Musina.K.I..Lekcii.po.discipline.Koloristika
.pdfЛекции по дисциплине Колористика Б3.ДВ.8
Специальность подготовки: 072500.62 - Дизайн Квалификация выпускника: бакалавр Форма обучения: очное Язык обучения: русский
Автор(ы):
доцент кафедры изобразительного искусства и дизайна Мусина К.И.
Л1 Введение. Основные термины и понятия
Что такое свет?
Изотерическое понятие «Бог есть свет». Во всех культурах есть тесная связь между светом и божественностью, между светом и мирозданием.
Свет – это цвет, свет – это энергия. Он вдохновляет искусство религию и науку. Свет заключает в себе секреты Вселенной.
Многие тысячелетия человек пытается понять природу света, так как он ведет к пониманию Бога. Вся современная наука возникла в результате религиозного познания природы света.
Первая теория света-зрения-оптики принадлежит Эмпедоклу основателю медицины, жившему ок. 430 до н. э. (2500 лет назад) в г. Акрагант в Сицилии.
Эвклид́ок. 300 г. до н. э. — древнегреческий математик, «отец геометрии». Он считал, что свет это лучи, которые испускаются глазом и «ощупывают» предметы, и что при помощи геометрии прямых линий и треугольников можно справиться со стоящими проблемами света и зрения (глаз - кончик пальца - верхушка колонны находятся на одной линии).
Ибн ал-Хайсам ал-Басри (X-XI), «отец оптики». Ибн ал-Хайсаму принадлежит фундаментальный труд по оптике — «Сокровища оптики» в 7 книгах. Среди опытов, проведенных учёным, выделяются опыты с камерой-обскурой, опыты по преломлению света и эксперименты с различными видами зеркал. В XII веке это сочинение было переведено на латинский язык под названием «Сокровище оптики» (лат. Opticae thesaurus) и оказало большое влияние на развитие оптики в Европе. Ибн ал-Хайсам составил также ряд трактатов о зажигательных стёклах и трактаты «О свете Луны», «О радуге», «О
1
свойствах теней». В XII веке Роджер Бейкон, францисканский монах изучал труды алХайсама, делал опыты с линзами, изобрел очки, был посажен на 20 лет, где и написал труд о радуге и оптическом свойстве линз.
Рене Декарт, французский ученый, физик, математик, физиолог, работал по поручению Ришелье, в своих трудах сравнивал мироздание с Землей в центре с хорошо отлаженным часовым механизмом. Он изучал строение человеческого глаза и увидел, что хрусталик передает изображение на сетчатку перевернутым, а нервная система исправляет его в нашем мозгу.
Какова же была картина мира в это время или какова была научная парадигма XVIII века? В этот период было множество спекулятивных теорий света и цветности; Всеобщий разлад усугубил каскад открытий XVII века: дифракция (1665, Гримальди), интерференция (1665, Гук), двойное лучепреломление (1670, Эразм Бартолин, изучено Гюйгенсом), оценка скорости света (1675, Рёмер). Теории света, совместимой со всеми этими фактами, не существовало.
Исаак Ньютон, жил в Кембридже в сер. XVIII века. Ньютону принадлежат фундаментальные открытия в древней науке оптике. Он построил первый зеркальный телескоп (рефлектор). Но его главное достижение — создание основ физической (не только геометрической) оптики как науки и разработка её математической базы, превращение теории света из бессистемного набора фактов в науку с богатым качественным и количественным содержанием, экспериментально хорошо обоснованным.
Историки выделяют две группы тогдашних гипотез о природе света.
Эмиссионная (корпускулярная): свет состоит из мелких частиц (корпускул), излучаемых светящимся телом. В пользу этого мнения говорила прямолинейность распространения света, на которой основана геометрическая оптика, однако дифракция и интерференция плохо укладывались в эту теорию.
Волновая: свет представляет собой волну в невидимом мировом эфире. Оппонентов Ньютона (Гука, Гюйгенса) нередко называют сторонниками волновой теории, однако надо иметь в виду, что под волной они понимали не периодическое колебание, как в современной теории, а одиночный импульс; по этой причине их объяснения световых явлений были мало правдоподобны и не могли составить конкуренцию ньютоновским (Гюйгенс даже пытался опровергнуть дифракцию). Развитая волновая оптика появилась только в начале XIX века.
Ньютон, выдвигает компромиссную, корпускулярно-волновую теорию света. В своих работах Ньютон детально описал математическую модель световых явлений, оставляя в стороне вопрос о физическом носителе света: «Учение моё о преломлении света и цветах состоит единственно в установлении некоторых свойств света без всяких гипотез о его происхождении».
