Un sólido de color es la representación tridimensional de un espacio o modelo de color y puede considerarse como un análogo de, por ejemplo, la rueda de color unidimensional , que representa la variable de tono (similitud con rojo, amarillo, verde, azul, magenta , etc.); o el diagrama de cromaticidad 2D (también conocido como triángulo de color ), que representa las variables de tono 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, tintes o sombras ), tono y colorido , lo que permite que el sólido represente todos los colores concebibles 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 están diseñadas para expresar algún aspecto de la relación de los colores con mayor claridad. Las esferas de color concebidas por Phillip 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 encuentran uno frente al otro en la mayoría de los sólidos de color. Al moverse hacia el eje central, los colores se vuelven cada vez menos saturados, hasta que todos los colores se encuentran en el eje central como un gris neutro. Al moverse verticalmente en el sólido de color, los colores se vuelven más claros (hacia la parte superior) y más oscuros (hacia la parte inferior). En el polo superior, todos los tonos se encuentran en el blanco; en el polo inferior, todos los tonos se encuentran en el negro.
El eje vertical del sólido de color, entonces, es gris en toda su longitud, variando desde el negro en la parte inferior hasta el blanco en la parte superior, es 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 sólido de color. Todos los colores que están desaturados en cualquier grado (es decir, que se puede pensar que contienen tanto negro como blanco en cantidades variables) comprenden el interior del sólido, variando asimismo en brillo de arriba a abajo.
El sólido de color óptimo, sólido de color de Rösch– MacAdam o simplemente gama visible , es un tipo de sólido de color que contiene todos los colores que los humanos pueden ver . El sólido de color óptimo está limitado por el conjunto de todos los colores óptimos. [4]
El espectro de emisión o reflectancia de un color es la cantidad de luz de cada longitud de onda que emite o refleja, en proporción a un máximo dado, que tiene el valor de 1 (100%). Si el espectro de emisión o 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 1 y 0, entonces es un color óptimo. Con el estado actual de la tecnología, no somos capaces de producir ningún material o pigmento con estas propiedades. [5]
Por lo tanto, son posibles dos tipos de espectros de "color óptimo": o bien la transición va de cero en ambos extremos del espectro a uno en el medio, como se muestra en la imagen de la derecha, o bien va de uno en los extremos a cero en el medio. El primer tipo produce colores que son similares a los colores espectrales y siguen aproximadamente la parte en forma de herradura del diagrama de cromaticidad CIE xy (el lugar geométrico espectral ), pero generalmente son más cromáticos , aunque menos puros espectralmente . El segundo tipo produce colores que son similares a (pero generalmente más cromáticos y menos puros espectralmente que) los colores en la línea recta en el diagrama de cromaticidad CIE xy (la " línea de púrpuras "), lo que da lugar a colores magenta o similares al púrpura.
En los sólidos de color óptimos, los colores del espectro visible son teóricamente negros, porque su espectro de emisión o reflexión es 1 (100%) en una sola longitud de onda, y 0 en todas las demás infinitas longitudes de onda visibles que hay, es decir, tienen una luminosidad de 0 respecto al blanco, y también tendrán 0 de croma, pero, por supuesto, 100% de pureza espectral. En resumen: En los sólidos de color óptimos, los colores espectrales son equivalentes al negro (0% de luminosidad, 0 de croma), pero tienen una pureza espectral completa (se encuentran en el lugar geométrico espectral en forma de herradura del diagrama cromático). [6]
En los espacios de color lineales que contienen todos los colores visibles por los humanos, como LMS o CIE 1931 XYZ , el conjunto de semirrectas que comienzan en el 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 del espectro". El punto negro (coordenadas (0, 0, 0)) del sólido de color óptimo (y solo el punto negro) es tangente al "cono del espectro", y el punto blanco ((1, 1, 1)) (solo el punto blanco) es tangente al "cono del espectro invertido", siendo el "cono del espectro invertido" simétrico al "cono del espectro" con respecto al punto gris medio ((0,5, 0,5, 0,5)). Esto significa que, en espacios de color lineales, el color sólido óptimo es centralmente simétrico. [6]
