Что светлее небо или вода

Начало пути: свет и цвет в пейзаже

Освещение напрямую влияет на атмосферу и настроение в картине. Изучая физические свойства различных видов освещения, мы сможем передавать реальность в своих работах. Наш мозг на подсознательном уровне выстраивает «правильность» видимой нами картинки, и если в ней что-то не так, то мы все равно осознаем, что там присутствует ошибка. Именно поэтому важно изучить, как работает свет в различных обстоятельствах.

Атмосфера в окружении. Немного физики.

Естественный свет существует в широком диапазоне, и разница может быть огромной. Источником всего нашего естественного света является Солнце, сам свет приобретает различные характеристики в разное время дня и в разных погодных условиях, превращая этот единственный источник света в существенно различающиеся источники — от жесткого и теплого до мягкого и прохладного.

Атмосфера Земли рассеивает более короткие длины волн света, что приводит к созданию голубого неба и к красноватому свету от самого солнца. Чем больше воздуха проходит солнечный свет, тем больше он рассеивается. Это означает, что по мере того, как солнце опускается все ниже, оно должно проходить через более толстый слой атмосферы, вызывая тем самым большее рассеяние в начале и конце дня.

Облака также оказывают большое влияние как на цвет, так и на характер солнечного света. Облака полупрозрачны, что означает, что они пропускают свет через себя, но рассеянно. Когда свет проходит через прозрачную поверхность, такую как стекло, лучи остаются параллельными, однако когда свет проходит через полупрозрачное вещество, лучи отражаются внутри него и выходят в нескольких направлениях. Это явление похоже на рассеяние голубого света атмосферой, но в облаках оно происходит на всех длинах волн света, а не только на более коротких.
Эффект, который эта диффузия оказывает на солнечный свет, состоит в том, чтобы смягчить его, превратив небольшой жесткий источник света (солнце) в большой и мягкий (все небо). На цвет также сильно влияет облачный покров, поскольку облака скрывают голубое небо и исходящий от него свет.
Давайте рассмотрим примеры, как это происходит в различное время суток и при разной облачности.

1. Полуденное солнце

Когда солнце находится в своей наивысшей точке на небе, свет становится самым белым и сильным. Контраст очень высок, тени очень темные. Чтобы такое освещение было правдоподобно воссоздано, оно должно быть очень сильным и высококонтрастным.
Сильный свет имеет эффект отбеливания цветов, и они кажутся менее насыщенными, чем в другое время суток. Вода, например, очень выгодно смотрится на таком сильном свету, и многие фото тропических морей делаются в полдень. В других случаях высокая контрастность может быть использована для творческого эффекта.

Это изображение типично для полуденного освещения, обратите внимание, что песок на переднем плане полностью белый, а тень-черная как смоль. Контраст слишком высок, чтобы пленка могла воспроизвести весь спектр оттенков.

Воду хорошо фотографировать в полдень, потому что солнечный свет находится под хорошим углом, чтобы избежать отражения в нашу сторону. В отличие от большинства других предметов, этот вид света очень эффективно выявляет цвет в океане.

На этом фото сильный контраст полуденного солнца. Использование инфракрасного фильтра еще больше усилило этот эффект, в цвете изображение, вероятно, не было бы таким привлекательным.

2. Поздний день/ранний вечер

По мере того как солнце садится, его свет становится все теплее, так что к вечеру солнечный свет приобретает очень явный желтый оттенок. Цвет неба также приобретает более глубокий оттенок синего из-за снижения уровня освещенности.

Вечерний свет обычно считается привлекательным, теплые цвета и более мягкий контраст легки для глаз. Примерно за час до захода солнца этот эффект наиболее заметен — фотографы и кинематографисты называют его «золотым часом», потому что свет приобретает очень фотогеничные качества.

Насыщенность цвета в это время очень высока, и сам цвет света оказывает огромное влияние на наше восприятие поверхностей, к которым он прикасается, придавая им теплый и насыщенный вид. По эстетически приятному совпадению тени близки к дополнительному цвету бликов (желтый против синего), и основной свет — теплый желтый, в то время как тени — прохладный синий. Эти приятные свойства означают, что вечерний свет часто можно увидеть на фотографиях, фильмах и рекламе.

