4.4. Одновременный цветовой контраст

Научная разработка вопросов рационального цветового оформления объектов народного хозяйства тесно связана с явлением взаимодействия цветов в процессе одновременного зрительного восприятия их. Восприятие цвета окрашенного предмета зависит от ряда факторов: цвета фона, геометрических размеров поля (объекта наблюдения) и фона, сочетания и контрастных отношений их цветов, освещения, угла зрения, расстояния цветного объекта от наблюдателя и т. д. В конечном счете, видимый цвет предмета определяется совокупностью всех этих условий и изменение одного из них неизбежно влечет за собой изменение видимого цвета. Эти изменения неслучайны, в основе их лежат объективные закономерности, изучение которых имеет большое теоретическое и практическое значение.

К области явлений контрастов относится большая и важная группа факторов изменения видимого цвета в зависимости от световых раздражителей, ранее или в данный момент действующих на те места сетчатки, посредством которых мы видим данный цвет. При этом о явлениях цветового контраста мы говорим в тех случаях, когда видимый цвет изменяется в направлении увеличения своего отличия от цвета, повлиявшего на него,- индуцирующего светового раздражителя. Если рассматривается влияние различных цветовых раздражителей других мест сетчатки, имеют в виду явления одновременного цветового контраста. Когда же анализируется влияние предшествующих цветовых раздражителей, речь идет о последовательном цветовом контрасте [15, 25]. Строго говоря, чистый одновременный контраст можно наблюдать только при полной неподвижности глаза, т. е. при строгой фиксации одной точки во время экспозиции. В естественных условиях восприятия цвета глаз движется по поверхности цветового поля, вследствие чего и возникают последовательные образы, которые появляются также и при длительной фиксации одной точки.

Изменения цвета, которые являются результатом одновременного взаимодействия двух цветных раздражителей и последовательных образов, раньше назывались смешанным контрастом. В настоящее время и чистый одновременный контраст, и смешанный называются явлениями одновременного цветового контраста. В тех случаях, когда в зависимости от других цветов изменяется только светлота видимого цвета, одновременный контраст называют светлотным. Примером контраста такого рода служит изменение светлоты серой полоски, помещенной сначала на черном фоне, которая кажется светлее по сравнению с этой серой полоской, расположенной на белом фоне. В этом легко убедиться, положив полоску серой бумаги одним концом на черный, а другим на белый фон (см. рис. 2.9).

Положение о направлении изменений светлоты видимого цвета, возникающих в результате светлотного контраста, вошло в цветоведение в такой формулировке: на светлом фоне всякий более темный цвет темнеет, на темном фоне более светлый - светлеет. Изменение светлоты видимого цвета, возникающее в результате светлотного контраста, можно объяснить следующим.

Светочувствительный слой сетчатки покрыт фотореагентом. В результате попаданий на сетчатку нескольких излучений, различных по интенсивности и по спектральному составу, происходит перераспределение фотореагентов на поверхности сетчатки [25, 26]. Предположим, что глаз воспринимает темную поверхность на светлом фоне. В этом случае в том месте сетчатки, на которое проецируется темная поверхность, устанавливается большая концентрация фотореагента, чем на остальной поверхности, где под действием света происходит его распад. По закону взаимной индукции участки сетчатки воздействуют друг на друга, усиливая ощущение. Поэтому темная поверхность на светлом фоне воспринимается более темной, чем та же поверхность на фоне, близком к ней по светлоте.

Рассматривая взаимодействие всех цветов спектра (красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового) с серым цветом, французский исследователь Шеврель [12] пришел к выводу, что цвет, возникающий на сером под влиянием одновременного контраста, всегда является дополнительным к хроматическому цвету, участвующему во взаимодействии. Так, красный вызывает появление зеленого, оранжевый - голубого, желтый - фиолетового, зеленый - красного, голубой - оранжевого, фиолетовый - желтого (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Примеры одновременного цветового контраста

Сочетание дополнительных цветов не вызывает изменений по цветовому тону, но усиливает их яркость.

