رنگ و سیستم های رنگی

رنگ چیست؟

 “نور” به طور عام به واكنش پیچیده چشم-مغز به تشعشات بخش مرئی طیف الكترومغناطیس اطلاق می‏شود. یك فرد معمولی تشعشعات خورشیدی با طول موج تقریبی 400 تا 700 نانومتر را دریافت می‏كند. در این بازه می‏توان شش طیف رنگی از بنفش تا قرمز را رؤیت كرد. بدین ترتیب تصوری به نام رنگ در ذهن ما پدیدار میگردد.

 رنگهایی مثل قرمز بخش وسیعتری از طیف را نسبت به سایر رنگها مثل زرد می‏پوشاند. رنگهای دیگر تركیبی از این رنگها هستند و از لحاظ نسبت تركیب با هم فرق می‏نمایند. از تركیب متفاوت سه رنگ قرمز، آبی و سبز است كه می‏توان تمام رنگهای موجود در طبیعت، غیر از سیاه، را به وجود آورد. این سه رنگ كه به رنگهای افزایشی یا اصلی‏های افزایشی شهرت یافته ‏اند، اگر به مقدار برابر و یكسان با هم تركیب شوند رنگ سفید را می‏سازند، ولی اگر مقدار هر یك از آنها تغییر یابد، رنگ دیگری را به وجود می‏آورند.

زرد = سبز + قرمز
سایان = آبی + سبز
ماژنتا = قرمز + آبی

 رنگهای زرد، سایان و ماژنتا رنگهای كاهشی یا اصلی‏های كاهشی نامیده می‏شوند. از لحاظ تئوریك هر یك از اصلی‏های كاهشی برابر است با نور سفید منهای یكی از رنگهای قرمز، آبی و سبز كه جزو اصلی‏های افزایشی می‏باشند.

سایان = قرمز (طول موج قرمز) – سفید (نور سفید)
ماژنتا = سبز (طول موج سبز) – سفید (نور سفید)
زرد = آبی (طول موج آبی) – سفید (نور سفید)

ترکیبات افزایشی و کاهشی رنگهای اصلی

نمایی از ترکیبات افزایشی و کاهشی رنگهای اصلی

 از تركیب متفاوت رنگهای زرد، سایان و ماژنتا تمام رنگ‏های موجود در طبیعت، غیر از سفید ساخته می‏شود. اگر این رنگها به مقدار یكسان با هم تركیب شوند سیاه بوجود می‏ آید.
اصلی‏های افزایشی و اصلی‏های كاهشی مكمل یكدیگرند، چنان كه می‏توان از تركیب یك گروه، گروه دیگر را بدست آورد. تعداد اندكی از رنگها مثل رنگ فلورسنت صورتی، غیرطیفی است چرا كه آن را نمی‏توان به صورت تركیب طیفی به دست آورد.

اشیاء چه رنگی دارند؟

 رنگهای بیشتر اشیایی كه می‏بینید تابعی از موارد ذیل می‏باشند:

خصوصیات طیفی منبع نورانی. به عنوان مثال، میزان نوری كه در هر طول موج از منبع می‏آید.
توانایی شئ در انعكاس نور در هر طول موج. این موضوع اغلب به طور گرافیكی به صورت منحنی طیفی انعكاس تصویر می‏گردد.
حساسیت چشم نسبت به هر طول موج

 صفحه نمایش CRT رنگ را با تحریك انتخابی نقاط فسفری قرمز، سبز و آبی تولید می‏نماید. ویژگی‏های طیفی فسفر‏ها و حساسیت چشم به نور ساطع شده، رنگ قابل رؤیت را تعیین می‏كند.  رنگهای یك تصویر می‏توانند روی رسانه‏ ها و ابزار مختلف نمایش (مثل CRT و كاغذ) متفاوت باشند.

اندازه‏ گیری رنگ

 ابزارهای اندازه‏ گیری نور كه اسپكتروفتومتر نامیده می‏شوند، برای اندازه ‏گیری نور منعكس شده یا ساطع شده از یك شئ بكار می‏روند. داده‏ های حاصله برای تعریف فیزیكی رنگ مورد نیاز می‏باشند.  اسپكتروفتومتر دستگاهی است كه نور مرئی منعكس شده از یك سطح یا ساطع شده از یك صفحه نمایش CRT را دریافت كرده و با عمل تفرق، نور را به صورت طیف درمی‏ آورد. سپس در طیف ایجاد شده، میزان نور در بازه‏ های كوچك طول موج را نسبت به منبع نور استاندارد اندازه ‏گیری می‏كند. میزان نور در هر بازه طول موج به فرم گرافیكی یا عددی جهت استفاده‏ های بعدی در سیستم‏های تعریف رنگ ثبت می‏شود.