3. Закат

К тому времени, когда солнце садится, оно становится темно-оранжевым или красным, и его свет также становится намного слабее, что означает, что к настоящему времени контраст очень низок. Более слабый солнечный свет также означает, что свет неба приобретает большее значение, а теневые области становятся более глубокими и насыщенными оттенками синего. Тени на закате очень длинные, и текстура очень заметна.

Небо на закате может быть невероятно красочным, если есть какие либо облака, и в отличие от остальной части дня облака теперь освещены снизу и приобретают драматические красные или оранжевые оттенки. Эти цвета добавляют некоторую сложность цвету и в результате могут влиять на цвет в теневых областях, иногда превращая их в фиолетовый или розовый.

Закаты также очень разнообразны с точки зрения цвета и атмосферы, факт, который легко подтверждается, если вы наблюдаете несколько закатов подряд, ни один из них не будет одинаковым.

4. Сумерки

Это очень особенное время суток с непредсказуемым, но часто очень красивым освещением. Поскольку солнце больше не находится над горизонтом, само небо является единственным источником естественного света. В результате свет очень мягкий, с небольшими тенями и контрастом, цвета нежные.

После захода солнца в ясный день на востоке неба часто появляется розовая область, явление, называемое «Альпийское свечение» (alpenglow), которое встречается очень часто, но может удивить тех, кто не привык его замечать. Alpenglow может отбрасывать заметный розовый свет на отражающие поверхности, такие как белые дома, песок или воду. Однако этот розовый свет слишком слаб, чтобы воздействовать на более темные поверхности, такие как листва, поэтому часто земля может выглядеть темной в это время.

Однако альпенглоу не является гарантированной особенностью неба в сумерках, в другое время восточное небо просто синее. На Западе, где солнце освещает небо из-за горизонта, всегда есть желтое или оранжевое свечение. Свечение от солнца может длиться более часа после захода солнца, хотя цвет на востоке неба гораздо короче и меняется очень быстро. Стоит отметить, что западное небо также может быть розовым, а также желтым, оранжевым или красным.

В пасмурных условиях цвет неба всегда голубее (ясное небо необходимо для розового света) и обычно гораздо темнее, а ночь наступает быстрее.

5. Пасмурная погода

Пасмурный свет бывает нескольких видов, в зависимости от толщины облаков и времени суток. Вопреки распространенному мнению, он действительно может быть довольно красивым, и у него есть много привлекательных качеств. Поскольку все небо действует как один источник света, свет мягкий и рассеянный, с очень мягкими тенями. Контрастность низкая, а насыщенность цвета обычно довольно высокая.

Пасмурный свет часто воспринимается как скучный, но он также может быть красивым. Поскольку он очень мягкий, его можно использовать, чтобы показать цвет и текстуру. Отражающие поверхности также могут выглядеть привлекательно, поскольку белое небо дает широкие и мягкие отражения самого себя, это чаще всего видно в воде и на других поверхностях, таких как металл (автомобили).

6. Ночь

Хотя самого солнца больше нет ночью, на самом небе обычно все еще есть немного света. Это солнечный свет, рассеянный в атмосфере, или лунный. Звезды слишком слабы, чтобы отбрасывать заметный свет.
Главное, что нужно помнить об освещении ночной сцены — это то, что небо всегда будет светлее, чем земля, если конечно нет искусственного освещения. Взгляните на изображения ниже, то, что слева — правильно, то, что справа, — это физически невозможно, потому что свет на ландшафте будет исходить из ниоткуда:

Если луна видна, то помните, что лунный свет на самом деле является просто отраженным солнечным светом и подчиняется тем же правилам, что и солнечный. Когда луна находится у горизонта, она имеет красный или желтый цвет, но по мере того, как она поднимается выше, она становится белее. Поверхность луны практически бесцветна, будучи оттенками серого.

Свет с неба рассеянный и мягкий, однако если есть какой-то лунный свет, он будет жестким, как и солнце. Главное отличие от солнечного света заключается в том, что он гораздо слабее, поэтому соотношение между жестким лунным светом и мягким светом неба будет иным, чем при дневном свете.

