Закономерности и механизмы восприятия цвета.

1. ТРЕХКОМПОНЕНТНАЯ ТЕОРИЯ ЦВЕТОВОГО ЗРЕНИЯ.

Многие закономерности восприятия цвета объясняются трехкомпонентной теорией цветового зрения. Согласно этой теории, в нашем зритель­ном органе существует три цветоощущающих аппарата: красный, зеленый и синий. Каждый из них под действием света возбуждается в большей или меньшей степени, в зависимости от длины волны излучения. За­тем возбуждения суммируются аналогично тому, как это происходит при слагательном смешении цветов. Сумма возбуждений представляется нам ощущением того или иного цвета. Авторы этой теории — М. В. Ломоно­сов, Т. Юнг и Г. Гельмгольц.

В 1903 г. Кениг построил кривые основных возбуждений трех цветовоспринимающих аппаратов. По абсциссе графика отложены длины волн монохроматических излучений, по ординате — возбудимость трех аппаратов зрения в относительных единицах. Площади всех трех кривых равны. При равном возбуждении трех аппаратов возникает ощущение белого цвета. Ощущение хроматического цвета возникает при неравном их возбуждении. Цветовой тон ощущения определяется отношением красного, зеленого и синего возбуждений. Трехкомпонентная теория хорошо объясняет важней­шие закономерности восприятия цвета, однако известны факты, свидетель­ствующие о более сложной картине функционирования органа зрения. Мы пользуемся трехкомпонентной теорией как некоторой моделью, об­легчающей изучение закономерностей зрения.

2. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ГЛАЗА К ЦВЕТОВОМУ ТОНУ.

Чувствительность глаза к цветовому тону зависит от положения цвета в спектре. Человеческий глаз лучше всего различает цвета в средней части спектра: от голубого до оранжевого. Здесь достаточно изменения длины волны на 1—2 нм для того, чтобы почувствовать изменение цвета. В области красного и фиолетового цветов разностный порог резко уве­личивается, доходя до десятков и сотен нанометров. Это можно объяс­нить тем, что в средневолновой области отношения К, З и С возбужде­ний меняются наиболее быстро. У краев спектра эти отношения из­меняются гораздо медленнее, поэтому мы плохо замечаем изменения дли­ны волны.

Цветовой тон воспринимается неодинаково при различной яркости цвета. Так, при ослаблении мощности светового потока видимый спектр, прежде чем стать совсем бесцветным, сводится всего к трем цветам:

красному, зеленому и фиолетово-синему. То же самое происходит при существенном снижении освещенности окрашенных в разные цвета поверх­ностей: воспринимаются только три основных цвета, переходы между ними исчезают. Это объясняется тем, что при ослаблении раздражителя более слабые возбуждения (между максимумами трех кривых) опускаются ниже порога ощущения скорее, чем более сильные возбуждения.

Образно говоря, можно представить себе картину погружения под воду трех гор — К, З и С; в определенный момент над поверхностью воды остаются только их вершины, склоны исчезают. Продолжая аналогию, можно угадать, что при дальнейшем снижении яркости дольше всех будет ощущаться синий цвет; и это действительно соответствует фактам. Описанное выше изменение цветов при уменьшении их яркости называют явлением Бецольда — Брюкке.

При сильном снижении насыщенности цветов и при увеличении их яркости также происходит сдвиг цветового тона. (Это называют явлением

Эбнея). При подмешивании белого к спектральным цветам оранжевый и красный желтеют, синий и фиолетовый голубеют. Иными словами, спектр стремится к разделению на две группы — желтых и голубых цветов. При сильном освещении (например, ярким полуденным солнцем в южных широтах) происходит подмесь белого к отраженному от поверхностей свету, и здесь также наблюдается изменение цветового тона. То же самое можно наблюдать при большом снижении насыщенности краски (в слабых водных растворах).

АККОМОДАЦИЯ.

Аккомодация – это процесс изменения кривизны хрусталика глаза в зависимости от расстояния до воспринимаемого объекта.

Этот процесс обеспечивает четкую видимость предметов, расположенных на различном расстоянии от наблюдателя. Ясно видны предметы. Которые дают на сетчатке глаза изображение минимальных размеров. Угол, образованный зрительными лучами, охватывающими предмет, должен быть равен минимально 20 угловым секундам. Два объекта мы видим раздельными, если угол зрения равен минимально 1 минуте. Восприятие цвета также зависит от углового размера пятна. При размере пятна 20-10 мин. цветовой тон смещается в сторону красного или зелено-голубого. Синий и зеленый, а также красный и пурпурный ста­новятся трудноразличимыми. Если размер пятна меньше 10мин., хроматич­ность его исчезает: желтые и зелено-голубые становятся белыми, синие и красные — черными. Эти факты необходимо учитывать при разработке цветового решения объектов дизайна. Даже приблизительный расчет поможет избежать неожиданных отрицательных эффектов.

