Смешение цветов
Смешение цветов исследует, как различные цвета объединяются для создания новых, что регулируется двумя различными принципами: аддитивным и субтрактивным смешением. Аддитивное смешение, используемое в экранах и сценическом освещении, комбинирует источники света разных цветов. Данный симулятор моделирует аддитивное смешение с использованием трёх основных цветов света: красного, зелёного и синего (RGB). Когда эти цветные лучи перекрываются, их длины волн складываются в восприятии глаза. Результирующий цвет следует правилам трёхцветовых значений: красный + зелёный = жёлтый, красный + синий = пурпурный (маджента), а зелёный + синий = голубой (циан). Комбинация всех трёх основных лучей с полной интенсивностью даёт белый свет, демонстрируя, что белый свет является смесью множества длин волн. Субтрактивное смешение, используемое в печати и живописи, предполагает смешение пигментов или фильтров, которые поглощают (вычитают) определённые длины волн из белого света. Симулятор моделирует это, используя вторичные цвета света — голубой (циан), пурпурный (маджента) и жёлтый (CMY), — которые выступают в качестве основных пигментов. Голубой фильтр поглощает красный свет, пурпурный — зелёный, а жёлтый — синий. Перекрывающиеся фильтры вычитают больше длин волн; например, голубой (поглощает красный) плюс пурпурный (поглощает зелёный) пропускает только синий свет. Комбинация всех трёх субтрактивных основных цветов в идеале поглощает весь свет, что даёт чёрный цвет. Симулятор упрощает реальную физику, используя идеальные, чистые спектральные цвета и идеально поглощающие фильтры, игнорируя такие сложности, как нелинейный отклик дисплеев, метамеризм (разные спектральные комбинации, воспринимаемые как один цвет) и неидеальное поглощение реальных красок, требующее чёрного (K) компонента в печати CMYK. Взаимодействуя с элементами управления, учащиеся изучают фундаментальную разницу между смешением света и смешением пигментов, закрепляют концепцию белого света как композитного и понимают, как восприятие цвета связано с длинами волн света, достигающими глаза.
Для кого: Учащиеся средних и старших классов на вводных уроках физики или искусства, изучающие науку о свете и цвете, а также преподаватели, демонстрирующие основные принципы аддитивных и субтрактивных цветовых систем.
Ключевые понятия
- Аддитивное смешение цветов
- Субтрактивное смешение цветов
- Цветовая модель RGB
- Цветовая модель CMY
- Основные цвета
- Дополнительные (вторичные) цвета
- Спектр света
- Цветовосприятие
Как это работает
Аддитивное смешение цветов применяется в эмиссионных дисплеях: красный, зеленый и синий свет складываются, образуя видимый спектр. Субтрактивное смешение относится к пигментам и печати: голубые, пурпурные и желтые чернила каждый удаляют часть спектра, отраженного от белой бумаги; простая модель R=255(1−C), G=255(1−M), B=255(1−Y) соответствует идеальным фильтрам на белом свете.
Основные формулы
Часто задаваемые вопросы
- Почему основные цвета для света (RGB) отличаются от основных цветов для красок (RYB)?
- Традиционные основные цвета для красок — красный, жёлтый, синий (RYB) — это исторический, практический набор для художников, но они не являются оптимальными субтрактивными основными цветами для воспроизведения наиболее широкого диапазона цветов с помощью фильтров или современных чернил. Более эффективными субтрактивными основными цветами являются голубой (циан), пурпурный (маджента) и жёлтый (CMY), каждый из которых напрямую поглощает один из основных цветов света. Система CMY используется в цветной печати, поскольку она обеспечивает более широкий цветовой охват по сравнению с RYB при смешивании.
- Если я смешаю красный и зелёный свет, я получу жёлтый. Но смешивание красной и зелёной краски даёт коричневый. Почему?
- Это подчёркивает ключевую разницу между аддитивным и субтрактивным смешением. Красный свет плюс зелёный свет складывают длины волн, стимулируя красные и зелёные колбочки в вашем глазу примерно одинаково, что мозг воспринимает как жёлтый. Красная краска выглядит красной, потому что она поглощает (вычитает) зелёный и синий свет, отражая в основном красный. Зелёная краска поглощает красный и синий. Их смешивание означает, что смесь поглощает и зелёный, И синий (от красной краски), и красный, И синий (от зелёной краски), оставляя очень мало света любого цвета для отражения — в результате получается тёмный, грязно-коричневый цвет, а не ярко-жёлтый.
- В симуляторе смешение всех трёх субтрактивных цветов (CMY) даёт чёрный. Почему в моём принтере также есть картридж с чёрными (K) чернилами?
- Симулятор использует идеальные, полностью поглощающие фильтры. Реальные голубые, пурпурные и жёлтые чернила не идеальны: они не полностью поглощают предназначенные для них длины волн цвета и также немного поглощают другие цвета. Смешение всех трёх обычно даёт тёмный, грязно-коричневый цвет, а не истинно чёрный. Использование отдельных чёрных чернил ('K' в CMYK) обеспечивает чистый, глубокий чёрный цвет для текста и теней, экономит цветные чернила, а также улучшает качество печати и её экономическую эффективность.
- Что такое 'белый' эталон в обеих моделях смешения?
- При аддитивном смешении белый — это результат, когда все три основных цвета света объединены с полной интенсивностью. Он представляет наличие широкого спектра длин волн. При субтрактивном смешении белый — это исходное условие: это цвет источника освещения (например, белой бумаги или белого экрана), из которого цвета вычитаются фильтрами или пигментами. Если никакие длины волн не вычитаются, весь свет отражается или пропускается, и вы видите белый.
Ещё из «Оптика и свет»
Другие симуляторы в этой категории — или все 37.
Поляризация (Закон Малюса)
Два поляризатора. Вращайте угол θ, наблюдайте зависимость I = I₀ cos²θ и полное гашение света.
Глаз: Близорукость и дальнозоркость
Упрощённая модель глаза + очки; индикатор размытия на сетчатке; предустановки и рекомендуемая ΔP.
Френель vs Фраунгофер
Дифракция на щели: N = a²/(λL); спираль Корню; интеграл Френеля vs sinc².
Три поляризатора (парадокс)
Цепочка Малюса P₁–P₂–P₃; скрещенные P₁⊥P₃ плюс P₂ под 45° пропускают свет.
Диск Эйри и критерий Рэлея
Дифракция Фраунгофера на круглом отверстии; первое темное кольцо; разрешение двух точек.
Оптическая скамья (песочница)
До 4 элементов: тонкие линзы, вертикальные зеркала, клин δ; параксиальное трассирование лучей.