Der dreidimensionale Farbraum

Transkript

1 Der dreidimensionale Farbraum

2 Der dreidimensionale Farbraum - ein Thema für den Physikunterricht?

3 Übersicht: 1. Vorüberlegungen 2. Ein anschauliches Modell für den Farbraum 3. Licht und Farbe 4. Der Farbraum des Farbfernsehens

4 1. Vorüberlegungen Das Thema Farben im Physikunterricht

5 1. Vorüberlegungen Das Thema Farben im Physikunterricht Durch Addieren der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau lassen sich alle Lichter des Farbenkreises erstellen. Auch in der Natur können wir viele Farbtöne beobachten, obwohl es nur wenige Grundfarben (Spektralfarben) gibt.

6 1. Vorüberlegungen Wofür steht das Wort Farbe? Das T-Shirt hat die Farbe Rot. Farbe steht für eine Eigenschaft Die Dose enthält rote Farbe. Farbe steht für einen Stoff Farbstoff

7 1. Vorüberlegungen Wofür steht das Wort Farbe? Farbe steht für eine Eigenschaft Wessen Eigenschaft ist das? die eines Gegenstandes (Körpers) die eines Gegenstandes (Körpers) und der zugehörigen Beleuchtung die eines Gegenstandes (Körpers), der zugehörigen Beleuchtung und des jeweiligen Betrachters

8 1. Vorüberlegungen Wofür steht das Wort Farbe? Farbe steht für eine Empfindung Kennzeichen normalsichtiger Menschen: große Vielfalt unterschiedlicher Farbempfindungen Lässt sich diese Vielfalt irgendwie ordnen?

9 Übersicht: 1. Vorüberlegungen 2. Ein anschauliches Modell für den Farbraum 3. Licht und Farbe 4. Der Farbraum des Farbfernsehens

10 2. Ein anschauliches Modell für den Farbraum Ausgangspunkt im Unterricht: eine Vielzahl bunter Würfel (Hardware) Quadrate (auf dem Bildschirm)

11 Zusammenfassen der kräftigen und der blassen Farbempfindungen: PhotoDraw

12 Zusammenfassen der kräftigen und der blassen Farbempfindungen:

13 Die kräftigen Farbempfindungen nach hell und dunkel sortieren:

14 Die kräftigen Farbempfindungen nach hell und dunkel sortieren:

15 Die kräftigen, hellen Farbempfindungen gesondert betrachten:

16 Die kräftigen, hellen Farbempfindungen lassen sich anordnen: Photo_Draw

17 Die kräftigen, hellen Farbempfindungen lassen sich anordnen:

18 Durch diese Anordnung wird die Farbtonskala festgelegt: Farbtonskala

19 Die Farbtonskala ist eine geschlossene Skala: Farbtonskala

20 Die Farbtonskala ist eine geschlossene Skala: geschlossene Farbtonskala

21 Die 12 Farbtöne dieser Skala erhalten Namen: Grüngelb Gelb Grün Orange Türkis Orangerot Cyan Rot Magenta Blau Blauviolett Purpur

22 Zu den 12 ausgezeichneten Farbtönen findet man passende Farbempfindungen bei den blassen und den dunklen Farbeindrücken:

23 Zu den 12 ausgezeichneten Farbtönen findet man passende Farbempfindungen bei den blassen und den dunklen Farbeindrücken:

24 Zu den 12 ausgezeichneten Farbtönen findet man passende Farbempfindungen bei den blassen und den dunklen Farbeindrücken:

25 Zu den 12 ausgezeichneten Farbtönen findet man passende Farbempfindungen bei den blassen und den dunklen Farbeindrücken:

26 Zu den 12 ausgezeichneten Farbtönen findet man passende Farbempfindungen bei den blassen und den dunklen Farbeindrücken:

