ТЕОРИЯ ЦВЕТА

ОЧЕНЬ КРАТКОЕ ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ ЦВЕТА

Цвет - одна из базовых характеристик визуально наблюдаемых объектов физической Вселенной. С точки зрения описания явлений универсума, как они предстают человеческому сознанию, свойство объектов "обладать цветом" принципиально несводимо к другим их базовым характеристикам (таким как размер, инертность, плотность и т.д.). Строго говоря, определить, что такое "цвет", так же невозможно, как определить, что такое "длина". Тем не менее, по крайней мере в западной культуре цвет рассматривался философами как некая иллюзия, в то время как пространственно-формные характеристики твердых тел считались безусловной реальностью. Полагали, что цвет, будучи т.н. "вторичным качеством", обусловлен "первичными качествами" (размером и формой) гипотетических атомов, ответственных за феномен зрительного восприятия. Цвет (в отличие от формы, числа и количества) ничего не значит для ума, поскольку не "зацепляется" им. Уму цвет может предстать только будучи сведенным к набору понятий или математической структуре отношений - что блестяще продемонстрировала западная научная мысль, создав в 18-19 веках науку психофизику, которая, в свою очередь, породила основанную на эксперименте научно-практическую теорию цвета. Исследования в этой области довольно щедро финансировались крупными производителями красителей и текстиля и были в основном завершены к 1935 году. В отношении цвета были сформулированы постулаты и выявлены зависимости, понятные и слепому математику. Были проведены измерения цветового восприятия людей, на практике выявившие необычайную схожесть большинства представителей Homo sapiens в этом отношении, так что их с успехом заменили т.н. "стандартным наблюдателем". Отщепенцев же записали в "цветоаномалы", которые, впрочем, тоже группируются в стандартные классы. Практические последствия этой колоссальной и, вне всякого сомнения, блестяще выполненной работы мы ежедневно наблюдаем в виде цветного телевидения, цветной фотографии, цветной полиграфии, цветного кино, цветных изображений на экране компьютера.

Давно стал общим местом тезис о принципиальной неописуемости цветовых ощущений. Действительно, что можно сказать о том, что такое "красное"? Можно лишь сказать, что восприятие некоего цвета имеет место. Кажется, что в переживании красного заключено нечто глубоко индивидуальное, нечто сущностно-"красное", существующее безотносительно ко всякой соотнесенности с чем-либо еще в сознании (или во Вселенной), но обосновать этот тезис (как, впрочем, и опровергнуть) практически нечем. Цвет - одна из тех скал, о которые разбиваются волны ума. Нам незачем лететь к туманности Андромеды, чтобы найти нечто уму непостижимое.

Мы только что говорили про единичное цветовое переживание, которое тоже, как ни странно, является, скорее, абстракцией ума, чем реальностью - разве мы видим "красное"? Мы видим красную розу, или огонь светофора, или вареного рака. Однако, давно было замечено, что вся совокупность воспринимаемых человеком цветов образует некую структуру, обладающую внутренними закономерностями. (Это кажется очевидным? Тем не менее, в отношении запахов такая структура не выявлена до сих пор! [Это не означает, что ее нет.] Покамест считается, что каждый запах сугубо индивидуален и не похож на все остальные.)

Задержимся еще на секунду на этом банальном парадоксе, чтобы больше к нему не возвращаться: мы практически ничего не можем сказать о единичном цвете, но очень много чего можем сказать об отношении разных цветов друг к другу (на исследовании этих отношений выросла целая наука, имеющая изрядную практическую значимость).

