Лекция 2 введение в науку о цвете

«Основательное изучение великих художников, мастерски владевших цветом, привело меня к твердому убеждению, что все они были знакомы с наукой о цвете. Теории цвета Гёте, Рунге, Бецольда, Шеврёля и Хёльцеля имели для меня большое значение. Если мы хотим освободиться от субъективной зависимости, то это возможно лишь путем познания объективных основополагающих законов цвета»

И. Иттен

Цвет - одно из наиболее сильных средств информационного, эмоционального и эстетического воздей­ствия. Им занимается целый ряд научных дисциплин, каждая из которых изу­чает цвет с интересующей ее стороны.

Физику интересует энер­гетическая природа цвета и воз­можность его измерения, физиологию – процесс восприятия светового излу­чения человеком и превращения его в цвет, психо­логию – проблема воспри­ятия цвета и воздействия его на психику, его способ­ность вызывать различные эмоции. В измерении цвета большую роль играет психофизика – наука, изу­чающая взаимоотношения между физически измеряемыми стимулами* и ощу­щениями, вызываемыми этими стимулами. Анализ категоризации цвета в структуре сознания субъекта, причины и закономерности существования цве­товых значений, правила их порождения и функционирования являются пред­метом психосемантики цвета [14].

Историю классификации цвета можно подразделить на 2 больших пе­риода – с доисторических времен до ХVI века и с ХVII века до наших дней (детально см. по книгам Мироновой Л.Н. []).

Первобытные и нынешние примитивные народы отождествляли цвета с наибо­лее ценными для них веществами и жизненно важными стихиями. Это – огонь и кровь, молоко, земля и соответствуют им красный, белый и черный цвета. Эта триада надолго сохранила значение основной. Знаменитый английский этно­граф, ис­следователь культуры африканских народов Виктор Тэрнер заявил: «… к числу древнейших символов, созданных человеком, принадлежат три цвета – красный, черный и белый, ассоциирующиеся с продуктами человеческого тела …Три цвета, связанные с сильнейшими и древнейшими переживаниями чело­веком боли и наслаждения, являются основой первичной классификации мира».

Затем к этой триаде присоединились желтый цвет земли (у греков и китай­цев), синий цвет неба (у китайцев и египтян) и зеленый цвет растительности (у всех народов). В эллинистическую пору античной культуры появляются другие способы классификации – цвета делят на благородные и низкие, культурные и варварские, темные и яркие.

Развитие культуры привело к усложению классификации цвета. В сред­невековой Европе, где основой жизни являлась христиан­ская религия и её догматы – цвета подразделялись на божественные и богопро­тивные. В христианском мистицизме рай выражен синим, ад – красным, земля – желтым. Серый и коричневый – презираемы. В эпоху Возрождения в Европе пользуются как античной, так и средневековой классификациями цвета.

Развитие науки о цвете. Ренессансная наука о цвете вобрала в себя все, что было добыто предшествующими веками: учения материалистов Древней Греции, метафизику Аристотеля, мистику Платона, средневековую символику света и цвета, оптику Альхазена и Вителло. В это же время возникли зачатки объективного физико-оптического знания о цвете и цветовом зрении, понятые и развитые лишь века спустя. Это работы Леона Баттисты Альберти, Леонардо да Винчи, Вазари, Филесия, Телезио, Фичино, Райма, Лаплаццо.

Ученые, внесшие вклад в науку о цвете. В развитие науки о цвете внесли вклад ученые – физики, химики, физиологи, ма­тематики, психологи, а также практики, занимающиеся окраской тканиили гравировкой, худож­ники, поэты, философы, этнографы, лингвисты.

Фундамент современных представлений о физической природе цвета и точной терминологии по цвету заложил Исаак Ньютон (1643–1727 гг.), объяснив физическую при­роду цвета с использованием точной терминологии. Открыв зависимость между преломлением света и цветом, он первым попытался систематизировать мир цветов. Ньютон обнару­жил, что луч белого света можно разложить на составляющие цвета (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Эксперимент Ньютона

Получен­ную непрерывную серию цветов он назвал спектром,описал порядок следо­вания цветов в нем идал им наименования: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, индиго, фио­летовый. Следует обратить внимание на то, что это не отдельные цвета, а цветовые области. Считают, что Ньютон ввел семь наиме­нований по аналогии с семью нотами в музыке. Этот порядок мы запомнили со школьных времен как: к аждый о хот­ник ж елает з нать, г де с идит ф азан (при замене наименования индиго на принятое в русском языке синий). Он был первым, кто расположил цвета спектра в форме цветового круга (рис. 2.2) [22].

