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Teorie quantificate sul colore

Autore: P. Forster
a cura di Daniela Rüegg

Ricercando un metodo per la simulazione numerica di tinte pigmentose e le loro interazioni sono incappato in diverse correlazioni che tengo utile documentare.
Questa pagina illustra le basi del tema e abbozza le problematiche. Spero sia utile a chi intende dedicarsi al tema.

Uso della pagina:

  • cliccando su un'immagine , questa appare ingrandita in un tabulatore nuovo. Si chiude il tabulatore con il suo tasto X.
  • cliccando su si mette in moto un filmino in un nuovo tabulatore. Si chiude il tabulatore con il relativo tasto X.

Convertitore di dati cromatici:
Per lo studio di questa pagina è utile avere a portata di mano un convertitore . Cliccando sul tasto a destra, si apre un PopUp (pagina miniaturizzata autonoma di fianco).


1.  Colori additivi e tinte sottrattive

Sono trattati i seguenti argoment:

La premessa per poter percepire dei colori è la luce. È irrilevante se la luce raggiunge direttamente l'occhio (p.es dal televisore) o se lo raggiunge come riflesso di luce da un materiale tinto (p.es da un albero).
Se la luce è scarsa, non si percepiscono dei colori ma solo tonalità di grigio più o meno scuro; questo è dovuto a dei recettori nell'occhio più sensibili di quelli che riescono a distinguere dei colori.

⎯⎯⎯

1.1  Luce e colori

Di solito i colori e le tinte si mettono in relazione all'arcobaleno, cioè in relazione allo spettro solare. Deducendoli dallo spettro si ordinano i colori puri in bande che vanno dal rosso, giallo, verde, azzurro, blu e indago, aggiungendo un porpora chiaro che non fa parte dello spettro (intercapedine di Newton).



Questa banda venne scalata dalla CIE all'inizio del secolo scorso secondo criteri razionali e di utilità - evidentemente per dei colori luminosi nel sistema tricromico RGB.

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1.2  Colori e tinte


Per le tinte pigmentose queste definizioni del colore funzionano bene anche in modo descrittivo, meno bene per delle elaborazioni di due o più tinte: i complementi e perciò le miscele sono diversi. I pittori (anche dopo le scoperte della CIE) andavano quindi avanti con le loro scale (non ancora quantificate). Si riesce però a stabilire delle scale che funzionano anche per delle tinte pigmentose: la scala tricromica RYB.

additivo ⇄ luminoso   |   sottrattivo ⇄ pigmentoso

Tecnicamente si chiamano additive delle mescolanza di colori luminosi, mentre le mescolanze di tinte pigmentose si chiamano sottrattive.


Luci e riflessi
pigmentosi

Le regole per la mescolanza luminosa e pigmentosa sono diverse in quanto una tinta riflette un determinato colore e sopprime (assorbe) tutti gli altri.

Con i sistemi digitali si può indistintamente descrivere e riprodurre colori e tinte ma si possono determinare difficilmente delle relazioni (p.es. miscele e armonie) tra tinte pigmentose.

Mescolando tutti i colori luminosi (additivi) si arriva al bianco.
Mescolando tutte le tinte pigmentose (materiali, sottrattivi) si arriva quasi a un nero.

Paragone miscele lumin. / pigm.
Miscela 1:1 luminosa pigmentosa
giallo
#ffff00
& blu
#0000ff
grigio
#808080
verde grigiastro
#50af6a
viola
#630099
arancione grigiastro
#b1804d
grigio
#808080

Quando si tratta di relazioni (miscele, armonie) tra colori luminosi (additivi) o tra tinte pigmentose (sottrattive), le due si comportano secondo regole diverse. Fra l'altro significa che dalla mescolanza di due tinte o di due colori identici risultano diversi risultati.
I colori sugli schermi si orientano e si comportano secondo modelli luminosi e quindi anche tutti i calcoli correlati.

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1.3  Simulazione di tinte pigmentose


Miscele luminose
e pigmentose

Volendo simulare sullo schermo delle miscele pigmentose con mezzi digitali, si incontrano diversi problemi. Il primo è che "diluendo" un pigmento (con bianco) non si mantiene la tonalità. P.es. un pigmento "rosso cromio" con la diluzione diventa arancione e poi giallo oppure un pigmento acquamarino concentrato se "diluito" diventa ciano..

Con i calcoli digitali invece si può "chiarire" una tonalità ma senza modificarla "automaticamente" di tono. Questo vale sia per calcoli luminosi che per calcoli pigmentosi!


Scala HSL (rgb)

Sfera HSL

Nonostante questo fatto ho provato a stilare dei calcoli che simulano il comportamento pigmentoso.


