Оригинал статьи: http://www.itchy-animation.co.uk/light.htm

Свет.

Везде в этой статье я буду использовать изображение белого шарика на белой поверхности, чтобы было понятно, как свет ведет себя в различных ежедневных ситуациях:

Здесь показан солнечный день. Главный источник света – солнце. Синее небо обеспечивает дополнительное освещение с другими особенностями. Немного отраженного от пола света также создает третий "источник света".

Самый яркий свет исходит от солнца - маленького источника, отбрасывающего острые четкие тени. Второй источник - синее небо. Он является очень большим источником, и в результате создает мягкие тени (которые в данном случае не видны благодаря яркому солнцу). Я позже расскажу о теневом освещении, но пока прошу помнить одно - чем меньше источник света, тем четче тени.

Освещение от синего неба имеет очень сильное цветовое влияние на сцену в целом. Тень, отброшенная шаром является синей, потому что теневая часть освещена небом. Части шара, которые не находятся в "поле зрения" прямого солнечного света, также берут синий оттенок.

Наконец отраженный от пола свет, который подсвечивает нижнюю часть шарика, также является преобладающе синим (даже при том, что пол и шарик белые), так как опять в освещении учавствует синее небо. Низ шарика получает больше этого отраженного света, потому что он ближе к отражающей поверхности.

Самые темные области в изображении - граница света и тени на поверхности шара: эту зону называют границей собственной тени. Центральная часть очень темна, потому что не получает никакого солнечного света, так же недостаточно получает небесного и совсем не получает отраженного освещения. Края этой области светлее, потому что сверху получают часть освещения от неба, и снизу – но уже отраженный от пола свет.

Почему граница собственной тени - самая темная область на шаре?

Частично из-за контраста, будучи близко к очень яркой части шара кажется, что эта часть темнее. Она также темнее из-за отсутствия отраженного света. Поэтому, в отличие от остальной части шара, которая получает либо солнечный свет (верх), либо отраженный и небесный свет (низ), здесь главный и единственный источник освещения - синее небо.

Почему свет от неба - синий?

Видимый свет состоит из фотонов, эти частицы имеют различные длины волн в зависимости от их цвета: синий свет включает частицы с более короткой длиной волны, а красный - частицы с более длинной длиной волны (еще раз пардон за изыски языка :-)).

Белый свет от солнца состоит из всего спектра цветов, которые по отдельности представляют собой цвета радуги (первый – короткие волны, последний – длинные) фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный. В сумме - белый.

Однако при прохождении через толщу Земной атмосферы, фотоны с более короткими длинами волн рассеиваются. Наша атмосфера состоит из различных газов. Фотоны проходящие через атмосферу, сталкиваются с атомными частицами, и отклоняются от своей первоначальной траектории. Фотоноы с более короткими длинами волн отклоняются меньше, поэтому больше всего рассеиваются фотоны синей части спектра.

Под безоблачным небом, атмосферой рассеивается синий свет, который становится доминантным.

Более длинные длины волн (красный), могут дольше сохранять первоначальное направление в толще атмосферы. Вот почему закаты красны: поскольку солнечный свет проникает через более толстый слой воздуха, и много синего света теряется из-за рассеивания в более толстом слое атмосферы, преобладающий свет вечером - красный.

Свет солнца красный в закате, потому что более короткие синие длины волны были рассеяны. *Примечание. Однако синий свет, рассеяный на западе, все же достаточно сильно освещает восточную часть, в том числе подсвечивает волны.

Эффект отражения от поверхностей синих фотонов во всех направлениях приводит к тому, что синим светом "полыхает" все вокруг. Этот синий свет достаточно силен, чтобы осветить области, которые не находятся в области прямого солнечного света. Вы можете легко убедиться в его силе – вы все еще можете видеть детали окружения, находясь глубоко в тени здания.

Тени на этой фотографии имеют сильный синий оттенок, потому что они освещаются синим небом.

Отражение света.

Когда свет попадает на поверхность, он либо отражается от нее, либо поглощается ею, в зависимости от свойств поверхности. Белый объект отразит все длины волн, тогда как черный объект поглотит их. Когда белый свет попадает на красную поверхность, синие и зеленые длины волны поглощаются, и красный свет отражается (я использую здесь первичные цвета, а не полный спектр, ради простоты объяснения).

Так, если белый свет попадает на красную поверхность, отражаются красные фотоны. Когда же эти отраженные фотоны попадают на следующую поверхность, они будут освещать эту поверхность красным светом. Это явление называют глобальным освещением, и цвета рядом находящихся объектов будут друг на друга влиять, добавляя свои оттенки.