Понятие цветового круга оказало огромное воздействие на развитие науки о цвете (систематизации цвета) и ее применения на практике.

Рис. 2.2. Цветовой круг И. Ньютона

До середины XIX столетия противоречивые теории учения о цвете соеди­нить не удавалось. Ньютон утверждал, что соединение всех спектральных цве­тов дает белый цвет, художники ссылались на то, что соединение пигментов разных цветов дает темно-серый цвет.

Но в 1852 г. Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц (1821 – 1894 гг.) – крупнейший немецкий ученый в области физиологи, физики и математики на­шел причину этого несоответствия взглядов. Белый свет ему удалось получить смешением не всех цветных лучей, а всего двух световых потоков: пары жел­тый-синий или пары красный-зеленый. Таким образом, он пришел к понятиям «аддитивное» и «субтрактивное» смешение цветов.

Процесс сложения разноцветных потоков света он назвал «аддитивным смешением». Аддитивное смешение цве­тов можно продемонстрировать на основе смешения (сложения) световых пото­ков трех основных цветов: красного, зеленого и синего. Это первичные аддитивные цвета.

Рис.2.3 Аддитивное сложение цветов

Далее он обнаружил, что смесь красных и синих пигментов, в отличие от световых потоков, поглощает часть падающего на них света. Смешение пигмен­тов он назвал «субтрактивным» смешением.

.

Рис. 2.4 Субтрактивное сложение цветов

Первичными субтрактивными цветами являются: желтый, пурпурный и голубой. Две триады цветов (именуемые по первым буквам английских наименований цветов, соответственно, RGB и CMY) образуют полный шестицветный цветовой круг, который нашел широчайшее применение в современной технике. Оказалось, что он соответствует цветовому кругу, предложенному Гете (см. ниже рис. 2.5). Этот круг в силу объективной природы цвета не может быть составлен из других цветов.

Открытие двух видов смешения оказало огромное влияние на все последующее развитие науки о цвете и на практическое применение цвета в современных компьютерных технологиях. Мониторы и сканеры могут применять аддитивную систему цветов, потому что это эмиссионные, или излучающие, устройства – они могут добавлять к темноте красный, зеленый и синий свет. Принтеры и типографские машины воспроизводят цвета на бумаге и других материалах, то есть имеют дело с отраженным светом. По этой причине в принтерах применяются субтрактивные цвета – голубой, пурпурный и желтый. Эти цвета являются дополнительными* к аддитивным. В модели аддитивного синтеза сочетания первичного аддитивного и первичного субтрактивного: синего и желтого, зеленого и пурпурного, красного и голубого цветов, подобранных в определенном соотношении, дают белый цвет.

Возникновение последовательного образа, уменьшение насыщенности ярко-красного цвета после длительного наблюдения Гельмгольц объяснил утомлением сетчатки. Для точной характеристики цвета он предложил использовать цвето­вой тон, насыщенность и светлоту (яркость). Гельмгольц использовал мысль Томаса Юнга о том, что цветовое зрение обусловлено возбуждением в зритель­ном нерве 3-х типов рецепторов и довел её до идеи кривых сложения. Знание функций цветового сложения сделало возможным то, что в настоящее время на­зываем "спектрофотометрическим методом цветовых измерений". Впоследствии работы Кёнига, Кольрауша, Шредингера, Лютера, Геринга, фон Криса, Рёша, Дитеричи привели к возможности измерений цвета.

