Светящиеся и несветящиеся тела

Для изучения вопросов, связанных с цветом, часто бывает важно знать определенные свойства окружающих нас предметов. Прежде всего отметим, что все их можно разделить на тела светящиеся и несветящиеся. Цвет и интенсивность большинства источников света зависят от температуры их накала. В картографии все большее значение приобретает применение веществ, излучающих «холодный» свет. Люминесцентные составы применяются при подготовке некоторых карт к изданию, с их помощью создаются некоторые полетные карты (для ночных полетов). Очевидны большие перспективы применения люминесцентных составов в оформлении школьных, демонстрационных, агитационно-пропагандистских карт. Однако вопросы использования люминесцентных составов в оформлении карт недостаточно разработаны, и карт сргх применением создано очень мало.

Несветящихся тел во много раз больше, чем светящихся. Цвет таких тел зависит от того, как они поглощают, пропускают или отражают падающий на них свет.

Прозрачные и непрозрачные тела

Прозрачными считаются тела, если свет может проходить сквозь значительную их толщу, непрозрачными — тела, через толщу которых свет не проходит. Заметим, однако, что идеально прозрачных или идеально непрозрачных тел нет. Цвет непрозрачного тела определяется теми лучами, которые от него отражаются. Цвет прозрачных тел, если их рассматривать на просвет, определяется лучами, прошедшими сквозь тело.

Краски тоже могут быть прозрачными (лессировочные) или непрозрачными (кроющие). Кроющая способность красок, как и их прозрачность, зависит от соотношения показателей преломления пигмента и связующего вещества (среды, окружающей частицы пигмента). Чем больше показатель преломления пигмента относительно связующего вещества, т. е. относительный показатель преломления, тем больше света отразится от поверхности частиц пигмента на границе этих двух сред и меньше проникнет вглубь частиц.

Так, например, хорошая кроющая способность титановых белил (масляной краски) объясняется тем, что разница между показателями преломления пигмента (2,7) и масла (1,5) значительна. Показатель преломления мела 1,6, и чтобы получить хорошую кроющую краску, надо разводить его не в масле, а в воде.

Видимый нами цвет краски определяется суммарно действующими на глаз лучами, из которых одни отразились от самой поверхности (это — «белые» лучи), другие — от частиц пигмента в верхнем слое краски (эти лучи прошли сквозь небольшой слой частиц пигмента и слабо окрашены), третьи — от частиц пигмента, расположенных более глубоко, и окрашены сильнее и, наконец, лучами, которые прошли сквозь весь слой краски и отразились от подложки (например бумаги). Не рассматривая сложных явлений отражения, пропускания и поглощения в красочном слое, отметим, что наиболее насыщенные, чистые цвета можно получать именно прозрачными красками, т. е. красками, в которых пигмент и связующее вещество имеют близкие показатели преломления. Свет в слой прозрачной краски проникает глубже и степень избирательности поглощения будет больше. Поэтому прозрачность — одно из важных условий, предъявляемых к краскам для печати карт (особенно их фоновых элементов).

Отражение от поверхностей

При решении оформительских задач в картографии нередко бывает нужно учитывать отражательные свойства поверхностей. Все поверхности по их отралсательным свойствам принято разделять на блестящие, глянцевые и матовые.

От блестящих (очень гладких) поверхностей лучи отражаются направленно, по закону «угол падения равен углу отражения». Матовые (шероховатые) поверхности отражают лучи рассеянно, во всех направлениях. Глянцевые же поверхности обладают промежуточными свойствами.

При матовой фактуре поверхности лучи «белого» света, не успевшие еще проникнуть внутрь красочного слоя и отраженные от поверхности, подмешиваются к цветным лучам, идущим из слоя краски, и понижают насыщенность цвета, делают его несколько белесым.

