Формирование цветовой палитры природного камня в

УДК 679.8
ФОРМИРОВАНИЕ ЦВЕТОВОЙ ПАЛИТРЫ
ПРИРОДНОГО КАМНЯ В КОМПЬЮТЕРНОМ ДИЗАЙНЕ
МОЗАИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ
И.Л. Мезенцева
Аннотация
Предложена колористическая классификация декоративно-облицовочных камней
группы метаморфических карбонатных пород на основе системы естественной цветности
материалов NCS. Приведена методика цифровой оценки количественных характеристик
цвета камня
для формирования цветовой палитры образцов. Разработан дизайн-проект
мозаичного панно с фрагментами рельефных форм.
Ключевые слова
мозаика; природный камень; компьютерный дизайн; оценка цвета
NATURAL STONES COLOUR PALETTE FORMING IN
COMPUTER-AIDED MOSAICS DESIGN
I.L. Mezentseva
Annotation
The colour classification of metamorphic carbonate rocks in a base of Natural Color
System is offered. The method of digital assessment of quantitative characteristics of a colour of
stone for forming of a colour palette of stone samples are described. The mosaic design project
with fragments of relief forms is developed.
Keywords
mosaics; natural stone; computer-aided design; colour evaluation
31
Введение.
В последние годы значительно расширился ассортимент декоративно-облицовочного
камня, поставляемого на российский рынок.
Появилась возможность существенно
разнообразить спектр колористических решений в дизайне каменных изделий. Вместе с тем
дизайнеру становится все сложнее
ориентироваться во всех доступных
цветовых
разновидностях этого материала. Словесного описания цвета камня и его коммерческого
наименования, применяемых в торговле, зачастую явно недостаточно, чтобы выполнить
цветовой подбор для конкретного проекта.
В частности, это касается мозаичных изделий,
для которых необходима широкая цветовая палитра природных камней. В связи с этим
актуальным является построение цветовой классификации каменных материалов с
использованием современных цифровых технологий.
Природный камень для создания мозаик
Основное эстетическое требование к группе камней – представительный цветовой
диапазон, позволяющий создавать изображения с богатой полихромией. С позиций
технологичности наилучшим материалом являются плотные кристаллические, хорошо
полирующиеся горные породы,
состоящие преимущественно из минералов средней
твёрдости (3-4 по шкале Мооса) и легко поддающиеся различным способам обработки
резанием. Приведенным требованиям соответствуют метаморфические карбонатные породы
– мраморизованные известняки и доломиты, классические мраморы, силикатные мраморы
(кальцифиры), мраморные брекчии, офиокальциты. Они без ограничений применяются во
внутренней отделке, а при использовании в экстерьерах долговечность обеспечивается
дополнительной обработкой специализированными защитными составами. Данные породы
привлекательны также тем, что они экономически доступны и широко представлены на
мировом рынке природного камня.
Породы рассмотренной группы целесообразно объединить в одной цветовой палитре,
так как дизайнер – технолог, подбирая из нее камни, может в дальнейшем применить для
всех фрагментов мозаичного панно типовую технологию обработки.
Чтобы наиболее полно сформировать палитру образцов и сделать вывод о цветовом
разнообразии
представленных
в ней
метаморфических карбонатных пород
облицовочного
камня
основных
видов камня,
был проведен
по цветовой гамме.
месторождений
России
анализ
рынка
Изучены серии каталогов
и
стран
мира
[1,
2],
специализированная литература [3], материалы с выставок по камню («Экспокамень» и др.),
32
интернет-источники. [4]. По результатам можно сделать вывод, что на рынке присутствует
около 500 коммерческих разновидностей метаморфических карбонатных пород, основными
производителями которых являются Турция, Италия, Испания, Греция, Франция, США,
Иран и др. страны. В коммерческих целях
их, как правило,
разделяют на породы
ахроматические (с преобладанием всех оттенков серого от черного до белого)
и
хроматические (с преобладанием выраженного цветового тона), а для идентификации цвета
применяют его словесное описание (рис. 1).
Рис.1. Цветовые разновидности метаморфических карбонатных пород
Среди российских месторождений основная доля (более 65%) приходится на камень
серо-белой цветовой гаммы, зачастую с
оттенков [1] .
