Вроде, все красиво с цветом: есть теория, есть практика, есть удобный цветовой круг у дизайнеров, пишутся книги о цвете в живописи — все при деле.
Когда студент сдает физику на первом курсе, ему кажется, что система цветообразования в его учебнике объяснена просто и изящно, как и положено настоящей науке. На самом деле он не задается вопросом, просто ли и достаточно ли изящно, но проблем с пониманием этой теории обычно не возникает. Противопоставление аддитивной и субтрактивной систем смешения цветов вытекает из свойств материи и особенно нравится, потому что в параграфе об этом нет формул, только объяснения.
Знаниями двух типов смешения цветов можно даже воспользоваться на практике. Например, побеседовать с полиграфистом о реальности перехода между аддитивным цветом монитора и субтрактивным на бумаге. Художник по свету знает, что можно включить красный и зеленый диод в LED PAR и получить желтый, а можно сложить красный и зеленый пленочный фильтр и получить ЗТМ.
Цвет, таким образом, легко объяснен чистой физикой, теория подтверждена практикой, гуманитарии согласны.
Но только на первый взгляд. Ну ладно, на первый взгляд человека, который пристально присматривается.
Видимый нами свет — отрезок на непрерывной линии спектра электромагнитных колебаний. С точки зрения физики — достаточно произвольный отрезок. У людей он лежит примерно в рамках 380-760 нанометров. Пчелы видят больше ультрафиолетового и меньше красного. Собаки не видят красного. Это чисто эволюционная прихоть — какую часть спектра видеть, какой цвет различать лучше. И вообще, какую часть спектра видеть, а какую — чувствовать кожей, инфракрасными ямками и прочими физиологическими извращениями.
Исходя из этих объяснений совершенно непонятно, как же цветовой вектор замкнулся в цветовой круг. То есть с одной стороны все согласны, что фиолетовый цвет явно вытекает из ультрафиолетового излучения и через синий-зеленый-желтый движется к красному, который, опять же, непрерывно падая в частоте, переходит в инфракрасный и далее — в радиоволны. Ну как можно замкнуть рентгеновское излучение на радиоволны?
С другой же стороны, не вызывает сомнений, что если подмешать синего к красному, выйдет фиолетовый. Переход от лилового к алому на цветовом круге выглядит так же гладко и непрерывно, как между любыми другими оттенками. Каким-то образом мы имеем одношаговый метаморфоз старика обратно в младенца.
На практике я прекрасно себе вожу пальцем по колорпикеру в любом направлении, а качественный световой прибор выдает мне какой хочешь цвет — хоть мадженту. В теории я не могу сказать, сколько же нанометров в мадженте. Оранжевый цвет — 585-620 нм, синий — 450-480, фиолетовый — 380-450, а мадженты нигде нету. Взгляните на любую картинку видимого спектра электромагнитного излучения — такое ощущение, что физики никогда не ходили на концерты.
И чисто теоретический вопрос. Я вижу оранжевый. Это может быть как «чистый» цвет 600 нм, так и смесь красного и зеленого — но я-то вижу все равно оранжевый. Это математическое сложение волн или еще что-то?
Это еще что-то. На самом деле так называемое «аддитивное смешение цвета» — это не физика. Это следствие физиологии. Система одна. Мы воспринимаем набор излучений, не поглощенных предметом, и на основе их анализа говорим, что предмет имеет какой-то цвет.
Зеленый пленочный фильтр поглотил незеленые лучи, мы говорим, что он зеленый. Это не значит, что фильтр поглотил красные и синие лучи и оставил нам зеленые. Фильтр поглотил чуть красных, чуть синих, чуть желтых, даже чуть-чуть зеленых лучей — а результирующая смесь суммарно воспринята нами как зеленая. Более избирательно действуют дихроичные фильтры — там меньше примесь цветов соседних частот и больше основной частоты, но мы все равно на глаз не сможем определить, смесевой перед нами зеленый или чистый, моночастотный, 560 нм.
У нас ведь в глазу трехсоставная система — три разных поглощающих пигмента. Не стоит считать, правда, что в глазу, как в диодном экране — RGB. По пику поглощения наши пигменты в глазу — скорее фиолетово-синие, cине-зеленые и желто-зеленые. То есть не только не «чистые» цвета (весьма условное понятие, как ни крути), но еще и неравномерно распределены по видимому спектру.
Халтура, казалось бы — чтобы воспринять все цвета предметов максимально точно, надо бы побольше разных пигментов, равномерно покрывающих видимый спектр. Так и есть. Не у людей, правда, а у некоторой креветки.