Scala HySL

Sfera Itten HySL

Teoricamente (secondo certi esperti) questo sarebbe possibile con delle iterazioni tramite il modello Cie-XYZ . Non mi fido, perchè a questi modelli dedotti da CIE è implicito un complemento blu-giallo e quindi luminoso.

Ho optato per un modello tipo Hsl, sostituendo la scala con la tonalità H con una scala pigmentosa Hy empiricamente stabilita. Nei capitoli sulle miscele e sulle armonie cromatiche si trovano poi i dettagli.

2.  Spazi, modelli di colori



Di solito, come modelli visivi di colori si usano (bidimensionali) ruote, triangoli o irregolari oppure (trideminsionali) cubi, cilindri, coni, doppi coni, sfere o irregolari.

⎯⎯⎯

2.1  RYB, HySK: (modelli, concetti)

Fino dall'inizio del '900, colori, tinte, inchiostri erano definiti tramite dei pigmenti. Di solito la teoria dei colori si basava su tre colori basilari: rosso, giallo e blu e tre colori intermediari arancione, verde e viola.


Ruota Di Itten

Cubo RYB
Sistema RYB
rosso verde =
giallo viola =
blu arancione =
nero bianco =

 

Assieme con il bianco e il nero si completava la paletta per poter raggiungere, miscelando le otto tinte, tutte le immaginabili sfumature tra nero e bianco (come chiarezza) e dal massimo di cromaticità fino al grigio.

Le sei tinte cromatiche di solito venivano ordinate in un cerchio, con in posizione opposta le due tinte che miscelate 1:1 fornivano un grigio medio. Il sistema funzionò (e funziona) benissimo per i pittori.


Modello HySK


Modello cilindrico HySK

Nonostante la scala Hy invece di H, un modello RYB non è idoneo per l'elaborazione digitale di tinte pigmentose, perchè:

  • la luminosità L relativa (alla tonalità) non permette dei calcoli in RYB con delle luminanze assolute K.

Per i miei calcoli pigmentosi ho allestito un modello cilindrico HySK (dedotto dal modello HSL) che soddisfa le esigenze per i miei calcoli digitali pigmentosi:

  • il "mantello" rappresenta le tinte pure secondo i complementi pigmentosi,
  • in verticale si trovano le luminanze assolute K e
  • il nucleo rappresenta le tinte "grigiastre" (più o meno sature).

Lo chiamo "isoluminante", perchè sulle latitudini si trovano le tonaltà di una stessa luminanza assoluta.

Pittori di tutte le epoche si servivano e si servono di un modello simile.


Concetto di calcoli pigmentosi HySK


Visto che non mi sono noti degli algoritmi per i calcoli di tinte pigmentose me li sono dovuto stilare.

  • L'entrata e l'uscita di dati devono essere i principali per la rappresentazione di colori nel web. Per la notazione normalizzata mi sono deciso per HSL. Nella parte entrata e uscita si devono quindi trovare almeno le conversioni Hsl ⇄ Rgb ⇄ # Hex standartizzate.
  • Inoltre a questo livello si fanno ev. estrazioni e operazioni ausiliarie come i valori di grigio, di colori puri e di relativi complementi.
  • Si procede poi eseguendo le trasformazioni dei dati tra modello HSL e HySK, specificatamente H ⇄ Hy e L ⇄ K in una direzione all'entrata e nell'altra all'uscita.
  • Il passo essenziale consiste nello stilare degli algoritmi per le operazioni pigmentose più importanti: complementi, miscele e armonie (accordi).

I dettagli per questi compiti si trovano in capitoletti specifici come Tonalità, Saturazione, Luminosità, Miscele, Armonie.

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2.2  Cie-XYZ, -Lab


CIE-XYZ

I modelli "a monte" dei seguenti modelli CMYK, RGB e dei loro parenti sono i modelli CIE-XYZ e CIE-Lab.

Il modello XYZ si presenta come "triangolo" parabolico con all'apice il verde 520nm (lunghezza d'onda nel spettro solare) e alle estremità l'indago 380nm e il rosso 700nm. La superficie si immagina curva con al centro il bianco.

Perpendicolare alla superficie partendo dal bianco (valore "1") si immagina la linea della luminosità che va diminuendo fino al nero (valore "0"): la terza dimensione Z.


Dimensioni Lab

CIE-Lab

Si nota che la base tra le tonalità di rosso e indago non fa parte dello spettro solare (non ha specifiche lunghezze d'onda) ma è numericamente definibile p.es. come tonalità (x,y)=(0.6,0.2) → rosso-porpora.

Il modello Lab lo si immagina come un cubo distorto nello spazio con le assi L, a e b. "L" corrisponde alla luminanza da 0...100% (da nero a bianco), "a" corrisponde all'asse rosso +100 ... verde -100 e "b" all'asse a giallo +100 ... blu -100. Fisiologicamente lo si può immaginare come un un modello a quattro tonalità fondamentali (rosso, verde, giallo, blu) e in più la luminanza.