2
Л2 Природа света
2.1.Оптические приборы
С созданием оптических инструментов появились сомнения в существовании Бога. В 1577 году в Дании, на Балтийском море, датский астроном, астролог и алхимик эпохи Возрождения Тихо Браге построил лучшие навигационные приборы, создал навигационную карту неба.
Наука космология все еще считала, что Земля находится в центре, окруженная хрустальными сферами. В Венеции XVI века изготавливали очень много декоративного стекла. Здесь в 1609 году Галилео Галилей изготовил первую подзорную трубу. Вогнутая и выгнутая линзы увеличивали изображение в 10 раз. В телескоп «Звездный посланник» он увидел планеты, вращающиеся вокруг Юпитера. Галилей создал модель мироздания с Солнцем в центре.
Вильям Гершель трансформировал теорию света. Он изобрел новую модель зеркального телескопа, открыл Уран, измерил скорость света (300 тыс. км/с). Например, свет от Солнца доходит за 8 минут, а свет звезд идет миллионы лет.
Телескоп Галилея, микроскоп Хука, зеркала Гершеля изменили мир.
2.2.Волновая природа света
Джеймс Максвелл разгадал природу света – эл/магнитная волна. Разные цвета спектра соответствуют волне разных частот колебаний.
Красная – низкая частота, фиолетовая – высокая. Еще быстрее – ультрафиолетовые волны, медленнее – инфракрасные.
Теория цветов Джеймса Максвелла.
Благодаря исследованиям Максвелла появились эл/магнитный генератор и лампа накаливания. В 1878 году Эдисон создал первую в мире общественную систему эл/освещения, и начал продавать электричество как стиль жизни. Во времена Ньютона ещё не было известно, что свет – это электромагнитные волны, а различные цвета световых лучей соответствуют электромагнитным волнам разной длины волны. В настоящее время установлено, что диапазон волн с длиной волны
3
от 630 до 760 нм (нанометр) воспринимается нами как красный,
от 590 до 620 нм – как оранжевый,
от 565 до 590 нм – как жёлтый;
от 500 до 565 нм – как зелёный,
от 485 до 500 нм – как голубой,
от 440 до 485 нм – как синий
от 380 до 440 нм – как фиолетовый.
Считая свет электромагнитными волнами с длиной волны, лежащей в диапазоне между 380 и 760 нм, можно дать современную интерпретацию дисперсии, открытой Ньютоном.
Дисперсия – это зависимость показателя преломления света от его длины волны.
Цвета предметов зависят от того, электромагнитные волны какой длины волны они отражают. Например, кожура помидора отражает только свет с длиной волны, соответствующей красному цвету, а листья – только лучи зелёного цвета. Поэтому, если осветить помидор только синими лучами света, то он станет чёрным.
Интерференция и дифракция волн
Интерференция волн — взаимное усиление или ослабление амплитуды двух или нескольких когерентных волн, одновременно распространяющихся в пространстве. Сопровождается чередованием максимумов и минимумов (пучностей) интенсивности в пространстве. Результат интерференции (интерференционная картина) зависит от разности фаз накладывающихся волн.
Опыт Юнга
Интерференция света — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной.
Картина интерференции большого количества круговых когерентных волн, в зависимости от длины волны и расстояния между источниками.
Дифракция́ волн́ (лат. diffractus — буквально разломанный, переломанный, огибание препятствия волнами) — явление, которое проявляет себя как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн. Она представляет собой универсальное волновое явление и характеризуется одними и теми же законами при наблюдении волновых полей разной природы.
На рисунке показано, как выглядят на фотографиях дифракционные картины от различных препятствий: а) от тонкой проволочки; б) от круглого отверстия; в) от круглого экрана.
4
Вместо тени от проволочки видна группа светлых и темных полос; в центре дифракционной картины от отверстия появляется темное пятно, окруженное светлыми и темными кольцами (изменяя диаметр отверстия, можно в центре дифракционной картины получить и светлое пятно, окруженное темными и светлыми кольцами); в центре тени, образованной круглым экраном, видно светлое пятнышко, а сама тень окружена темными концентрическими кольцами.
2.4. Архитектурная акустика
Архитектурная акустика, акустика помещений, область акустики, изучающая распространение звуковых волн в помещении, отражение и поглощение их поверхностями, влияние отражённых волн на слышимость речи и музыки. Целью исследований служит создание приёмов проектирования залов (театральных, концертных, лекционных, радиостудий и т. п.) с заранее предусмотренными хорошими условиями слышимости.
В закрытых помещениях более или менее значительного объёма слушатель воспринимает, кроме прямого звука, ещё и ряд его запаздывающих повторений, обусловленных отражениями от ограничивающих поверхностей и быстро следующих друг за другом. Вследствие поглощения звуковой энергии при каждом отражении и в процессе её распространения эти повторения ослабляются тем сильнее, чем больше их запаздывание относительно прямого звука.
