لون موحد

مقارنة جنبًا إلى جنب لعدة ألوان صلبة مختلفة لنماذج الألوان HSL و HSV و RGB . تشمل الأشكال المحتملة المكعبات والأسطوانات والمخاريط والكرات والأهرامات والأهرامات المزدوجة والمخاريط المزدوجة والأشكال غير المنتظمة .

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 . ^{[ 1 ]}

المجسم اللوني هو تمثيل ثلاثي الأبعاد لمساحة أو نموذج لوني ، ويمكن اعتباره نظيراً، على سبيل المثال، لعجلة الألوان أحادية البعد ، التي توضح متغير درجة اللون (التشابه مع الأحمر والأصفر والأخضر والأزرق، إلخ)؛ أو مخطط اللونية ثنائي الأبعاد (أو مثلث الألوان )، الذي يوضح متغيري درجة اللون والنقاء الطيفي . يسمح البعد المكاني الإضافي للمجسم اللوني بتصوير الأبعاد الثلاثة للون: الإضاءة (تدرجات الضوء والظلام، والظلال )، ودرجة اللون، واللونية ، مما يسمح للمجسم بتصوير جميع الألوان الممكنة في بنية ثلاثية الأبعاد منظمة.

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 الأشكال المختلفة 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. ^{[ 2 ]}

كما هو الحال في عجلة الألوان، تقع الألوان المتناقضة (أو المتكاملة) متقابلة في معظم الأشكال اللونية الصلبة. بالاتجاه نحو المحور المركزي، تقل تشبع الألوان تدريجيًا، حتى تلتقي جميعها عند المحور المركزي لتشكل لونًا رماديًا محايدًا. بالاتجاه عموديًا في الشكل اللوني الصلب، 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 للون الصلب رماديًا بالكامل، متدرجًا من الأسود في الأسفل إلى الأبيض في الأعلى، وهو ما يُعرف بتدرج الرمادي . تقع جميع الألوان النقية (المشبعة) على سطح اللون الصلب، متدرجة من الفاتح إلى الداكن نزولًا. أما الألوان غير المشبعة (أي التي يمكن اعتبارها تحتوي على الأسود والأبيض بنسب متفاوتة) فتشكل باطن اللون الصلب، وتتفاوت هي الأخرى في درجة سطوعها من الأعلى إلى الأسفل.

• مقاطع عرضية رأسية لأجسام صلبة ملونة مختلفة ذات أشكال كروية
• 
  فيليب أوتو رونج'س Farbenkugel
• 
  كرة الألوان لألبرت هنري مونسيل
• 
  كرة الألوان ليوهانس إيتن
• 
  نظام الإحداثيات الكروية (للمقارنة)

يُعدّ مجسم اللون الأمثل، أو مجسم لون روش - ماك آدم، نوعًا من مجسمات الألوان التي تضم جميع الألوان الممكنة للأسطح. أي أن مجسم اللون الأمثل هو الحد النظري لألوان الأجسام*. وهو محصور بمجموعة جميع الألوان المثلى. ^{[ 3 ]} في الوقت الراهن، لا نستطيع إنتاج أجسام بهذه الألوان، على الأقل ليس دون اللجوء إلى ظواهر فيزيائية أكثر تعقيدًا.

*(مع الانعكاس الكلاسيكي. قد تتسبب ظواهر مثل التألق أو التلوين الهيكلي في أن يقع لون الأجسام خارج نطاق اللون الأمثل)

طيف انعكاس اللون هو كمية الضوء لكل طول موجي يعكسه، نسبةً إلى قيمة عظمى معينة، تساوي 1 (100%). إذا كان طيف انعكاس اللون يساوي 0 (0%) أو 1 (100%) عبر الطيف المرئي بأكمله، ولم يكن له أكثر من انتقالين بين 0 و1، أو بين 1 و0، فإنه يُعد لونًا مثاليًا. في ظل التكنولوجيا الحالية، لا يمكننا إنتاج أي مادة أو صبغة بهذه الخصائص. ^{[ 4 ]}

وبالتالي، فإن أربعة أنواع من أطياف "اللون الأمثل" ممكنة:

• ينتقل الانتقال من الصفر عند طرفي الطيف إلى واحد في المنتصف، كما هو موضح في الصورة على اليمين.
• يبدأ من واحد عند الأطراف وينتهي بصفر في المنتصف.
• يبدأ من 1 في بداية الطيف المرئي وينتهي عند 0 في نقطة ما في المنتصف حتى نهايته.
• يبدأ من الصفر في بداية الطيف المرئي وينتهي عند نقطة ما في المنتصف حتى نهايته.