Если взять два любые цвета, то можно обнаружить, что они отличаются друг от друга прежде всего по цветовому тону (отличие зеленого от красного совершенно очевидно: это разные цвета). Иногда цветовой тон называют оттенком, не совсем удачно переводя английское hue. Кроме того, выявляются различия в насыщенности цветов. Возьмем ряд: белый цвет, бледно-розовый, умеренно-розовый, разбавленно-красный и наконец, интенсивно-красный. Здесь налицо один и тот же красный цветовой тон, но разная насыщенность цвета. Ахроматическая гамма (шкала от черного через серый к белому) обладает нулевой насыщенностью. И еще одна характеристика цвета - это интенсивность, которую в применении к качеству цвета поверхности (точнее, окраски) уместно назвать белизной, а в применении к качеству цвета самосветящегося объекта или же, еслу будет так позволено выразиться, цвету-поверхности-видимой-нами-при-данном-конкретном-освещении - светлотой. Белизну не следует путать с насыщенностью: черный и белый оба имеют нулевую насыщенность, но разную белизну, из двух образцов красного одинаковой насыщенности один может быть светлее (т.е. "белее") другого. Собственно, этим базовые соотносительные характеристики цвета и исчерпываются. Их всего три. (Белизна и светлота не применяются к оценке одного и того же объекта и выступают как две ипостаси одного и того же базового качества). Обратим внимание на это: число три красной нитью проходит сквозь всю теорию цвета.

Цвет, включающий в себя белизну/светлоту - это цвет в широком смысле слова. Цвет за вычетом этой характеристики называется цветностью. С другой стороны, в обыденном языке мы часто называем цветом именно то, что в теории цвета принято называть цветностью. Цветность имеет две базовые характеристики.

Мы говорим о "светлоте", а не о яркости, потому что речь идет о качествах ощущений, т.е. о субъективных свойствах цветового переживания. Яркость же - величина светотехническая, и является той характеристикой светового излучения, которую можно измерить прибором. Разумеется, светлота - это субъективный коррелят яркости, подобно тому как ощущение теплоты - это субъективный коррелят температуры. Разумеется также, что само понятие яркости возникло в физике вследствие придания строгого физического смысла непосредственно выявляемому в сознании качеству "светлоты". Но понятно и то, что, придав строгий физический смысл понятию, мы фактически вводим совершенно другое понятие (хотя бы потому, что одному человеку покажется, что на улице тепло, а другому - что прохладно, при одной и той же температуре воздуха, или потому, что измерение самой температуры мы будем проводить совершенно другим способом, чем измерение тепловых ощущений наблюдателя). Поэтому и приходится делать такое терминологическое различение. Подобно тому как физически-объективный коррелят светлоты - яркость, физическим коррелятом белизны является отражательная способность (альбедо).

В колориметрии цвет рассматривется как физическая величина. Разумеется, иначе его невозможно было бы ни объективно измерять, ни промышленно воспроизводить. Как это возможно? Выше мы уже говорили о "стандартном наблюдателе". Если у нас определены кривые спектральной чувствительности, характеризующие относительную чувствительность глаза этого абстрактного наблюдателя в разных участках спектра, мы можем изготовить 3 светофильтра, кривые пооглощения которых будут соответствовать вышеназванным кривым, и, воспользовавшись фотометром, трижды (с тремя разным светофильтрами) произвести измерение яркости данного цвета. Так работает колориметр. Или же мы можем измерить распределение энергии в спектре, и затем полученную функцию умножить на три функции относительной чувствительности (так работает колориметрический спектрофотометр).

Еще М.В.Ломоносов высказал гипотезу о том, что световое излучение состоит из трех видов корпускул, отвечающих каждый за свой цвет. Великий Исаак Ньютон при помощи ряда опытов, связанных с разложением белого цвета в радугу при помощи стеклянной призмы, отверг предположение о трехчастном составе самого светового излучения. Тем самым Ньютон фактически доказал, что цвет как феномен тесно связан с психофизиологическими особенностями зрительного аппарата человека. Как иногда грубовато выражают эту идею, что цвет существует только в восприятии, но не в самой физической реальности. Интересно, что именно Ньютон первым (по крайней мере, в англоязычной культуре) насчитал в радуге семь цветов. До него традиционно насчитывали всего пять. Также он отметил тот факт, что переходы между цветами размыты, то есть по сути мы имеем дело с непрерывным спектром и накладывающимся на него результатом категоризующего действия перцептивного аппарата (который, в свою очередь, испытывает влияние языка). Ньютон был первым, кто заметил, что красный и фиолетовый "концы" радуги, будучи максимально удаленными с физической точки зрения, приближаются друг к другу по производимому субъективному впечатлению. И... предложил замкнуть радугу в круг. Цветовой круг Ньютона насчитывает восемь цветов. Красный и фиолетовый замыкаются через пурпурный цвет. Его нет в радуге. Эта модель позволяла на качественном уровне предсказывать результаты смешения цветов. Цветовой круг стал первым шагом на пути к построению цветового тела - множества всех возможных цветов, представленных точками в трехмерном пространстве, координатные оси которого являются осями какой-либо системы цветовых координат.