Anche dei pittori moderni e contemporanei si servono di questo modello basato su quattro invece che su tre colori base.

⎯⎯⎯

2.3  CMYK (cyan-magenta-yellow-black)


Romboedro sec. Küppers

Modello CMY



Per le arti tipografiche andava meno bene: 8 tinte erano difficili da maneggiare su una macchina e i colori chiari non erano facilmente raggiungibili. Si decise per i tre colori base ciano ██ C, magenta ██ M e giallo ██ Y, più tardi si aggiunse il nero ██ K per risparmiare colori e per ottenere degli scuri proprio scuri (il bianco è già dato dalla carta sulla quale si stampa).

Se si guardano le cartucce della propria stampante è evidente che il concetto è ancora questo (dopo più di cent'anni) e il sistema si chiama evidentemente CMYK.

Nella stampa i tre colori CMY non vengono mescolati ma stampati come minuscoli punti parzialmente sovraposti su carta bianca. L'aggregazione delle sfumature cromatiche avviene solo nell'occhio di chi osserva la stampa.

Durante l'era dell'impressionismo, i pittori "puntinisti" si servivano di questa tecnica ( servendosi del pennello).


Stampa
retinata

Decomposizione delle tinte in
puntini (retinatura)

Il tipografo invece procede nel seguente modo:

  • estrae dall'immagine originale (con dei filtri) le quattro tinte principali (ciano, magenta giallo e nero) su quattro immagini diverse
  • "retinizza" le quattro immagini e "le imprime" su quattro matrici di stampa diverse
  • sincronizza sulla macchina stampatrice l'esatta sovraposizione delle quattro matrici sulle quattro stazioni susseguenti di stampa (una per tinta).

Da una stampante di computer, questi compiti vengono svolti automaticamente.

Il sistema CMYK è specializzato sulla riproduzione di immagini. Non è adatto per il calcolo di relazioni tra tinte pigmentose, perchè usa la scala RGB (luminosa).

⎯⎯⎯

2.4  RGB e parenti HSL, HSV e HSB


Televisore

Cubo RGB

RGB è un modello di colori le cui specifiche sono state descritte nel 1931 dalla CIE (Commission internationale de l'üclairage).

Diversamente dalle immagini a livelli di grigio, tale modello di colori è di tipo additivo e si basa sui tre colori rosso (Red), verde (Green) e blu (Blue), da cui appunto il nome RGB, da non confondere con i sottrattivi CMYK giallo, ciano e magenta o RYB (rosso, gialli, blu).
Un'immagine può infatti essere scomposta, attraverso filtri o altre tecniche, in questi colori base che miscelati tra loro danno tutto lo spettro dei colori visibili.

Per rappresentare il modello RGB si usa normalmente un cubo (con coordinate cartesiane) o un romboedro (Küppers). Altri modelli usano invece un cilindro, cono o doppio cono (con coordinate polari): HSL, HSV, HSB.


RGB (red-green-blue)


Tricromia additiva RGB di un'immagine reale

Più specificamente i 3 colori principali corrispondono a forme d'onda (radiazioni luminose) di periodo fissato, quali:

  • Rosso, con una lunghezza d'onda di 700,47 nm
  • Verde, con una lunghezza d'onda di 546,09 nm
  • Blu, con una lunghezza d'onda di 455,79 nm

L'RGB è un modello additivo: unendo i tre colori con la loro intensità massima si ottiene il bianco (tutta la luce viene riflessa). La combinazione delle coppie di colori dà il ciano, il magenta e il giallo.


Tricromia di Maxwell 1861
precursore modelli CIE / HSL / HSV

Per poter trasferire un'immagine video è necessario inviare anche un segnale di sincronismo che fornisca le informazioni su quando inizia un'immagine (sincronismo verticale) e su quando inizia una riga dell'immagine (sincronismo orizzontale). it.wikipedia.


Sfasamento blu RGB

Nel sistema RGB mi disturba la definizione del blu: non uso #0000ff (corrisponde a H 240°) perchè per il mio occhio ha una forte tendenza al porpora come si nota abbassando la luminosità in Lab.
Mi servo invece di un blu hsl(222,100%,50%) → #004cff che corrisponde per me a un blu più puro.


HSL, HSV(B) (hue-saturation-luminosity / value / brightness)

I sistemi HSL, HSV e HSB usano la stessa scala dei colori (basata sulla tricromia di rosso, verde, blu) come il sistema RGB. Le coordinate per la definizione del colore sono invece polari e non cartesiane.


