Моделирования цветового пространства в виде того или иного трехмерного цветового тела

Между белой и черной вершинами треугольника расположены ахроматические (серые) цвета. Между полноцветным и белым находятся цвета, получаемые смешением в различных пропорциях белой и цветной краски. Между черным и цветным — смесь цветной и черной красок. Середина треугольника состоит из цветов, смешиваемых из всех трех красок, образующих непрерывный переход от более насыщенных цветов к цветам ахроматическим (серым).

Два таких треугольника дополнительных цветовых тонов смыкаются по ахроматической оси, образуя вместе ромб, как показано на рис. 7. На том же рисунке показана оствальдовская система буквенных обозначений отдельных цветовых образцов в треугольнике.

Различных цветовых тонов в атласе 24, что дает 12 таблиц указанного вида. Цветовые тона обозначаются номерами от 1 (лимонно-желтый) до 24, или по особой шкале, которая охватывает 100 цветовых тонов. На рис. 8 показано, каким приблизительно цветам соответствуют номера оствальдовской шкалы.

Рис. 8 - Числовые обозначения цветовых тонов по Оствальду

Будучи прекрасным по техническому выполнению, атлас Оствальда страдает рядом крупных недостатков, обусловленных ошибками оствальдовской теории.

Наиболее важным недостатком является чрезвычайная неравномерность атласа. Всевозможные зеленые, начиная от сине-зеленых и кончая желто-зелеными, составляют без малого половину всего атласа, в то время как оранжевые и красные оттенки недостаточно многочисленны, что усугубляется тем, что темных цветов дано больше, чем нужно, а светлых — значительно меньшее количество. Затем, в атласе совершенно не принято во внимание, что, например, полноцветный синий, несомненно, значительно ближе к черному, чем к белому, а полноцветный желтый — наоборот. В атласе все треугольники равносторонние, и количество промежуточных между полноцветными и черным или полноцветными и белым для всех цветовых тонов одинаково.

В силу такой неравномерности часть цветовых образцов почти неотличима друг от друга, в то время как в других случаях ближайшие друг к другу цвета различаются очень сильно. Это не дает возможности ввести даже грубую систему допусков по цвету, единую для всего атласа.

Не менее, если не более крупным недостатком является полное отсутствие какого-либо реального смысла в обозначениях эталонов. Правда, Оствальд полагал, что ими он характеризует особые свойства цвета, которые он называл «содержанием черного» и «содержанием белого».

Но при составлении атласа он исходил из смешения между собой красок, а цветовой результат такого смешения зависит в очень сильной степени не только от цвета красок, но и от всей кривой отражения и других самых разнообразных свойств, применяемых красителей, которые Оствальдом не учитывались. Дефектность метода измерения цвета, которым пользовался Оствальд, не позволила ему связать цвета его атласа с какими-либо вполне надежными стандартными цветами (например, с цветом чистых спектральных), а потому его атлас остается только набором хорошо выполненных цветных образцов.

По этой же причине атлас Оствальда не представляет надежной гарантии того, что в отдельных экземплярах образцы цвета с одинаковыми обозначениями действительно одинаковы по цвету, особенно в отношении атласов, изготовленных в разное время. Мне самому пришлось, сравнивая два различных экземпляра атласа Оствальда, обнаружить очень значительные расхождения между ними [6].

5                    шведская система естественных цветов NCS

В основу системы NCS положена теория Геринга (вторая половина XIX в.). Свое дальнейшее развитие она получила в работах шведского физика Иоганссона (первая половина ХХ в.). В Шведском центре по цвету под руководством Харда была проведена работа по практическому воплощению идей о систематизации цветовых восприятий Геринга – Иоганссона в виде атласа цветов. «Система естественных цветов» (Natural Color System – NCS), утвержденная как шведский национальный стандарт (SS 01 91 02 и SS 01 91 03) и стандарт ряда европейских стран [4].

Эта система является примером системы восприятия цвета, основанной на шести психологически уникальных восприятиях черного, белого, красного, зеленого, желтого, синего цветов [5]. Это хорошо иллюстрирует рис. 9.

Рис. 9 - Цветовое пространство системы NCS

Основной задачей этой системы является описание качества цветового восприятия; одновременно воспринимаемое цветовое пространство, которому уделяется большое внимание, например, в системе Манселла, здесь рассматривается во вторую очередь. Психологически уникальное восприятие основных цветов может быть определено оценкой их сходства с основными (иногда называемыми элементарными) восприятиями, а не оценкой отличия от них. Это сходство выражается степенью белизны, черноты, желтизны, красноты, синевы и зелени.

