نموذج الألوان

يُعدّ نموذج RYB نموذجًا لونيًا طرحيًا يُستخدم في الفنون والتصميم التطبيقي، حيث تُعتبر الأصباغ الحمراء والصفراء والزرقاء ألوانًا أساسية . [ ^{2 ] [ 3 ] ويرتبط} نموذج RYB اللون تحديدًا في صورة طلاء وتطبيق أصباغ في الفنون والتصميم. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} ومن نماذج الألوان الشائعة الأخرى نموذج الضوء (RGB) ونموذج ألوان CMY ( الطلاء والأصباغ والحبر ) ، وهو أكثر دقة من حيث نطاق الألوان وشدتها مقارنةً بنموذج RYB التقليدي، وقد ظهر الأخير بالتزامن مع نموذج ألوان CMYK في صناعة الطباعة. ^{[ 7 ] [ 8 ]} وقد استخدم جاكوب كريستوف لو بلون هذا النموذج في الطباعة عام 1725 وأطلق عليه اسم Coloritto أو تناغم الألوان ، ^{[ 9 ]} موضحًا أن الألوان الأولية (الأساسية) هي الأصفر والأحمر والأزرق، بينما الألوان الثانوية هي البرتقالي والأخضر والبنفسجي . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

تستخدم الوسائط التي تنقل الضوء (مثل التلفزيون) تقنية مزج الألوان الإضافية ، حيث تُحفز الألوان الأساسية الأحمر والأخضر والأزرق ، كل لون منها نوعًا واحدًا من مستقبلات الألوان الثلاثة في العين، مع تقليل تحفيز النوعين الآخرين قدر الإمكان. يُطلق على هذا اسم فضاء ألوان " RGB " . تغطي مزيجات الضوء من هذه الألوان الأساسية جزءًا كبيرًا من فضاء الألوان البشري، وبالتالي تُنتج جزءًا كبيرًا من تجاربنا اللونية. لهذا السبب، لا تحتاج أجهزة التلفزيون الملونة أو شاشات الكمبيوتر الملونة إلا إلى إنتاج مزيج من الضوء الأحمر والأخضر والأزرق. انظر: الألوان الإضافية .

من حيث المبدأ، يمكن استخدام ألوان أساسية أخرى، ولكن باستخدام الأحمر والأخضر والأزرق، يمكن تمثيل الجزء الأكبر من نطاق الألوان البشرية. مع ذلك، لا يوجد إجماع دقيق حول مواقع هذه الألوان الثلاثة في مخطط اللونية ، لذا قد تُنتج نفس قيم RGB ألوانًا مختلفة قليلاً على شاشات مختلفة.

يُعدّ نظام RGB نموذجًا لونيًا يعتمد على الجهاز : إذ تكتشف الأجهزة المختلفة قيمة RGB معينة أو تعيد إنتاجها بشكل مختلف، نظرًا لاختلاف عناصر اللون (مثل الفوسفور أو الأصباغ ) واستجابتها لمستويات الأحمر والأخضر والأزرق من مصنّع لآخر، أو حتى في الجهاز نفسه بمرور الوقت. ^{[ 12 ] [ 13 ]} وبالتالي، لا تُعرّف قيمة RGB اللون نفسه عبر الأجهزة دون وجود نوع من إدارة الألوان . ^{[ 14 ]}

من الممكن الحصول على نطاق واسع من الألوان التي يراها الإنسان بدمج أصباغ/أحبار شفافة باللون السماوي والأرجواني والأصفر على سطح أبيض. هذه هي الألوان الأساسية الطرحية . غالبًا ما يُضاف حبر رابع، وهو الأسود ، لتحسين استنساخ بعض الألوان الداكنة. يُطلق على هذا اسم فضاء الألوان "CMY" أو "CMYK".

يمتص الحبر السماوي الضوء الأحمر ولكنه ينقل الأخضر والأزرق، ويمتص الحبر الأرجواني الضوء الأخضر ولكنه ينقل الأحمر والأزرق، بينما يمتص الحبر الأصفر الضوء الأزرق ولكنه ينقل الأحمر والأخضر. تعكس الركيزة البيضاء الضوء المنقول إلى المشاهد. ولأن أحبار CMY المناسبة للطباعة تعكس عمليًا جزءًا من اللون، مما يجعل الحصول على لون أسود غامق ومحايد أمرًا مستحيلًا، فإن مكون الحبر الأسود (K)، الذي يُطبع عادةً في النهاية، ضروري لتعويض هذا النقص. كما أن استخدام حبر أسود منفصل يُعدّ خيارًا اقتصاديًا عند توقع وجود محتوى أسود كبير، كما هو الحال في الوسائط النصية، لتقليل استخدام الأحبار الملونة الثلاثة في آنٍ واحد. أما الأصباغ المستخدمة في المطبوعات والشرائح الفوتوغرافية الملونة التقليدية فهي أكثر شفافية، لذا لا يُستخدم مكون الحبر الأسود (K) عادةً في هذه الوسائط.