АДАПТАЦИЯ.

Адаптация — это приспособление глаза к дан­ным условиям освещения и изменение в соответствии с этим чувстви­тельности глаза. Различают адаптацию темновую, световую и цветовую (хроматическую).

Темновая адаптация – повышение чувствительности глаза к свету в условиях малой освещенности. После яркого солнечного света в темном под­вальном помещении сначала ничего не видно, но спустя несколько ми­нут мы начинаем постепенно различать предметы. В помещении не стало светлее, но повысилась чувствительность сетчатой оболочки к свету, глаз адаптирован к слабому освещению.

При длительном наблюдении за темновой адаптацией обнаружи­вается постоянное повышение чувствительности сетчатки к свету, которая может быть выражена и количественно. По истечении 24 ч, напри­мер, чувствительность в 5, 5 раза больше чувствительности, зарегистри­рованной через час после начала процесса адаптации.

Световая адаптация – снижение чувствительности глаза к свету в условиях большой освещенности. Если из темного помещения выйти на дневной свет, то в первый момент свет ослепляет глаза. Приходится закрыть глаза и смотреть через узкую щелочку. Лишь спустя несколько минут глаз привыкает опять к дневному свету. С одной стороны, это достига­ется благодаря зрачку, который при сильном свете суживается, а при слабом расширяется. С другой стороны (главным образом), это обес­печивается чувствительностью сетчатой оболочки, которая при сильном световом раздражении понижается, а при слабом возрастает.

При темновой или световой адаптации глаз никогда не достигает полной способности зрительного восприятия. Поэтому на рабочем мес­те следует избегать резких световых контрастов и тем самым по воз­можности исключать необходимость переадаптации глаза, поскольку она снижает остроту зрения.

Глаз всегда фиксирует наиболее светлые пятна. Если в поле зре­ния человека находится сильный источник света или ослепительно яр­кая плоскость, то они оказывают наиболее сильное действие на чувст­вительность сетчатой оболочки глаза. Поэтому, когда мы смотрим на светлое окно, окружающая его поверхность стены кажется нам темной и расплывчатой. Если же исключить действие падающего из окна све­та на глаз, то та же поверхность видится нами более светлой и четкой.

Цветовая адаптация – снижение чувствительности глаза к цвету при длительном его наблюдении. При длительном действии какого-либо цвета на глаз чувствительность сетчатки к этому цвету снижается, и он как бы тускнеет. Цветовая адаптация — явление более слабое, чем свето­вая адаптация, и протекает в более короткий промежуток времени. Наибольшее время адаптации наблюдается для красного и фиолетового цветов, наименьшее — для желтого и зеленого.

Под действием цветовой адаптации происходят следующие изменения:

а) насыщенность всех цветов снижается (к ним как бы подмешивается серый);

б) светлые цвета темнеют, а тем­ные светлеют;

в) теплые цвета становятся более холодными, а холодные - более теплыми.

Таким образом, происходит сдвиг всех трех характе­ристик цвета. Объяснение этому явлению нетрудно найти исходя из трехкомпонентной теории. При длительной фиксации цвета какой-либо из цветочувствительных аппаратов испытывает нарастающее утомление, нарушается первоначальное соотношение возбуждений, и это приводит к из­менению характеристик цвета.

Если цвет фиксируется наблюдателем слишком долго, хроматическая адаптация перерастает в качественно иное явление — цветовое утомление. В результате цветового утомления первоначальное цветовое ощущение может измениться до неузнаваемости. Так, наблюдатель может спутать про­тивоположные цвета, например красный и зеленый.

В искусственных лабораторных условиях при уравнивании эффективной яркости (светлоты)спектральных цветов обнаружено, что наименьшим утомляющим действием обладает желтый цвет, затем к краям спектра кривая утомляющего действия резко повышается (опыты Е. Рабкина). Однако в обычной ситуации, при естественных условиях наблюдения цвета, оказалось, что утомляющее действие цвета зависит не от цветового тона, а только от насыщенности при прочих равных условиях (опыты Е. Каменской). Более общо говоря, утомляющее действие цвета пропор­ционально его количеству, а количество цвета можно рассматривать как функцию цветового тона, яркости, насыщенности, угловых размеров пятна, цветового контраста и времени наблюдения. При прочих равных усло­виях наибольшим количеством цвета обладают красный и оранжевый, а наименьшим — синий и фиолетовый.