Позднее, в XIX столетии Гельмгольц обосновал трехкомпонентность цветового зрения. За понятием трехкомпонентности может скрываться как минимум четыре различных смысла. Первый заключается в том, что световое излучение по своей природе состоит из трех видов частиц или каких-то еще компонентов. В этом как раз и состояла гипотеза Ломоносова, опровергнутая Ньютоном. Второй смысл понятия трехкомпонентности в том, что любой цвет можно получить, имея в своем распоряжении три источника света, дающих три потока света разных цветов и смешивая этот свет в определенных пропорциях. Практика показывает, что тезис ограниченно верен: правильно подобрав источники излучения, мы действительно можем получить на экране пятно любого существующего цветового тона, но цвета, получаемые таким образом, имеют ограничение по насыщенности (чистоте). В особенности это касается желтого и голубого цветов. Третий смысл, вкладываемый в понятие трехкомпонентности, заключается в том, что в зрительном аппарате человека существует три типа рецепторов, каждый из которых "ответствен" за соответствующий базовый цвет. Именно в этом смысле Гельмгольц и Томас Юнг, много экспериментировавшие со смешением цветов, и говорили о трехкомпонентности. Наконец, четвертый смысл этого понятия сводится к тому, что любое цветовое ощущение так или иначе состоит из трех базовых ощущений. Не стоит путать этот четвертый смысл с третьим или вторым. Например, чтобы получить желтый цвет, нужно смешать красный и зеленый. Это факт. Однако, разве ощущение желтого состоит из ощущений красного и зеленого? Хотя, утверждение, что ощущение оранжевого состоит из ощущений красного и желтого, не вызывает особых возражений. Эвальд Геринг, оппонент Гельмгольца, исходил не из опытов по смешению цвета, а из интроспективного анализа цветовых ощущений, то есть стремился, не опираясь ни на какие устройства, проанализировать ту очевидность, с которой цветовые ощущения предстоят сознанию человека. Он выявил шесть базовых цветов: черный, белый, красный, желтый, зеленый и синий. Все остальные цветовые ощущения, по Герингу, это, если можно так можно выразиться, смесь данных. Однако, если сине-зеленый цвет встречается, то красно-зеленого не бывает (мы, разумеется, не говорим про пятнистую окраску). Точно так же не бывает сине-желтого. Если это учесть, мы получим три оси, с помощью которых упорядочиваются цветовые ощущения: бело-черную, сине-желтую и красно-зеленую.

Геринг и Гельмгольц, будучи оппонентами в борьбе научных мнений, прекрасно уживаются внутри современного "Фотошопа": "наследником" цветовой модели Гельмгольца является система RGB, идеи Геринга (до некоторой степени) воплощает система Lab. Как известно любому пользователю программы, переход от одного способа представления цветов к другому осуществляется за два клика мышью.

Когда было исследовано строение сетчатки глаза, на ее поверхности обнаружили три типа светочувствительных клеток, отвечающих за дневное (цветовое) зрение. Они были названы колбочками (название отражает их форму). Каждый тип имеет свою кривую спектральной чувствительности: они реагируют на коротковолновую, среднюю и длинноволновую части видимого спектра. Таким образом, теория Гельмгольца нашла великолепное физиологическое обоснование. Впрочем, дальнейшие нейрофизиологические исследования, проведенные уже в XX веке, выявили, что на более поздних этапах обработки зрительной информации в мозге она кодируется именно "по Герингу", что в некотором роде "порождает" желтый цвет и ахроматическую гамму.