примесями бледно-розовых и бледно-желтых
Например, крупнейший в России мраморный карьер
Коелгинского
месторождения поставляет белый со светло-серым и желтоватым рисунком камень, который
широко использован в отделке крупных сооружений Москвы и др. городов. Гораздо в
меньшем объёме представлены породы хроматического ряда, а некоторые цвета практически
отсутствуют, что восполняется их импортом [1]. Поэтому при формировании палитры
необходимо учитывать доступный на сегодняшний день мировой ассортимент.
Наиболее редким в группе метаморфических карбонатных пород является голубой,
синий и фиолетовый камень, небольшие объёмы добычи, малые размеры добываемых блоков
и, соответственно, высокая стоимость сдерживают его широкое применение в дизайне.
33
Наиболее известны на мировом рынке небесно-голубые мраморы Аргентины сорта «Азуль
чиело» и Бразилии «Азуль аквамарина» [2]. Среди редкостей также надо выделить чисто
белый (статуарный) мрамор, запасы которого в России практически отсутствуют.
При невозможности подобрать материал требуемой окраски в основном диапазоне
применяемых видов камня прибегают к поиску в других группах пород (например, в группе
поделочных камней). Иногда (при реставрационных работах, при выполнении мозаик и т.п.)
используют методы искусственного окрашивания [5], либо замену синтетическими
аналогами.
Цветовая классификация образцов.
Для проведения цветовой классификации рассмотренной группы камней каждому
образцу необходимо поставить в соответствие конкретное количественное значение цвета.
Сложность состоит в том, что для декоративно-облицовочных камней характерна
неоднородная
окраска.
Поэтому
основанием
для
классификации
может
служить
преобладающий (доминирующий) цвет камня, занимающий наибольшую, по сравнению с
другими цветами и оттенками, часть площади образца.
Классификация образцов камня по признаку цвета должна
отвечать следующим
требованиям:
- содержать интуитивно понятное человеку количественное описание цвета;
- быть наглядной, т.е. учитывать возможность как автоматизированного, так и
визуального подбора конкретного камня;
- вмещать используемые на практике разновидности выбранной группы камней.
Для задач компьютерного дизайна наиболее удобна классификация камней в виде
пополняемой цифровой палитры образцов.
Исходным материалом для формирования
палитры служат оцифрованные растровые изображения полированных поверхностей
каменных плиток (в терминологии
дизайнерских программ – «текстуры»), получаемые
сканированием типичных для данной горной породы образцов камня. Работу с палитрой
образцов можно условно сравнить с работой художника, выбирающего нужную краску.
Подобрав из палитры текстуру, дизайнер сможет непосредственно применить ее в пакете
трехмерного моделирования при проектировании и визуализации изделия.
Важным вопросом при разработке колористической классификации является выбор
уровня необходимой точности описания цвета. Для решения дизайнерских задач в данной
34
области
достаточным можно принять уровень, на котором цветовое пространство
разделяется на 1000 – 10 000 цветов [6]. На данном уровне находятся системы описания
цвета, состоящие из цветовых образцов. Обозначение цвета в них дается в цифровых или
буквенных кодах. Системы образцов цвета представлены цветовыми атласами или веерами,
а также цифровыми цветовыми палитрами для наиболее популярных в сфере дизайна
компьютерных программ.
Цветовую классификацию
камней
группы метаморфических карбонатных пород
предлагается базировать на уже существующей системе образцов цвета, отвечающей
рассмотренным выше требованиям. Выбранная система NCS (англ. Natural Color System,
«естественная система цвета») разработана в Швеции Скандинавским институтом цвета и
содержит в последней редакции цветового веера 1950 образцов [7].
Её называют
«естественной», потому что она базируется на психофизической классификации цвета Э.
Геринга, согласно которой любой цвет можно описать по степени визуального сходства с
шестью психологически первичными цветами: желтым, красным, синим, зеленым, белым и
черным [8]. Обозначение цвета в NCS показывает степень его родства с этими цветами.
