С древних времён человек постоянно использует цвет и наслаждается игрой красок. Кроме того, цвет влияет на организм человека в психофизиологическом отношении. Известный физиолог В.М. Бехтерев указал, что цвет в будущем может эффективно применяться для лечения нервных болезней. Медицина уже взяла на вооружение цветотерапию, и в некоторых больницах лечат при помощи цвета. Труд человека всегда должен быть прекрасным и совершенным, а следовательно, и среда, в которой человек живёт, работает, отдыхает, должна быть эстетически совершенной в цветовом отношении.
Понятие цвета и его восприятие чрезвычайно сложны. Цветоведенье охватывает вопросы, тесно связанные с физикой, физиологией, психологией, светотехникой, медициной, наукой, техникой и искусством. Цвет – это свойство тел вызывать определённые зрительные ощущения в соответствии со спектральным составом и интенсивностью отражаемого или испускаемого видимого излучения. Установлено, что человеческим глазом воспринимаются световые колебания с длиной волны от 380 до 760 нм. Световые волны отличаются друг от друга амплитудой колебаний и длиной. Таким образом, каждый спектральный цвет можно охарактеризовать соответствующей ему длиной волны. Цвета спектра чередуются в следующей последовательности: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.
Ощущение цвета отражает качество поступающего в глаз лучистого потока, то есть его спектральный состав. Это неразрывная связь между субъективным и объективным в вопросе цветовых восприятий неоднократно подчёркивалась основоположниками диалектического материализма. В.И. Ленин писал: «Если цвет является ощущением лишь в зависимости от сетчатки… то, значит, лучи света, падая на сетчатку, производят ощущение цвета. Значит, вне нас, независимо от нас и от нашего сознания существует движение материи, скажем, волны эфира определённо длины и определённой быстроты, которые, действуя на сетчатку, производят в человеке ощущение того или иного цвета. Так именно естествознание и смотрит. Различные ощущения того или иного цвета оно объясняет различной длиной световых волн, существующих вне человеческой сетчатки, вне человека и независимо от него. Это и есть материализм: материя, действуя на наши органы чувств, производит ощущение».
Характеристики цвета и цветовой круг
Рассмотрим некоторые характерные особенности цвета и света. Часть светового потока, достигая поверхности тела, отражается, а часть поглощается и переходит в другие виды энергии, обычно в тепловую. Остаток светового потока тело пропускает сквозь себя. Эти явления характеризуются коэффициентами отражения, пропускания и поглощения тела. Существуют два основных типа отражения: зеркальное и диффузное. При зеркальном отражении угол падения равен углу отражения, а при диффузном отражении луч отражается во всех направлениях. Для отражённого света коэффициент поглощения, а значит, и коэффициент отражения меняются в зависимости от длины волны, следовательно, коэффициент отражения является функцией длины волны. Существуют и другие более сложные отражения и поглощения – ремиссия, рефракция, полное отражение и абсорбция (поглощение).
Все цвета делятся на две группы: ахроматические и хроматические. К первой группе относятся белые, чёрные и все серые цвета, начиная с самого светлого и заканчивая самыми тёмными. Ко второй группе относятся все спектральные цвета – красные, оранжевые, жёлтые, зелёные, голубые, синие, фиолетовые, пурпурные со всеми переходами и оттенками между ними. Хроматических цветов – бесчисленное множество, однако, глаз человека способен отличать друг от друга лишь ограниченное их количество, всего около 300. Ахроматические цвета отличаются друг от друга только светлотой. Тела, имеющие ахроматический цвет, характеризуются неизбирательным поглощением, то есть их коэффициент отражения одинаков для всех длин волн. Тела, имеющие хроматический цвет, характеризуются избирательным поглощением, а следовательно, их коэффициент отражения различен для разных длин волн. Каждый хроматический цвет обладает тремя основными свойствами: цветовым тоном, светлотой, насыщенностью.