Еще один фактор, который следует учитывать в ночных сценах, — это световое загрязнение. В Англии независимо от того, где вы находитесь (даже в сельской местности за много миль от любого города), вы всегда можете увидеть городские огни, светящиеся где-то в небе или отражающиеся от облаков с безошибочным оранжевым свечением. Вы должны поехать в очень отдаленные места, чтобы избежать этого в современном мире.

7. Дымка или туман.

Свет также взаимодействует с нашей атмосферой, если в ней есть частицы, которые отражают или рассеивают свет. Частицы пыли, воды или загрязняющих веществ улавливают свет и придают ощущение объема, создавая солнечные лучи, дымку или туман.

Дымка почти всегда присутствует в воздухе, и именно она создает воздушную перспективу. Предметы, которые находятся дальше от нас, выглядят более тусклыми, голубыми и низкими по контрасту, потому что свет, отражающийся от них, был слегка рассеян дымкой.
Туман очень похож на дымку, только гуще. Он очень сильно рассеивает свет, и если вы окажетесь в густом тумане, то свет станет настолько рассеянным, что будет иметь одинаковую силу со всех сторон.

Дымка обычно бывает белой или светло-голубой, в зависимости от погоды: обычно она синяя при солнечном свете (потому что отражает небо) и белая, если облачно. Туман белый (как облака), но также может принимать любые цвета с неба или от солнца, поэтому на практике он может выглядеть синим или даже желтым или оранжевым.

Упражнение для закрепления
Для лучшего усвоения материала предлагаем вам нарисовать собственный пейзаж и применить к нему вышеперечисленные виды освещения. При желании можете дополнить их более драматичным освещением, таким как пламя костра, проливной дождь и пр.
В виде небольшой шпаргалки при рисовании можно использовать заметки от Lulu Zhang:

Похожее упражнение мы описывали в статье о работе с цветом.

Далее будет еще одна статья об освещении при работе с персонажами. Не пропустите!

Источник, изученный при подготовке этой статьи:Физика света

Всех желающих пройти полный путь создания собственного проекта от начала до конца приглашаем на наши курсы, где подробно расскажем о процессе создания игровой графики и цифровой иллюстрации, научим работать в техниках Matte Painting и 3D, а также поможем прокачать анатомию.
В течении нескольких месяцев вы пополните свое портфолио качественными работами и получите профессиональный фидбек от преподавателей!
Подписывайтесь на наш обучающий паблик – здесь много уроков, статей и челленджей.
Материал подготовила Диана Мова для школы CG LAB, редактор Лина Сидорова.

Источник

Почему небо голубое, а море синее?

Теории и практики

Цвет неба и моря постоянно меняется. Это объясняется физическими принципами, а также особенностями восприятия света человеком. Т&Р публикуют отрывок из книги Андрея Варламова, Аттилио Ригамонти и Жака Виллена «Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий».

Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий

Андрей Варламов, Аттилио Ригамонти, Жак Виллен

Альпина Паблишер, 2020

Цвет моря и сила ветра

Море и небо дарят нам разнообразные цвета, вдохновившие многих художников. Аркадий Рылов воспроизвел эти цвета на картине, выставленной в Третьяковской галерее в Москве. Белые хмурые облака плывут по небу всех оттенков синего. Поверхность моря более темная, подошвы волн — почти черные, а гребни местами образуют белые «барашки».

Количество «барашков» и высота волн зависят от скорости ветра. Эта информация имеет важное значение для моряков: для определения скорости ветра они пользуются эмпирической таблицей, которую разработал британский адмирал сэр Фрэнсис Бофорт (1774–1857). На картине Рылова наличие небольшого количества «барашков» свидетельствует о ветре 12–19 км / ч, то есть 7–10 морских узлов. Такой ветер считается слабым и соответствует силе в 3 балла по шкале Бофорта.

Яркость морской поверхности зависит от угла наблюдения. Действительно, луч света, падающий на поверхность моря, как частично преломляется, так и частично отражается. Интенсивность отраженного луча зависит, в частности, от показателя преломления воды и угла падения. Чем острее угол, тем сильнее отражение. Поэтому поверхность моря кажется более яркой у горизонта, чем вблизи наблюдателя.