Данная цветовая система уже нашла применение в дизайне (например, для описания окраски
автомобилей). Однако, в качестве основы для построения классификации образцов
карбонатных пород подобная система предлагается впервые.
NCS цветовое пространство имеет форму двух конусов, совмещенных основаниями.
На рис. 2 приведен пример описания цвета в NCS. Горизонтальная проекция цветового
пространства представляет собой цветовой круг NCS , в котором на равном расстоянии
помещены четыре первичных хроматических цвета. Круг позволяет определить цветовой
тон («hue») – соотношение между двумя основными цветами. Треугольник NCS
–
вертикальная проекция цветового пространства, образуемая для каждого тона точкой его
положения на цветовом круге и двумя точками вершин конусов. Треугольник позволяет
определить близость к чёрному (темноту цвета – «blackness») и цветовую составляющую
(насыщенность – «chromaticness») [9, 7].
Построение классификации камней на основе системы NCS состоит в заполнении
цветовых эталонов системы конкретными образцами текстур материала, доминирующий
цвет которых соответствует цвету эталона (см. рис. 2). Количество позиций системы (1950)
позволяет вместить все возможные разновидности выбранной группы метаморфических
карбонатных пород. При этом, по исследованиям рынка природного камня, система может
быть заполнена образцами приблизительно на 25%. Наименьшее количество образцов будет
35
приходиться на секторы фиолетового, синего, голубого и голубо-зелёного тона (от R20B до
B80G). Это объясняется исключительной природной редкостью камней данной окраски.
Расширять палитру образцов на основе данной системы
возможно камнями из других
минералогических групп (например, серпентинитами, офиолитовыми брекчиями и др.).
«Ристона Ред»
Цветовой треугольник
для тона Y90R
S 5020 –Y90R
«Россо Леванто»
Круг NCS (горизонтальная
проекция
цветового пространства)
Y90R – тон, соотношение между
двумя основными цветами
(10% желтого, 90% красного)
S 7020 –Y90R
«Россо Медуза»
S 5030 –Y90R
Треугольник NCS (вертикальная проекция цветового пространства
для каждого тона)
7020 – оттенок (70% черная составляющая – «темнота» цвета,
20% – цветовая составляющая-насыщенность)
Рис.2. Построение классификации образцов камня на основе системы NCS
Оценку доминирующего цвета образцов для формирования палитры удобно
реализовать на базе современных программных средств анализа графической информации. В
настоящее время, количественная оценка цвета горных пород осуществляется, как правило,
только в целях проведения экспертизы камня. Для этого пользуются методами визуальной
колориметрии, сравнивая образец с полиграфическими цветовыми эталонами при
соответствующих условиях освещенности [10]. Если же образец состоит из нескольких
разноокрашенных участков, то устанавливают соотношение по площади всех цветовых
компонентов, что визуально можно сделать очень приближённо.
Для автоматизированной компьютерной оценки доминирующего цвета
образцов
камней разработана методика, которая схематично представлена на рис. 3. Принцип оценки
36
цвета заключается в анализе положения цветовых координат точек изображения камня в
цветовом пространстве RGB (Red, Green, Blue – красный, зелёный, синий)
и выделении
области пространства, в которую попадает наибольшее количество точек.
Считать изображение из файла и поместить его в трехмерный массив
Сформировать пустой трехмерный массив А, моделирующий цветовое
пространство RGB
Просмотреть матрицу пикселей изображения, у каждого пикселя определить
цветовые компоненты R,G, B
Заполнить ячейки массива А, соответствующие координатам цвета, числом
точек изображения, имеющих данные координаты
Задать размер области допуска для доминирующего цвета, в которой будет
определена наибольшая концентрация цветовых компонентов
(куб 28*28*28 значений цвета)
Сформировать пустой трехмерный массив В, моделирующий возможные
положения (координаты центра) области допуска в массиве А и заполнить его
значениями количества элементов, попавших в область допуска
Найти максимальный элемент массива В и его координаты, которые
соответствуют центру области допуска с наибольшей концентрацией
цветовых компонентов изображения
Усреднить координаты цвета R,G, B в границах поля допуска,
т.е. найти доминирующий цвет
Рис.3. Методика цифровой оценки цветовых характеристик природного камня
Предлагаемая
«Колориметрия»
методика
реализована
в
разработанной
автором
программе
на базе пакета Matlab [11]. Для ее апробации было подобрано и
оцифровано 35 различных цветовых образцов (плиток) метаморфических карбонатных
пород. На рис. 4 представлено окно программы «Колориметрия» для определения
доминирующего цвета (на примере мраморизованного известняка «Россо Верона», Италия).