Если красочную работу поместить под стекло или покрыть ее поверхность прозрачным лаком, часть лучей падающего света отразится от гладкой поверхности стекла (лака) под определенным углом. И если точка наблюдения выбрана так, что эти лучи не попадут в глаз (в противном случае будет виден блик, мешающий восприятию), зритель увидит более чистые, насыщенные краски, чем при матовой фактуре поверхности. При печати на гладкой, например мелованной, бумаге краски выглядят более чистыми и «сочными», чем на шероховатой. Поэтому хорошие репродукции с художественных произведений печатают на мелованной бумаге, художники свои картины покрывают лаком или помещают под стекло, на фотографиях, в частности цветных, «накатывают глянец» и т. д. Поэтому и карты, если хотят, чтобы краски выглядели более «сочными», помещают под стекло (например, в музеях и на выставках) или покрывают лаком. Лаком были покрыты, например, карты в атласе «Промышленность СССР на начало 2-й пятилетки» (1934 г.), что существенно улучшило их внешний вид. Тот же, в принципе, эффект достигается припрессовыванием прозрачной пленки при издании карт в современной технологии.

Изменение цвета клеевых красок при высыхании

Изменение цвета клеевых красок, например акварельных, при высыхании объясняется изменением относительного показателя преломления. При высыхании вода, заполнявшая пространство между частицами пигмента, заменяется воздухом. Показатель преломления пигмента относительно воздуха больше, чем относительно воды, в результате чего увеличивается доля света, отраженного от поверхности частиц пигмента. Увеличением доли этого «белого» света в общем потоке, идущем от краски, объясняется некоторое повышение ее светлоты и потеря насыщенности. Вторая причина такого изменения цвета заключается в том, что гладкая поверхность мокрой краски после высыхания становится шероховатой, матовой, свет будет отражаться уже не направленно, а рассеянно и понизит насыщенность цвета.

Изменение цвета красок при смешении с белилами

Среды, содержащие во взвешенном состоянии частгщы, препятствующие прохождению света, принято называть мутными средами. Примерами таких сред могут служить земная атмосфера, разведенное молоко, мутными средами являются и красочные смеси. Характерно, что сквозь мутные среды лучше проходят лучи длинноволновой части спектра, коротковолновые же лучи сильно рассеиваются. Поэтому, если смотреть на просвет (в проходящем свете), мутные среды приобретают теплый цвет, так как «часть коротковолновых лучей спектра рассеялась и не попала в глаз. В отраженном свете они имеют голубоватый (холодный) цвет из-за влияния рассеянных коротковолновых лучей.

При подмешивании к краске белил, естественно, повышается ее светлота и понижается насыщенность. Однако некоторые краски при этом заметно меняют и цветовой тон — в сторону более холодного цвета. Так, цвет пурпурных красок изменяется в сторону фиолетового, зеленые краски в смеси с белилами голубеют, смеси черной и белой красок дают обычно холодный, синевато-серый цвет. Это объясняется тем, что красочная смесь с белилами становится еще более мутной средой, сильно рассеивающей коротковолновые лучи, присоединение которых и изменяет цветовой тон.

Если требуется сделать краску более светлой, нужно иметь в виду, что ее разбавление и подмешивание к краске белил приводят к разным результатам.

Изменение цвета при изменении спектрального состава освещения

Отражательные свойства предмета — это объективные свойства, их можно считать постоянными. Поэтому при изменении спектрального состава падающего на предмет света будет изменяться и состав отражаемого света. Белая бумага, например, при освещении ее красным фонарем будет казаться красной, зеленый рисунок на белой бумаге будет при таком освещении казаться черным на красном фоне.

Свет электрических ламп накаливания по своему спектральному составу заметно отличается от дневного «белого» света. Дневной свет содержит больше голубых, а искусственный вечерний — больше желтых лучей.

Кривые, выражающие спектральную характеристику красок (см. рис. 87), строятся при условии освещения идеально белым светом, спектральная характеристика которого изобразится прямой линией, параллельной оси абсцисс. При освещении иным светом цвет окрашенной поверхности изменится, а значит, изменится и характеризующая его кривая.

Примеры изменения цветов при электрическом освещении по сравнению с дневным:

По цветовому тону: оранжевые — краснеют; голубые — зеленеют; синие (некоторые) — краснеют, т. е. становятся ближе к фиолетовым; фиолетовые — краснеют (приближаются к пурпурным) .

По светлоте: красные, оранжевые, желтые — светлеют; зеленые, голубые, синие, фиолетовые — темнеют; желто-зеленые — не изменяются.

По насыщенности: красные становятся насыщеннее; оранжевые — тоже; светло-желтые — белеют (трудно отличаются от белого); синие — теряют насыщенность.

