Девять цветов радуги

…Итак, примесь белого не меняет род цвета, но создает его разновидности. Так же и черный цвет обладает подобными же свойствами — производить своею примесью бесчисленные разновидности цветов. Мы видим, что в тени цвета густеют, а когда усиливается свет, цвета становятся ярче и светлее. Поэтому нетрудно убедить живописца, что белое и черное не суть настоящие цвета, но лишь изменения других цветов…»

Столь длинная выписка из работы Альберти была сделана для того, чтобы читатель яснее представил, как много знали, а вернее — гениально предчувствовали, лучшие люди итальянского Возрождения. Ведь с тех пор, как Альберти написал свои «Три книги о живописи», прошло несколько сот лет! Но как много из того, что утверждал он на основании своего опыта и поразительной наблюдательности, подтвердилось наукой почти через пятьсот лет.

Из приведенных слов совершенно ясно следует, что четыре цвета — красный, голубой, зеленый и серый — являются основными, а все остальные — производными. Это утверждение очень близко к истине, но все же не сама истина. Если бы в число названных Альберти цветов не входил серый, знаменитого архитектора можно было бы считать основателем современной теории цветов.

Первым, кому удалось точно указать количество основных исходных цветов, был М. В. Ломоносов. В своем «Слове о происхождении света, новую теорию о цветах представляющем, в публичном собрании Императорской Академии наук июля 1 дня 1756 года говоренном» Ломоносов высказал мысль, что все цвета можно произвести, смешивая лишь три исходных. В подтверждение «сея системы» Ломоносов ссылался на многочисленные опыты, «которые особливо мною учинены в изыскании разноцветных стекол к мозаичному художеству».

Современная теория цветов и цветового зрения была создана трудами Юнга и Гельмгольца. Очень многое сделал в этой области и Максвелл.

Колориметрия наших дней, основанная на принципе трех основных цветов, представляет собой стройную науку. Она позволяет точно предсказывать результаты смешения и определения состава сложных цветов. Она дала в руки специалистов простой и надежный метод расчетов, пригодных для всей бесконечной совокупности существующих в природе цветов. В качестве трех основных цветов выбраны чистые спектральные тона: красный (λ=700 ммк), зеленый (λ =546,1 ммк) и синий (λ= 435,8 ммк) [18].

Нет смысла объяснять здесь теоретические тонкости колориметрии и методы расчетов. Важно одно: теория и практика колориметрии целиком основаны на свойствах цветового зрения человека, определенных опытным путем и выраженных в соответствующих математических соотношениях.

Эти соотношения, в частности, позволили ученым создать сравнительно несложный цветовой график. Пользуясь им, специалисты могут отвечать на все вопросы, связанные с образованием цветов. Вы можете увидеть цветовой график на рисунке. В принципе каждая точка на поверхности графика соответствует одному из существующих в природе цветов. Этот график отличается от практически применяемых отсутствием ряда вспомогательных линий и тем, что художник для наглядности нанес на нем цвета. Разумеется, он не мог нанести бесконечное количество их, но общее расположение и переходы цветов выполнены правильно.

До сих пор мы говорили о смешении цветов путем добавления друг к другу световых потоков разных цветов. Такой способ называется аддитивным (буквально — слагательным) смешением цветов.

Другой способ основан на слиянии в глазу отдельных чистых тонов, наносимых на поверхность мелкими точками в непосредственной близости друг к другу. В этом случае используется известное нам свойство глаза — острота зрения. Если расстояние между точками и их размер таковы, что глаз не может различить их как отдельные, то они сливаются в единое пятно, цвет которого определяется тонами отдельных точек.

Такой метод смешения красок применяли некоторые художники, однако в живописи этот метод не оказался особенно плодотворным, и в настоящее время он не применяется. Зато в текстильной промышленности он применяется очень часто: ткань составляется из тонких нитей различных цветов. В результате смешения ее цветовой тон отличается от цветов нитей.

Но, пожалуй, наиболее полезным метод пространственного смешения цветов оказался в телевидении. В настоящее время все системы цветного телевизионного вещания и многие цветные телевизионные системы специального назначения созданы на основе этого принципа.

Пытались применить его при создании фотопленки для цветной фотографии и кинематографии. Перед второй мировой войной она даже поступила в продажу. Но в последующие годы от такой пленки отказались.

В настоящее время широкое распространение получила цветная пленка, в которой образование цветов осуществляется субтрактивным (буквально — вычитательным) методом.

Возможность такого образования доказывает, в частности, существование дополнительных цветов. В самом деле, какой цвет мы увидим, если каким-либо путем вычтем из лучей белого света красные лучи? Мы увидим дополнительный к красному — зеленый цвет.

Действие светофильтров как раз и основано на субтрактивном образовании цветов. Так, про зеленый светофильтр можно сказать, что он пропускает зеленые лучи. Но столь же верно и то, что зеленый светофильтр не пропускает лучей красного цвета; то есть, находясь на пути белого света, он вычитает из него все красные лучи. Подобным образом действуют и светофильтры остальных цветов.

Теория показывает, что субтрактивный метод также позволяет образовывать из белого света все цвета с помощью трех светофильтров: красного, голубого и зеленого. Для получения нового цвета необходимо подбирать в определенном соотношении плотность (пропускание света) каждого из светофильтров. При фотографировании на цветной пленке такой подбор происходит автоматически.

Цветная печать в полиграфии, пользование акварельными и некоторыми другими видами красок тоже основаны на субтрактивном образовании цветов. В этих случаях, однако, процессы их образования осложняются целым рядом дополнительных обстоятельств, которые не позволяют столь же просто и точно предсказывать цвета не опробованных еще сочетаний красок. Поэтому часто приходится прибегать к практической проверке и пробам.

От фактов к теории

Как увязать между собой все многообразие фактов, относящихся к цветовому зрению?

Как связать их с устройством глаза?

И, наконец, как объяснить способность нашего зрения различать между собой огромное количество цветов и столь тонко чувствовать разницу в оттенках?

В общих чертах устройство глаза уже известно читателю. Знакомы ему и многие факты, связанные с цветовым зрением. Пока об устройстве глаза и его свойствах сообщались только факты, можно было принимать их на веру. Но, чтобы понять их связь, понять, почему они таковы, какие из них являются основными, а какие — следствиями, необходимо вкратце познакомиться с теорией.

До настоящего времени из всех предложенных наиболее удачной считается теория, разработанная Юнгом, Гельмгольцем и Максвеллом. Она носит название трехкомпонентной теории цветового зрения. Такое название дано ей не случайно. Дело в том, что исходный пункт, основа ее заключается в предположении о наличии в глазу трех цветочувствительных приемников, или элементов, из которых один реагирует преимущественно на лучи красного света, другой — на лучи зеленого, а третий — на лучи синего света.

По законам пространственного смешения цветов каждый цветочувствительный центр сетчатки должен содержать все три типа приемников. Так, если в данную точку сетчатки попадает луч красного света, то возбудится только красночувствительный элемент, оба других в это время не будут посылать сигналов в мозг. Если же в глаз приходит сложный, хроматический свет, например желтый, то сигналы в мозг будут поступать уже от двух приемников — от красночувствительного и зеленочувствительного. Ощущение белого света возникает, когда все три приемника одновременно и в сильной степени будут возбуждены светом.