سیستمهای تعریف رنگ

 قرنهاست كه خواص رنگ، دانشمندان و هنرمندان را به شگفتی واداشته است. تئوری‏های پیچیده‏ای در باره طبیعت نور و اثرات روانی آن بر ادراك آدمی وجود دارد. سیستم‏های متفاوتی برای توضیح و بیان رنگ موجود است كه از میان آنها دو سیستم CIE (بر مبنای خاصیت فیزیكی نور) و سیستم مانسل (بر مبنای ادراك بینایی) از سایر سیستم‏ها مشهورترند.

سیستم CIE

 سیستم نمایش رنگ CIE برگرفته از نام کمیسیون Eclairage color system به معنی كمیسیون جهانی تعیین هویت روشنایی و رنگ است كه برای اندازه‏ گیری رنگ به وجود آمده است. به كمك این سیستم می‏توان، مشخصات دقیق هر رنگی را تعیین نمود. این سیستم كه مورد قبول مراكز معتبر علمی جهان است، در كشورهای پیشرفته به عنوان سیستم استاندارد رنگ انتخاب شده و مورد استفاده قرار می‏گیرد.

نمودار CIE نشان دهنده كلیه رنگهای خالص طیف نور بوده و اعدادی كه دور آن قرار گرفته نشان دهنده حدود طول موج طیف مرئی نور با واحد نانومتر می‏باشد. خطی كه طول موج 400 تا 700 نانومتر را به هم وصل می‏نماید، محل وقوع رنگ ماژنتا است، كه حد فاصل دو رنگ آبی و قرمز است .

سیستم رنگی CIE

موقعیت رنگ ها در دیاگرام سیستم رنگی CIE

برای استفاده از نمودار CIE توضیح نكات زیر ضروری است:

1- در واقع منحنی نمودار نمایشگر طیف نور است. رنگهای تجزیه شده طیف نور بر روی منحنی، كاملاً به صورت اشباع شده می‏باشد. اگر نقطه مركز را با حرف C مشخص سازید . همه این رنگها در امتداد نقطه مركزی قرار گرفته‏ اند. غلظت این رنگها به تدریج كه به نقطه مركزی نزدیك می‏شوند، كم می‏گردد تا در نقطه مركزی كاملاً بی‏رنگ می‏شوند.
2- در این نمودار می‏توان مختصات كلیه رنگهای موجود در طیف نور را مشخص نمود. مثلاً نقطه C1 كه رنگ مورد نظر می‏باشد، با مختصات x و y نشان داده می‏شود.
3- خط راستی كه از نقطه مركزی C شروع می‏شود از نقطه C1 عبور كرده و منحنی طیف نور را در نقطه C2 قطع می‏نماید. در واقع نقطه C2، نقطه اشباع و خالص رنگ مورد نظر است كه دارای طول موج مشخصی می‏باشد.
4- این نمودار دوبعدی، با دو محور x و y نشان داده شده و محور y معیار “روشنی” یا میزان انعكاس رنگهای خالص است. به عبارت دیگر هر قدر رنگها روشنتر باشند، در قسمت بالای منحنی و محور y قرار گرفته و به واحد 1 یا 100 نزدیكتر می‏شوند.
5- نسبت دو خط CC1 به CC2 نشان دهنده درصد خلوص یا اشباع رنگها است.

پیشنهاد بعدی   معرفی فرمت‌های پرکاربرد داده‌های رستری در سیستم اطلاعات مکانی(GIS)

به این ترتیب سه خصیصه رنگ (Colour) یعنی فام یا همان طول موج غالب (Hue) ، روشنی (Lightness or Value) و اشباع (Saturation or Chroma) در سیستم CIE قابل بیان می‏باشد.

 نمایش روی CRT رنگی، به طور كاملاً اساسی با پرینت یا پلات كاغذی متفاوت است. صفحه مانیتور از صدها هزار فسفر بسیار ریز قرمز، سبز و آبی تشكیل شده كه به صورت سطر‏ها و ستون‏های سه تایی مرتب شده ‏اند.
سیستمهای رنگی RGB ، CMYK ، HLS و HVC در ردیف سیستمهای رنگی CRT می‏باشند. تعداد رنگهایی كه به طور واقعی روی CRT قابل نمایش باشند، علاوه بر توان تفكیك صفحه نمایشگر، به كارت گرافیكی یا درایور نمایش نیز بستگی دارد. امروزه درایور‏های 24 بیتی، 224 یا حتی بیش از 16 میلیون رنگ مختلف در هر پیكسل را ارائه می‏كنند.

سیستم رنگی مانسل

 مبتکر این سیستم رنگی A.H.Munsell است. هر یك از خصوصیات رنگ (طول موج، روشنی و اشباع) دارای درجاتی است كه از طریق سیستم حسی (ادراك آدمی) تقسیم ‏بندی شده و هر درجه به وسیله عددی مشخص می‏گردد.