Quantificazione di modelli luminosi

Modello HSL

Modello HSV

Per il lavoro grafico che va oltre la semplice descrizione di un dato colore, i modelli di RGB e CMYK sono difficili da immaginare. Di conseguenza negli anni 1970 furono sviluppati due modelli basati sulle palette dei vecchi maestri ma con la scala luminosa del Cie: HSV (o HSB) e HSL.
Quantificano le coordinate:

  • della tonalità H (Hue) in un cerchio da 0° (rosso) fino a 360° (rosso)
  • della saturazione S (cromaticità, chroma) da 0% (grigio) a 100% (massima cromaticità) di un colore con la tonalità H.
  • della luminosità relativa di un colore rispetto alla tonalità H.
    • in HSV la chiarezza V o B da 0% (nero) fino a 100% (massima cromaticità). I colori "pallidi" (sopra la massima cromaticità) vengono stabiliti con la saturazione.
    • in HSL la luminosità relativa L da 0% (nero) fino a 100% (bianco). La massima cromaticità è definita a 50%.

Per i miei calcoli digitali con colori di solito uso i modelli RGB e HSL (con la variazione HySL per i pigmentosi).

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2.5  Riassunto terminologico


Paragone palette

I programmatori del Web per descrivere dei colori si servono di vari modelli cromatici e di relative notazioni; tutti in scala Rgb luminosa. I più noti sono:
Modello tridimensionale irregolare (luminoso, additivo)

  • Lab, XYZ: notazione "scientifica" che serve maggiormente come base di conversioni da e in altri sistemi cromatici e per scopi illuminativi.

Modello cubico (luminoso, additivo)

  • Rgb: classica notazione del Web: rosso R, verde G, blu B come mescolanza luminosa delle tre tonalità: 0...255.
  • Hex: notazione Rgb in cifre esadecimali: 0...9_a...f. La più usata sul web.

Modelli polari cilindrici, conici, sferici (luminosi, additivi)

  • Hsl: tonalità H, saturazione (cromaticità) S, luminosità L; notazione polare in gradi° e percentuali%: tonalità° 0...360°, saturazione% e luminosità% 0...100%. Usato maggiormente per determinare relazioni tra colori nelle arti grafiche.
  • Hsv: Tonalità H, saturazione (cromaticità) S, chiarezza V o B; notazione polare in gradi° e percentuali%: tonalità° 0...360°, saturazione% e luminosità% 0...100%. Maggiormente usato nelle arti grafiche per via dell' "intuitivo" nesso colore / numero.

Modello polare cilindrico (pigmentoso, sottrattivo)

  • HySK: notazione non ufficiale ( da me usata ) per svolgere dei lavori con relazioni tra tinte pigmentose. Salvo la scala della tonalità H e la sostituzione di luminosità relativa L con la luminanza assoluta K identico a Hsl.

Modello cubico (pigmentoso, sottrattivo)

  • Cmy: ciano C, magenta M, giallo Y in mescolanza pigmentosa di tinte (sottrattiva). Notazione delle tre tinte in percentuale %: 0...100%.
  • Cmyk: classica notazione per la stampa. Come Cmy ma con l'aggiunta di una quarta tinta nero K: 0...100%.


3.  Annessi

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3.1  Modelli famosi

Il punto di partenza del mio lavoro sulla teoria quantificata delle tinte pigmentose è stato lo studio delle opere inerenti i colori di Newton, Goethe, Maxwell, Munsell, Itten e Küppers. Cito di seguito i loro modelli ed i links con le loro biografie.


Sir Isaac Newton
1642-1727

J.W. von Goethe
1749-1832

James C. Maxwell
1831-1879

Albert H. Munsell
1858-1918

Johannes Itten
1888-1967

Harald L. Küppers
1928-


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3.2  Calcolatrici per colori

Ogni lavoro aritmetico sbrigativo su tinte e colori necessita di calcolatrici per conversioni di coordinate, trasformazioni di sistemi e operazioni con colori. Di seguito le a me più i più note che servono a questo scopo:

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3.3  Pagine correlate

Per approfondire le conoscenze sui dettagli delle teorie quantificate di colori e tinte possono servire le seguenti pagine:

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3.4  Filmini di modelli cromatici

Siccome i modelli cromatici sono tridimensionali, ci si fa un'idea migliore con immagini in movimento.


Sfera HSL

Sfera Itten HySL

Cilindro HySK



Cubo RGB

Cubo RYB

Romboedro sec. Küppers


Questo non toglie il fatto che si arriva solo a rappresentare la superfice del modello. L'interno e quindi i colori grigiastri bisogna comunque immaginarseli.

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3.5  Commenti

alla pagina: Teorie di colori. Se non c'è una relativa casella, cliccare sul titolo.

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Page last modified on January 19, 2015, at 06:19 PM