Одними из первых исследований замечательного физика Джеймса КларкаМаксвелла были работы по физиологии и физике цветного зрения и колоримет­рии (1852–1872 гг.). В 1861г. Максвелл впервые продемонстрировал цветное изо­бражение, полученное от одновременного проецирования на экран красного, зелёного и синего диапозитивов, доказав этим справедливость трёхкомпонент­ной теории цветного зрения и одновременно наметив пути создания цветной фотографии. Он создал один из первых приборов для количественного измере­ния цвета.

Немецкий физиолог Эвальд Геринг (1834–1918 гг.) внес огромный вклад в учение о цвете, разделив его на физическую, физиологическую и психоло­гическую области. Сам он занимался исследованием процессов адаптации и опыта при оценке цвета в меняющихся условиях, цветовой памятью и констант­ностью цвета. В отличие от своих предшественников Геринг считал, что основными цветами являются не три, а четыре цвета. Он оперировал парами дополнитель­ных цветов: желтый – синий и красный – зеленый и полагал, что в сетчатке имеются три вещества, каждое из которых вызывает впечатление дополнитель­ных цветов. Ощущение желтого и красного возникает в процессе разложения цветочувствительного вещества, а зеленый и синий – в результате его восста­новления. К этим двум парам добавляется пара черный-белый.

Химика Вильгельма Оствальда (1853–1932 гг.) вспоминают в первую очередь в связи с теорией цвета, хотя он был химиком, и ему была присуждена Нобелевская премия по химии за 1909 год. Он заложил фундамент методологии (исследований по проблеме развития науки и планирования научной работы с целью сделать ее более интенсивной) и зани­мался нормализацией организации науки в международном масштабе. На свои средства он основал институт организации умственного труда. Из его 45 книг 16 посвящены учению о цвете, а 5 – живописи. А ведь цветом он начал заниматься в 61 год. Он был основателем журнала «Die Farbe». Его цветовая система (он был создателем "Руководства по гармонии цвета") широко использовалась в довоен­ной Германии.

Для характе­ристики цвета, в отличие от характеристик Гельмгольца, Оствальд предложил использовать долю абсолютного (полного, чистого) цвета, долю белого и долю черного. В сумме эти значения для каждого цвета составляют единицу. Эти характеристики впоследствии были использованы в других цветовых системах.

Цветом занимается наука и искусство. В течение двух последних столетий научные аспекты восприятия цвета являлись предметом интереса не только ученых, но и художников, музыкантов и писате­лей. Как сказал [2]. Одним из самых замечательных основоположников науки о цвете был Давид Л. Мак Адам «Почти все, кто внесли вклад в науку о цвете, были одержимы интересом к цвету в искусстве. Использование объек­тивных методов...вытекало из трудностей, свойственных проблемам цвета и его применения, решением которых они были увлечены».

Иоганн Вольфганг Гёте – ученый, поэт, гуманист, автор труда «Учение о цвете» (1810 г.), один из непримиримых противников теории Ньютона. Научный интерес Гёте к цвету вдохновлен естественными оптическими явлениями и колористическими традициями Ренессанса в живописи, с которыми он столкнулся во время своей первой поездки в Италию (1786-1788 гг.). Гёте рассматривал все явления, связанные с цветом, с позиций воздействия цвета на человека. Он различал воздействие на организм человека (физиологическое) и воздействие на его внутренний мир (психофизиологическое). Изучение воздействия различных цветовых впечатлений на психику позволило ему первым представить их в виде четкой системы. Основой его теории и системы стало наличие двух противоположных полюсов – света и тьмы. Гёте заметил, что по­сле длительного восприятия какого-нибудь цвета в глазу вызывается дополни­тельный цвет в виде последовательного образа. Он объяснял последовательный образ естественной реакцией организма на полученное раздражение. Вывод – равновесие, гармония достигается при помощи дополнительных цветов. Сочетание противоположных в круге цветов он назвал гармоничным, сочетание родственных (соседних) – негармоничным, а сочетание отдаленных соседних цветов – характерным. Он построил цветовой круг, но последовательность цветов в нем – это не замкнувшийся спектр, как у Ньютона, а цветовая взаимосвязь, состоящая из двух треугольников, или трех пар дополнительных цветов. Он считал, что «радугу не­правильно приводили до сих пор в качестве примера цветовой цельности: ей ведь не хватает главного цвета, чистого красного цвета, пурпура " [23]. Его цветовой круг состоял из шести цветов: желтого, го­лубого, пурпурного, зеленого, сине-фиолетового, желто-красного (рис. 2.5). «С этими тремя или шестью цветами, которые удобно располагаются в виде круга, единственно и имеет дело элементарное учение о цвете. Все остальные, до бесконечности меняющиеся оттенки относятся уже скорее к прикладной об­ласти, относятся к технике художника, маляра …» [23]. Гете предложил объединить цветовые явления единым кругом, связи в котором оказались не случайными, а закономерности – устойчивыми. Не в каждом круге такая закономерность реализуется. Противолежащие цвета в круге выбирались таким образом, чтобы быть дополнительными друг к другу. Гете говорил, что диаметрально противоположные цвета являются как раз теми, которые взаимно вызывают друг друга в сознании зрителя.