Цвета одновременного контраста не вполне совпадают с цветами дополнительными (табл. 4.7).

Таблица 4.7. Отличие цветов одновременного контраста от дополнительных

Даже при установленном отличии цветов одновременного контраста от дополнительных, зная общее правило взаимодействия цветового поля с хроматическим фоном, можно определить направление контрастных изменений индуцируемого цвета. Однако для того чтобы представить себе, как будет выглядеть хроматический цвет на хроматическом фоне, этого недостаточно.

Для определения направления контрастных изменений при взаимодействии двух хроматических цветов определяющими являются два фактора: величина и направление контрастных изменений, связанных с цветом индуцирующего фона; особенности взаимодействия этих контрастных цветов с цветами поверхности индуцируемого поля. Приведенный выше пример (серого поля на цветном фоне) учитывает только первый фактор.

Но даже и для соотношения ахроматического и хроматического цветов такая формулировка недостаточна. Не зная величины контрастных изменений, которые зависят от цвета индуцирующего фона, нельзя установить, как будет восприниматься результирующий цвет. Считается, что эффект хроматического контраста наиболее силен тогда, когда отсутствует светлотный контраст, т. е. когда фон и находящийся на нем цвет одинаковы по светлоте [7]. Эти положения объясняются методикой проведения исследований одновременного контраста, которая заключается в следующем.

На хроматическом поле (сером или белом) в результате одновременного контраста возникает хроматический оттенок. О направлении контрастных изменений индуцируемого поля судят по тому, какой цвет надо к нему добавить, чтобы нейтрализовать этот хроматический оттенок, т. е. ахроматизировать поле. Например, если на вертушке поместить в центре серый круг, а снаружи хроматическое кольцо, то путем добавления к центральному серому кругу сектора соответствующего цвета определенной величины можно увидеть вращающийся серый круг снова серым, так как добавленный цветной сектор нейтрализует оттенок, появившийся в результате контраста. По величине добавленного сектора судят о величине контрастного действия.

Если серый цвет имеет светлоту, равную светлоте цветного поля, то цветовой оттенок на сером заметить легче. На этом основании априорно было выведено положение, что контраст имеет максимальный эффект при равенстве светлот обоих цветов.

Таким образом, положение о том, что эффект хроматического контраста наиболее силен при отсутствии светлотного контраста, не может быть принято в настоящее время в такой категорической форме.

В теории цветоведения принято, что более насыщенный фон действует сильнее, чем менее насыщенный. Кроме того, контрастное действие тем сильнее, чем меньше площадь объекта по сравнению с площадью фона. Эта формулировка характеризует зависимость одновременного цветового контраста от соотношения площадей взаимодействующих цветов. Следует отметить, что не только фон влияет на цвет поля, но и цвет поля влияет на цвет фона. Однако влияние цвета поля, занимающего меньшую площадь, на цвет фона, занимающего большую площадь, много слабее влияния фона на цвет поля. Степень влияния определяется размером площади, занимаемой фоном и полем.

Существенные изменения в цветности объекта наблюдения от индуцируемого поля [8] возникают только в том случае, если его площадь менее ¹/₄ площади фона. Если площадь фона (индуцирующего поля) составляет ¹/₄ и менее площади тестового поля, контрастные изменения касаются уже видимого цвета фона. При площади поля, занимающего ¹/₆₄, ¹/₃₂ и ¹/₁₆ части площади фона, влияние фона является определяющим. Следовательно, увеличение площади индуцирующего поля (фона) относительно цветового тестового поля усиливает его контрастное влияние. Необходимо учитывать, что цветовое тестовое поле при одновременном контрасте подвергается влияниям не только со стороны соприкасающегося с ним цветного поля, но и со стороны удаленных цветных полей.

Величина одновременного контраста зависит также от угла зрения, под которым мы видим цветное поле. Изменение угла зрения при испытаниях достигалось путем изменения расстояния от глаза наблюдателя до этого поля. В результате установлено, что абсолютная величина контраста увеличивается при уменьшении угловой величины полей и их изображения на сетчатке, т. е. чем меньше угол зрения, тем сильнее выражен одновременный контраст, и наоборот.