Цветовой тон – основное отличительное свойство хроматического цвета, благодаря которому одни цвета называют красными, другие – жёлтыми и так далее. Основной естественный ряд цветовых тонов представляет собой спектр. Красные, оранжевые, жёлтые цвета обычно называют тёплыми, а голубые и синие – холодными. Зелёные и фиолетовые занимают промежуточное положение между ними. Светлотой, или яркостью, хроматических цветов называется то их свойство, которое мы имеем ввиду, когда говорим, что одни цвета светлее, ярче, а другие темнее, тусклее. Поскольку светлота – свойство ахроматических и хроматических цветов, её считают основным и общим свойством всех цветов вообще. Насыщенностью определённым цветовым тоном является степень отличия этого цвета от ахроматического, равного ему по светлоте. Насыщенность (чистота цвета) определяется степенью близости к спектральному (самому насыщенному) цвету; она уменьшается если краску разбавить белилами, а водные краски – водой. Насыщенность определяют в процентах, причём за 100% принимают насыщенность, соответствующую спектральному цвету, а за нуль берут белый или другой ахроматический цвет. Таким образом, спектральные цвета имеют насыщенность, равную единице, а ахроматические – насыщенность, равную нулю. Если, например, говорят, что зелёный цвет имеет цветовой тон, равный 530 нм, и насыщенность равна 0,7 – это значит, что данный цвет состоит из 70% спектрального цвета с длиной волны 530 нм и 30% белого цвета.
Тон, светлота и насыщенность являются параметрами, точно определяющими каждый цвет. Основываясь на них, можно построить световое тело, графически изображаемое в виде цветового атласа. Наибольшее распространение нашли атлас цветов Менселла (США), атлас Оствальда (Германия) и цветовой атлас Б.Е. Рабкина (СССР). Поскольку цвет определяется тремя независимыми переменными, для наглядного восприятия всех цветов лучше всего пользоваться трёхмерным пространством. Центральной осью пространственной схемы расположения цветов является ахроматическая шкала от чёрного цвета внизу до белого вверху. По большому кругу расположены все спектральные цвета наибольшей насыщенности. По мере приближения к центральной оси насыщенность цвета падает, по вертикали изменяется яркость тех же цветов. Количество основных цветов по большому кругу, количество эталонов в ахроматической шкале по центральной оси и количество ступеней по радиусу круга могут быть разными.
Все встречающиеся в природе и человеческой деятельности цвета и их насыщенность удобно устанавливать по графику Международной колориметрической системы МКО, где в координатах (x/y) даётся цветовой тон, длина волны и чистота цвета, характеризующая насыщенность. Колориметрическая система МКО принята на Международном конгрессе по освещению, состоявшемся в 1931 году в Кембридже. График цветности построен таким образом, что внешняя его кривая Л – локус – соответствует абсолютно чистым цветовым тонам (насыщенность 100%). На локусе показаны значения длины волн в нанометрах соответственно цветовым тонам. Локус имеет две характерные точки: Ф – фиолетового и К – красного цветов, соответствующих крайним значениям длины волны видимого света. Между этими точками по прямой расположены пурпурные цвета, обозначенные штрихами (560’-500’). В центре графика помещён ахроматический цвет с нулевой чистотой (белый – 0). На прямых, соединяющих эту нулевую точку с кривыми графиками, располагаются цвета одинакового цветового тона, но разной насыщенности (от 0 до 100%). Точки разного цветового тона, но равной насыщенности соединены внутренними кривыми. В отличие от цветового круга, на графике располагаются не только насыщенные спектральные цвета, но и ненасыщенные. График цветности расширяет возможности выбора всевозможных гармонических цветосочетаний.