كرة الألوان ( Farbenkugel ) لفيليب أوتو رونج ، 1810، تُظهر السطح الخارجي للكرة (الصورتان العلويتان)، والمقاطع العرضية الأفقية والرأسية (الصورتان السفليتان).

كرة ملونة من تصميم يوهانس إيتن ، 1919-1920

ابتكر كلٌّ من علماء نظرية الألوان أشكالًا لونيةً فريدة . يتخذ العديد منها شكل كرة ، بينما يتخذ البعض الآخر أشكالًا بيضاوية ثلاثية الأبعاد مشوهة ، وقد صُممت هذه الاختلافات للتعبير عن جانبٍ من جوانب العلاقة بين الألوان بشكلٍ أوضح. تُعدّ الكرات اللونية التي ابتكرها فيليب أوتو رونج ويوهانس إيتن أمثلةً نموذجيةً ونماذج أوليةً للعديد من المخططات الأخرى للأشكال اللونية الصلبة. ^{[ 15 ]} تتطابق نماذج رونج وإيتن بشكلٍ أساسي، وتشكل أساس الوصف الوارد أدناه.

تتمركز الألوان النقية المشبعة ذات السطوع المتساوي حول خط الاستواء على محيط كرة الألوان. وكما هو الحال في عجلة الألوان، تتوضع الألوان المتناقضة (أو المتكاملة) متقابلة. بالاتجاه نحو مركز كرة الألوان على المستوى الاستوائي، تقل تشبع الألوان تدريجيًا، حتى تلتقي جميعها عند المحور المركزي لتشكل لونًا رماديًا محايدًا . بالاتجاه عموديًا في كرة الألوان، تصبح الألوان أفتح (باتجاه الأعلى) وأغمق (باتجاه الأسفل). عند القطب العلوي، تلتقي جميع الألوان في اللون الأبيض؛ وعند القطب السفلي، تلتقي جميع الألوان في اللون الأسود.

إذن، يكون المحور الرأسي للكرة اللونية رماديًا على امتداد طولها، متدرجًا من الأسود في الأسفل إلى الأبيض في الأعلى. تقع جميع الألوان النقية (المشبعة) على سطح الكرة، متدرجة من الفاتح إلى الداكن نزولًا على سطحها. أما الألوان غير النقية (غير المشبعة، والناتجة عن مزج ألوان متناقضة) فتشكل باطن الكرة، متدرجة هي الأخرى في درجة سطوعها من الأعلى إلى الأسفل.

لطالما مزج الرسامون الألوان بدمج أصباغ زاهية نسبياً مع الأسود والأبيض. تُسمى الخلطات التي تحتوي على الأبيض بالظلال ، والخلطات التي تحتوي على الأسود بالدرجات ، والخلطات التي تحتوي على كليهما بالدرجات اللونية . انظر: الظلال والدرجات اللونية . ^{[ 16 ]}

يمكن ترتيب نطاق ألوان RGB على شكل مكعب. نموذج RGB ليس بديهيًا للفنانين الذين اعتادوا على استخدام النماذج التقليدية القائمة على التدرجات اللونية. وقد صُممت نماذج ألوان HSL وHSV لمعالجة هذه المشكلة.

أسطوانة HSL

أسطوانة HSV

يُعد كل من نظامي HSL وHSV شكلين هندسيين أسطوانيين، حيث يبدأ اللون، وهو بُعدهما الزاوي، من اللون الأحمر الأساسي عند 0°، مرورًا باللون الأخضر الأساسي عند 120°، ثم اللون الأزرق الأساسي عند 240°، ثم يعود إلى اللون الأحمر عند 360°. في كل شكل هندسي، يتألف المحور الرأسي المركزي من الألوان المحايدة أو اللا لونية أو الرمادية ، بدءًا من الأسود عند درجة سطوع 0 أو قيمة 0 (الأسفل)، وصولًا إلى الأبيض عند درجة سطوع 1 أو قيمة 1 (الأعلى).