نمودار سیستم مانسل یك نمودار سه ‏بعدی مثل كره است كه از صفحات دایره رنگ، محور عمودی و محور افقی تشكیل می‏شود. محور عمودی كه قطبین كره را به هم می‏پیوندد، میزان روشنی و محور افقی میزان اشباع را نشان می‏دهد. صد رنگ مختلف با فواصل مساوی به دور دایره رنگ قرار دارند. ترتیب قرار گرفتن رنگها به گونه ‏ای است كه هر رنگ با دو رنگ مجاورش نزدیك است. به طور كلی در این سیستم بیش از 1500 نمونه رنگ وجود دارد.

نمودارهای سیستم رنگی مانسل

نمودارهای سیستم رنگی مانسل

كاربرد عملی رنگها

 استفاده از رنگها در نقشه می‏بایست با توجه به طبیعت و ماهیت عوارض صورت پذیرد. مثلاً در نقشه‏ های توپوگرافی، معمولاً رنگ‏های آبی و سایان برای نمایش عوارض آبی، سفید برای مناطق پوشیده از یخ، قهوه ‏ای برای عوارض هیپسومتری، سبز برای پوشش گیاهی، سیاه و طوسی برای نمایش عوارض ساختمانی بكار می‏روند.

– نقشه‏ های زمین‏ شناسی متشكل از واحدهای متفاوتی است كه بر اساس تفاوتهای سنی، فسیلی و زمانی از یكدیگر جدا می‏شوند. برای گویاتر كردن واحدهای نقشه‏ های زمین‏ شناسی، اكثراً از رنگ استفاده می‏شود و هر واحد را با رنگ جداگانه‏ ای نشان می‏دهند. در كنگره بین‏ المللی زمین‏ شناسی سال 1881 آقای A.Karpinsky جدول رنگی مشخص كننده سن واحدهای نقشه‏ های زمین‏ شناسی را ارائه نمود كه مورد تصویب و تأیید قرار گرفت و مقرر گردید از آن پس واحدهای هم‏سان رنگ یكسانی داشته باشند.

– معمولاً سعی بر آنست كه علایم ریز و كوچك، مانند علایم خطی و نقطه‏ ای با رنگهای تند و علایم سطح با رنگهای ملایمتر مشخص گردند. مثلاً از آبی تند می‏توان برای رودخانه و كانال و از آبی كمرنگ برای دریاچه‏ ها و دریا‏ها استفاده كرد.

– در كار تهیه نقشه، ایجاد پله‏ های رنگی از یك رنگ خاص امری متداول است. باید توجه داشت كه اگر چه می‏توان این پله‏ ها را با فواصل كم و به صورت مربعات كوچك در كنار هم بر زمینه‏ های سفید به راحتی تشخیص داد، ولی تشخیص همه این گامها در روی زمینه رنگی نقشه و در میان سایر رنگها امكانپذیر نیست. لذا توصیه می‏شود از سه یا چهار گام رنگی آن هم برای رنگهای قوی و پرجلوه ، مانند قرمز و آبی بیشتر استفاده نشود. در مورد رنگهای ضعیف همانند زرد بیش از دو یا احتمالاً سه گام جایز نیست.

– اگر چه هدف اصلی كاربرد رنگ در نقشه ایجاد وضوح و تمایز علایم نقشه است و موجب می‏شود تا تفاوت‏های بارزی بین عوارض نقشه پدیدار گردد ولی زیاده ‏روی در استفاده از رنگ‏های تند و متضاد در نقشه، از لحاظ دیداری خوشایند نیست.

– از سوی دیگر، هارمونی یا تعادل و توازن رنگ در نقشه موضوع مهمی است كه باید به آن توجه شود چرا كه زیبایی نقشه از وضوح و درستی نقشه نمی‏تواند جدا باشد. رعایت اصل تعادل و توازن در بكارگیری همه متغیر‏های دیداری به ویژه رنگ امری ضروری است.

– زمینه یا رنگ اطراف یك عارضه بر آن عارضه اثر خواهد داشت. اگر زمینه روشن باشد، موضوع حالت طبیعی‏ تری به خود می‏گیرد ولی اگر زمینه تیره ‏تر باشد، موضوع روشنتر و كوچكتر جلوه می‏كند، به ویژه اگر وسعت زمینه بیش از موضوع باشد. از آنجائیكه رنگ زمینه موضوع را تحت تأثیر قرار می‏دهد پیشنهاد می‏شود زمینه تصویر روشنتر باشد، چون نه تنها از تیرگی عمومی سطح تصویر كاسته می‏شود، بلكه اطلاعات در نقشه‏ های روشن، واضحتر به نظر می‏رسند و استفاده كننده آن را راحت‏ تر رؤیت كرده و مورد مطالعه قرار می‏دهد.