Прежде в состав А. а. включали вопросы изоляции помещений от проникающих извне звуков; теперь эти проблемы выделились в самостоятельную область — строительную акустику. Методами А. а. пользуются также в технике борьбы с шумом в помещениях.
В А. а. различают более строгую волновую теорию и менее строгую, но более удобную для технических расчётов геометрическую, в которой направление распространения и границы основной части потока звуковой энергии, переносимой падающими на препятствие или отражёнными звуковыми волнами, изображают прямыми лучами. Геометрические представления тем более правомерны, чем меньше длина звуковой волны по сравнению с размерами препятствия.
Психоакустика.
Акустика изучает физические свойства звука и его взаимодействие с окружающей средой. Психоакустика изучает восприятие звука человеком: слушатель с биологическими приемниками звука (ушами) и процессором (мозгом) реагирует на поступающий к нему звук.
Реверберация.
Реверберация - это послезвучие, которое продолжает звучать в помещении после того как источник звука замолчал. Наиболее заметна реверберация в больших помещениях таких как холл или зал.
Если рассмотреть этот процесс физически то возможно нарисовать такой график:) Звуковые волны, исходящие от источника к слушателю возможно разбить на несколько составляющих:
5
Прямой сигнал
Ранние отражения
Поздние отражения и последующая реверберация
Как не трудно догадаться, физика такого явления заключается скорости звука. Путь звуковой волны можно представить в виде ломаной линии, состоящей из отрезков l1,l2...lm. Длина каждого такого отрезка соответствует свободному пути, пройденному между двумя соседними отражениями.
Реверберация - это естественное физическое явление, которое ежедневно присутствуют в нашей жизни. Без него - (в звукоизолированной камере) подсознательно чувствуешь себя неуютно…
Светотехника
Светотехника, область науки и техники, предмет которой — исследование принципов и разработка способов генерирования, пространственного перераспределения, измерения характеристик оптического излучения (света) и преобразования энергии света в др. виды энергии.
В С., в соответствии с областями использования света, различают осветительные, облучательные и светосигнальные установки (и соответствующие световые приборы). Осветительные установки создают необходимые условия освещения, которые обеспечивают зрительное восприятие (видение), дающее около 90% информации, получаемой человеком от окружающего его предметного мира. В СССР на искусственное освещение расходуется 10—12% вырабатываемой электроэнергии (установлено около 650 млн. световых точек); в США — 18%.
Оптика
Оптика (греч. optikē — наука о зрительных восприятиях, от optós — видимый, зримый), раздел физики, в котором изучаются природа оптического излучения (света), его распространение и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества.
Физическая О. рассматривает проблемы, связанные с природой света и световых явлений. Утверждение, что свет есть поперечные электромагнитные волны, основано на результатах огромного числа экспериментальных исследований дифракции света, интерференции света, поляризации света и распространения света в анизотропных средах (см. Кристаллооптика, Оптическая анизотропия). Совокупность явлений, в которых проявляется волновая природа света, изучается в крупном разделе физической О. — волновой О. Её математическим основанием служат общие уравнения классической электродинамики — Максвелла уравнения. Свойства среды при этом характеризуются макроскопическими материальными константами — диэлектрической проницаемостью e и магнитной проницаемостью m, входящими в уравнения Максвелла в виде коэффициентов.
6
Двойственность природы света (наличие одновременно характерных черт, присущих и волнам, и частицам) — частное проявление корпускулярно-волнового дуализма, свойственного, согласно квантовой теории, всем объектам микромира (например, электронам, протонам, атомам).
Новые возможности получения оптических образов без применения фокусирующих систем даёт голография, основанная на однозначной связи формы тела с пространственным распределением амплитуд и фаз распространяющихся от него световых волн. Появление источников интенсивных когерентных световых полей (лазеров) дало толчок широкому развитию голографии. Она находит применение при решении многих научных и технических проблем. С помощью голографии получают пространственные изображения предметов, регистрируют (при импульсном освещении) быстропротекающие процессы, исследуют сдвиги и напряжения в телах и т.д. Несмотря на успехи электродинамические теории, выяснилось, что она явно недостаточна для описания процессов поглощения и испускания света.
7
Л3.Восприятие цвета
Цвет и цветовосприятие играет огромную роль в жизни человека. Цвет – это мощный изобразительный инструмент. Поэтому мы выносим раздел цветоведения за рамки раздела "Композиция", хотя понятие композиции в искусстве и дизайне всеобъемлюще и включает в себя все, в том числе и цвет. Но цвет настолько важен для нас, что мы рассматриваем его отдельно.