С точки зрения естественных наук, цвет представляет собой форму, в которой сознанию человека предстает такое физически-объективное свойство светового излучения, как его спектральная характеристика. Здесь приходится делать принципиальную оговорку, связанную с тем, что для человека, безусловно, цвет - свойство предметов, а не излучения. Мы реагируем на излучение, но видим вещи, предметы, существ, поверхности, в крайнем случае "радугой пронизанный туман" (- тоже объект, между прочим). Впрочем, обсуждение этого вопроса увело бы нас в сторону от темы.

Для физика в цветовом зрении человека принципиально то, что цвет, будучи формой представленности светового спектра в сознании, осуществляет редукцию содержащейся в спектре информации о распределении энергии света по частоте. Спектр по своей сути непрерывен и может быть охарактеризован плавной кривой или бесконечным количеством чисел (для каждой частоты можно указать присущую ей интенсивность), то есть точкой в бесконечномерном пространстве. Цвет же, как показали многочисленные эксперименты, всего-навсего трехмерен, то есть с успехом характеризуется тремя числами. Таким образом, для физика цветовое зрение является сильнейшим "фильтром", редуцирующим информацию и измерения от непрерывности (=бесконечности) до дискретного числа, равного трем. Справедливости ради отметим, что, вероятно, ангельское КБ таким образом оградило ум от явно лишней, не способствующей выживанию информации, оставив лишь самое необходимое. Заметим также, что в слухе, в отличие от зрения, никакой редукции измерений не происходит, и слышимый нами тембр звука (а тембр - это слуховой аналог цвета и его даже называют иначе окраской звука) - это субъективный коррелят звукового спектра во всей его полноте. Поэтому, вопреки очень распространенным (и довольно бессмысленным) цифрам (якобы, человек получает через зрение то ли 90%, то ли 95% всей информации - кто и каким прибором это мерил, остается лишь гадать), скажем, что звук как канал, связующий сознание человека с Реальностью, в некотором роде, глубже и фундаментальней, чем цвет. Эта идея, мало что значащая в научном контексте, тем не менее находит соответствия в индийской метафизике.

Подведем некторые итоги. Итак, цвет трехмерен. Физиология объясняет это наличием в сетчатке человека трех типов светоприемных рецепторов (т.н. колбочек). Каждый тип колбочек обладает своей формой кривой спектральной чувствительности. Отсюда один шаг до идеи, что любой цвет можно получить, имея в своем распоряжении лишь три базовых. Это не совсем верно, но тем не менее этот шаг был сделан. Три основных цвета - синий, зеленый и красный - позволили получить все остальные, с некоторыми ограничениями по насыщенности, в основном для желтых и голубых цветов (на практике этим пренебрегают). Именно эти три цвета - синий, зеленый и красный - соответствуют максимумам спектральных чувствительностей трех типов колбочек. Их выбор не произволен. Впрочем, для получения почти всех цветов из трех основных нужно складывать излучение (осуществлять т.н. аддитивное смешение), что происходит в цветном кинескопе или ЖК-дисплее. Однако, цветная пленка, равно как и бумага журнальной страницы, не суммируют свет, а фильтруют, поэтому в основе получения произвольного цвета в этих случаях лежит т.н. субтрактивное (вычитательное) смешение цветов, а в качестве исходных выбираются три дополнительных к основным цвета.
Аддитивное смешение цветов Субтрактивное смешение цветов
Аддитивное смешение цветов
Субтрактивное смешение цветов
Дополнительным к данному цветом называется тот, который в сумме с данным дает ахроматический. Цвет, дополнительный синему - желтый, зеленому - пурпурный, красному - голубой. Почему в качестве исходных берутся дополнительные к основным цвета? Просто потому, что вычитая из белого цвета зеленый, мы получаем пурпурный и т.д. То есть на самом деле и здесь исходными являются основные цвета, просто "печка", от которой мы пляшем - это белый, а не черный цвет, а единственный способ вычесть из белого нужное количество основных цветов - это нанести на бумагу нужное количество дополнительных к ним. В цветной пленке происходит то же самое - в трех слоях, отвечающих за получение изображения, находятся три красителя, фильтрующих излучение.

(продолжение следует...)

пїЅпїЅпїЅпїЅ пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