Не знаю, что за такой разнообразный мир кипит вокруг этой креветки, но нам, как оказалось, исторически хватило трех пигментов. На самом деле, три пигмента — это тоже не такое давнее эволюционное приобретение — у многих приматов только два. У некоторых обезьян даже хуже: у самок три пигмента, у самцов — два. На самом деле нам много тысяч лет хватало трех странно расположенных пигментов для понимания разницы между зрелым и незрелым абрикосом — вот ничто нас дальше и не двигало. А шестнадцать миллионов цветов на вашей плазме в эволюционном отделе не согласовывали.
Вот в эволюции и следует искать корни нашей системы восприятия цвета. Сначала животные различали яркости, потом появилось цветное зрение. Как и в случае с цветным телевидением, система передачи цвета для которого была разработана с учетом того, что бОльшая часть принимающих телевизоров поначалу будут черно-белые — то есть примут только яркость. А уже цветной телевизор принимал яркость, два цветоразностных сигнала и показывал полноцветную картинку.
Так же и мы — воспринимаем цвет разностями. Есть физиологические фильтры, которые преобразуют сигнал от пигментных клеток, неочевидным образом формируя наше ощущение цвета.
Первым делом мозг получает сигнал о яркости — сумма сигналов от всех пигментных клеток. А далее вступают в действие фильтры.
Наш мозг на пути к коре преобразовывает сигнал в основном путем сложения-вычитания (включение-выключение нейронов). Поэтому и фильтры такие:
Первый «фильтр» — это разница красной и зеленой составляющей. Именно поэтому для человека красный и зеленый — дополнительные цвета. Если закрыть глаза на разную чувствительность глаза к разным частям спектра, разница между красным и зеленым — чисто арифметическая. То есть принять уровень красного за единицу, такой же по яркости зеленый даст на выходе фильтра ноль; в два раза меньший зеленый даст условные 0,5 на выходе фильтра. Если красного будет ноль, зеленого тоже ноль, фильтр тоже будет нулевой.
Второй «фильтр» — разница между фильтром «красный+зеленый» и синим сигналом. Тот самый фильтр, который разносит для нас на разные стороны цветового колеса желтый и синий цвета. Похоже, что это более древний фильтр — потому что зеленый и красный пигменты эволюционно разошлись не так давно.
Разности соотносятся с общей яркостью — суммой всех цветных сигналов. В отличие от слуха, где сам рецептор устроен так, чтобы воспринимать с определенным шагом последовательный диапазон высот, зрение с самого начала замешано на разностях. Поэтому абсолютный слух с людьми случается, а абсолютное зрение — нет. В окружающем визуальном мире настолько много изменчивых параметров, что в эволюционной гонке вооружений выиграли не те твари, что могли четко назвать оттенок по какой-нибудь абсолютной шкале, а те, что независимо от уровня освещенности, могли крикнуть: «Этот камень краснее других, наверное, он тигр!»
Поскольку оценка уровня цвета обрабатывается не в чистом виде, а как соотношение к общей яркости или к яркости другого цвета, его уровень принимает лишь промежуточные значения от «полный» до «ноль». То есть имеем три колебательные системы, определяющие наше ощущение цвета. Все три колебательные системы связаны и могут быть сведены в одну, колебание внутри которой и иллюстрируется пресловутым цветовым колесом.
По-хорошему, несмотря на то, что пигмента три, у нас не три основных цвета, а четыре — условно красный, зеленый, желтый и синий. То есть цветовое колесо имеет такой вид:
В таком колесе в сравнении с классическими (CMYK, RGB и прочими), больше различимых зеленых оттенков. Очень часто в созданных вручную художником по свету цветовых палитрах оттенков в этой области больше, чем в сине-красной.
Электронные же аппараты, задействованные в восприятии и воспроизведении, вынуждены подстраиваться под наш смешной мозг. В качественных диодных световых приборах не только RGB-диоды, но и лимонные, сине-зеленые, теплые желтые — они одинаково приятно выглядят для нашего избирательного глаза и камеры. Это вообще отдельная тема — сколько всего придумано, чтобы камера смотрела на мир так же, как и мы.
Ну и последнее, Ватсон — маджента. Если в цвете нету зеленого, но есть красный и синий, первый фильтр даст максимум, второй — ноль, общая освещенность составит сумму красного и синего.
Мозг себе придумал для такого сочетания свое ощущение — «мадженту». Такой себе физиологический цвет, существующий для узкого круга высших приматов. Хорошо, конечно, придумал — и круг замкнул, и половину корпоративов осветил.
Такие же хитрости существует для восприятия формы, освещенности и сочетания цветов — все сложно, в общем.