Отражение света от этих жалюзи добавляет стенам оттенок дерева.

Брюшко этой пчелы сильно окрашено красным светом, отраженным от лепестков мака.

Перенос освещения – "требовательное" явление, и необходимо много света для того, чтобы оно стало очевидным. В рассеяном или тусклом освещении его не видимо вообще, однако в ярком свете, оно может добавить больше цвета объектам, которые затрагивает. Если свет распространяется между одинаковыми по цвету объектами, может создасться очень насыщеный световой эффект, поскольку отраженный свет умножает существующий цвет основной поверхности - вы можете иногда видеть это явление в ярком дневном свете.

Метания фотонов между этими деревянными планками увеличивают насыщеность цвета поверхности. Результатом является сильно насыщеное освещение, гораздо более насыщеное, нежели это было бы в пасмурную погоду.

Светлые и темные изображения.

То, как мы хотим представлять сцену, субъективно, и иногда создает элемент недосказанности, заставляя нас размышлять. Большинство представленных ситуаций будет иметь равный баланс света и тени, с неким среднеарифметическим освещением, потому что это привычное освещение, которое мы видим ежедневно. Однако есть ситуации, где вещи требуют показать себя в ярком или наоборот, темном свете, например туман, снега, или вечернее время суток. Художник мог бы подчеркнуть одну из этих крайностей для визуального воздействия, для передачи определенного чувства.

Светлые изображения.

Яркие и контрастные изображения имеют господство белых или очень легких тонов и имеют тенденцию выглядеть легкими и воздушными. Яркое освещение часто (но не всегда) смягчает детали, или делает их вообще не видимыми. В природе яркое освещение присутствует в тумане и снегу, где даже тени светлые, из-за многократного отражения лучей от яркой среды.

Абсолютная простота этой фотографии создана очень ограниченной палитрой: белый, и различные оттенки темно-серого.

Темные изображения.

Изображения со слабой освещеностью имеют по природе очень мало света. Контраст обычно высок и освещение слабо. Низкое освещение может создать очень напряженную атмосферу и часто используется именно для этого. Самое очевидное время для такого освещения - вечернее, но оно так же может присутсвовать например в изображении шторма или вообще в интерьерах.

Драма в этом изображении подчеркнута низким освещением.

Баланс белого.

Большинство источников света, с которыми мы сталкиваемся в каждодневных ситуациях, имеет цветовой оттенок, однако наш мозг очень хорошо адаптируется к этому. Пока есть неопределенная смесь трех первичных светов, наш мозг интерпретирует это освещение как белое. Даже при освещении с очень сильным цветом мы способны фильтровать информацию, которую наши глаза получают, и чувствовать их в относительном, а не абсолютном смысле.

Самый очевидный способ продемонстрировать это - использовать цифровую камеру с балансом белого настроенным на дневной свет. Это самая нейтральная установка, потому что она фактически отобразит реальные цвета. В примере ниже я фотографировал предмет с открытым окном, которое действовало как источник света. Свет был от пасмурного неба, и поэтому относительно нейтрален.

На следующей фотографии я закрыл внешнее освещение и использовал стандартную домашнюю лампочку на 60 ватт как источник света:

Насыщеность цвета в этом изображении, возможно, удивила вас. Мы не имеем тенденцию воспринимать исуственное освещение как желтое или оранжевое. Наш мозг преобразовывает цвета, чтобы заставить их напомнить первое изображение, но в этом случае "глаза"-камера показывает истинную картину.

Один очень легкий способ подтвердить этот факт состоит в том, чтобы смотреть на окна кваритры с внешней стороны: в следующий раз вы находитесь на открытом воздухе вечером, посмотрите на свет, который исходит от окон зданий, и вы увидите, что помещения яркие как апельсин. Когда мы не находимся непосредственно в поле источника света, мы можем видеть его истинный цвет.

Рассматривание с улицы лампочек, освещающих квартиру внутри помогает воспринимать их истинный цвет. Отсюда эта квартира выглядит ярким апельсином.

Кое-что очень похожее случается, когда мы стоим в тени, где свет является синим. Мы воспринимаем свет нейтральным, но если мы из ночного дозора и выйдем из сумрака на свет, то с солнечной стороны легче увидеть синий оттенок теней. Есть множество других ситуаций, где огни имеют сильный оттенок: флуоресцентный свет часто зеленый, уличное освещение оранжевое, вечернее солнечное освещение - от светло-желтого до глубокого красного, и т.д...

Находясь в тени, мы воспринимаем свет нейтральным, но отойдя в освещенную часть улицы можно увидеть глубокие синие оттенки.