Смешение, цветовой и яркостный контрасты
В технической эстетике, архитектуре, изобразительном искусстве и других сферах человеческой деятельности широко используется смешение цветов. Установлено, что смешение цветов даёт новые хроматические цвета, а смешение их в соответствующих пропорциях – ахроматические цвета. На этом основании установлены следующие три закона смешения цветов:
- Первый закон – для каждого хроматического цвета можно найти другой хроматический, который при смешении в определённой пропорции с первым даёт ахроматический цвет. Такая пара хроматических цветов называется дополнительными цветами. Например: к красным цветам дополнительными цветами будут голубовато-зелёные; к оранжевым – голубые; к жёлтым – синие; к жёлто-зелёным – фиолетовые; к зелёным – пурпурные. Как правило, на цветовом круге дополнительные контрастные цвета лежат на концах одного диаметра.
- Второй закон – смешение двух недополнительных хроматических цветов разных цветовых тонов даёт всегда новый цветовой тон, лежащий в цветовом круге между цветовыми тонами смешиваемых цветов. Например, смешивая красный и жёлтый цвета, получаем оранжевый, а смешивая красный и синий получаем фиолетовый или пурпурный. Из второго закона вытекает одно очень важное следствие – из любых трёх цветов (например, красный, зелёный, синий), расположенных в цветовом круге приблизительно на одинаковом расстоянии друг от друга, можно получить, смешивая их в определённых пропорциях, все возможные цветовые тона!
- Третий закон – результат смешения зависит от смешиваемых цветов, но не от спектрального состава световых потоков, вызывающих эти цвета. Всегда можно заменить спектральный оранжевый смесью красного с жёлтым, и цвет смеси от этого не изменится. Следствием третьего закона является то, что при смешении трёх и более цветов результат будет таким же, как если бы по очереди смешали цвета парами и затем сложили результат смешения этих пар. Лучи, идущие от различных источников, как бы складываются друг с другом. Этот вид смешения цветов называется слагательным, или аддитивным. Иное явление наблюдается при смешении красок или цвета стёкол, поставленных одно на другое. Они дают пример смешения, которое называется вычислительным, или субтрактивным.
На основании смешения цветов возникла наука об изменении цвета – колориметрия. Система колориметрии основана на смешении трёх цветов: красного, зелёного и сине-фиолетового, которые называются основными. Смешивая эти цвета на колориметре, получают всевозможные цветовые тона с точными параметрами цветового тона, насыщенности и светлоты. На основании трёхцветной колориметрии разработаны цветовые треугольники, дающие возможность выразить любой цвет через основные цвета. Кроме колориметрического метода, позволяющего в лабораторных условиях производить измерение цвета, в настоящее время существуют более совершенные аппараты – спектрофотометр, электронный компоратор и пр.
В цветоведении важное значение имеют цветовые и яркостные контрасты. Цветовой контраст двух предметов будет заметен тем резче, чем дальше по цветовому кругу будут расположены два сравниваемых цвета. Цветовым контрастом называется изменение цвета, происходящее вследствие соседства его с другими цветами. Яркостным, или светлотным, контрастом называется изменение яркости цвета под действием соседних цветов. Общие положения светлотного и цветового контрастов следующие:
- На светлом фоне всякий более тёмный цвет темнеет, а на тёмном фоне светлый цвет светлеет;
- Цвет, окружённый хроматическим фоном, изменяется в сторону дополнительного к цвету фона;
- Всякий цвет, на фоне своего дополнительного, выигрывает в насыщенности;
- Всякий цвет, находясь на фоне одинакового с ним цветового фона, но большей насыщенности, теряет в насыщенности (сереет);
- Эффект хроматического контраста силён тогда, когда отсутствует яркостный (светлотный) контраст, то есть, когда фон и находящийся на нём цвет одинаковы по светлоте;
- Контрастные действия тем сильнее, чем меньше площадь объекта по сравнению с площадью фона.
Цветовой и яркостный контрасты широко применяются в графическом дизайне и на практике в первую очередь для установления чёткой видимости деталей машин и органов управления ими.
