Color sólido

Comparación lado a lado de varios colores sólidos diferentes para los modelos de color HSL , HSV y RGB . Las formas posibles incluyen cubos , cilindros , conos , esferas , pirámides , bipirámides , biconos y formas irregulares.

Los pintores tradicionalmente mezclaban colores combinando pigmentos relativamente brillantes con blanco y negro. Las mezclas con blanco se denominan tintes , las mezclas con negro se denominan sombras , y las mezclas con ambos se denominan tonos . Véase Tintes y sombras . ^{[ 1 ]}

Un sólido de color es la representación tridimensional de un espacio o modelo de color y puede considerarse análogo, por ejemplo, al círculo cromático unidimensional , que representa la variable de matiz (similitud con el rojo, amarillo, verde, azul, etc.); o al diagrama de cromaticidad bidimensional (o triángulo de color ), que representa las variables de matiz y pureza espectral . La dimensión espacial añadida permite que un sólido de color represente las tres dimensiones del color: luminosidad (gradaciones de luz y oscuridad, tonalidades o matices ), matiz y colorido , lo que permite que el sólido represente todos los colores imaginables en una estructura tridimensional organizada.

Diferentes teóricos del color han diseñado sólidos de color únicos. Muchos tienen forma de esfera , mientras que otros son figuras elipsoidales tridimensionales deformadas ; estas variaciones se diseñaron para expresar con mayor claridad algún aspecto de la relación entre los colores. Las esferas de color concebidas por Philipp Otto Runge y Johannes Itten son ejemplos típicos y prototipos de muchos otros esquemas de sólidos de color. ^{[ 2 ]}

Al igual que en el círculo cromático, los tonos contrastantes (o complementarios) se ubican uno frente al otro en la mayoría de los colores sólidos. Al acercarse al eje central, los colores se vuelven cada vez menos saturados, hasta que todos convergen en el eje central formando un gris neutro. Al desplazarse verticalmente en el color sólido, los tonos se aclaran (hacia arriba) y se oscurecen (hacia abajo). En el polo superior, todos los tonos convergen en blanco; en el polo inferior, todos convergen en negro.

El eje vertical del sólido de color es gris a lo largo de toda su extensión, variando del negro en la parte inferior al blanco en la superior; se trata de una escala de grises . Todos los tonos puros (saturados) se encuentran en la superficie del sólido, variando de claro a oscuro a lo largo del mismo. Todos los colores que están desaturados en algún grado (es decir, que pueden considerarse que contienen tanto blanco como negro en cantidades variables) componen el interior del sólido, variando igualmente su brillo de arriba a abajo.

• Secciones transversales verticales de diversos sólidos de color con forma esférica.
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  Farbenkugel de Philipp Otto Runge
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  La esfera de color de Albert Henry Munsell
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  La esfera de color de Johannes Itten
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  Sistema de coordenadas esféricas (para comparación)

El sólido de color óptimo o sólido de color de Rösch - MacAdam es un tipo de sólido de color que contiene todos los colores posibles que pueden tener las superficies. Es decir, el sólido de color óptimo es el límite teórico para el color de los objetos*. Está delimitado por el conjunto de todos los colores óptimos. ^{[ 3 ]} Por ahora, no podemos producir objetos con tales colores, al menos no sin recurrir a fenómenos físicos más complejos.

*(con reflexión clásica. Fenómenos como la fluorescencia o la coloración estructural pueden provocar que el color de los objetos se encuentre fuera del rango óptimo de color sólido).

El espectro de reflectancia de un color es la cantidad de luz de cada longitud de onda que refleja, en proporción a un máximo dado, cuyo valor es 1 (100%). Si el espectro de reflectancia de un color es 0 (0%) o 1 (100%) en todo el espectro visible, y no tiene más de dos transiciones entre 0 y 1, o entre 1 y 0, entonces se trata de un color óptimo. Con el estado actual de la tecnología, no podemos producir ningún material o pigmento con estas propiedades. ^{[ 4 ]}

Por lo tanto, son posibles cuatro tipos de espectros de "color óptimo":

• La transición va de cero en ambos extremos del espectro a uno en el centro, como se muestra en la imagen de la derecha.
• Va desde uno en los extremos hasta cero en el centro.
• Va desde 1 al comienzo del espectro visible hasta 0 en algún punto intermedio, hasta su final.
• Va desde 0 al comienzo del espectro visible hasta 1 en algún punto intermedio, hasta su final.

El primer tipo produce colores similares a los colores espectrales y sigue aproximadamente la porción en forma de herradura del diagrama de cromaticidad CIE xy (el lugar geométrico espectral ), pero en las superficies son más cromáticos , aunque menos puros espectralmente . El segundo tipo produce colores similares a (pero, en las superficies, más cromáticos y menos puros espectralmente que) los colores de la línea recta en el diagrama de cromaticidad CIE xy (la línea de púrpuras ), lo que da como resultado colores magenta o similares al púrpura.