Цветовой круг разбит на четыре сектора, которым присвоены базовые цветовые тона – красный, желтый, зеленый и синий, расположенные ортогонально с равными значениями шагов между ними. Таким образом, поскольку цветовые тона NCS разбиты на интервалы, равномерные по ощущению – эти интервалы имеют разные значения внутри каждого из четырех секторов; так получилось потому, что, к примеру, разница между базовым красным и базовым синим больше, нежели между базовыми желтым и зеленым. Промежуточные тона имеют разметку, отражающую перцепционное смешение двух соседних базовых цветовых тонов (например, оранжевый воспринимается как срединный между базовым красным и базовым желтым и обозначается как Y50R). Это хорошо видно на рис. 10.

Рис. 10 - Цветовой круг системы NCS

Оставшиеся два измерения цветового восприятия в шведской цветовой системе расположены на трехлинейных осях (рис. 11): углы треугольника символизируют цвета с максимальными белизной (whiteness – w), чернотой (blackness – s) и хроматичностью (chromaticness – c), в сумме дающих 100. Таким образом, образец с максимальной чернотой обозначается как s – 100, w – 0, c – 0; образец с максимальной белизной – как s – 0, w – 100, c – 0. Поскольку в сумме эти значения дают 100, для полной спецификации цветового ощущения необходимы только два из них (в совокупности со значением цветового тона). Обычно используют хроматичность и черноту, к примеру: некий промежуточный образец может быть обозначен как s – 20 и c – 70 с остатком на белизну w – 10.

Рис. 11 - Графическое представление плоскости

NCS-черноты / хроматичности при постоянном цветовом тоне

Максимальная хроматичность по каждому цветовому тону определена по максимально хроматичному воображаемому образцу данного тона, таким образом, между манселловской насыщенностью и NCS-хроматичностью не существует прямой зависимости, и ясно также, что не существует прямой связи между NCS-чернотой и светлотой по Манселлу. Важно отметить, что образцы с максимальной хроматичностью на разных цветовых тонах разнятся по относительной яркости и светлоте.

Система Манселла и NCS-системы – это два разных пути спецификации цветового восприятия, причем нельзя сказать, что один лучше другого, поскольку они совершенно разные.

Сравнительно недавно ISO вновь обратилась к 31-му техническому комитету МКО (CIE TC-31, 1996) с просьбой рекомендовать в качестве международного стандарта какую-либо одну из упомянутых систем восприятия цвета, а также метод конверсии между двумя этими системами, но комитет экспертов заключил, что такая задача невыполнима.

В NCS-системе цветовое ощущение обозначается через s (черноту), хроматичность (с) и цветовой тон, к примеру: стимул с манселловскими координатами 7.5YR5/10 в NCS-системе будет обозначен как 20, 70, Y90R, это означает, что по ощущению цветового тона образец лежит неподалеку от базового красного с примесью 10% желтого, а хроматичность образца достаточно высока (70%) при небольшой примеси черноты (20%). Отметим, что образец со средней светлотой по Манселлу в NCS-системе будет иметь относительно низкую черноту (высокую белизну). Сказанное иллюстрирует фундаментальное отличие между манселловской шкалой светлоты и NCS-атлас включает в себя 40 цветовых тонов (на каждый цветовой тон по 10 образцов с одинаковым шагом по шкалам черноты и хроматичности).

Из-за ограниченности цветового охвата красок невозможно воспроизвести все необходимые образцы, поэтому в атласе их всего около 1500.

Рассматривать NCS-атлас нужно только при дневном свете на определенном фоне и при определенных уровнях фотометрической яркости.

NCS-образцы, также как и образцы манселловского атласа, выпускаются разного размера.

Как национальный стандарт NCS существует совсем недавно, но очень широко применяется в шведских системах цветокоммуникации, обеспечивая при этом завидный уровень точности в бытовом обмене цветовой информацией [4].

6                    применение систем цветового восприятия

Системы цветового восприятия находят широкое применение в изучении цветового восприятия, а также в смежных областях: экспериментальной работе, дизайне, связи, образования, тестирования моделей цветового восприятия, создании тест-карт характеризации устройств визуализации и многих других сферах деятельности, где могут быть полезны атласы (или иные физические представления) цветовых моделей.

Цветовые модели в экспериментах со зрением. Зачастую в экспериментах со зрением возникает необходимость сравнивать и / или подбирать соответствие различных цветовых стимулов в различных условиях просмотра. Для таких экспериментов цветовые системы являются удобным предметным пособием, к примеру: для шкалирования данных цветового эксперимента исследователь может выбрать образцы атласа Манселла, атласа NCS и др. характеристики образцов хорошо известны, пояснения к ним опубликованы, благодаря чему исследователи могут дать четкое и однозначное описание цветовых стимулов, которое в дальнейшем можно использовать при повторе этих экспериментов. Необходимо отметить, что в системах восприятия цвета ценность представляют не только фактические образцы с маркировкой, но также и спектральные характеристики образцов.

