Константность цветоощущения и эффект принадлежности цвета

Когда от исследования апертурных цветов мы переходим к изучению предметных цветов, следует иметь в виду очень важную проблему, получившую название константности цвета. Оказывается, наше восприятие устроено так, что образ восприятия, как уже указывалось в первой главе при описании феноменологии познавательных процессов, отличается относительным постоянством, несмотря на меняющиеся условия восприятия. Одним из конкретных проявлений константности образа восприятия является константность цветоощущения.

Константность цветоощущения связана с тем, что наше ощущение белизны цвета лишь в некоторой степени зависит от способности поверхности отражать падающий на нее свет. Так, например, можно подумать, что белая поверхность мела кажется нам белой, поскольку отражает более 80% падающего на нее света, а поверхность черного бархата воспринимается черной, поскольку отражает всего 10% света, который падает на нее. В то же время, оказывается, здесь важна именно относительная способность той или иной поверхности отражать падающий на нее свет, а не общий абсолютный объем светового потока, который поверхность может отразить в данный момент. Понятно, что при ярком солнечном свете поверхность черного бархата может отразить гораздо больший объем света, чем поверхность белого мела в кромешной темноте. Однако и при ярком свете черный бархат не перестает восприниматься черным, а белый мел даже в темноте кажется нам белым. В этом и заключается константность цветоощущения.

Несмотря на то что в целом механизмы, обеспечивающие константность цветоощущения, все еще до конца не ясны, выдвигается предположение, что в значительной степени это явление может быть связано с фактом предметности нашего восприятия (Логвиненко, 1987).

Эта мысль поддерживается хорошо известным феноменом, получившим название эффекта принадлежности цвета. Впервые он всесторонне был исследован в работах выдающегося немецкого психолога, занимавшегося проблемами восприятия и мышления, Карла Дункера (1903–1940).

В одном из исследований эффекта принадлежности цвета (Duncker, 1939) испытуемым предъявлялись вырезанные из фетра силуэты листа дерева и ослика одинакового зеленого цвета. Стимулы освещались красным светом, источник которого был скрыт от испытуемого. В результате силуэт листа казался наивным испытуемым более зеленым, чем силуэт ослика, хотя на самом деле они должны были выглядеть одинаково серыми. Таким образом, знание о типичных и устойчивых свойствах предметов в значительной степени может предопределить восприятие этих свойств.

Смешение цветов

Следует иметь в виду, что свет, который несет нам информацию о тех или иных цветах предметов окружающего мира, практически никогда не отличается какой-то определенной длиной волны, дающей нам ощущение цветового тона. Воспринимаемый цвет предметов практически всегда является результатом смешения электромагнитных волн разной длины.

Такое смешение может происходит либо непосредственно в нашей зрительной системе, либо вне ее, когда поток света с разной длиной волны по-разному отражается от поверхностей окружающих нас предметов. Отсюда в психологии и психофизике цвета, а также в науке, которая специально занимается измерением цвета, – колориметрии – принято выделять два вида смешения цветов: аддитивное и субтрактивное.

Аддитивное смешение цветов происходит непосредственно в зрительной системе человека. На практике такое смешение цветов используют, например, при создании цветной картинки на экране телевизора, монитора, ноутбука, планшета или телефона. Законы аддитивного смешения цветов являются очень важными для понимания механизмов того, как мы воспринимаем цвет окружающих нас предметов. Эти законы в первую очередь касаются смешения апертурных цветов и были хорошо изучены еще Исааком Ньютоном в XVII в. и описаны в общем виде в его "Оптике". Позже, в XIX в., эти законы были формализованы немецким физиком, математиком и филологом Германом Грассманом (1809–1877).

Субтрактивное смешение цветов происходит вне зрительной системы, например когда художник смешивает краски на своей палитре. Субтрактивная модель смешения цветов имеет отношение к тому, как мы воспринимаем цвета поверхности. Она связана с учетом того, как падающие на поверхность лучи света с разной длиной волны отражаются от нее. Например, мы воспринимаем цвет стены как зеленый вследствие того, что она отражает от себя лишь ту часть спектра излучения, которая воспринимается нами как зеленая, поглощая целиком или в значительной степени излучения другой части спектра. Аналогичный эффект мы можем получить при смешении желтой и синей красок. Это связано с тем, что желтая краска преимущественно поглощает коротковолновый свет, который должен давать ощущение синего и фиолетового, а синий, напротив, длинноволновый, который должен давать ощущение красного, оранжевого и желтого. В результате отраженным оказывается в такой смеси лишь средневолновый свет, дающий ощущение зеленого. При этом мы должны иметь в виду, что такое предсказание предполагает, что отражательные свойства двух смешиваемых пигментов будут одинаковыми. На практике может оказаться, что это и не так. И тогда предсказать точный результат их смешения будет значительно сложнее.