En los sólidos de color óptimo, los colores del espectro visible son teóricamente negros, porque su espectro de reflectancia es 1 (100%) en una sola longitud de onda y 0 en todas las demás longitudes de onda visibles infinitas que existen, lo que significa que tienen una luminosidad de 0 con respecto al blanco, y también tendrán 0 croma, pero, por supuesto, 100% de pureza espectral. En resumen: en los sólidos de color óptimo, los colores espectrales son equivalentes al negro (luminosidad 0, croma 0), pero tienen pureza espectral completa (se encuentran en el lugar geométrico espectral en forma de herradura del diagrama de cromaticidad). ^{[ 5 ]}

En espacios de color lineales, como LMS o CIE 1931 XYZ , el conjunto de rayos que parten del origen (negro, (0, 0, 0)) y pasan por todos los puntos que representan los colores del espectro visible, y la porción de un plano que pasa por la semirrecta violeta y la semirrecta roja (ambos extremos del espectro visible), generan el "cono espectral". El punto negro (coordenadas (0, 0, 0)) del sólido de color óptimo (y solo el punto negro) es tangente al "cono espectral", y el punto blanco ((1, 1, 1)) (y solo el punto blanco) es tangente al "cono espectral invertido", siendo este último simétrico al "cono espectral" con respecto al punto gris medio ((0.5, 0.5, 0.5)). Esto significa que, en espacios de color lineales, el sólido de color óptimo es simétrico respecto al centro. ^{[ 5 ]}

En la mayoría de los espacios de color, la superficie del sólido de color óptimo es suave, excepto por dos puntos (blanco y negro); y dos bordes definidos: el borde " cálido ", que va del negro al rojo, al naranja, al amarillo y al blanco; y el borde " frío ", que va del negro al violeta intenso , al azul, al cian y al blanco. Esto se debe a lo siguiente: si la porción del espectro de reflectancia de un color es rojo espectral (ubicado en un extremo del espectro), se verá como negro. Si se aumenta el tamaño de la porción de reflectancia total, cubriendo ahora desde el extremo rojo del espectro hasta las longitudes de onda amarillas, se verá como rojo. Si la porción se expande aún más, cubriendo las longitudes de onda verdes, se verá como naranja o amarillo. Si se expande aún más, cubrirá más longitudes de onda que el semicromo amarillo , acercándose al blanco, hasta que se alcance cuando se refleja el espectro completo. El proceso descrito se llama "acumulación". La acumulación puede comenzar en cualquiera de los extremos del espectro visible (acabamos de describir la acumulación que comienza en el extremo rojo del espectro, generando el borde nítido "cálido"); la acumulación que comienza en el extremo violeta del espectro generará el borde nítido "frío". ^{[ 5 ]}

Colores de máxima saturación, semicromos o colores completos.

Cada tonalidad tiene un punto de croma máximo, semicorma o color pleno; los objetos no pueden tener un color de esa tonalidad con un croma superior. Son los colores más cromáticos y vibrantes que pueden tener los objetos. El químico y filósofo alemán Wilhelm Ostwald los denominó semicormas o colores plenos a principios del siglo XX. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Si B es la longitud de onda complementaria de A, entonces la línea recta que conecta A y B pasa por el eje acromático en un espacio de color lineal, como LMS o CIE 1931 XYZ. Si el espectro de reflectancia de un color es 1 (100%) para todas las longitudes de onda entre A y B, y 0 para todas las longitudes de onda de la otra mitad del espacio de color, entonces ese color es un color de máxima saturación, semicrómico o de color completo (esta es la explicación de por qué se les llama semicrómicos ). Por lo tanto, los colores de máxima saturación son un tipo de color óptimo. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Como se explicó, los colores completos distan mucho de ser monocromáticos. Si se aumenta la pureza espectral de un color de máxima saturación, su saturación disminuye, porque se aproximará al espectro visible, por lo tanto, se aproximará al negro. ^{[ 5 ]}

En espacios de color perceptualmente uniformes, la luminosidad de los colores completos varía desde aproximadamente un 30 % en los tonos azul violáceos hasta aproximadamente un 90 % en los tonos amarillentos . La croma de cada punto de croma máximo también varía según el tono; en sólidos de color óptimos representados en espacios de color perceptualmente uniformes, los semicromos como el rojo, el verde, el azul, el violeta y el magenta tienen una croma alta, mientras que los semicromos como el amarillo, el naranja y el cian tienen una croma ligeramente menor.

