Субъективность в ощущении цвета

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА РЭС

РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ

«Субъективность в ощущении цвета»

МИНСК, 2009

Цвет окружает нас повсюду. Он такой же естественный компонент нашейжизни, как воздух, которым мы дышим. И все же в отдельные моменты, обративвнимание на какое-нибудь поразившее нас необычное цветовое сочетание, мыудивляемся и задаем себе вопрос – что же, собственно, представляет собой цвет?

Остановитесь и приглядитесь к различным оттенкам зеленого цвета в кронедерева, растущего у окна вашего дома. Вы увидите, что они отличаются не толькомежду собой, но и от зелени травы, окружающей дерево. Понаблюдайте игрусвета и теней в яркий солнечный день.

Наукой доказано, что цветовое зрение отличает человека от большинствапредставителей животного мира. И поскольку зрение выполняет функции одногоиз основных каналов восприятия информации о внешнем мире, то именно цветиграет наиболее важную роль в процессе ее интерпретации.Воздействие цвета на человека многогранно. В повседневной жизни онопределяет наше настроение и самочувствие, оказывает влияние наработоспособность и психологическое состояние. Не существует, пожалуй, ниодной сферы деятельности человека, ни одной профессии, где бы ему неприходилось решать вопросы, связанные с цветом.

Поэтому понимание того, что на самом деле представляют собой цвет,психология его восприятия и механизмы воздействия на цветовые рецепторынашего глаза очень важно для правильного применения его на практике.За много лет эволюции человека его глаз приспособился к восприятиюцветовой информации в тех природных условиях, которые предлагает средаобитания нашего биологического вида. Из этого вытекает ряд особенностей,которые делают наше зрение отличным от любой оптической системы в природеили техносфере. Например, любой наблюдатель заметит малейшую цветовуюфальшь в пейзажной фотографии и охотно согласится с привлекательнойсинтетической композицией со значительным цветовым диссонансом.

Несмотря на все успехи в области цифрового цвета, дизайнер или художникостается верховным арбитром, от решения которого зависит технологияобработки цветного изображения. Чтобы в процессе подготовки цветныхпубликаций принимать корректные управленческие решения, следует учитыватьособенности восприятия цвета глазом человека.Всем известны такие дефекты зрения, как близорукость, дальнозоркость,астигматизм. Они учитываются общественным сознанием и кодифицированы вустановлениях различного рода. Существуют правовые нормы, которыеограничивают дееспособность людей с этими дефектами зрения. Недостаткицветового восприятия известны намного меньше.Физиологи и специалисты в области психологии разработали несколькотестовых испытаний, предназначенных для проверки зрения человека на наличиедефектов цветовосприятия. Наиболее распространенным в сфере графическогодизайна является тест Farnsworth-Munsell 100. Он не производит сложныхколометрических измерений, а позволяет обнаружить отклонения испытуемого отнормы цветовосприятия средствами простых проверок. Имеются различныереализации этого теста, обычно он существует в форме некоторого набора,напоминающего настольную игру. Он состоит из цветовых образцов, которыеразбиты на четыре группы, в каждую из них входит по 21 цветовому экземпляру.

По результатам испытания можно диагностировать большую частьхроматических аномалий человека.Цветовые иллюзии – частный случай более общего явления, известного подназванием оптических иллюзий. Академические словари объясняют этот феноменобманом зрения или ошибками в оценке геометрических характеристик ифизических параметров объектов окружающей среды, совершаемыхнаблюдателем при определенных условиях. Ошибки эти весьма многочисленны,разнообразны и с трудом поддаются объяснению.

Трудно поверить, глядя на рис. 1, что все горизонтальные линии являютсяпараллельными прямыми. Этот поразительный пример производит впечатлениеловко проделанного фокуса.