Почти во всех проведенных до настоящего времени исследованиях по взаимодействию цветов отсутствуют цветовые характеристики как в отношении объектов наблюдения, исследуемых фонов, так и результирующих цветов. Поэтому не представляется возможным (кроме качественной оценки взаимодействия цветов) дать количественную оценку изменений (сдвигов) длин волн, чистоты и коэффициента отражения. В связи с этим во ВНИИЖГ МПС проведены исследования по определению взаимодействия цветов с количественной оценкой изменений (сдвига) видимости сочетания цветов при одновременном их зрительном восприятии как по доминирующей длине волны, чистоте и коэффициенту отражения, так и в системе трехцветных координат X, Y, Z [53].

В качестве примера в дальнейшем приведены результаты исследований только для отношений площадей тестового поля к индуцирующему полю в пределах ¹/₈ - ¹/₁₀. Такое отношение соответствует реально используемым размерам площади контрастных полос и площади фона при цветовом оформлении объектов подвижного состава железнодорожного транспорта. При исследовании явления одновременного цветового контраста были использованы красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, белый и серый цвета. Их цветовые характеристики даны в табл. 4.8.

Методика исследований заключалась в следующем. В центре цветового фона, имеющего прямоугольную форму размером 5×3,5 см, размещалось тестовое цветовое поле (контрастная полоса) прямоугольной формы, размер которой составил по площади ¹/₈ - ¹/₁₀ часть размера цветового фона. Испытуемому предъявлялись тестовые поля разных цветов, расположенные на различных хроматических фонах, а также ряд накрасок, соответствующих цвету, воспринимаемому от сочетания цветов тестового поля и фона. На каждое цветовое сочетание художником заранее был подготовлен набор образцов, близких к результирующему цвету. Для выбранной наблюдателем накраски, цвет которой воспринимался им идентично сочетанию цветов поля и фона, с помощью спектрофотометра измерялись доминирующая длина волны λ, чистота P и коэффициент отражения , а также вычислялись координаты цветности x, y, взятые относительно стандартного источника С МКО. Каждое тестовое поле демонстрировалось на разных цветных фонах. Освещенность объектов наблюдения осуществлялась люминесцентными лампами типа ЛДЦ и составляла 500 лк.

Полученные результаты измерений одновременного цветового контраста приведены в табл. 4.8 и на рис. 4.4 - 4.6. В табл. 4.8 цветовые характеристики фонов и полей указаны в системе λ, P и , по которым легко получить и трехцветные координаты. Из данных таблицы следует, что при наблюдении цветного тестового поля на разных хроматических фонах его видимость зависит от характеристик цвета фона и изменяется в зависимости от длины волны λ, чистоты P и коэффициента отражения ρ. Так, наблюдая красное поле на красном фоне, мы воспринимаем его как цвет с длиной волны 630 нм, чистотой 55% и коэффициентом отражения 27%. То же красное поле на оранжевом фоне зрительно воспринимается как цвет с длиной волны 661 нм, чистотой 49% и коэффициентом отражения 25%. Следовательно, при зрительном восприятии цветного поля на хроматическом фоне происходит сдвиг воспринимаемого тестового поля по длине волны λ, чистоте P и коэффициенту отражения . В указанном случае этот сдвиг условно можно считать положительным, т. е. длина волны воспринимаемого красного поля на оранжевом фоне стала больше, чем на белом фоне, другими словами, длина волны зрительно воспринимаемого поля сместилась в сторону длинных волн. Сдвиг по цветовому тону при наблюдении красного поля на оранжевом фоне составляет 31 нм.