27 Blasse Farbempfindung bedeutet geringere Sättigung; dunkle Farbempfindung bedeutet geringere Helligkeit

28 Veränderung der Sättigung in der Farbtonreihe:

29 Veränderung der Helligkeit in der Farbtonreihe:

30 Veränderung von Sättigung und Helligkeit bei festem Farbton:

31 Veränderung von Sättigung und Helligkeit bei festem Farbton:

32 Veränderung von Sättigung und Helligkeit bei festem Farbton:

33 Veränderung von Sättigung und Helligkeit bei festem Farbton:

34 Veränderung von Sättigung und Helligkeit bei festem Farbton:

35 2. Ein anschauliches Modell für den Farbraum Ausgangspunkt im Unterricht: irgendwie Ordnung in die Vielfalt unterschiedlicher Farbempfindungen bringen Geeignete Ordnungskriterien: Farbton, Sättigung und Helligkeit

36 Ein Modell für den dreidimensionalen Farbraum

37 Der Farbkreis dargestellt durch farbige Würfel

38 Verringerung der Sättigung

39 Verringerung der Sättigung die Sättigung nimmt von der Mitte nach außen hin zu

40 Verringerung der Helligkeit

41 Verringerung der Helligkeit

42 Verringerung der Helligkeit

43 Der Farbzylinder

44 2. Ein anschauliches Modell für den Farbraum Resultat: Die drei Merkmale Farbton, Sättigung und Helligkeit erlauben eine Anordnung der Farbempfindungen. Die Farbempfindungen bilden einen dreidimensionalen Raum. Diese Gesetzmäßigkeit wurde bereits 1853 von dem deutschen Physiker Hugo Graßmann erkannt. ( 1. Graßmannsches Gesetz ) Als Modell für diesen Farbraum kann ein Zylinder verwendet werden.

45 2. Ein anschauliches Modell für den Farbraum Resultat: Die drei Merkmale Farbton, Sättigung und Helligkeit erlauben eine Anordnung der Farbempfindungen. Die Farbempfindungen bilden einen dreidimensionalen Raum. Hinweis: Programme zur Farbenlehre und zur Farbwahrnehmung (Universität Erlangen / H. Dittmann) Programm Farbzylinder

46 Übersicht: 1. Vorüberlegungen 2. Ein anschauliches Modell für den Farbraum 3. Licht und Farbe 4. Der Farbraum des Farbfernsehens

47 3. Licht und Farbe Licht fällt in das Auge Reiz ( Farbreiz ) Farbempfindung Physik. Beschreibung: Spektrale Zusammensetzung des Lichts Spektrum Intensität pro Wellenlängenbereich

48 3. Licht und Farbe Bei 5 nm: Pro Spektrum: Angabe von 70 spektralen Intensitäten Jeder Farbreiz ist Punkt eines 70-dimensionalen Raums Viel mehr unterschiedliche Farbreize als Farbempfindungen Spektrum

49 3. Licht und Farbe Bei 5 nm: Pro Spektrum: Angabe von 70 spektralen Intensitäten Jeder Farbreiz ist Punkt eines 70-dimensionalen Raums Viel mehr unterschiedliche Farbreize als Farbempfindungen Eine bestimmte Farbempfindung lässt sich durch ganz unterschiedliche Farbreize auslösen. Bereits Hugo Graßmann hatte erkannt: Durch das Mischen von drei geeigneten Lichtsorten lassen sich fast alle Farbempfindungen bei einem Betrachter hervorrufen. additive Farbmischung

50 3. Licht und Farbe Mischen von Licht:

51 3. Licht und Farbe Mischen von Licht:

52 3. Licht und Farbe Mischen von Licht:

53 3. Licht und Farbe Mischen von Licht:

54 3. Licht und Farbe Mischen von Licht:

55 3. Licht und Farbe Mischen von Licht: Farbscheibe

56 3. Licht und Farbe Mischen von Licht: Farbfernsehen

57 Farbdarstellung am RGB-Monitor

58 Übersicht: 1. Vorüberlegungen 2. Ein anschauliches Modell für den Farbraum 3. Licht und Farbe 4. Der Farbraum des Farbfernsehens

