свою цветовую модель, что повлекло за собой ряд событий, было разработано разными авторами несколько моделей, в том числе Hunter Lab, и в итоге как стандарт была принята CIELAB, и существует в этом статусе до сих пор. И рассматривать здесь мы будем именно CIELAB.

Lab это аббревиатура из названий трех координат. Первая L координата, которая отвечает только за светлоту, которую можно изменять в диапазоне от 0, самое темное, до 100, самое светлое. А координата это положение цвета в диапазоне от зеленого, до красного. В координата задает значение от синего, до желтого.

Таким образом, получается, что светлота задается отдельно от тона и насыщенности.

В связи с тем, что LAB аппаратно-независимая система и определяет цвет однозначно, она применяется как промежуточное цветовое пространство, через которое происходит конвертирование цвета между другими цветовыми пространствами. Например, LAB используется в Adobe Photoshop по умолчанию как посредник при конвертации изображений из RGB в CMYK и обратно и это позволяет не терять в качестве изображения, или свести потери к мнимому.

К тому же LAB, благодаря своим свойствам, возможности раздельно воздействовать на светлоту, и очень широкому цветовому охвату, широко используется в цветокоррекции, упрощая и убыстряя, а значит, удешевляя процесс.

Данная модель имеет цветовой охват, превосходящий охват моделей RGB и CMYK, на столько что появился термин «Скрытые цвета» то есть цвета, которые не видит человеческий глаз.

Соответственно надо понимать, что при обработке в данном пространстве нужно быть осторожным, потому что соблазн велик, но даже самый лучший монитор вряд ли отобразит все цвета, которые может сгенерировать LAB, я уже не говорю о том, что можно получить изображение с неестественными цветами.

Данная цветовая модель настолько популярна и имеет столь впечатляющие возможности, что один из ведущих мировых экспертов по цветокоррекции Дэн Маргулис написал, целую книгу, посвященную исключительно только этой цветовой модели,  «PHOTOSHOP LAB COLOR: Загадка каньона и другие приключения в самом мощном цветовом пространстве» где очень подробно описывает методы работы в LAB. Надо сказать, что у него есть книги посвященные работе в других пространствах, но к LAB у него как понятно из названия, особое отношение.

Ссылка на источник