Эмпирический подход Гёте вынудил признать необходимость включения в полный цветовой круг неспектрального пурпурного цвета. Пурпурный цвет занимает свое законное место во всех современных цветовых системах.

Рис. 2.5 Цветовой круг Гете

Гете относился к цветам как к видимому выражению чувств – эмоциям и подразделял их в отношении друг к другу следующим образом: характерные, гармоничные, бесхарактерные и слабые. Самые гармоничные цвета – это те, которые расположены напротив друг друга, на концах диаметров цветового круга. Именно они вызывают друг друга и вместе образуют целостность и полноту, подобную полноте цветового круга.

В отличие от его симметричного круга, цветовой круг Ньютона с семью цветами и неравными углами, не показывал симметрию и взаимозависимость, которые Гёте расценивал как существенные особенности цвета.

К ошибкам в смеше­нии пурпурного цвета с красным и длительное использование в практике обучения в качестве трех первичных цветов – красного, синего и желтого мог привести тот факт, что Гете привычный нам «красный» называл «желто-красным», а пурпурный – «красным» («Нужно представить себе вполне чистый красный цвет, совершенный, высушенный на белом фарфоровом блюдечке кармин. Мы не раз называли этот цвет, вследст­вие его высокого достоинства, пурпуром... это высшее из всех цветовых явле­ний возникает из встречи двух противоположных концов (спектра), которые постепенно сами подготовились к соединению" [23].

Теория индукции, созданная Гете, впервые объяснила научным методом феномен цветовой гармонии. Он заметил, что всякий цвет порождает в органе зрения реакцию сопротивления этому пришедшему извне раздражителю. Происходит феномен автоиндукции: возникновение цвета, противоположного наблюдаемому. Так, красный порождает в органе зрения зеленый (требует зеленого), желтый требует фиолетового, синий - оранжевого. Теперь стало ясно, почему в живописи красный требует зеленого, а синий требует желтого.

Гете рассматривает и другие атрибуты цвета, связывая их с человеческими эмоциями. Он ввел список «плюс», куда входят такой цвета, как желтый и желто-красный, несущие свет, силу, тепло и «минус», например, синий, который отождествляется с тенью, холодом, слабостью, тоской.

То, что ставилось Гете в вину, – художественный метод, субъективизм, позволило великому немецкому поэту рассмотреть тонкие взаимосвязи между цветом и психикой человека. Метафора "светоносной души человека" получила в работе Гете убедительное подтверждение. В его учении правильные положения, касающиеся психологического воз­действия цвета, уживаются с неверными представлениями о физической при­роде света. Так, он считал, что белый свет представляет собой единое целое и неразложим.

Филипп Отто Рунге (1777 – 1810 гг.) – выдающийся живописец романтиче­ской школы, современник Гёте. Их взгляды совпадали. Он предложил все многообразие цветов представлять не в виде цветового круга, а в виде шара (подробнее см. в разделе «Систематизация цвета»).

У. Тернер (1775-1851 гг.) интересовался работами Исаака Ньютона, изучил книгу Гёте о цвете и на ее основе создал некоторые композиции.