59 4. Der Farbraum des Farbfernsehens G (0,1,0) R (1,0,0) B (0,0,1)

60 4. Der Farbraum des Farbfernsehens G (0,1,0) (1,1,0) (0,1,1) (0,0,0) R (1,0,0) B (0,0,1) (1,0,1)

61 4. Der Farbraum des Farbfernsehens G (0,1,0) (1,1,0) (0,1,1) (1,1,1) (0,0,0) R (1,0,0) B (0,0,1) (1,0,1)

62 4. Der Farbraum des Farbfernsehens G (0,1,0) (1,1,0) Übliche Bezeichnungsweise: B (0,1,1) (0,0,1) (0,0,0) (1,1,1) (1,0,1) (1,0,0) R Je drei Farbwerte (R,G, B) legen eine Farbvalenz fest. Die Valenzen (1,0,0), (0,1,0), (0,0,1) nennt man Primärvalenzen (Grundvalenzen)

63 4. Der Farbraum des Farbfernsehens G (0,1,1) (0,1,0) (1,1,0) Übergang zur Farbtafel R Programm Farbecke (1,0,0) B (0,0,1) (1,0,1)

64 Die Farbtafel

65 Die Farbtafel

66 Die Farbtafel V 1 Additives Mischen zweier Farbvalenzen V 1 und V 2 : V 2 Alle Farbvalenzen auf der Verbindungsstrecke sind möglich.

67 Die Farbtafel V 1 Geht die Verbindungsstrecke durch den Unbuntpunkt, lässt sich aus diesen beiden Valenzen Weiß (Unbunt) mischen. V 2

68 Die Farbtafel V 1 V 2 Durch Zumischen von Weiß verringert sich die Sättigung.

69 Die Farbtafel und die Spektralfarben Wo ist der Farbort der Spektralfarben? Auf jeden Fall außerhalb der Farbtafel! Idee: Äußere Farbmischung Dabei wird die Farbempfindung der Spektralfarbe entsättigt, indem Weiß zugemischt wird. Die Farborte der Mischungen liegen zwischen dem Ort der Spektralfarbe und Unbunt.

70 Die Farbtafel und die Spektralfarben Wo ist der Farbort der Spektralfarben? V R Dabei entsteht irgendwann eine Farbempfindung, die durch eine Valenz auf dem Rand der Farbtafel reproduziert werden kann. Der Farbort der Spektralfarbe liegt auf der Halbgeraden von Unbunt durch V R. Bei normierten Primärvalenzen kann aus dem zugemischten Weißanteil der Ort der Spektralfarbe bestimmt werden.

71 Der Spektralfarbenzug Er ist der Farbort der Spektralfarben (bei normierten Primärvalenzen) Besonderheit: Purpurgerade Diese Schuhsohle macht deutlich, welche Farbvalenzen auf dem Bildschirm nicht dargestellt werden können. Die Darstellung ist nicht empfindungsgemäß!

72 Der Spektralfarbenzug Farbtongleiche Wellenlänge f zu einer Valenz f

73 Der Spektralfarbenzug Eine farbtongleiche Wellenlänge f lässt sich nicht für beliebige Valenzen angeben!

74 Ausblick Subtraktives Mischen Wer wird da eigentlich gemischt? Wie verändern sich die Spektren beim additiven und subtraktiven Mischen? Warum sollten die Primärvalenzen beim - additiven Mischen möglichst gesättigt sein? - beim subtraktiven Mischen eher ungesättigt sein?..

75 Ausblick Dateien der Universität Erlangen: Programme: Farbmixer Farbwürfel RGB-Mixer (alt) Farbspion Farbwahrnehmung Programmerläuterungen ( ppp Prof. Dittmann)