تُنتج معظم أجهزة التلفاز وشاشات الكمبيوتر وأجهزة العرض الألوان من خلال دمج الضوء الأحمر والأخضر والأزرق بدرجات متفاوتة من الشدة - وهي الألوان الأساسية المضافة RGB . ومع ذلك، فإن العلاقة بين كميات الضوء الأحمر والأخضر والأزرق المكونة للون الناتج غير بديهية، خاصة بالنسبة للمستخدمين غير المتمرسين، وللمستخدمين الذين يعرفون مزج الألوان الطرحي للدهانات أو نماذج الفنانين التقليدية القائمة على التدرجات اللونية.

في محاولةٍ لاستيعاب نماذج مزج الألوان التقليدية والبديهية، طوّر رواد رسومات الحاسوب في مركز أبحاث بالو ألتو (PARC) ومعهد نيويورك للتكنولوجيا (NYIT) نموذج HSV في منتصف سبعينيات القرن الماضي، والذي وصفه ألفي راي سميث ^{[ 17 ]} رسميًا في عدد أغسطس 1978 من مجلة رسومات الحاسوب . وفي العدد نفسه، وصف جوبلوف وغرينبيرغ ^{[ 18 ]} نموذج HSL - الذي أطلقوا على أبعاده اسم الصبغة ، والتشبع النسبي ، والشدة - وقارنوه بنموذج HSV. استند نموذجهم بشكلٍ أكبر على كيفية تنظيم الألوان وتصورها في الرؤية البشرية من حيث سمات تكوين الألوان الأخرى، مثل الصبغة، والسطوع، والتشبع؛ بالإضافة إلى طرق مزج الألوان التقليدية - كما في الرسم - التي تتضمن مزج أصباغ زاهية الألوان مع الأسود أو الأبيض للحصول على ألوان أفتح أو أغمق أو أقل سطوعًا.

في العام التالي، 1979، وخلال مؤتمر SIGGRAPH ، قدمت شركة Tektronix محطات طرفية رسومية تستخدم نظام HSL لتحديد الألوان، وقد أوصت لجنة معايير رسومات الحاسوب بذلك في تقريرها السنوي. لم تكن هذه النماذج مفيدة فقط لكونها أكثر سهولة في الاستخدام من قيم RGB الخام، بل أيضاً لأن عمليات التحويل من وإلى RGB كانت سريعة للغاية: إذ كان بالإمكان تشغيلها في الوقت الفعلي على أجهزة السبعينيات. ونتيجة لذلك، أصبحت هذه النماذج وما شابهها منتشرة على نطاق واسع في برامج تحرير الصور والرسومات منذ ذلك الحين.

كرة ألوان مونسل، 1900. وفي وقت لاحق، اكتشف مونسل أنه إذا تم الحفاظ على درجة اللون والقيمة والتشبع بشكل موحد إدراكياً، فلا يمكن إجبار ألوان السطح التي يمكن تحقيقها على اتخاذ شكل منتظم.

تمثيل ثلاثي الأبعاد لإعادة ترميز ألوان مونسل لعام 1943. لاحظ عدم انتظام الشكل عند مقارنته بكرة الألوان السابقة لمونسل، على اليسار.

يُعد نظام ألوان مونسل ، الذي ظهر في أوائل القرن العشرين، نموذجًا أسطوانيًا قديمًا ومؤثرًا آخر . بدأ ألبرت مونسل بترتيب كروي في كتابه "تدوين الألوان" الصادر عام 1905 ، لكنه رغب في فصل خصائص تكوين اللون إلى أبعاد منفصلة، ​​أطلق عليها اسم الصبغة ، والقيمة ، والتشبع اللوني . وبعد إجراء قياسات دقيقة للاستجابات الإدراكية، أدرك أن الشكل المتناظر غير مناسب، فأعاد تنظيم نظامه ليصبح على شكل كتلة غير منتظمة. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ أ ]}

أصبح نظام مونسل شائعًا للغاية، ومرجعًا فعليًا لمعايير الألوان الأمريكية، حيث استُخدم ليس فقط لتحديد لون الدهانات وأقلام التلوين، بل أيضًا، على سبيل المثال، لون الأسلاك الكهربائية والبيرة والتربة. ويعود ذلك إلى أنه كان مُنظمًا بناءً على القياسات الإدراكية، ويُحدد الألوان من خلال ثلاثية أرقام سهلة التعلم ومنهجية، ولأن رقائق الألوان المُباعة في كتاب مونسل للألوان غطت نطاقًا واسعًا من الألوان وظلت ثابتة بمرور الوقت (بدلاً من أن تتلاشى)، ولأن شركة مونسل قامت بتسويقه بفعالية . في أربعينيات القرن العشرين، أجرت الجمعية البصرية الأمريكية قياسات مُوسعة، وعدّلت ترتيب ألوان مونسل، وأصدرت مجموعة من "إعادة التوصيف". تكمن مشكلة نظام مونسل في تطبيقات رسومات الحاسوب في أن ألوانه لا تُحدد من خلال أي مجموعة من المعادلات البسيطة، بل فقط من خلال قياساته الأساسية: أي أنها في الواقع جدول بحث . يتطلب التحويل من RGB إلى Munsell استيفاءً بين قيم جدول الألوان، وهو مكلف حسابيًا للغاية مقارنةً بالتحويل من RGB إلى HSL أو RGB إلى HSV، والذي لا يتطلب سوى بضع عمليات حسابية بسيطة. ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}