А что насчет его цвета? Цвет поверхности практически непредсказуем , так как зависит от многих факторов, таких как глубина моря, положение солнца, цвет неба, наличие взвешенных частиц и водорослей и т. д. Все эти факторы влияют на отражение света от поверхности, его рассеяние и поглощение в воде. И все же море чаще всего синее.

Причина в том, что вода поглощает меньше света в диапазоне между 400 и 500 нм (синего), чем в остальной части видимого спектра. Да, вода поглощает мало синего! Стакан воды выглядит совершенно прозрачным. Но начиная с толщины в несколько метров вода начинает заметно поглощать свет.

Цвет неба в хорошую погоду

В то время как предсказать цвет моря непросто, цвет неба в хорошую погоду легко объясняется физическими принципами, выявленными английским физиком лордом Рэйли (Рэлеем) (1842–1919). В отсутствие облаков цвет неба определяется результатом взаимодействия солнечного излучения с компонентами атмосферы Земли , а именно с неоднородностями (флуктуациями) плотности молекул азота и кислорода.

Как эти молекулы ведут себя, попав в поле солнечного излучения? Рассмотрим монохроматический свет, обладающий заданной длиной волны λ. Он представляет собой колеблющиеся в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения света, с частотой υ магнитное и электрическое поля. Под действием колеблющегося электрического поля электроны в молекулах также колеблются с частотой υ. В результате и сама молекула становится маленьким излучателем, испуская свет той же частоты, что и падающая волна. Это похоже на то, как излучает электромагнитные радиоволны теле- или радиоантенна. В случае молекул и солнечного света длина его волны оказывается много большей размера молекул, и такое рассеяние называется «рассеянием Рэлея» . Расчеты показывают, что интенсивность рассеянного света оказывается пропорциональной четвертой степени частоты υ4 (или 1 / λ4). Это утверждение называется законом Рэлея — Джинса.

Как все это связано с цветом неба? Согласно закону Рэлея, рассеяние электромагнитных волн оказывается значительно интенсивнее для высоких частот по сравнению с низкими. Это означает, что молекулы атмосферы сильнее рассеивают синий цвет, чем красный, зеленый или желтый.

Наших глаз преимущественно достигают именно световые лучи синего цвета.

Вот почему небо синее! Следуя этому рассуждению, можно было бы предположить, что небо должно быть фиолетовым, так как фиолетовое излучение обладает более высокой частотой, чем синее. В действительности в спектре солнечного излучения доля фиолетового меньше, чем синего. Кроме того, и максимальная чувствительность человеческого глаза находится в области зеленого (555 нм). В результате фиолетовая часть спектра солнечного излучения оказывается подавленной в восприятии человеческого глаза, и небо видится синим.

Небо на закате и после

На закате небо над горизонтом принимает красивый розовый оттенок. Этот цвет также обусловлен рассеянием солнечного света в атмосфере. Поскольку свет распространяется во всех направлениях, то до нас доходит лишь его часть, а остальное возвращается в пространство. Часть солнечной энергии, возвращающаяся за пределы земной атмосферы, невелика, однако для некоторых явлений она может оказаться существенной. В видимом излучении разница между энергией, получаемой поверхностью земли и верхними слоями атмосферы, обусловлена прежде всего рассеянием.

Так, мы видим, что в дневное время энергия, получаемая на земле, меньше падающей на верхние слои атмосферы примерно на 25% в синем и на 10% — в красном диапазонах. На закате эти пропорции изменяются, поскольку свету приходится преодолевать гораздо большую толщу атмосферы. Таким образом, синий свет почти целиком рассеивается, и наблюдатель на земле видит в основном красный.

Как только солнце исчезает за горизонтом, постепенно наступает ночь. Цвет неба в ночное время — совсем иной вопрос.

В рубрике «Открытое чтение» мы публикуем отрывки из книг в том виде, в котором их предоставляют издатели. Незначительные сокращения обозначены многоточием в квадратных скобках.
Мнение автора может не совпадать с мнением редакции.

Источник