Именно поэтому в теоретическом, да и практическом плане знание общих закономерностей аддитивного смешения цветов представляется наиболее важным, их рассмотрением мы и ограничимся в этом учебнике. Если вам также интересны закономерности субтрактивного смешения цветов, следует обратиться к специальным руководствам по колориметрии – науке, которая специально занимается исследованием количественных закономерностей смешения цветов и пытается их реализовать на практике.

Закономерности аддитивного смешения цветов лучше всего иллюстрирует цветовой круг. Он не учитывает такого свойства апертурных цветов, как яркость. Взаимосвязь этого свойства с цветовым кругом демонстрирует еще одна модель цветоощущения, которая получила название цветового веретена (рис. 4.3). С его помощью можно описать любое цветоощущение, связанное с воздействием на нашу зрительную систему апертурных цветов. Однако для описания законов аддитивного смешения цветов оно оказывается избыточным. Цветовой круг и цветовое веретено – это способы наглядного количественного представления свойств цвета, принятые в колориметрии^[1].

Рис. 4.3. Цветовое веретено. Центральное сечение представляет собой цветовой круг

Цветовой круг соответствует центральному кругу трехмерного цветового веретена и представляет собой его центральное сечение. Он описывает восприятие цветового тона и насыщенности цвета при оптимальных условиях его яркости. В центре цветового круга располагается белый цвет, по окружности – максимально насыщенные чистые спектральные цвета с разной длиной волны, пурпурные цвета размещаются между двумя краями спектра. По мере приближения к центру цветового круга насыщенность этих цветов постепенно уменьшается, они становятся все менее отличимыми от белого цвета.

Если на цветовом круге провести линию, проходящую через центр круга, то она соединит два цвета, которые называются дополнительными, или комплементарными. Например, таким образом можно соединить точки, соответствующие на цветовом круге желтому и синему цветам. Следовательно, желтый и синий цвета являются дополнительными. При их аддитивном смешении мы получим белый цвет.

В общем случае дополнительными являются цвета, которые при аддитивном смешении дают белый цвет. Иными словами, цвет А является дополнительным к цвету В, если при аддитивном смешении А и В получается белый цвет. Для дополнительных цветов выполняется отношение эквивалентности, или метамерности. Это значит, что если цвет А является дополнительным цветом к цвету В, то и цвет В обязательно должен стать дополнительным цветом для цвета А.

Дополнительные цвета следует отличать от контрастных. Контрастные цвета представляют собой отрицательные последовательные образы. Их возникновение связано с эффектом цветовой адаптации. Например, если в течение какого-то достаточно длительного времени (как правило, не менее 20 с) рассматривать, скажем, яркий цветной прямоугольник, возникнет состояние цветового пресыщения. Образ начинает мерцать в глазах. Быстро переведя взгляд на нейтральную белую или светло-серую поверхность, можно снова увидеть на ней цветной прямоугольник. Однако цвет его будет отличаться от цвета рассматриваемого до этого прямоугольника. Это и есть контрастный по отношению к оригиналу цвет. Несмотря на то что очень часто контрастные цвета действительно близки к дополнительным цветам, есть одно очень важное и существенное отличие контрастных цветов от дополнительных: для контрастных цветов отношение эквивалентности выполняется не всегда, т.е. если цвет А оказывается контрастным к цвету В, то цвет В вовсе не обязательно оказывается контрастным к цвету А.

Если на цветовом круге провести линию, соединяющую два цвета, но не проходящую через центр круга, то мы получим цвет, располагающийся на цветовом круге между этими цветами, но меньшей насыщенности. Например, соединив между собой точки цветового круга, соответствующие красному и зеленому цветам, и отметив на этой хорде центральную точку, мы получим желтый цвет, отличающийся меньшей насыщенностью в сравнении с предельно насыщенными красным и зеленым цветами.

Таким образом, при смешении цветов, не являющихся дополнительными, образуется цвет, располагающийся между ними на цветовом круге, но меньшей насыщенности.

То, какой конкретно цвет мы получим, зависит от того, в каких пропорциях будут смешиваться исходные цвета. Так, желтый цвет при смешении красного и зеленого мы получим лишь в том случае, если красный и зеленый цвета смешиваются в равных пропорциях. Если увеличить пропорцию красного, выйдет уже не желтый цвет, а цвет, находящийся между желтым и красным, например оранжевый. Если же увеличить пропорцию зеленого цвета, результатом будет не желтый, а желто- зеленый цвет. Это же утверждение справедливо и в отношении дополнительных цветов: белый цвет мы получим, смешивая дополнительные цвета лишь в равных пропорциях, если же одного цвета будет меньше, в результате смешения мы лишь ослабим, сделаем менее насыщенным второй цвет.