Проблемами цвета и его законами Эжен Делакруа (1798-1863 гг.) активно занимался всю свою жизнь. Делакруа в своих работах применял принципы, почерпнутые из книг «Закон одновременного контраста цветов» ("De la loi du contraste simultane des couleurs et de l'assortiment des objets colores considere d'apres cette loi dans ses rapports avec la peinture"), 1839 г. и "Цвета и их применение в производственном искусстве при помощи хроматических кругов" ("Des couleurs et leurs application aux arts industriels a l'aide des cereles chromatique"), 1864 г., Мишеля-Эжена Шёвреля (1786-1889 гг.) – известного французского химика, члена Парижской академии наук, управляющего красильным производством на гобеленовых мануфактурах в Па­риже.

Его исследования оказали ощутимое влияние на развитие науки о цвете. Один из основных принципов его теории: яркие, контрастирующие цвета, взятые в разумных пропорциях, не меняют своего оттенка, а напротив, делают друг друг более четкими, сочными. Когда же два подобных цвета взяты в небольших количествах и распространяются по поверхности, в результате получается практически новый цвет - уже тусклый и непривлекательный. Работа с красителями и крашением навела его на мысль об изучении взаимного влияния цветов. Каким образом следует смешивать цвета? Когда краски гармонируют и когда контрастируют? Результаты его исследований оказали большое влияние на улучшение художественной и эстетической ценности продукции не только на мануфактуре Гобелена, но и на других фабриках Франции. Благодаря достижениям Шевреля улучшилось качество цветной печати по ткани и бумаге, производство географических карт, мозаик и даже декоративное садоводство.

На принципах его теории импрессионисты разработали свой подход к цвету, включающий применение всей гаммы красок без смешивания, отделение локального цвета от цвета, окрашенного светом и расположение мельчайших точек чистого тона друг подле друга с таким расчетом, чтобы эти тона смешиваясь в глазу зрителя, создавали третий цвет. Этот химик разработал законы цветовой гармонии, принятые и в настоящее время. Они послужили основой развития пуантилизма. Его интересовали проблемы, возникающие при взаимодействии цветов на поверхности. Он установил, что эффект одновременного цветового контраста и цветовые сдвиги тем больше, чем ближе по размеру сравниваемые цвета и чем ближе они находятся друг к другу.

Позже интерес к книгам Шеврёля проявил художник Йозеф Альберс и представители школы оп-арт, искавшие пути повышения яркости цвета.

Многие художники ознакомились с теорией цвета по книгам авторов, которые упростили труд Шевреля и включили в них понятия, применимые в живописи. Одним из таких авторов был Огден Николас Руд (1831-1902 гг.) американский физик, художник, преподаватель, который стремился навести мост между наукой и искусством. В своей книге «Modern Chromatics», 1879 г., он объяснил многие понятия, которые были еще неизвестны многим художникам: различные типы смешения цветов, цветовые характеристики и т.п.

Неоимпрессионисты Жорж Сёра (1859-1891 гг.) и Поль Синьяк (1863-1935 гг.) оказались под глубоким влиянием книги Огдена Руда и применили свои знания при создании своих полотен.

Иоханнес Иттен (1888-1967гг.), швейцарский художник, теоретик нового искусства, крупней­ший исследователь цвета в искусстве и один из ведущих преподавателей зна­менитого Баухауса, разработал теорию о цветовых контрастах. В своей книге «Искусство цвета» [10] он разбирает закономерности цветовых контрастов, цветовой гармонии и цветового проектирования. Она написана на основе на­блюдений за цветом в природе и произведениях искусства различных времен и народов.

Йозеф Альберс (1888-1976 гг.), художник и теоретик цвета, один из лидеров геометрической абстракции, член школы искусства и индустриального дизайна Баухауса, уделял особое внимание именно взаимодействию и относительности восприятия цвета. Он определил, что в зависимости от определенных ситуаций, один и тот же цвет может восприниматься как два разных оттенка. В 1963 мастер опубликовал главный теоретический труд «Взаимодействие цветов», где изложил свои идеалы стерильно-чистой формы как необходимой первоосновы творчества. Оказал большое влияние на развитие оп-арта и пост-живописного абстракционизма.