يُنتج النوع الأول ألوانًا مشابهة للألوان الطيفية ، وتتبع تقريبًا الجزء ذي الشكل الهلالي من مخطط اللونية CIE xy ( الموضع الطيفي )، ولكنها، على الأسطح، أكثر تشبعًا بالألوان ، وإن كانت أقل نقاءً طيفيًا . أما النوع الثاني، فيُنتج ألوانًا مشابهة (ولكنها، على الأسطح، أكثر تشبعًا بالألوان وأقل نقاءً طيفيًا من) الألوان الموجودة على الخط المستقيم في مخطط اللونية CIE xy (خط اللون الأرجواني )، مما يؤدي إلى ظهور اللون الأرجواني أو ألوان شبيهة بالأرجواني.

في المواد الصلبة ذات الألوان المثلى، تكون ألوان الطيف المرئي سوداء نظريًا، لأن طيف انعكاسها يساوي 1 (100%) عند طول موجي واحد فقط، و0 عند جميع الأطوال الموجية المرئية الأخرى التي لا حصر لها، مما يعني أن درجة سطوعها تساوي صفرًا بالنسبة للأبيض، وستكون درجة تشبعها اللوني صفرًا أيضًا، ولكنها تتمتع بنقاء طيفي كامل. باختصار: في المواد الصلبة ذات الألوان المثلى، تُعادل الألوان الطيفية اللون الأسود (درجة سطوع صفر، درجة تشبع لوني صفر)، ولكنها تتمتع بنقاء طيفي كامل (تقع في الموضع الطيفي على شكل حدوة حصان في مخطط اللونية). ^{[ 5 ]}

في فضاءات الألوان الخطية، مثل LMS أو CIE 1931 XYZ ، تُولّد مجموعة الأشعة التي تبدأ من نقطة الأصل (الأسود، (0, 0, 0)) وتمر بجميع النقاط التي تُمثل ألوان الطيف المرئي، وجزء المستوى الذي يمر عبر نصف خط اللون البنفسجي ونصف خط اللون الأحمر (طرفي الطيف المرئي)، ما يُعرف بـ"مخروط الطيف". النقطة السوداء (إحداثياتها (0, 0, 0)) في مجسم اللون الأمثل (والنقطة السوداء فقط) تُماس "مخروط الطيف"، والنقطة البيضاء ((1, 1, 1)) (والنقطة البيضاء فقط) تُماس "مخروط الطيف المعكوس"، حيث يكون "مخروط الطيف المعكوس" متناظرًا مع " مخروط الطيف" بالنسبة إلى النقطة الرمادية الوسطى ((0.5, 0.5, 0.5)). هذا يعني أن مجسم اللون الأمثل في فضاءات الألوان الخطية يكون متناظرًا مركزيًا. ^{[ 5 ]}

في معظم فضاءات الألوان، يكون سطح اللون الأمثل أملسًا، باستثناء نقطتين (الأسود والأبيض)؛ وحافتين حادتين: الحافة " الدافئة "، التي تتدرج من الأسود إلى الأحمر، ثم البرتقالي، فالأصفر، ثم الأبيض؛ والحافة " الباردة "، التي تتدرج من الأسود إلى البنفسجي الداكن ، فالأزرق، فالسماوي ، ثم الأبيض. ويعود ذلك إلى ما يلي: إذا كان جزء من طيف انعكاس لون ما أحمر طيفيًا (يقع في أحد طرفي الطيف)، فسيظهر باللون الأسود. وإذا زاد حجم جزء الانعكاس الكلي، ليغطي الآن من الطرف الأحمر للطيف إلى الأطوال الموجية الصفراء، فسيظهر باللون الأحمر. وإذا اتسع هذا الجزء أكثر، ليغطي الأطوال الموجية الخضراء، فسيظهر باللون البرتقالي أو الأصفر. وإذا اتسع أكثر، فسيغطي أطوالًا موجية أكثر من اللون الأصفر شبه الكرومي ، مقتربًا من الأبيض، حتى يصل إلى نقطة انعكاس الطيف الكامل. تُسمى هذه العملية "التراكم". يمكن بدء التراكم من أي من طرفي الطيف المرئي (لقد وصفنا للتو التراكم الذي يبدأ من الطرف الأحمر للطيف، مما ينتج عنه الحافة الحادة "الدافئة")، أما التراكم الذي يبدأ من الطرف البنفسجي للطيف فسينتج عنه الحافة الحادة "الباردة". ^{[ 5 ]}

