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GDC | §1.2 – El color

< §1.1 – La necesidad de la gestión del color

Toda noción primitiva, como el espacio o el tiempo, resulta difícil de definir con precisión por el hombre común sin caer en descripciones largas y confusas, quizás matizadas con ejemplos y referencias. El color pertenece claramente a esa categoría; en definitiva, ¿quién no sabe qué es el color? Sin embargo, si pretendemos analizarlo y cuantificarlo, debemos tener un definición que nos permita tratarlo operativamente. Y si bien podemos asumir que el lector de estas páginas ha enfrentado alguna vez las nociones básicas sobre la teoría de la luz y el color, será menester profundizarlo, siquiera para fijar los conceptos necesarios para nuestra aplicación.

La observación de que determinados objetos poseen un color característico (por ejemplo, los tomates “son” rojos) parece sugerir que el color es simplemente uno de sus atributos, no muy diferente de otros, como la forma, el tamaño o el peso. No obstante, sólo es posible saberlo cuando dichos objetos son iluminados; en la oscuridad no podríamos saber qué color tiene un objeto desconocido. Por otro lado existe otra categoría de objetos que generan luz, y por lo tanto son visibles y presentan un color sin necesidad de recurrir a una fuente de iluminación; la misma luz que emiten posee un determinado color.

Estas consideraciones parecen apuntar de manera más o menos evidente a identificar el color como un fenómeno físico, que depende de la luz y de cierta propiedad de los objetos. Lo que es menos evidente es que el color es en realidad una construcción que nuestro cerebro realiza ante la presencia de determinados estímulos visuales.

color-demo
Síntesis de amarillo en un monitor típico. Si bien el color del círculo es percibido como amarillo, un examen del monitor nos muestra que ese color se produce por la emisión simultánea de luz roja y verde. Que esos colores no puedan percibirse a cierta distancia muestra que cuando el ojo no puede “resolverlos”, el efecto producido es el mismo que si ambos puntos estuvieran en el mismo lugar y llegan por lo tanto a la misma posición del ojo. Nuestro sistema visual hace el resto.

Podríamos decir entonces que el color es esencialmente un fenómeno producto de la interacción de luz sobre un objeto y de la experiencia subjetiva de un observador de esa interacción; si excluimos al observador (vale decir, si nos colocamos en un punto de vista estrictamente físico y consideramos sólo la luz y los objetos) el color no existe en realidad. Por lo tanto, modelar el color implicará conocer las propiedades de la luz, de cómo interactúa con los objetos y del sistema visual humano, esto es, deberemos analizar procesos físicos y procesos fisiológicos. Si bien los primeros se conocen con suficiente precisión, los últimos, en cambio, sólo podrán aproximarse mediante mediciones hechas sobre la visión de personas reales y mediante modelos que den cuenta de esas mediciones. En cualquier caso analizaremos ambos tipos de procesos.

Aspectos físicos del color

Empezaremos con la luz. El fenómeno físico conocido como ondas electromagnéticas (una sucesión alternativa de campos eléctricos y magnéticos) domina una amplia variedad de radiaciones: las ondas de radio y televisión, microondas, rayos infrarrojos y ultravioletas, la luz visible, rayos X y rayos gamma son todos ejemplos de ondas electromagnéticas. Como toda onda, consiste en la variación doblemente periódica (en el espacio y en el tiempo) de una magnitud física. Un ejemplo clásico es el sonido, en el cual la magnitud variable es la presión del aire; en las ondas electromagnéticas es la amplitud instantánea del campo electromagnético que la forma.

Wave
Representación de una onda. La dimensión vertical representa la magnitud física que varía: presión del aire en el caso del sonido, altura de la superficie en las ondas del agua, intensidad del campo electromagnético en el caso de la luz.

Estas ondas pueden caracterizarse a través de varios parámetros, principalmente su intensidad, su velocidad de propagación y su frecuencia de variación. Este último es el que esencialmente caracteriza al tipo de radiación, ya que con su sólo valor podemos sin ambigüedad saber a cuál pertenece de los ejemplos mencionados. Relacionado con la frecuencia tenemos otras dos magnitudes: el período, que es el tiempo necesario para que la onda complete un ciclo de variación, y la longitud de onda, que se define como la distancia recorrida por la onda en un período.

Intensidad o amplitud de una onda. En el caso del sonido, sería una medida de “qué tan fuerte” es; si fuera luz, “qué tan brillante”.
WaveInSpace
Variación en el espacio de una onda. Si se observa el cambio de amplitud en un momento fijo del tiempo, veremos una variación periódica de la amplitud con la distancia. La longitud de onda λ es la distancia empleada en un ciclo completo.
Variación en el tiempo de una onda. Si se observa el cambio de amplitud en un punto fijo del espacio, veremos una variación periódica de la amplitud con el tiempo. El período T es el tiempo empleado en un ciclo completo.