Рис. 1. Пример оптической иллюзии

Все горизонтальные линии на этомрисунке являются идеальными прямыми, параллельными горизонтальной осиНа рис. 2 показана регулярная сетка, в узлах которой расположены кругинебольшого размера. Это классический пример, демонстрирующий оптическуюиллюзию в самой простой форме. Испытуемому предлагается подсчитатьколичество кружков разного цвета. Обычно уже после обработки первого ряданачинают путаться люди с самой устойчивой психикой и идеальным зрением.

Рис. 2. Пример иллюзии восприятия тонов

Трудно подсчитать числокружков черного и белого цвета, размещенных на этом рисункеЧеловеческий мозг воспроизводит образы (и цвет в том числе) методом«дорисовывания». То есть, когда Вы мельком видите что-либо, мозг дорисовываеткартину увиденного подставляя самый подходящий образ из сознания (ранееувиденного и воспринятого). Так если Вы увидели незнакомый предмет (ничегоподобного никогда не видели), то Вам потребуется не в пример больше времени,нежели в случае, когда Вы были бы знакомы с аналогами данного предмета.

Данная особенность помогает человеку быстрее ориентироваться в пространстве.Человеческий мозг (сознание) обладает поистине широкими возможностямиадаптации. Если в комнате полумрак, через несколько секунд Вы ужеприспосабливаетесь к данному освещению. Вечером, при свете ламп накаливания(цвет свечения которых желтый) мы видим белые предметы белыми. Наш мозг,зная о том, что лист бумаги должен быть белым, корректирует восприятие цветаисходя из данного предположения.

Рис. 3. Оценка воспринимаемой информации

Адаптивность зрения является причиной зрительных иллюзий. На рисунке 3 Вы можете видеть два таких примера. В первом случае картина состоит толькоиз зеленых и розовых квадратиков, хотя кажется, что присутствуют еще икрасные (в нижней части). Во втором же случае, кажется, что третий круг (внутрипрямоугольников) самый темный, хотя на самом деле они одного цвета. По этойпричине, в оценке цвета нежелательно полагаться исключительно на собственноезрение.

Элементы цвета. Цвет и свет.

Цвет – одно из свойств объектов материального мира, воспринимаемое какзрительное ощущение. Зрительные ощущения возникают под действием наорганы зрения света – электромагнитного излучения видимого диапазонаспектра.

Воздействие цвета на человека многогранно. В повседневной жизни онопределяет наше настроение и самочувствие, оказывает влияние наработоспособность и психологическое состояние.Поэтому понимание того, что на самом деле представляют собой цвет,психология его восприятия и механизмы воздействия на цветовые рецепторнашего глаза очень важно для правильного применения его на практике.

Для того чтобы «увидеть» цвет, нужны три вещи:

· источник света;

· объект;

· ваш глаз (приемник излучения).

Источник света

Объект

Глаз человека

Существует два аспекта восприятия цвета и света:

• Первый аспект – биология.

• Второй аспект – физика. Свет попадает на квадрат и отражается

С биологической точки зрения ощущение цвета возникает в мозге привозбуждении цветочувствительных клеток – рецепторов глазной сетчаткичеловека или другого животного, колбочках. У человека и приматов существуеттри вида колбочек – «красные», «зелёные» и «синие», соответственно.

Светочувствительность колбочек невысока, поэтому для хорошего восприятияцвета необходима достаточная освещённость или яркость. Наиболее богатыцветовыми рецепторами центральные части сетчатки. Физиологами и оптикамидавно установлен факт избирательной чувствительности человеческого зрения кволнам различной длины (рис. 2). В упрощенном изложении, без привлеченияграфиков чувствительности палочек и колбочек, это значит, что в обычныхобстоятельствах человек хорошо воспринимает зеленый цвет, несколько хуже –красный и хуже всего – синий цвет. Каждое цветовое ощущение у человека можетбыть представлено в виде суммы ощущений этих трех цветов (т. н.трёхкомпонентная теория цветового зрения). Заметим, что у птиц и рептилийзрение четырёхкомпонентно и включает рецепторы ближнего ультрафиолета,выше 300 нм. При восприятии цвета наиболее высокочувствительные рецепторысумеречного зрения – палочки – автоматически отключаются.