ألوان ذات تشبع لوني أقصى، أو ألوان شبه لونية، أو ألوان كاملة

لكل لون درجة تشبع قصوى، أو لون شبه كامل، أو لون كامل؛ ولا يمكن للأجسام أن تمتلك لونًا من نفس الدرجة بدرجة تشبع أعلى. وهي أكثر الألوان حيويةً وإشراقًا التي يمكن أن تمتلكها الأجسام. وقد أطلق عليها الكيميائي والفيلسوف الألماني فيلهلم أوستوالد اسم الألوان شبه الكاملة في أوائل القرن العشرين. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

إذا كان الطول الموجي B هو الطول الموجي المكمل للطول الموجي A، فإن الخط المستقيم الواصل بين A وB يمر عبر المحور اللا لوني في فضاء لوني خطي، مثل LMS أو CIE 1931 XYZ. إذا كان طيف انعكاس لون ما يساوي 1 (100%) لجميع الأطوال الموجية بين A وB، و0 لجميع الأطوال الموجية في النصف الآخر من الفضاء اللوني، فإن هذا اللون يُصنف كلون ذي تشبع لوني أقصى، أو لون شبه لوني، أو لون كامل (وهذا يفسر سبب تسميتها بالألوان شبه اللونية). وبالتالي، تُعد الألوان ذات التشبع اللوني الأقصى نوعًا من الألوان المثلى. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

كما هو موضح، فإن الألوان الكاملة ليست أحادية اللون على الإطلاق. فإذا زادت نقاوة الطيف للون ذي أعلى درجة تشبع لوني، فإن درجة تشبعه اللوني تقل، لأنه سيقترب من الطيف المرئي، وبالتالي سيقترب من اللون الأسود. ^{[ 5 ]}

في فضاءات الألوان المتجانسة إدراكياً، تتفاوت درجة سطوع الألوان الكاملة من حوالي 30% في درجات الأزرق المائل للبنفسجي، إلى حوالي 90% في درجات الأصفر . كما تتفاوت درجة تشبع كل نقطة تشبع قصوى تبعاً للون؛ ففي مجسمات الألوان المثلى المرسومة في فضاءات الألوان المتجانسة إدراكياً، تتميز أنصاف الألوان مثل الأحمر والأخضر والأزرق والبنفسجي والأرجواني بدرجة تشبع عالية، بينما تتميز أنصاف الألوان مثل الأصفر والبرتقالي والسماوي بدرجة تشبع أقل قليلاً.

في كرات الألوان وفضاء ألوان HSL ، تقع ألوان التشبع القصوى حول خط الاستواء على محيط كرة اللون. وهذا يجعل الأشكال اللونية الصلبة ذات الشكل الكروي غير متجانسة إدراكياً بطبيعتها ، إذ توحي بأن جميع الألوان الكاملة لها درجة سطوع 50%، بينما في الواقع، كما يراها البشر، توجد ألوان كاملة تتراوح درجة سطوعها بين 30% و90% تقريباً. أما الشكل اللوني الصلب المتجانس إدراكياً فيكون ذا شكل غير منتظم. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

تاريخ فكرة الألوان المثلى

في بداية القرن العشرين، أدت المطالب الصناعية بطريقة يمكن التحكم فيها لوصف الألوان والإمكانية الجديدة لقياس أطياف الضوء إلى إجراء أبحاث مكثفة حول الأوصاف الرياضية للألوان.

طُرحت فكرة الألوان المثلى من قبل الكيميائي الألماني البلطيقي فيلهلم أوستوالد . وقد أظهر إرفين شرودنغر في مقالته عام 1919 بعنوان "نظرية الأصباغ ذات أعلى إضاءة" ^{[ 4 ]} أن أكثر الألوان تشبعًا التي يمكن إنشاؤها بانعكاسية كلية معينة يتم توليدها بواسطة أسطح ذات انعكاسية صفرية أو كاملة عند أي طول موجي معين، ويجب أن يحتوي طيف الانعكاسية على انتقالين على الأكثر بين الصفر والكامل.