Conociendo el período T (por ejemplo en segundos por cada ciclo) es directo calcular la frecuencia (ciclos por cada segundo) a través de la expresión

    \[ f=\frac{1}{T} \]

Teniendo en cuenta que la velocidad de propagación en el vacío es la misma para todas las ondas electromagnéticas[1], existe una relación entre los tres últimos parámetros mencionados: denominando, como es usual, con el símbolo c a la velocidad de las ondas de luz (en metros por segundo), con f a su frecuencia (en ciclos por segundo) y λ a la longitud de onda (en metros), la relación que los une es

    \[ \lambda=\frac{c}{f} \]

Dado que la luz tiene una velocidad constante y conocida (que en el vacío y en el aire[2] es aproximadamente igual a 299.792 kilómetros por segundo), conociendo la longitud de onda tendremos la frecuencia y viceversa; es decir, con sólo dar uno de estos dos parámetros, el otro queda determinado. Además, ambos varían de forma inversa; a mayor longitud de onda, menor frecuencia y recíprocamente. Es usual utilizar la longitud de onda en lugar de la frecuencia como la magnitud de interés para caracterizar a la onda electromagnética.

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Los distintos tipos de radiaciones (naturales y artificiales) en una escala de longitudes de onda, desde los rayos X y rayos gamma (por debajo del nanómetro), hasta las ondas cortas (SW) y ondas largas de la radio AM comercial, en el orden del kilómetro. En esta escala, que tiene al menos 14 órdenes de magnitud, para distinguir cada tipo de radiación basta con su longitud de onda. Sólo es visible para el hombre el pequeño intervalo mostrado.

Sabemos que no todas las longitudes de onda son visibles al ojo humano; de hecho, sólo podemos percibir un rango extremadamente estrecho de todas las que existen (naturales o producidas por el hombre). Ese rango, conocido como espectro visible, está comprendido aproximadamente entre los 400 y los 700 nanómetros[3]; longitudes de onda inferiores a 400 nm (es decir, frecuencias superiores a 750 billones de ciclos por segundo) corresponden a los rayos ultravioletas, mientras que las superiores a 700 nm (y por tanto frecuencias inferiores a 430 billones de ciclos por segundo) forman la luz infrarroja. El interés en estas cantidades radica en que describen la velocidad de variación de la onda, y ello es un indicador directo del color con el cual será percibido ese rayo de luz. Con esta idea introduciremos nuestra primera definición:

Denominamos color al resultado percibido por el ser humano cuando un haz de luz en determinado rango de longitudes de onda denominado espectro visible (aproximadamente entre 400 y 700 nm[4]) incide en la retina.

newton-prism
Representación del experimento clásico de difracción de Newton, que pone de manifiesto la naturaleza compuesta de la luz blanca

La luz visible puede estar formada por una única longitud de onda, y será percibida como teniendo un cierto color. El famoso experimento del prisma de Newton nos muestra que la luz blanca está compuesta por un haz de luces de colores diferentes, cada uno con una longitud de onda específica; son los colores monocromáticos, los que forman el arco iris. Sin embargo, es fácil notar que no están todos los colores allí. Así como la luz blanca es evidentemente la resultante de la suma de todos esos haces de diferentes longitudes de onda (en alguna proporción), otros colores se formarán al mezclar esos haces en otras proporciones. Determinar esas proporciones o intensidades relativas para una fuente de luz particular se denomina análisis espectral.

§1.3 – La relación entre color y espectro >

1 En otros medios (por ejemplo vidrio, agua) la velocidad es menor y depende de la longitud de onda; es la propiedad que explica la descomposición de la luz en un prisma y la formación del arco iris a través de las gotas de agua suspendidas en la atmósfera.
2 En realidad la velocidad de la luz en el aire es algo menor que en el vacío y depende de la longitud de onda, pero como la diferencia es mucho menor que un milésimo podemos considerarla iguales a los efectos prácticos.
3 Recordemos que el nanómetro es la milmillonésima parte del metro, es decir, 1 nm = 10-9 m = 1/1.000.000.000 m.
4 Si bien los valores de 400 y 700 nm son fáciles de recordar como referencia, en realidad la visión humana se extiende algo más. En colorimetría se considera que el espectro visible se extiende desde los 380 hasta los 780 nm. Los instrumentos de uso común en gráfica suelen abarcar un espectro algo menor, de 380 nm a 730 nm aproximadamente.