Следовательно, один и тот же цвет мы можем получить различными способами, смешивая совершенно разные цвета. Таким образом, оказывается, что один и тот же слабо насыщенный желтый цвет мы можем получить, как смешивая насыщенные красные и зеленый цвета, так и подмешивая к насыщенному желтому синий цвет. При этом получаемые смеси цветов не будут субъективно отличаться друг от друга. Вспомним, что это явление называется метамерностью, а цвета, субъективно одинаковые, хоть и различные по своему спектральному составу, называют метамерными.

Отношение метамерности цветов – это отношение их эквивалентности. Иными словами, если цвет А оказывается метамерным цвету В, то цвет В непременно окажется метамерным цвету А, даже если цвет А получился в результате смешения цветов С и D, а цвет В получился в результате смешения цветов

Е и F В свою очередь, пара цветов С и D, так же как пара цветов Е и F, является метамерной парой. Соответствие между этими парами называют метамерическим.

Обратим внимание на то, что, воспринимая цвет, образованный смешением двух и более цветов, мы не переживаем ощущений тех цветов, которые породили ощущение конечного цвета. Так, например, если ощущение желтого вызвано аддитивным смешением красного и зеленого цвета, оно не будет включать в себя ощущения этих цветов. Ощущение зеленого цвета, скажем, может быть получено путем исключения из смеси зеленого и красного цветов, дающей ощущение желтого цвета, красного цвета. Иными словами, зеленый цвет может рассматриваться как результат вычитания красного цвета из желтого. Следовательно, наряду с аддитивным сложением цветов мы можем говорить и о вычитании цветов. В общем случае вычесть из цвета А цвет В – значит получить цвет С, который при сложении с цветом В даст цвет А.

Существует еще одна важная закономерность цветоощущения, которая имеет большое практическое применение. И ее, в отличие от уже рассмотренных, нельзя описать с помощью цветового круга. Она касается существования так называемых основных цветов.

Известно, что цветное изображение, которое мы наблюдаем на экране цветного телевизора или монитора компьютера, получается на самом деле путем использования всего трех цветных фильтров: красного, синего и зеленого. Если внимательно присмотреться к экрану телевизора, монитора или даже смартфона, можно увидеть, что оно состоит из очень мелких точек синего, красного и зеленого цветов. Они называются субпикселами. Аналогичным образом цветная печать обычно реализуется всего с помощью трех цветных чернил: розовых, зеленоголубых и желтых.

Три цвета, которые при сложении в разных пропорциях могут обеспечить формирование любого воспринимаемого человеческим глазом цвета, принято обозначать как тройки основных цветов. Теоретически доказано, что существует бесчисленное множество троек основных цветов, комбинация которых образует любой другой цвет:

В этом выражении R, G и В представляют собой основные цвета заданного цветового тона; α, β и γ – коэффициенты яркости этих трех основных цветов, задающие пропорцию основного цвета при формировании произвольно заданного цвета С.

Несмотря на то что обозначения R, G и В могут навести нас на мысль о том, что основными цветами являются лишь красный (от англ. red), зеленый (green) и синий (blue) цвета, в качестве основных может выступить практически любая тройка цветов. Важно, чтобы соблюдались всего два обязательных условия. Во-первых, ни один из трех основных цветов не должен быть дополнительным к двум остальным цветам, а во-вторых, при смешении двух из этих не должен получаться третий цвет. В результате использования данных правил мы можем получить практически любой цвет, воспринимаемый человеческим глазом, за исключением так называемых металлических цветов – серебряного, золотого и медного.

На практике чаще всего в качестве основных цветов используются именно красный, зеленый и синий. Этот старый стандарт цветного телевидения получил название стандарта RGB по английским названиям выбранных в качестве основных красного, зеленого и синего цветов. Другим распространенным стандартом является стандарт CMYK. Он принят в цветной печати, например с помощью обычных домашних цветных лазерных и струйных принтеров. В нем вместо красного, зеленого и синего цветов используются дополнительные к ним соответственно зелено-голубой (cyan), розовый (magenta) и желтый (yellow) цвета^[2].

Применение двух различных цветовых стандартов при выводе одного и того же изображения на экран и на печать еще раз иллюстрирует нам метамерные соотношения между цветами. Как известно, с помощью специальных приемов калибровки экрана можно добиться практически идеальной степени соответствия картинки на экране монитора компьютера и фотографии, выведенной с этого компьютера на печать. Понятно, что в силу различных технических ограничений используемого в домашних условиях оборудования и материалов такое соответствие может оказаться и недостаточным.