طُوِّر عمل شرودنغر لاحقًا على يد ديفيد ماك آدم وسيغفريد روش . ^{[ 9 ]} كان ماك آدم أول من حسب الإحداثيات الدقيقة لنقاط مختارة على حدود مجسم اللون الأمثل في فضاء ألوان CIE 1931 لمستويات الإضاءة من Y = 10 إلى 95 بخطوات مقدارها 10 وحدات. وقد مكّنه ذلك من رسم مجسم اللون الأمثل بدقة مقبولة. وبفضل هذا الإنجاز، تُسمى حدود مجسم اللون الأمثل بحد ماك آدم (1935).

في الحواسيب الحديثة، يُمكن حساب اللون الأمثل بدقة عالية في ثوانٍ معدودة. عادةً، تُحسب حدود ماك آدم فقط (الألوان المثلى، أي حدود اللون الأمثل)، لأن جميع ألوان السطح الأخرى (غير المثلى) تقع داخل هذه الحدود.

حجم اللون هو مجموعة جميع الألوان المتاحة بجميع درجاتها من حيث اللون والتشبع والإضاءة والسطوع ، خاصةً عند الإشارة إلى نطاق لوني محدد. ^{[ 10 ] [ 11 ]} ويمكن اعتباره نتاجًا لدمج نطاق لوني ثنائي الأبعاد (يمثل جميع درجات اللون المتاحة ) مع النطاق الديناميكي لجميع قيم الإضاءة أو السطوع المتاحة. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

يُستخدم هذا المصطلح لوصف نطاق الألوان الأعلى في تقنية HDR مقارنةً بتقنية SDR، حيث تصل ذروة سطوعها إلى 1000 شمعة/م² ^على الأقل ، وهو أعلى من حدّ SDR البالغ 100 شمعة/م² ^؛ كما يتميز بنطاق ألوان أوسع من معيار Rec. 709 / sRGB (عادةً DCI-P3 أو Rec. 2020 ). ^{[ 10 ] [ 12 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

يمكن أيضًا استخدام اللون الصلب لتصور حجم أو نطاق الشاشة أو الطابعة أو العين البشرية وما إلى ذلك بوضوح، لأنه يعطي معلومات حول بُعد السطوع، في حين أن مخطط اللونية المستخدم بشكل شائع يفتقر إلى هذا البُعد اللوني.

يجد الفنانون ونقاد الفن أن اللون الصلب وسيلة مفيدة لتنظيم المتغيرات الثلاثة للون - الصبغة، والسطوع (أو القيمة)، والتشبع (أو اللون)، كما هو موضح في نماذج ألوان HCL و HSL - في مخطط واحد، ويستخدمونه كأداة مساعدة في تكوين وتحليل الفن البصري.

• 
  منظر خارجي لكرة الألوان لألبرت هنري مونسيل ، 1900. هذا في الواقع رسم لنموذج مادي تم تصنيعه وبيعه.
• 
  مقطع عرضي داخلي لكرة الألوان وشجرة الألوان لمونسل، 1915. كان مونسل أول شخص معروف فصل بين الصبغة والقيمة والتشبع إلى أبعاد متجانسة ومستقلة إدراكياً، وكان أول من رسم الألوان بشكل منهجي في الفضاء ثلاثي الأبعاد. ^{[ 18 ]}
• 
  كرة الألوان ( Farbenkugel ) لفيليب أوتو رونج ، 1810، تُظهر سطح الكرة (الصورتان العلويتان)، والمقاطع العرضية الأفقية والرأسية (الصورتان السفليتان).
• 
  كرة الألوان ليوهانس إيتن ، 1919-1920. يظهر تمثيل أكثر وضوحًا لنموذجه في كتاب فن اللون ، 1961، والذي لا يمكن إعادة إنتاجه هنا لأسباب تتعلق بحقوق النشر.
• 
  كرة ملونة مصنوعة من عجينة الملح من تصميم جيسي هينسل، 2011
• 
  جزء من كرة هينسل يكشف عن بعض الألوان غير المشبعة

• نموذج الألوان
• مثلث الألوان
• عجلة الألوان

• كرة الألوان لرانج (تطبيق جافا صغير لا يعمل في جميع متصفحات الويب)