При работе с красками надо иметь в виду, что их цвета при рассматривании в условиях дневного освещения, при свете ламп накаливания, при свете дуговых фонарей или ртутных ламп будут заметно отличаться в соответствии с избирательными свойствами каждой краски, следовательно, по-иному будут выглядеть и сочетания цветов. Например, зеленые и голубые цвета, так часто встречающиеся на картах рядом, лучше различаются при дневном свете, чем при электрическом. Этим можно объяснить, что на некоторых картах при электрическом освещении недостаточно хорошо различается береговая линия.

Чтобы представить себе днем, как сочетания цветов будут выглядеть при электрическом освещении, работу надо рассматривать сквозь оранжево-желтое стекло.

Полезно знать, например, что пятна, затеки и другие дефекты окрашивания голубой или синей краской при свете ламп накаливания будут более заметны (так как голубой и синий темнеют), тогда как при дневном свете моря и океаны будут казаться окрашенными более ровно. Изъяны же в наложении желтых, оранжевых красок, наоборот, будут более заметны при дневном освещении.

Работать с красками лучше в условиях дневного освещения или же при лампах дневного света. Условия освещения для работы картографов-художников, пробистов, печатников, приемщиков и других специалистов, работающих с красками, должны отвечать определенным стандартам и быть постоянными.

Изменение цвета предметов при их отдалении

При рассматривании предметов с большого расстояния отраженные от них лучи на пути к глазу проходят сквозь значительную толщу атмосферы, являющейся мутной средой. Встречая на своем пути множество различных находящихся в атмосфере частиц (молекул газов, микроорганизмов, водяного пара, пылинок и т. д.), часть лучей рассеивается в воздухе, отклоняясь в разные стороны, и не доходит до нашего глаза. Этим объясняется, например, уменьшение светлоты освещенных склонов гор, а при рассматривании гор сверху, например с самолета,— меньшая светлота низких участков освещенных склонов гор. Если же рассматривать черные или очень темные предметы, расположенные далеко, то они кажутся более светлыми за счет света, рассеянного в атмосфере (ведь от темного свет почти не отражается). Этим объясняется, например, осветление низких участков горных склонов на теневой стороне (при рассматривании сверху). Они высветляются светом атмосферы, «воздушной дымкой».

Все предметы, очень светлые при рассматривании их вблизи, на большом удалении, например на горизонте, будут менее светлыми, а темные вблизи на большом удалении будут выглядеть светлее. Происходит как бы сглаживание светлотных контрастов.

Рассеивание света зависит от диаметра встречающихся частиц среды, причем лучи разных длин воли рассеиваются по-разному. Сильнее рассеиваются лучй холодной части спектра. Установлено, например, что при размере частиц в 0,1 мкм фиолетовых лучей рассеивается в 9 раз больше, чем красных. Голубой цвет неба объясняется тем, что мы видим рассеянные в атмосфере лучи коротковолновой части спектра. Красноватый цвет вечерней или утренней зари мы видим потому, что коротковолновые лучи, проходя значительно больший путь в атмосфере, чем днем (при высоком стоянии солнца), рассеиваются в значительной степени, и до наблюдателя доходят главным образом длинноволновые (красные, оранжевые, желтые) лучи.

Если рассматривать, например, снежные вершины гор, расположенные на горизонте, освещенные их склоны будут нам казаться розоватыми (вообще теплыми), теневые же стороны приобретают холодную окраску, например голубую, благодаря подмешиванию рассеянных в атмосфере лучей коротковолновой части спектра.

Рассеиванием лучей в атмосфере объясняется и то обстоятельство, что разница в цвете предметов на больших расстояниях будет менее заметной, чем вблизи, так как все цвета будут выглядеть менее насыщенными, меньше будет заметна и разница по светлоте и цветовому тону. На очень больших расстояниях глаз уже не может различать большого количества цветовых тонов; происходит как бы обобщение их вплоть до того, что глаз способен бывает различать лишь один какой-либо теплый или холодный цвет.

Изменение при наблюдении с больших расстояний цвета предметов и уменьшение четкости их очертаний, связанное с рассеиванием лучей в атмосфере, называется воздушной перспективой.

Это явление широко учитывается при построении некоторых видов гипсометрических шкал, при оформлении отдельных, например, живописных ландшафтных карт. На нем основаны некоторые общие принципы распределения теней при светотеневом оформлении рельефа, с учетом этого явления выполняется также и многоцветная отмывка рельефа.