Трехкомпонентность цветового зрения
Первый, кто пытался разрешить эту проблему цветового восприятия, был Томас Юнг. Он выдвинул теорию, развитую в дальнейшем Германом фон Гельмгольцем. Юнг разработал первую содержательную теорию цвета. Он исходил из хорошо известного факта трехкомпонентности цветового зрения. Если бы существовали рецепторы, чувствительные к каждому отдельному цвету, тогда их должно быть по крайней мере 200 различных типов. Многие ученые строили свои цветовые модели на основе трех основных цветов, в том числе Гёте. Но Юнг искал объяснение этому факту не в природе света, а в физиологии человека.
Итак, согласно теории Юнга–Гельмгольца, существует три типа цветочувствительных рецепторов (колбочек), которые отвечают соответственно на красный, зеленый и синий (или фиолетовый) цвета, а ощущения всех остальных цветов спектра возникают при смешении сигналов этих трех рецепторных систем.
8
Л4 Светоцветовая среда – основа восприятия архитектуры
4.1. Свет, зрение и архитектура
Свет — излучение оптической области спектра, которое вызывает биологические,
главным образом зрительные реакции.
Цвет — особенность зрительного восприятия, позволяющая наблюдателю распознавать цветовые стимулы (излучения), различающиеся по спектральному составу.
Световая среда — совокупность ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных излучений, генерируемых источниками естественного и искусственного света; это важнейшая составляющая жизненной среды живых организмов и растений, определяемая световыми потоками источников света, трансформируемыми в результате вза-
имодействия с окружающей предметной средой, которая воспринимается по распределению света и цвета в пространстве.
Зрение — чрезвычайно сложный процесс. Химические и электрические явления в сетчатке глаза, передача нервных импульсов по зрительному нерву,
деятельность клеток в зрительных зонах мозга — все это составные части процесса,
называемого зрением.
Каждый участок светочувствительного слоя состоит из элементов, по-разному воспринимающих световую энергию различных полос спектра; это определяет различия в цвете.
Способность глаза реагировать на весьма слабые, так и на весьма интенсивные раздражители объясняется наличием на сетчатке двоякого рода элементов – колбочек и палочек, воспринимающих световые раздражения.
Центральное зрение отличается от периферического тем, что оно позволяет судить о спектральном составе света. Это свойство глаза обогащает возможности архитектора оценивать пространство распределения света с помощью не только количественных, но и качественных характеристик, определяемых спектральным составом света.
9
Периферическое зрение с более высокой (в тысячи раз) чувствительностью к свету обладает меньшей четкостью видимости. Максимум чувствительности при сумеречном зрении сдвинут из желто-зеленой части спектра (при центральном зрении) в сине-зеленую при почти полной потере чувствительности палочек в красной части спектра. Такое изменение чувствительности глаза к излучениям различных участков спектра при переходе от больших яркостей к малым известно под названием эффекта Пуркинье.
Эффект Пуркинье имеет большое практическое значение при выборе уровня освещенности на улицах городов и в зданиях, а также при отделке зданий и интерьеров,
освещаемых источниками с различной цветностью излучения.
Дифракция — отклонение световых лучей от направлений, по которым они должны были бы распространяться по законам оптики; наблюдается при ограничении световых потоков экранами; обусловлена волновой природой света.
Аберрация — искажение или недостаточная отчетливость изображения.
Знание фотометрических и колориметрических характеристик фасадов даже при учете эффекта Пуркинье не позволяет однозначно судить об их восприятии, поскольку субъективная (воспринимаемая глазом) яркость (светлота) зависит не только от дей-
ствительной яркости и яркостных контрастов, но и от условий адаптации глаза. Различают
темновую адаптацию, наблюдаемую при переходе от большой яркости к малой, и
световую — при обратном переходе.
Анализ памятников архитектуры показывает, что для решения архитектурно-
художественных задач интерьера и экстерьера архитекторы умело использовали световую и темновую адаптацию зрения.
Прием световой адаптации широко использовался в архитектуре барокко. Отчетливо выраженная тенденция к яркостным контрастам особенно характерна для этого стиля в решении интерьера. Используя в соборах и церквях контраст ярких поверхностей центральных нефов и алтарей с сумраком боковых нефов, зодчие барокко добились впечатления движения и беспредельности пространства.
При восприятии русской архитектуры полем адаптации почти всегда служит высокая и равномерная яркость пасмурного неба. Как живописец выбирает изобразительный прием в зависимости от яркости поля адаптации, так и архитектор выбирает композиционный прием в зависимости от яркости фона, на котором будет рассматриваться его
10