En las esferas de color y el espacio de color HSL , los colores de máxima saturación se ubican alrededor del ecuador, en la periferia de la esfera. Esto hace que los sólidos de color con forma esférica sean inherentemente no uniformes desde el punto de vista perceptual , ya que implican que todos los colores completos tienen una luminosidad del 50%, cuando, tal como los perciben los humanos, existen colores completos con una luminosidad que va desde aproximadamente el 30% hasta aproximadamente el 90%. Un sólido de color perceptualmente uniforme tiene una forma irregular. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

Historia de la idea de los colores óptimos

A principios del siglo XX, la demanda industrial de un método controlable para describir los colores y la nueva posibilidad de medir los espectros de luz impulsaron una intensa investigación sobre las descripciones matemáticas de los colores.

La idea de los colores óptimos fue introducida por el químico alemán báltico Wilhelm Ostwald . Erwin Schrödinger demostró en su artículo de 1919 Theorie der Pigmente von größter Leuchtkraft (Teoría de los pigmentos con mayor luminosidad) ^{[ 4 ]} que los colores más saturados que se pueden crear con una reflectividad total dada se generan mediante superficies que tienen reflectancia cero o total en cualquier longitud de onda dada, y el espectro de reflectividad debe tener como máximo dos transiciones entre cero y total.

El trabajo de Schrödinger fue desarrollado posteriormente por David MacAdam y Siegfried Rösch . ^{[ 9 ]} MacAdam fue el primero en calcular las coordenadas precisas de puntos seleccionados en el límite del sólido de color óptimo en el espacio de color CIE 1931 para niveles de luminosidad desde Y = 10 hasta 95 en pasos de 10 unidades. Esto le permitió dibujar el sólido de color óptimo con un grado de precisión aceptable. Debido a este logro, el límite del sólido de color óptimo se denomina límite de MacAdam (1935).

En los ordenadores modernos, es posible calcular un sólido de color óptimo con gran precisión en cuestión de segundos. Normalmente, solo se calculan los límites de MacAdam (los colores óptimos, el límite del sólido de color óptimo), ya que todos los demás colores de superficie posibles (no óptimos) se encuentran dentro de dicho límite.

Un volumen de color es el conjunto de todos los colores disponibles en todos los tonos , saturaciones , luminosidades y/o brillos disponibles , especialmente cuando se hace referencia a una gama específica. ^{[ 10 ] [ 11 ]} Puede considerarse como el resultado de la combinación de una gama de color 2D (que representa todas las cromaticidades disponibles ) con el rango dinámico de todos los valores disponibles de luminosidad o de brillo. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

El término se ha utilizado para describir el mayor volumen de color de HDR en comparación con SDR , con un brillo máximo de al menos 1000 cd/m² ^, superior al límite de 100 cd/m² ^de SDR ; y una gama de colores más amplia que Rec. 709 / sRGB (generalmente DCI-P3 o Rec. 2020 ). ^{[ 10 ] [ 12 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

El color sólido también puede utilizarse para visualizar claramente el volumen o la gama de colores de una pantalla, una impresora, el ojo humano, etc., porque proporciona información sobre la dimensión de la luminosidad, mientras que el diagrama de cromaticidad de uso común carece de esta dimensión del color.

Los artistas y los críticos de arte consideran que el color sólido es un medio útil para organizar las tres variables del color —tono , luminosidad (o valor) y saturación (o croma), tal como se modelan en los modelos de color HCL y HSL— en un único esquema, utilizándolo como ayuda en la composición y el análisis de las artes visuales.

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  Vista exterior de la esfera de color de Albert Henry Munsell , 1900. En realidad, se trata de un dibujo de un modelo físico que fue fabricado y vendido.
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  Sección transversal interior de la esfera de color y el árbol de color de Munsell, 1915. Munsell fue la primera persona conocida que separó el tono, el valor y la saturación en dimensiones perceptualmente uniformes e independientes, y fue el primero en ilustrar los colores sistemáticamente en el espacio tridimensional. ^{[ 18 ]}
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  La Farbenkugel (esfera de color) de Philipp Otto Runge , de 1810, que muestra la superficie de la esfera (dos imágenes superiores) y secciones transversales horizontales y verticales (dos imágenes inferiores).
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  Esfera de color de Johannes Itten , 1919-1920. Una representación mucho más clara de su modelo aparece en El arte del color , 1961, que no puede reproducirse aquí por motivos de derechos de autor.
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  Esfera de color modelada en masa de sal por Jesse Hensel, 2011
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  Sección de la esfera de Hensel que revela algunos de los colores desaturados.

• Modelo de color
• Triángulo de color
• Círculo cromático

• Esfera de color de Runge (el applet de Java no funciona en todos los navegadores web)