Thursday, June 10, 2010

la formazione del colore

Nella prima puntata — sulla teoria del colore — abbiamo visto l'importante scoperta di Leonardo che il colore è un ente percepito e che quindi per lo sviluppo di strutture ordinate di colori bisogna astrarre dalla loro natura fisica. Però quando si tratta di mettere in uso il colore, dobbiamo sviluppare tecniche per la realizazione fisica del colore. Nella seconda puntata abbiamo visto che per fare questo basta riprodurre le componenti tricromatiche. Oggi impariamo come formare colori partendo da un piccolo numero di colori primari.

Ieri abbiamo usato sorgenti luminose rossastre, verdastre, e bluastre per uguagliare colori. Questo metodo si chiama additivo.

Invece di usare una sorgente che riempie uniformemente lo spazio visivo, usiamo tre faretti su uno schermo in una stanza completamente buia. Spostiamo i coni di luce di modo che non siano sovrapposti ed otteniamo il seguente effetto se mettiamo le tre sorgenti alla massima potenza:

Come abbiamo visto ieri, variando la potenza delle tre sorgenti luminose, possiamo ricreare tutti i colori e le loro combinazioni in paia. Però, questo funziona solo quando tutto è additivo, per esempio con lampadine o con schermi a tubo catodico. Già con i schermi LCD questo semplice modello non è più valido, perché non sono lineari.

La figura qui sopra viene usata spesso per spiegare la formazione additiva del colore. Poi si spiega il metodo complementare — cioè sotrattivo — e si fa l'algebra con i nomi dei colori, … e ne esce un pasticcio. Tentiamo di capire perché le cose non sono così semplici.

Il bastone tra le ruote ci viene messo dalla sensibilità spettrale della retina. Perché il sistema sia lineare, le sensibilità spettrali dei tre tipi di coni a sensibilità corta (S), media (M), e lunga (L) dovrebbero essere indipendenti, cioè disgiunte. Se misuriamo queste sensibilità otteniamo i seguenti dati:

Quindi non è possibile stimolare solo un tipo di cono, ci sono sempre delle stimolazioni indesiderate. Al costo di una luce fioca, possiamo attenuare il problema usando delle sorgenti luminose con uno spettro molto sottile, ma non possiamo eliminare il problema fondamentale di non potere stimolare indepentemente i coni.

Questo è per il colore generato con la superposizione di colori primari, ma non è sempre possibile usare il metodo additivo, perché si parte con il nero e quindi senza luce. Spesso vogliamo creare colori per sottrazione, cioè partendo da una stanza bianca e piena di luce, poi sottrarre i colori opposti dal bianco per lasciare il colore voluto:

In pratica la superficie bianca è un foglio di carta, una tela, o un intonaco, illuminati con una luce bianca. I dispositivi per togliere il colore complementare sono dei filtri, che possono essere sotto la forma di inchiostro, vernice, vetro colorato, e così via.

In questo caso della formazione sottrattiva del colore non solo abbiamo il problema delle stimolazioni indesiderate, ma abbiamo in più il problema che lo spettro è sempre molto largo. Ecco per esempio lo spettro degli inchiostri di una stampante ad altissima qualità, usando i nomi comuni dell'industria della stampa:

Blu primario o ciano

Rosso primario o magenta

Giallo primario

A complicare le cose è che nella stampa, i colori non sono creati per sovraposizione, ma ogni tanto sono sovraposti (modello sottrattivo) ed ogni tanto sono adiacenti (modello additivo). Altre volte, quando si stampa sopra un'inchiostro ancora umido, i coloranti si mischiano formando un terzo inchiostro.

A questo punto potreste dire che non ingenieri di stampanti siamo lazzaroni, e potremmo sviluppare dei coloranti con uno spettro bello rettangolare e fare che le stampanti stampino i colori o sovrapposti o adiacenti, ma non un pasticcio. In realtà, per ottenere una migliore qualità di stampa dobbiamo fare le cose ancora meno lineari.

La distribuzione spettrale di un oggetto è la moltiplicazione della distribuzione spettrale della luce incidente con la riflettanza dell'oggetto:

In pratica, la luce incidente non è mai uniforme, ma è modulata dall'ambiente, tramite riflessioni su viso, mobili, piante, ecc. Se uno spettro dell'oggetto invece di essere con un forte picco (per minimizzare le stimolazioni indesiderate) ha un spettro con parecchi picchi locali, si ottiene una più forte modulazione totale, e questo è considerato piacevole. Vedi per esempio il capitolo 4 in questo articolo per la pittura delle case: G. B. Beretta and Y. Nonaka, House Painting with NCS in the USA. Atti della Fondazione Giorgio Ronchi, 2000. LV(1): p. 93-118.

Per questo motivo un buon disegnatore di inchiostri userà sempre almeno due pigmenti, uno principale ed uno secondario per dare una modulazione subconscia. Per esempio, di solito al nero viene aggiunto un blu di prussia e la distribuzione del verde viene accentuata nel lontano rosso e vicino infrarosso:

La conclusione è che usare semplici modelli come quello additivo e quello sottrattivo va bene per spiegare il concetto di base ai bambini nelle scuole elementari, ma non lo si può usare oltre quello.

Conseguenti teorie di algebra lineare del tipo

ciano + magenta = viola

sono sbagliate e confondono le idee. Poi, nella stampa, il nero come lo introducete? Purtroppo non c'è una spiegazione breve per l'uso del nero nella stampa, per la storia completa vedasi qui: http://www.mostlycolor.ch/2009/03/black.html.

Matematicamente si potrebbe pensare che se il modello lineare fallisce, si potrebbe prendere un modello a dimensione più alta. In effetti questo è quello che fa il modello di Neugebauer, che è quadrato. In realtà ha però solo interesse accademico, perché in pratica non è abbastanza preciso.

In pratica la sola soluzione è di stampare un reticolo con tutte le combinazioni di tutti gli inchiostri in tutte le densità e di misurarli come descritto nella puntata di ieri. Si ottiene una tabella che per ogni combinazione di coloranti dà le componenti tricromatiche.

Poi si inverte questa tabella numericamente con una triangolazione tetraedrica (anche trileneare va bene) e per ogni colore si trovano le percentuali di inchiostro da stampare sulla carta.

Lo stesso metodo lo si usa per le mescolanze delle pitture per artisti e quella per gli imbianchini. Si fanno tutte le mescolanze, le si misurano, e si invertono le tabelle numericamente. Lo stesso lo si fa pure per i nomi dei colori, ma questo è l'argomento dell'ultima puntata domani.

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