Кандинский В.В. (1866 –1944 гг.), русский художник, теоретик искусства и поэт, один из лидеров авангарда первой половины 20 в., преподаватель Баухауса. Особенно известным стал его курс «Цвет», в котором он предложил ассоциации между основными цветами и основными геометрическими фигурами: желтый – треугольник, красный – квадрат и синий – круг. Кандинский преподавал теорию цвета от истории развития различных цветовых систем до психологии восприятия цвета и специфики работы с «не-цветами» — черным и белым.

Альберт Х. Манселл (1858-1918 гг.), художник и преподаватель Массачу­сетской художественной школы, заинтересовался методом для обучения детей цвету. Исходя из того, что му­зыка оснащена системой, с помощью которой каждый звук определяется высо­той тона, интенсивностью и длительностью, для обозначения цвета использовал систему, основанную на цветовом тоне, светлоте и насыщенности. В течение многих десятилетий эта система, носящая его имя, широко использо­валась в США, где ее обозначения были включены в государственные стан­дарты США и Американского общества испытания материалов (ASTM). На обо­значениях Манселла основаны все японские стандарты по цвету, а Британский институт стандартов использует ее в стандартах для обозначения цвета красок. До настоящего времени систему Манселла используют в научных исследованиях как образец равномерного цветового пространства.

Следует отметить работы российских ученых в области цвета. Первые идеи трехкомпонентности цветового зрения высказаны нашим великим ученым Ломоносовым М. В. в его «Слове о происхождении света, новую теорию о цветах представляющем, июля 1 дня 1756 г. говорен­ном».

Причиной света, по Ломоносову, является «зыблющееся» (колебательное) движение частиц эфира. Эфир состоит, как думал Ломоносов, из частиц троя­кого рода, отличающихся друг от друга своим размером. Три рода частиц эфира могут совмещаться и приводить в «коловратное» (вращательное) движение три рода частиц материи. При этом «первой величины ефир совмещается с соляною, второй величины со ртутною, третьей величины с серною... материею»

Из этих же материй состоит и «дно ока». Посредством «дна ока» мы видим цвета, благодаря тому, что «ефирные частицы сцепляются с совместными себе частицами первоначальных материй, тела составляющих». Итак, по Ломоно­сову, разная степень возбуждения трех различных цветоощущающих «материй дна ока» лежит в основе видения нами всех цветов окружающего мира.

«Наконец, нахожу, – формулирует Ломоносов основную идею своей теории цветов, – что от первого рода ефира происходит цвет красной, от второго жел­той, от третьего голубой. Протчие цветы рождаются от смешения первых». То есть, по его мнению, основными цветами являются красный, желтый и голубой.

Российские ученые XX века – колориметристы и светотехники: Н.Д. Ню­берг, С.В. Кравков, Г.Н. Раутиан, Л.И. Демкина, Н.Т. Федоров, М.М. Гуревич, В.В. Мешков, С. О. Майзель, Е. Б. Рабкин и множество специалистов, зани­мающихся цветовыми измерениями в различных отраслях промышленности, внесли большой вклад в науку о цвете и ее применение.

Глава российской школы колориметрии – Юстова Елизавета Николаевна. Всю свою жизнь (97 лет) до самых последних дней она посвятила колориметрии. Автор фундаментального исследования и определения основной физиологиче­ской системы RGB зрительных приемников глаза и характеристик их спек­тральной чувствительности. Разработала новые оригинальные таблицы для об­наружения дефектов цветового зрения, комплекс метрологических средств для организации службы цвета в стране, образцовое колориметрическое оборудо­вание. Решение фундаментальной задачи определения спектральной чувствительности человеческого глаза, блестяще ею выполненное, приведено в знаменитом курсе физики Ричарда Фейнмана. Ее девиз: «Любовь в жизни – это вектор. Взаимодействие между приемником и излуча­телем. Один человек излучает любовь, а другой принимает ее. Колориметрия это тоже любовь. Любовь глаза к цвету!... что касается колориметрии, то я сейчас не представляю себе жизни без нее. Такая наука одна на свете: она не может без живого человека, ведь главный измерительный прибор, изначаль­ный инструмент колориметрии – это наш глаз».