Таблица 4.8. Изменение цветовых характеристик полей в зависимости от цвета фона

Бывают сдвиги по цветовому тону и отрицательные, т. е. длина волны зрительно воспринимаемого цветного поля сдвигается в сторону коротких волн. Например, зеленый цвет на зеленом фоне воспринимается как цвет с длиной волны 544 нм, на оранжевом фоне - с длиной волны 533 нм. Следовательно, по цветовому тону сдвиг в сторону коротких волн в данном случае составляет минус 11 нм. Аналогично положительные и отрицательные сдвиги имели место и в восприятии чистоты P и коэффициента отражения . Сдвиг считали положительным при увеличении P и воспринимаемого поля и отрицательным при их уменьшении по сравнению с восприятием этого поля на соответствующем фоне. На рисунках наглядно представлены сдвиги (положительные и отрицательные) по цветовому тону (см. рис. 4.4), чистоте (см. рис. 4.5) и коэффициенту отражения (см. рис. 4.6), полученные при измерении одновременного цветового контраста.

Наибольшие сдвиги по цветовому тону на разных хроматических фонах (см. рис. 4.4 и табл. 4.8) имеет красное тестовое поле. Сдвиги по λ для красного поля на всех хроматических фонах положительны. Кривая изменения цветового тона красного поля при зрительном восприятии на разных хроматических фонах имеет два перелома. Максимальный сдвиг для этого поля составляет 37 нм при наблюдении его на желтом фоне и минимальный 7 нм при наблюдении на голубом фоне. Следующее место по величине сдвигов по цветовому тону имеет зеленое поле, а затем синее. Изменения цветового тона при зрительном восприятии других полей (желтое и оранжевое) на разных цветных фонах незначительны. Для зеленого поля наблюдается максимальный сдвиг - отрицательный при восприятии его на оранжевом фоне (-11 нм) и положительный - на синем фоне (+11 нм).

Для оранжевого поля на разных цветных фонах сдвиги положительны и составляют 1 и 2 нм. Для желтого поля на оранжевом и синем фонах сдвиг отрицательный и составляет соответственно минус 2 и минус 1 нм. На остальных фонах воспринимаемый цвет желтого поля не меняется. Для правильного использования явления одновременного цветового контраста на практике более точное суждение о направлении и величине изменения воспринимаемого цвета поля, расположенного на хроматическом фоне, можно получить из данных табл. 4.8 и рис. 4.4. Интересно отметить, что степень влияния цвета фона на цвет поля и наоборот различна. Например, зрительно воспринимаемое красное поле на желтом фоне изменяется значительно сильнее, чем желтое на красном фоне.

Наибольшие изменения по чистоте отмечаются также у красного поля, у которого на синем фоне сдвиг достигает 15%, на голубом фоне 13% и на желтом фоне минус 9%. Таким образом, диапазон изменений чистоты у красного поля составляет 24%. Следующее место по величине изменения чистоты занимает желтое поле, у которого на оранжевом фоне сдвиг составляет минус 14%, а на красном, голубом и синем фонах соответственно минус 7%, минус 6%, минус 6%. Что касается коэффициента отражения, то наибольшие изменения претерпевает серое поле на разных цветных фонах. Например, сдвиг по серого поля на синем фоне составляет 19%, а на голубом, красном, оранжевом и зеленом фонах соответственно минус 9%, минус 8%, минус 8% и минус 7%. Следует отметить, что при наблюдении серого и белого полей подтверждается уже известный факт относительно того, что серое поле на более темном фоне светлеет, а на более светлом темнеет.

При наблюдении серого и белого полей на цветных фонах происходило не только изменение воспринимаемых (расчетных) коэффициентов отражения, но и их хроматизация. Например, серое поле на красном фоне воспринимается зеленовато-голубым, на желтом - синеватым, на синем - оранжевым, на зеленом - розовым и т. д.

По результатам исследования одновременного цветового контраста, приведенным в табл. 4.8 и на рис. 4.4 - 4.6, можно заранее представить себе, в каком направлении и на какую величину сдвига характеристик цвета изменится видимый цвет объекта (поля) при помещении его на определенный фон. Необходимо учитывать, что данные в табл. 4.8 относятся к объектам, имеющим соотношение площади поля к фону, равное ¹/₈ - ¹/₁₀. При меньших отношениях площадей тестового поля к фону характеристики цвета будут изменяться в большей степени. Однако тенденция (направление) этих изменений будет аналогична рассмотренной выше. Количественная оценка изменений характеристик цвета при одновременном восприятии сочетания цветов имеет, кроме теоретического, большое практическое значение при цветовом оформлении объектов железнодорожного транспорта, создании необходимых контрастов при обработке деталей на станках и т. д.