Рис. 2 Средние нормализованные спектральные характеристикичувствительности цветовых рецепторов человека – колбочек. Пунктиром показаначувствительность палочек – рецепторов сумеречного зрения.

Диапазон длины волны зрительных ощущений (цвета) находится в пределах380–760 мкм. Физические свойства света тесно связаны со свойствамивызываемого ими ощущения: с изменением мощности света меняется яркостьцвета излучателя или светлота цвета окрашенных поверхностей и сред. Сизменением длины волны меняется цветность, которая идентична с понятиемцвета, ее мы определяем словами «синий», «желтый», «красный», «оранжевый» ипр. Что представлено видимым спектром света (рис 3).

Рис. 3 Непрерывный оптический спектр

Таблица 1 – Соответствие цвета различным диапазонам длин волн

Характер ощущения цвета зависит как от суммарной реакциичувствительных к цвету рецепторов глаза человека, так и от соотношения реакцийкаждого из трех типов рецепторов. Суммарная реакция чувствительных к цветурецепторов глаза определяет светлоту, а соотношение ее долей – цветность(цветовой тон и насыщенность). Характеристиками цвета являются цветовой тон,насыщенность и яркость или светлота которые являются количественноизмеряемыми физическими характеристиками.

Как уже было отмечено выше, наличие света является непременнымусловием визуального восприятия всего цветового пространства окружающегомира. С точки зрения физики свет представляет собой электромагнитноеизлучение, связанное с флуктуацией электрического и магнитного полей. Инымисловами, свет представляет собой энергию, а цвет есть продукт взаимодействияэтой энергии с веществом.

Свет имеет двойственную природу, обладая свойствами волны и частицы.Корпускулы света, называемые фотонами, излучаются источником света в видеволн, распространяющихся с постоянной скоростью порядка 300 000 км/с.

Аналогично морским волнам световые волны имеют гребни и впадины. Поэтому в качестве характеристики световых волниспользуют длину волны, представляющую собой расстояние между двумягребнями (единица измерения – метры или ангстремы, равные 10–8), иамплитуду, определяемую как расстояние между гребнем и впадиной.

Разные длины волны воспринимаются нами как разные цвета: свет с большойдлиной волны будет красным, а с маленькой – синим или фиолетовым. В случаеесли свет состоит из волн разной длины (например, белый цвет содержит вседлины волн), то наш глаз смешивает разные длины волн в одну, получая, такимобразом, один результирующий цвет.

Альтернативными характеристиками электромагнитного излученияявляются частота (измеряемая в герцах или циклах/с) и энергия (измеряемая вэлектрон-вольтах). Чем короче длина волны, тем больше ее частота и вышеэнергия. И наоборот, чем больше длина волны, тем меньше частота и нижеэнергия.

Излученный и отраженный свет

Все, что мы видим в окружающем пространстве, либо излучает свет, либоего отражает.

Излученный цвет – это свет, испускаемый активным источником.Примерами таких источников могут служить солнце, лампочка или экранмонитора. В основе их действия обычно лежит нагревание металлических теллибо химические или термоядерные реакции. Цвет любого излучателя зависит отспектрального состава излучения. Если источник излучает световые волны вовсем видимом диапазоне, то его цвет будет восприниматься нашим глазом какбелый. Преобладание в его спектральном составе длин волн определенногодиапазона (например, 400 – 450 нм) даст нам ощущение доминирующего в немцвета (в данном случае сине-фиолетового). И наконец, присутствие в излучаемомсвете световых компонент из разных областей видимого спектра (например,красной и зеленой) дает восприятие нами результирующего цвета (в данномслучае желтого). Но при этом в любом случае попадающий в наш глазизлучаемый цвет сохраняет в себе все цвета, из которых он был создан.