Периферия сетчатки глаза утомляется гораздо скорее, чем централь­ные части. В этом нетрудно убедиться на простом опыте. На черном квадрате размером 30Х30 мм изображаются белый квадратик 3Х3 мм и ниже — белая полоска 24Х1 мм. При фиксации взгляда на квадратике очень скоро полоска тускнеет и исчезает. Опыт удается лучше, если смотреть одним глазом.

Существует гипотеза о том, что зрение далеких предков человека было ахроматическим. Затем в процессе биологической эволюции цветоощущающий аппарат раздвоился на желтый и синий, а желтый, в свою очередь, — на красный и зеленый. Нередкие в настоящее время случаи цветовой слепоты или пониженной чувствительности к некоторым цветам можно рассматривать как проявления атавизма — возврата к анатомичес­ким и физиологическим свойствам далеких предков. Различают три вида цветовой слепоты: к красному (протанопия); к зеленому (девтеранопия) и — гораздо реже — к синему (тританопия). Последний случай — патоло­гический, в то время как два первых — физиологические, врожденные. Цветовую слепоту часто называют общим словом «дальтонизм» по имени английского ученого Д. Дальтона, открывшего это явление на собствен­ном опыте (он был краснослепым).

Константность восприятия, цветовая память и трансформация

Константность цвета. Способность нашего зрения оцени­вать цвет предмета, несмотря на различное освещение, называется констант­ностью цвета. Она основана на знании цвета предмета в условиях дневного освещения. Верная оценка цвета предмета (цветовая константность) достигается главным образом самопроизвольным изменением чувстви­тельности сетчатки и сужением или расширением зрачка. Кроме того, в нашей окончательной оценке видимого цвета участвуют очень сложные факторы, связанные с деятельностью головного мозга. Эта приближен­ная константность цвета видимых предметов, несмотря на значительные качественные и количественные изменения в освещении поля зрения, — одно из самых замечательных и важных факторов физиологической оп­тики. Без этой способности зрения кусок мела нам казался бы в пас­мурный день такого же цвета, как кусок угля при ярком солнечном све­те, а в течение дня он принимал бы все возможные цвета, лежащие между белым и черным.

Легко понять, насколько велико практическое значение констант­ности величины, формы и цвета. Если бы наше восприятие не обладало константностью, то при малейшем повороте головы или изменении ос­вещения, т. е. практически беспрерывно, в нашем восприятии изменя­лись бы свойства, по которым мы узнаем предметы. В этом случае во­обще не существовало бы восприятия предмета, а наблюдалось лишь непрерывное мерцание находящихся в постоянном движении и изме­няющих свою форму пятен и световых бликов, обладающих чрезвы­чайно большой пестротой.

Цветовая память и трансформация. Мы фиксируем в нашей памяти цветовые характеристики, присущие предметам и неоднократно наб­людавшиеся нами в связи с данными предметами. Так, многие пред­меты мы узнаем по их цвету: кровь, снег, медь, цемент. Даже вещи, которые могут иметь различную окраску, мы узнаем как знакомые нам раньше, например синее платье, красную книгу или коричневую вазу.

Цветовая память – способность человека запоминать цветовые характеристики неоднократно наблюдаемых предметов.

Если осветить такой предмет цветным светом малой насыщенности или если надеть цветные очки, то мы оказываемся в состоянии устано­вить цвет данных предметов по памяти, несмотря на изменение цвета из-за освещения. Мы до известной степени обладаем способностью аб­страгироваться от цветного освещения и достаточно правильно опреде­лить цвет предметов.

Способность нашего зрения постепенно привыкать к слабо окра­шенному освещению, и судить о цвете так же, как и при нормальном освещении, называется цветовой трансфор­мацией. Если же насыщенность цвета освещения превышает определен­ные границы, то корригирующий аппарат зрения перестает действовать и явления трансформации (перестройки) не наблюдается.

Например, зеленый при нормальном освещении лист при рассмотре­нии через красный фильтр или при насыщенном красном свете кажет­ся черным. При незнакомом окружении для неизвестного заранее цве­та достаточно даже света незначительной насыщенности, чтобы создать иллюзию цвета, отличающегося от цвета предмета при нормальном освещении.

Иррадиация.

Иррадиация – это зрительное увеличение светлых (светящихся) объектов и уменьшение темных.