Рис. 4.4. Сдвиг по цветовому тону при наблюдении цветных полей, расположенных на разных фонах: 1 - красное (λ=630 нм); 2 - оранжевое (λ=591 нм); 3 - желтое (λ=575 нм); 4 - зеленое (λ=544 нм); 5 - синее (λ=474 нм)

Таким образом, данные в табл. 4.8 и на рис. 4.4 - 4.6 по одновременному контрасту дают возможность установить, как будет выглядеть любой цвет на том или другом хроматическом и ахроматическом фонах. Они позволяют установить не только направление изменения видимости цвета поля, соприкасающегося или окруженного цветным фоном, но и величину возникающих изменений, а также пределы их колебаний при различных условиях.

Если при цветовом оформлении необходимо выделить отдельные элементы на окрашиваемой поверхности, например контрастную полосу на фоне поверхности кузова вагона с целью повышения дальности видимости последнего, необходимо по кривым на рис. 4.4 - 4.6 для принятых характеристик цвета фона кузова определить цветовые характеристики контрастной полосы таким образом, чтобы получился наибольший сдвиг в характеристиках цветов, т. е. чтобы яркостный и цветовой контрасты между одновременно воспринимаемыми контрастной полосой и фоном были максимальными. Чем больше уложится яркостных и цветовых порогов в сдвиге характеристик при одновременном цветовом контрасте, тем больше острота различения поля на данном фоне, а следовательно, лучше и его видимость. Аналогично следует поступить при необходимости выделения других элементов на окрашиваемой поверхности (кнопки, рычаги управления, схемы, детали и т. д.).

Рис. 4.5. Сдвиг по чистоте при наблюдении разных цветовых полей, расположенных на разных фонах: 1 - красное (λ=630 нм, P=55%); 2 - оранжевое (λ=591 нм, P=78%); 3 - желтое (λ=575 нм, P=72%); 4 - зеленое (λ=544 нм, P=34%); 5 - синее (λ=474 нм, P=21%)

В случае когда надо смягчить или сгладить очертания тех или иных форм при двухцветных композициях, следует выбрать такие характеристики цвета объекта (поля) на цветном фоне, чтобы видимый цветовой контраст между ними был небольшой.

Рис. 4.6. Сдвиг по коэффициенту отражения при наблюдении разных цветовых полей, расположенных на разных фонах: 1 - красное (λ=630 нм, =27%); 2 - оранжевое (λ=597 нм, =42%); 3 - желтое (λ=575 нм, =66%); 4 - зеленое (λ=544 нм, =46%); 5 - синее (λ=474 нм, =25%)

Проведенные во ВНИИЖГ МПС исследования по одновременному цветовому контрасту позволяют сделать следующие выводы [53]:

разработанная методика исследований одновременного цветового контраста дает возможность заранее определить в количественном отношении сдвиг характеристик цвета по λ, P и и с помощью цветовых порогов оценить этот сдвиг в направлении увеличения или уменьшения контраста, а следовательно, выяснить улучшение или ухудшение остроты различения и видимости при сочетании цветов во время цветового оформления объектов;

кажущееся изменение цветового тона экспонируемого поля всегда происходит в направлении увеличения разницы длины волны от фона в сторону поля. Например, желтое поле на красном фоне кажется зеленее (отрицательный сдвиг), а красное поле на желтом фоне - пурпурнее (положительный сдвиг);

при сопоставлении двух близких цветовых тонов чаще всего они кажутся менее насыщенными, чем отдельно взятые. Цвета красной и зеленой частей спектра вызывают наиболее сильное одновременное цветовое контрастное действие;

одновременно действующий яркостный контраст снижает проявление одновременного цветового контраста;

ахроматическое обрамление цвета снижает действие одновременного контраста.