Одновременное использование нескольких цветовых систем в экспериментах по изучению цветового восприятия вовлекает наблюдателей в научный процесс и способствует дальнейшему развитию этих систем, в частности, за счет того, что наблюдатели сами маркируют образцы, рассматриваемые в тех или иных условиях освещения (особенно полезным является использование манселловской и NCS-систем). Для создания и тестирования моделей цветового восприятия очень важно то, что такая работа позволяет детально описать изменения в цветовых ощущениях, вызываемые изменениями в условиях просмотра, а также давать колориметрическую спецификацию каждого образца при тех или иных условиях наблюдения [4].

Цветовые модели в живописи и дизайне. Цветовые атласы часто применяются в живописи и дизайне – сам принцип порядкового расположения цветов позволяет дизайнерам легко выбирать образцы с теми или иными цветовыми взаимоотношениями, к примеру: с помощью системы Манселла легко выбрать диапазон цветов с постоянным цветовым тоном или постоянной светлотой или к некому цветовому тону подобрать дополнительный, руководствуясь тем или иным принципом. Системы смешения цветовых стимулов дают художникам понимание того, как воспроизвести желаемый цвет на том или ином носителе.

Цветовые координатные системы – это не только инструментарий дизайнера, но также и средство обмена информацией о цвете, позволяющее точно указывать производителям, какой именно цвет материала хотят использовать в данном дизайнерском проекте.

Цветовые модели и обмен информацией о цвете. Системы восприятия цвета дают возможность обмениваться точной информацией о цветовом восприятии, причем в обоих направлениях, но только тогда, когда атласы систем используются в предписанных условиях просмотра.

Хорошо известно, что колориметрические координаты дают максимально точную, четкую и удобную спецификацию цветов, но их перцепционное значение не столь очевидно, в то время как цветовые координатные системы вполне могут обеспечить удобное средство обмена информацией о цвете.

Системы также могут быть полезны и тем, кто знаком с ними теоретически, но при этом не является владельцем атласа: к примеру, в ANSI-спецификации по рассматриванию цветных изображений (ANSI 1989) фоны изображений описаны значениями светлоты по Манселлу, тогда как, казалось бы, величины коэффицие6нта отражения вполне достаточно и она априори точнее [4].

Цветовые модели в образовании. Системы восприятия цвета крайне полезны в деле изучения цветового восприятия (и в прочих аспектах науки о цвете). Например, рассматривание атласа Манселла дает визуальную иллюстрацию трех атрибутов цветового восприятия – светлоты, цветового тона и насыщенности: просмотр страниц атласа при переходе от низких уровней яркости образцов к высоким – это прекрасная демонстрация роста субъективной яркости и полноты цвета при постоянстве светлоты и насыщенности.

Ограничения координатных систем также имеют образовательную ценность, к примеру: в системе Манселла постоянная светлота определена как постоянная относительная яркость, однако хорошо известно, что при повышении насыщенности образцов (при постоянной относительной яркости стимулов) ощущение светлоты растет, то есть главный образовательный смысл манселловских серий образцов постоянной светлоты (и переменной насыщенности) – проиллюстрировать степень и систематичность измерения светлоты.

Системы, подобные NCS, ценны как иллюстрация оппонентной теории цветового зрения, особенно в разметке цветовых тонов (которая очень близка к физиологическому кодированию цвета).

Цветовые модели в системах визуализации изображений. Цветовые системы можно использовать в качестве исходного материала для создания тест-карт характеризации систем отображения или контроля измерительных устройств, к примеру: Macbeth Color Checker Chart (Мак Ками и др., 1976) – это карта, частично основанная на образцах системы Манселла и обычно используется для характеризации систем отображения. Несмотря на широкую распространенность, Macbeth Color Checker Chart включает в себя лишь малую часть образцов (всего 24), которые, конечно же, не заполняют цветового пространства, тогда как компанией Gretag Macbeth вполне могли бы выпускаться мишени, приносящие большую практическую пользу [4].

Образцы от различных цветовых систем можно использовать для создания персональных тест-карт, поскольку эти образцы можно четко описать и скопировать.

Таким образом, выбор цветовой модели основывается в первую очередь ее предназначением. В соответствии с выбранной моделью получаем определенный цветовой охват и набор заданных параметров цвета.

Заключение

В данной курсовой работе была рассмотрена тема моделирования цветового пространства с целью получения некого цветового тела. Было выяснено, что с помощью этой цветовой модели можно получить цветовые атласы, которые, в свою очередь, необходимы во многих сферах жизнедеятельности человека.