Wprowadzenie do graficznego rachunku barw

Barwa jest wywołanym w mózgu wrażeniem pochodzącym od konkretnego przedmiotu, czy zjawiska oddziałujących na skład widmowy fal świetlnych i ilość energii świetlnej docierających do oka.

Zakres widzialny promieniowania elektromagnetycznego, to niewielki zakres fal odbierany przez oko człowieka (zwykle od 380 do 780 nm). Pełny zakres docierający do oka daje w odbiorze światło białe. Granicą odbioru jest olśnienie. Otoczenie wpływa na sumę bodźców wizualnych docierających do oka. Poszczególne formy, czy różne rodzaje materiałów oddziaływają na światło. Materią możemy zobaczyć tylko wtedy, gdy zostanie oświetlona. Możemy wyróżnić co najmniej dziewięć oddziaływań światła z materią: załamanie światła, odbicie, rozszczepienie, absorpcję, ugięcie, interferencję, polaryzację, rozpraszanie, dyfrakcję.

W odbiorze barw mają znacznie cechy osobnicze, budowa danego oka, a także stan zdrowia, samopoczucie, nastrój oraz wyćwiczenie wzroku w procesie dorastania, a także zebrane doświadczenia wizualne.

Oko człowieka posiada 2 rodzaje receptorów do odbioru wrażeń wizualnych: czopki i pręciki. Są 3 rodzaje czopków. B jest czuły na barwę niebieską (blue), G na zieloną (green), a R jest na czerwoną (red), oraz na barwę niebieską jak czopek B, tylko o około 2/3 mniej od niego czuły. Dzięki takim właściwościom przedstawienie barw może przybierać wykres kołowy.

Pręciki są czułe na jasność światła, zapewniają widzenie czarno białe, służą do odbierania szczegółów i przy braku odpowiedniej ilości światła są głównym receptorem. Mogą odebrać światło nawet miliard razy mniej intensywne od światła dziennego. Czopki są w oku najbardziej zagęszczone za soczewką. Jakość receptorów w oku odpowiada za osobnicze postrzeganie. W każdym zakresie, nawet najszerszym (380-780 nm), można uzyskać różną głębię podziału skali. Im zakres i głębia podziału jest większa dla danego oka, tym jest ono czulsze na większą skalę barw. Osoby posiadające takie oczy są najbardziej predestynowane do sztuk pięknych, a w szczególności malarstwa.

Całość wrażenia wizualnego odebranego przez oko jest przesyłana do mózgu za pomocą dwóch nerwów. Dociera ono do mózgu w postaci 12 oddzielnych filmów (m.in. ciemne miejsca, jasne, krawędzie, ruch w zakresie części kątów itp.) i jest w nim składane w odpowiednią całość. Przepływ informacji oko-mózg jest około milion razy szybszy niż prędkość działania procesora komputerowego, a organizm zużywa przy tym kilkanaście razy mniej energii niż komputer.

 

Schemat zakresu widzialnego fal elektromagnetycznych dla człowieka i inne właściwości

Świat, z jego wizualnymi wrażeniami, jest środowiskiem pierwotnym barw. Od malarstwa jaskiniowego, przez malarstwo europejskie z jego historią dojścia do realizmu czy hiperrealizmu w obrazowaniu, druk i rozwój druku kolorowego, po ekrany kinowe, telewizyjne, komputerowe i wyświetlacze współczesnych urządzeń, mamy całe bogactwo barw związanych z chęcią człowieka do zapisania wrażeń wizualnych.

Początkowo człowiek wyszukiwał naturalne pigmenty i używał ich do malowania na ścianach, deskach, tynku, materiałach ubraniowych, płótnie zagruntowanym, pergaminie, papierze i coraz nowszych mediach. Opanowanie posługiwania się źródłami światła trwało pewien czas, a odkrycie światła elektrycznego stworzyło nieograniczone możliwości. Dociekliwi artyści i naukowcy stopniowo odkrywali tajemnice świata barw, światła, co przygotowało środowisko współczesne do swobodnego zarządzania barwami.

Rozróżniamy barwy pigmentów (powierzchni przedmiotów) i barwy światła, przez co modele dzielą się na dwie kategoria. Barwy pigmentów opisuje model subtraktywny (CMYK, SWOP), zaś światła model addytywny(RGB).

 

Model subtraktywny i addytywny [autor: Quark67, licencja CC BY-SA 3.0]

Powstało wiele gam barwnych, przestrzeni kolorów. Wynika to z różnych możliwości technicznych. Podstawowym jest opis gamy barw widzianych dla ludzi. Powinien on obejmować wszystkie inne modele barw światła i pigmentów wykorzystywane w urządzeniach elektronicznych, drukarstwie, farbiarstwie itp.

Pierwszy taki model, przestrzeń barw opracowano w 1931 roku (CIEXYZ) przez Międzynarodową Komisję Oświetleniową (Commission Internationale L’Eclairage – CIE). W roku 1976 został on przetransformowany matematycznie (w oparciu o badania i doświadczenia w zakresie percepcji wzrokowej) w CIELAB. Powstał także model CIELUV.

W roku 1988 powstał model CIELCH. Każdy z tych modeli bazuje na modelu podstawowym, a za pomocą odpowiednich formuł matematycznych jest modyfikowany do przyjętych założeń dla postrzegania naturalnego barw.

 

Schemat ogólny przestrzeni barw CIE widzenia człowieka

Widzenie hyperspektralne – Mantis shrimp (Squilla mantis, Lysiosquilla maculata, Stenopus hispidus).

Niektóre krewetki posiadają doskonalszy wzrok niż człowiek. Oczy niektórych z nich posiadają 10-12 czopków (10-12 barw fundamentalnych – człowiek 3), 4 liniowe kierunki polaryzacji jednocześnie, polaryzacja kołowa, zakres od ultrafioletu do podczerwieni.

Wzór na obliczanie ilości barw widzianych przez oko wyposażone w różne ilości czopkow:

S = barwy pochodne
F = barwy fundamentalne
Squilla mantis -10:6/55; Lysiosquilla maculata -12:6/78

Oczy ssaków ewoluowały z pra-oka posiadającego elementy światłoczułe na zewnątrz. Wewnątrz przybywało komórek nerwowych zniekształcających obraz. Powstały dodatkowe komórki glejowe, które są bio-światłowodami, adaptacją ewolucyjną pozwalającą funkcjonować oku. Oczy głowonogów i skorupiaków są doskonalsze – wykształcone są bez błędu ewolucyjnego.

 

Grafiki rachunku barw dla wzroku człowieka: