Количество цветов, существующих во вселенной, — сложный вопрос без однозначного ответа. Восприятие цвета — это продукт сложного взаимодействия света, физики поглощения/отражения света и биологии зрения и восприятия цвета. Хотя видимый спектр кажется нам непрерывным, на самом деле он квантуется на микроскопическом уровне. Однако количество отдельных цветов во многом зависит от того, как определяется и измеряется цвет. По некоторым определениям могут существовать миллионы или миллиарды отдельных цветов, в то время как по другим определениям существуют только тысячи или сотни. Количественная оценка цвета также зависит от точности измерения и изменчивости человеческого зрения. Хотя мы никогда не узнаем точно, сколько цветов существует, мы можем изучить физику и биологию, которые управляют цветовым зрением, чтобы лучше понять истоки цветового разнообразия.
Цвет возникает из света, который является небольшой частью широкого электромагнитного спектра. Спектр охватывает все электромагнитное излучение, от радиоволн до гамма-лучей. Видимый спектр, или часть, видимая человеческому глазу, представляет собой всего лишь тонкую часть между приблизительно 400-700 нанометрами в длине волны. Однако видимый свет представляет собой только один аспект цветового зрения. Такие свойства, как интенсивность, направление, спектральная чистота и контекст, также влияют на восприятие цвета.
Любой источник света, например солнце или лампочка, излучает смесь длин волн в видимом спектре. Это распределение мощности/интенсивности по длинам волн известно как спектральное распределение мощности (SPD) света. SPD определяет воспринимаемый цвет источника света. Например, пик солнечного света приходится на желто-зеленые длины волн, что приводит к желтовато-белому виду. Пик ламп накаливания приходится на красные/оранжевые длины волн, что дает более желтый тон.
Даже монохроматические лазеры излучают свет в узкой полосе длин волн. Поэтому на практике ни один цвет не имеет одной «чистой» длины волны. Широта и перекрытие SPDs означают, что потенциальная цветовая палитра огромна. Однако значительное перекрытие между SPDs может сделать цвета неразличимыми.
Когда свет попадает на объект, некоторые длины волн поглощаются, а другие отражаются. Отраженные длины волн определяют, какой цвет воспринимают наши глаза. Например, банан кажется желтым, потому что он поглощает синий и красный свет, отражая в основном желтый. Пигменты в материалах избирательно поглощают/отражают разные длины волн. Разнообразие натуральных и синтетических пигментов вносит свой вклад в разнообразие цветов.
В частности, некоторые существа могут видеть свет за пределами видимого человеком спектра. Пчелы видят в ультрафиолете, а змеи могут обнаруживать инфракрасные тепловые сигналы. Это расширяет их цветовую палитру за пределы того, что воспринимают люди.
У людей трихроматическое цветовое зрение, то есть наши глаза содержат три типа цветовых рецепторов (колбочек). Колбочки чувствительны к коротким (S), средним (M) и длинным (L) длинам волн света. Все воспринимаемые цвета могут быть сопоставлены комбинациями этих трех сигналов колбочек. Это известно как трихроматическая теория цветового зрения.
Колбочки имеют перекрывающуюся, но различную спектральную чувствительность. Мозг сравнивает и обрабатывает относительные сигналы от трех колбочек, чтобы создать цветовые ощущения. Небольшие различия в чувствительности колбочек между людьми способствуют изменчивости восприятия цвета.
Согласно теории процесса оппонента, сигналы от колбочек преобразуются в три оси восприятия: красный-зеленый, синий-желтый и светлый-темный. Стимуляция одной стороны оси (например, красной) подавляет противоположную сторону (зеленую). Промежуточные цвета можно моделировать как комбинации вдоль этих осей оппонента. Хотя это и сложно, это дает основу для количественной оценки воспринимаемого цвета.
| Цветовая ось | Противоположные концы | |
|---|---|---|
| Красный-зеленый | Красный | Зеленый |
| Синий-желтый | Синий | Желтый |
| Светлый-темный | Светлый | Темный |
Для систематического описания цвета были созданы различные цветовые модели или цветовые пространства. Хотя ни одна модель не может идеально количественно оценить человеческое восприятие цвета, они предоставляют стандартизированные системы для численного представления цвета. Это позволяет передавать, измерять и воспроизводить цвета.
Некоторые распространенные цветовые модели включают:
– RGB (красный, зеленый, синий): основана на человеческой трихроматической системе. Используется для дисплеев компьютеров/телевизоров.
– CMYK (голубой, пурпурный, желтый, черный): основана на отражающей цветной печати. Используется для процессов печати.
– HSL (оттенок, насыщенность, светлота): описывает цвет по углу оттенка на круге, насыщенности и светлоте. Разработана для соответствия тому, как люди воспринимают цвет.
– CIELAB: моделирует цвет в соответствии с человеческим зрением на осях светлоты (L), красно-зеленого (a) и сине-желтого (b). Разработана для измерения различий между цветами.
Эти пространства имеют разное количество измерений, причем большее количество измерений позволяет представлять более тонкие цветовые различия. Современные модели могут использовать десятки или сотни измерений, что позволяет определять миллионы различных цветов.
Примерно 1 из 12 мужчин и 1 из 200 женщин имеют ту или иную форму дефицита цветового зрения. Наиболее распространенной формой является красно-зеленая цветовая слепота, при которой субъекты испытывают трудности с различением красных и зеленых оттенков. Это ограничивает диапазон цветов, различимых этими людьми.
Более редкие дефициты, такие как монохроматия, при которой субъекты могут видеть только оттенки серого, еще больше ограничивают воспринимаемую цветовую палитру. Распространенность цветовой слепоты показывает, что на практике количество различимых цветов варьируется у разных людей в зависимости от биологии.
Оперативное определение дискретных цветов требует квантованного цветового пространства и порога точности для различения цветов. Например, если мы квантуем цвет RGB в дискретные значения от 0 до 255 на канал, то существует 2563 = 16 777 216 возможных цветовых комбинаций. Однако многие из этих цветов неразличимы для человеческого глаза.
Исследования по различению цветов были направлены на эмпирическое измерение того, сколько цветов люди могут надежно различать. В различных экспериментах испытуемые пытаются различать похожие цвета, отображаемые на экране. JND (едва заметная разница) — это минимальная разница, необходимая для обнаружения цветового сдвига.
Эти исследования показали, что количество различимых цветов может варьироваться от примерно 2,3 миллионов цветов до 10 миллионов цветов в зависимости от методологии. Однако для этого по-прежнему требуется упрощенное дискретное цветовое пространство и пороговые значения.
Восприятие цвета является аналоговым, а не цифровым. Небольшие различия в визуальном спектре воспринимаются непрерывно, а не дискретно. Не существует универсальной согласованной границы, где постепенные цветовые сдвиги становятся «разными цветами».
Учитывая аналоговые вариации по длинам волн и неограниченную точность, существуют функционально бесконечные потенциальные спектральные комбинации. Однако, относительно немногие из них различимы, учитывая ограничения человеческого зрения. Хотя их невозможно количественно измерить, количество воспринимаемых цветов значительно больше десятков миллионов, которые были направлены на измерение исследований.
Внешний вид цвета сильно зависит от окружающих цветов через одновременные эффекты контраста. Цвет, рассматриваемый на разных фонах, может казаться изменившимся по светлоте, оттенку или насыщенности. Оптические иллюзии наглядно иллюстрируют это.
Таким образом, цвет не имеет фиксированного внешнего вида сам по себе, а меняется в зависимости от контекста. Зрительная система объединяет близлежащие цвета в единое целое. Эта взаимозависимость означает, что количество различных цветов частично зависит от комбинаций с другими цветами.
После того, как глаза и зрительная кора улавливают физический стимул света, дополнительная нейронная обработка конструирует восприятие цвета. Зрительные области, такие как V4, участвуют в вычислении представления цвета. Это включает в себя фильтрацию, обнаружение краев, нормализацию контраста и другие преобразования.
Внешний вид цвета в конечном итоге зависит от алгоритмов мозга, а не только от входного стимула. Воспринимаемые цвета не фиксированы, а динамически смещаются в соответствии с нейронными вычислениями, которые извлекают отношения, края, контраст и узоры. Это расширяет возможности различения цветов.
Могут ли существовать цвета за пределами человеческого зрения? Помимо визуального восприятия, то, как мы лингвистически категоризируем и определяем цвет, также влияет на количество. Разные языки делят цветовой спектр на отдельные именованные категории по-разному.
Некоторые определения распознают только цвета, воспринимаемые людьми, в то время как другие открыты для гипотетических цветов, которые люди не могут видеть (например, ультрафиолетовые цвета). Существуют также различные семантические соображения относительно того, что составляет отдельный «цвет» по сравнению с оттенками, тонами или другими дескрипторами.
Таким образом, количество цветов в значительной степени зависит от того, как конструируются и определяются цветовые категории вербально/ментально, помимо одних лишь визуальных стимулов. Существуют концептуальные аспекты подсчета цветов.
Цвет приобретает значение, специфичное для культур, периодов времени и контекстов. Хотя цвет может выглядеть одинаково физически, он передает разные социальные/эмоциональные ассоциации и значения. Например, белый цвет сигнализирует о чистоте в западных культурах, но трауре в некоторых восточных культурах.
Один и тот же цвет-стимул вызывает разные реакции и модели мышления в зависимости от наблюдателя. Разнообразие значений цветов и цветовой символики у человечества вносит свой вклад в сложность количественной оценки цвета.
Не существует однозначного ответа на вопрос, сколько цветов существует. От физики света до биологии зрения и нейробиологии восприятия, множество переплетенных факторов формируют цветовой опыт. В зависимости от того, моделируются ли цвета цифровым, аналоговым или концептуальным способом, оценки варьируются от тысяч до миллионов и бесконечности. Различия между людьми и культурами еще больше разнообразят восприятие цвета. Хотя мы не можем предоставить дискретное количество цветов, мы можем продолжать исследовать замечательную сложность цвета и зрения.