Если через щель дощатой стены проникает луч света, то щель кажется шире, чем в действительности. Когда солнце све­тит сквозь ветви дерева, ветви эти кажутся более тонкими, чем обычно. Светлые светящиеся поверхности как бы увеличиваются в ширину. Они «находят» на темные поверхности и сужают их. Это обстоятельство объясняется тем, что более светлые цвета обладают большей энергией. Свет от них, падающий на сетчатку, раздражает еще и прилегающие нер­вы и раздвигает границы более светлой области за счет более темных прилегающих сфер.

Это явление играет существенную роль при конструировании шриф­тов. В то время, как, например, буквы Е и П сохраняют свою полную высоту вопреки эффекту иррадиации, высота таких букв, как О и С, не­сколькоуменьшается, еще больше уменьшаются из-за острых окончаний буква А. Эти буквы кажутся ниже общей высоты строки. Чтобы они казались одинаковой высоты с остальными буквами строки, их уже при разметке выносят несколько вверх или вниз за пределы строки.

Эффектом иррадиации объясняется и различное впечатление от поверхностей, покрытых поперечными или продольными полосами. По­ле с вертикальными черными полосами кажется ниже, чем поле с горизонтальными черными полосами, так как бе­лый цвет окружающего поля проникает наверху и внизу между поло­сами и визуально уменьшает высоту поля.

Это явление нельзя смешивать с оптическим обманом, при котором при равновеликих и четко ограниченных поверхностях вертикальные полосы создают впечатление большей высоты, а горизонтальные – большей ширины.

Цветовая индукция.

Находясь в непосредственном соседстве, цвета влияют друг на друга. Один и тот же цвет выглядит различно в зависимости от того, какими цветами он окружен и, какие цвета воспринимались до него.

Изменение характеристик цвета под влиянием других цветов называется цветовой индукцией.

В зависимости от меры различия характеристик цвета, индукция может быть отрицательной либо положительной. При отрицательной индукции характеристики двух взаимно индуцирующих цветов изменяются в противоположном направлении. При положительной индукции характеристики цветов сближаются, происхо­дит их «подравнивание», нивелирование. Если различие достаточно заметно, глаз стремится его увеличить, и воспринимаемые характеристики цветов изменяются в противоположном направлении; если же оно малозаметно, глаз уничтожает эту небольшую разницу и воспринимаемые характеристики цветов сближаются, нивелируются. В этой закономерности проявляется стремление наших органов чувств к определенности, ясности. Мерой индукции является контраст.

Различают одновременную и последовательную индукцию.

Одновременная индукция.

Одновременная индукция – это изменение воспринимаемых характеристик цвета под воздействием соседних цветов, рассматриваемых одновременно.

Она наблюдается во всякой цветовой композиции и постоянно сопровождает процесс зрительного восприятия. Одновременная индукция может быть светлотной и хроматической.

Светлотная одновременная индукция – это изменение светлоты цвета под действием соседних цветов.

Если два одинаковых серых квадрата разместить, соответственно, один на черном, а другой на белом фоне, то ясно видно, что квадрат на черном фоне кажется светлее, чем квадрат на белом фоне. То же самое наблюдается с квадратами, окрашенными в хроматический цвет. Таким образом, можно определить общую закономерность одновременной светлотной индукции:

На темном фоне более светлый цвет – светлеет, а на светлом фоне более темный – темнеет.

Фон в данном случае является индуктирующим полем, а цветовое пятно – реагирующим полем. Одновременная светлотная индукция наблюдается не только в случаях размещения цветовых пятен в одной плоскости по принципу: «фигура – фон». При смежном размещении цветовых пятен наиболее активно индукционное действие наблюдается на границе их соприкосновения. Светлое пятно в этом месте кажется светлее, а темное – темнее. Создается впечатление неровности, пространственной вибрации, возникает эффект объемности. Это явление получило название «краевой или граничный контраст».

Краевой контраст это – высветление более светлого пятна и затемнение более темного на границе соприкосновения двух цветовых пятен.

Если такой эффект нежелателен и не соответствует поставленной задаче, то нужно делать подравнивание светлот, чтобы погасить индукционное действие.

Степень светлотного индукционного влияния одного цвета на другой не всегда одинакова и зависит от следующих факторов:

От различия цветовых пятен по светлоте

При очень малых и очень больших различиях по светлоте между цветовыми пятнами светлотная индукция весьма незначительна или вообще не наблюдается.

От отношения площадей пятен

Чем больше площадь одного цветового пятна относительно другого, тем сильнее его индукционное действие. (Индуктирующим полем будет пятно, площадь которого больше; реагирующим – пятно меньшей площади).

От четкости контура цветовых пятен

Четкий контур усиливает действие светлотной индукции и увеличивает воспринимаемый светлотный контраст.

От расстояния между пятнами

Чем меньше расстояние между пятнами, тем больше индукционное действие.