Отраженный свет возникает при отражении некоторым предметом(вернее, его поверхностью) световых волн, падающих на него от источника света.Механизм отражения цвета зависит от цветового типа поверхности, которыеможно условно разделить на две группы:

· ахроматические;

· хроматические.

Первую группу составляют ахроматические (иначе бесцветные) цвета: черный,белый и все серые (от самого темного до самого светлого) (рис. 4). Их частоназывают нейтральными. В предельном случае такие поверхности либо отражаютвсе падающие на них лучи, ничего не поглощая (идеально белая поверхность),либо полностью лучи поглощают, ничего не отражая (идеальная чернаяповерхность). Все остальные варианты (серые поверхности) равномернопоглощают световые волны разной длины. Отраженный от них цвет не меняетсвоего спектрального состава, изменяется только его интенсивность.

Вторую группу образуют поверхности, окрашенные в хроматические цвета,которые по-разному отражают свет с разной длиной волны. Так, если вы осветите белым цветом листок зеленой бумаги, то бумага будетвыглядеть зеленой, потому что ее поверхность поглощает все световые волны,кроме зеленой составляющей белого цвета. Что же произойдет, еслиосветить зеленую бумагу красным или синим цветом? Бумага будетвосприниматься черной, потому что падающие на нее красный и синий цвета онане отражает. Если же осветить зеленый предмет зеленым светом, это позволитвыделить его на фоне окружающих его предметов другого цвета.

Процесс отражения света сопровождается не только связанным с нимпроцессом поглощения в приповерхностном слое. При наличии полупрозрачныхпредметов часть падающего света проходит через них (см. рис. 4). На этомсвойстве основано действие фильтров фотоаппаратов, вырезающих из областивидимого спектра нужный цветовой диапазон (иначе – отсекающихнежелательный цветовой спектр).

Рис. 4 Механизмы отражения поверхностями: а – зеленой, б – желтой в-белой, г – черной поверхностями

Чтобы лучше понять этот эффект, прижмите к поверхности лампочкипластину цветного оргстекла. В результате наш глаз «увидит» цвет, непоглощенный пластиком.

Каждый объект имеет спектральные характеристики отражения ипропускания. Эти характеристики определяют, как объект отражает и пропускаетсвет с определенными длинами волн (рис. 5).

Спектральная кривая отражения определяется путем измеренияотраженного света при освещении объекта стандартным источником.

Спектральная кривая пропускания определяется путем измерения света,прошедшего сквозь объект.

Рис. 5 Кривые спектрального отражения выпавшего снега(1), желтойбумаги(2), и кривые спектрального пропускания зеленого светофильтра(3),красного светофильтра(4), синего светофильтра(5)

Некоторые измерительные устройства позволяют даже вводить поправки,компенсирующие изменение условий внешнего освещения.Спектральные характеристики отражения и пропускания связаны сявлением метамерии.

Метамерия – свойство зрения, при котором свет различногоспектрального состава может вызывать ощущение одинакового цвета. Иногда, вболее узком смысле, метамерией называют явление, когда два образца цветавоспринимаются одинаковыми под одним источником освещения, но теряютсходство под другим (с другими спектральными характеристиками излучаемогосвета). Для определения спектральных характеристик объектов используютспециальные приборы, спектрофотометры, со стандартными источниками света.Указанные различия в механизмах формирования излученного иотраженного цвета важны для понимания восприятия цвета глазом человека.

Литература

1.Бубнов А.Е. Компьютерный дизайн. Основы, Мн: Знание, 2008 г.

2.Кричалов А.А. Компьютерный дизайн. Учебное пособие, Мн.: СТУ МГМУ, 2008 г.

3.Стоянов П.Г. Работа с цветом и графикой, Мн.: БГУИР, 2008 г.