En la mayoría de los espacios de color, la superficie del sólido de color óptimo es lisa, excepto por dos puntos (negro y blanco); y dos bordes afilados: el borde " cálido ", que va del negro, al rojo, al naranja, al amarillo, al blanco; y el borde "frío", que va del negro, al azul, al cian , al blanco. Esto se debe a lo siguiente: Si la porción del espectro de emisión o reflexión de un color es rojo espectral (que se encuentra en un extremo del espectro), se verá como negro. Si se aumenta el tamaño de la porción de emisión o 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 llegar a cuando se emite o refleja todo el espectro. El proceso descrito se llama "acumulación". La acumulación puede iniciarse en cualquier extremo del espectro visible (recientemente describimos la acumulación a partir del extremo rojo del espectro, lo que genera el borde nítido "cálido"), mientras que la acumulación a partir del extremo violeta del espectro generará el borde nítido "frío". [6]
Cada tono tiene un color de croma máximo, también conocido como punto de croma máximo, semicroma o color pleno; no existen colores de ese tono con un croma más alto. Son los colores más cromáticos y vibrantes que somos capaces de ver. Aunque por ahora no somos capaces de producirlos, estos son los colores que se ubicarían en un círculo cromático ideal. Fueron llamados semicromas o colores plenos por el químico y filósofo alemán Wilhelm Ostwald a principios del siglo XX. [6] [7]
Si B es la longitud de onda complementaria de la longitud de onda 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 emisión o reflexión 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 croma máxima, semicroma o color completo (esta es la explicación de por qué se los llamó semicroma ). Por lo tanto, los colores de croma máxima son un tipo de color óptimo. [6] [7]
Como se ha explicado, los colores plenos están lejos de ser monocromáticos. Si se aumenta la pureza espectral de un color de máxima croma, su croma disminuye, porque se acercará al espectro visible, es decir, se acercará al negro. [6]
En espacios de color perceptualmente uniformes, la luminosidad de los colores completos varía desde alrededor del 30 % en los tonos azul violáceo hasta alrededor del 90 % en los tonos amarillentos . El croma de cada punto de croma máximo también varía según el tono; en los 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 un croma alto, mientras que los semicromos como el amarillo, el naranja y el cian tienen un croma ligeramente más bajo.
En las esferas de color y el espacio de color HSL , los colores de máxima croma se encuentran alrededor del ecuador en la periferia de la esfera de color. Esto hace que los sólidos de color con forma esférica sean inherentemente no uniformes perceptualmente , ya que implican que todos los colores completos tienen una luminosidad del 50%, cuando, tal como los perciben los humanos, hay colores completos con una luminosidad de alrededor del 30% a alrededor del 90%. Un sólido de color perceptualmente uniforme tiene una forma irregular. [8] [9]
A principios del siglo XX, las demandas industriales de una forma controlable de describir los colores y la nueva posibilidad de medir los espectros de luz iniciaron una intensa investigación sobre 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) [5] que los colores más saturados que se pueden crear con una reflectividad total dada son generados por superficies que tienen reflectancia cero o completa en cualquier longitud de onda dada, y el espectro de reflectividad debe tener como máximo dos transiciones entre cero y completa.
El trabajo de Schrödinger fue desarrollado por David MacAdam y Siegfried Rösch . [10] MacAdam fue la primera persona en calcular coordenadas precisas de puntos seleccionados en el límite del sólido de color óptimo en el espacio de color CIE 1931 para niveles de luminosidad de Y = 10 a 95 en pasos de 10 unidades. Esto le permitió dibujar el sólido de color óptimo con un grado aceptable de precisión. Debido a su logro, el límite del sólido de color óptimo se llama límite de MacAdam (1935).
En las computadoras modernas, es posible calcular un sólido de color óptimo con gran precisión en segundos. Por lo general, solo se calcula el límite de MacAdam (los colores óptimos, el límite del sólido de color óptimo), porque todos los demás colores (no óptimos) existen dentro del límite.
El volumen de color es el conjunto de todos los colores disponibles en todos los matices , saturaciones , luminosidad y brillo disponibles . [11] [12] Es el resultado de un espacio de color 2D o una gama de colores 2D (que representa la cromaticidad ) combinado con el rango dinámico . [13] [14] [15]
El término se ha utilizado para describir el mayor volumen de color del HDR que el del SDR (es decir, un brillo máximo de al menos 1000 cd/m2 más alto que el límite de 100 cd/m2 del SDR y una gama de colores más amplia que la del Rec. 709 / sRGB ). [11] [13] [16] [17] [18]
El sólido de color también se puede utilizar para visualizar claramente el volumen o la gama de una pantalla, impresora, el ojo humano, etc., porque da información sobre la dimensión de la luminosidad, mientras que el diagrama de cromaticidad comúnmente utilizado carece de esta dimensión del color.
Los artistas y críticos de arte consideran que el sólido de color 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 del arte visual.