رسم ثلاثي الأبعاد لنظام ألوان أوستوالد . تم وصفه لأول مرة في كتاب فيلهلم أوستوالد (1916).

رسم متحرك يوضح عينات الألوان القياسية NCS 1950 في دائرة ألوان NCS ومثلثات التدرج اللوني

يتبنى نظام الألوان الطبيعية السويدي (NCS)، المستخدم على نطاق واسع في أوروبا، نهجًا مشابهًا لمخروط أوستوالد الثنائي الموضح على اليمين. ولأنه يحاول ملاءمة اللون مع شكل صلب مألوف بناءً على خصائص " ظاهرية " بدلًا من خصائص قياس الضوء أو الخصائص النفسية، فإنه يعاني من بعض العيوب نفسها التي يعاني منها نظاما HSL وHSV: على وجه الخصوص، يختلف بُعد السطوع فيه عن السطوع المُدرَك، لأنه يُجبر الألوان الصفراء والحمراء والخضراء والزرقاء على التواجد في مستوى واحد. ^{[ 25 ]}

في قياس الكثافة الضوئية ، يُستخدم نموذج مشابه جدًا للون المذكور أعلاه لوصف ألوان أحبار CMYK . في عام 1953، طوّر فرانك بروسيل ترتيبين هندسيين للون، هما "دائرة بروسيل اللونية" و"سداسي بروسيل اللوني"، وهما مماثلان لـ _H و H2 على التوالي، ولكنهما مُعرّفان نسبةً إلى ألوان الحبر المثالية: السماوي والأصفر والأرجواني. يُشير " خطأ بروسيل اللوني" للحبر إلى الفرق في "دائرة اللون" بين لونه ولون الحبر المثالي المقابل. أما درجة رمادية الحبر فهي m / M ، حيث m و M هما الحد الأدنى والحد الأقصى لكميات الألوان المثالية: السماوي والأرجواني والأصفر في قياس الكثافة. ^{[ 26 ]}

يُعدّ نموذج CIECAM02 (CAM اختصارًا لـ "نموذج مظهر اللون")، وهو أحدث نماذج اللجنة الدولية للإضاءة (CIE )، أكثر تطورًا من الناحية النظرية وأكثر تعقيدًا من الناحية الحسابية من النماذج السابقة. ويهدف هذا النموذج إلى معالجة العديد من المشكلات التي واجهتها نماذج مثل CIELAB وCIELUV، وشرح الاستجابات في بيئات تجريبية مضبوطة بدقة، بالإضافة إلى نمذجة مظهر اللون في مشاهد العالم الحقيقي. وتُحدد أبعاده J (السطوع)، و C (التشبع اللوني)، و h (الصبغة) هندسة الإحداثيات القطبية. ^{[ 21 ] [ 25 ]}

نستخدم أيضًا مصطلح "نموذج اللون" للإشارة إلى نموذج أو آلية لرؤية الألوان، لشرح كيفية معالجة إشارات الألوان من المخاريط البصرية إلى الخلايا العقدية. ولتبسيط الأمر، نسمي هذه النماذج "نماذج آلية اللون". من نماذج آلية اللون الكلاسيكية نموذج يونغ - هيلمهولتز ثلاثي الألوان ، ونموذج هيرينغ للعمليات المتضادة . مع أن هاتين النظريتين اعتُقد في البداية أنهما متعارضتان، فقد طُرحت لاحقًا فرضية مفادها أن الآليات المسؤولة عن تضاد الألوان تستقبل إشارات من الأنواع الثلاثة للمخاريط، وتعالجها على مستوى أكثر تعقيدًا. ^{[ 27 ]} يُطلق على النموذج المقبول على نطاق واسع اسم "نموذج المنطقة". ويُطلق على نموذج المنطقة المتناظر، المتوافق مع نظرية الألوان الثلاثية، ونظرية التضاد، ونموذج سميث لتحويل الألوان، اسم "نموذج فك التشفير". ^{[ 28 ]}