После указания пути к файлу образца текстуры, автоматически выводятся значения цвета,
величина (в процентах) занимаемой цветом площади и его визуальное представление в
отдельном окне.
Предлагаемая методика, реализованная программными средствами, позволяет
анализировать изображения текстур высокого разрешения без какой-либо предварительной
цветовой коррекции. Она применима для оценки как относительно однородных по цвету
37
образцов, так и для пород, состоящих из разноокрашенных участков, в которых достаточно
сложно выделить доминирующий цвет применяемым обычно визуальным методом.
Рис. 4. Программа «Колориметрия» для количественной оценки цвета природного
камня
Цветовая модель RGB выбрана, в данном случае, как наиболее удобная для
цифрового анализа изображения. Однако, численные значения цвета могут быть
конвертированы в другие цветовые модели, поддерживаемые популярными дизайнерскими
программами, в том числе - в модель NCS. Данную методику выделения доминирующего
цвета целесообразно применять для построения цифровых палитр камней, постоянно
пополняя их новыми образцами.
Пример компьютерного проектирования мозаики с применением палитры
образцов.
Процедура цветового подбора камня, направленная на обеспечение точности
воплощения в материале задуманного дизайнером цветового решения, может быть
38
существенно упрощена с применением готового набора образцов, систематизированных по
цвету в виде палитры. Это особенно актуально для многоцветных изображений, например,
для мозаик в виде картин. В примере были использованы оцифрованные образцы «текстур»
мрамора, мраморизованного известняка и др. камней, имеющихся в условиях конкретного
камнеобрабатывающего производства.
Исходной информацией для проектирования мозаичного панно явилось цветное
изображение. Мозаика для оформления мраморного камина, а именно – для декорирования
каминного короба, должна быть выполнена по мотивам картины Николая Рериха из серии
«Гималаи» (рис. 5, а). Предполагается, что это будет не плоская, а многоплановая рельефная
картина из камня с несколькими уровнями высоты рельефа.
На начальном этапе был проведен визуальный анализ изображения
с целью
выделения основных цветовых областей картины, в границах которых цвет можно условно
считать одинаковым. Это необходимо для дальнейшего разбиения изображения на контуры.
При этом учитывались размерные параметры и назначение будущей мозаики, дистанция ее
зрительного
восприятия.
Согласно
предложенной
ранее
размерно-функциональной
классификации мозаик [12], проектируемое изделие относится к группе декоративнооблицовочных с размерами более 300 мм. На данном изображении визуально выделяются
цветовые области, соответствующие небу, холмам, снежным вершинам и т.д.
Следующий этап – векторизация рисунка по границам цветовых областей, т.е.
разбиение его на замкнутые контуры – фрагменты будущей мозаики. При этом каждому
фрагменту поставлено в соответствие конкретное численное значение цвета. Векторизация
проводилась в ручном режиме путем обведения каждой цветовой области криволинейным
контуром.
Далее, в соответствии с художественным замыслом, для каждого контурного
фрагмента выполнено моделирование рельефа (рис. 5,б). Зрительный эффект глубины
картины достигается последовательным уменьшением высоты рельефа от ближнего плана к
дальнему. Наиболее выступающий по высоте рельеф имеют холмы, расположенные ближе к
зрителю. Горы на дальнем плане и небо оставляются плоскими.
Затем
каждому контурному фрагменту присвоена своя текстура материала.
Автоматизированный цветовой подбор камня из палитры образцов предполагает ввод
численного значения цвета фрагмента изображения и получение на выходе перечня наиболее
близких к нему камней в приоритетном порядке. Иногда
удобнее воспользоваться
39
визуальным подбором текстуры из палитры. Возможный вариант цветового подбора камня
представлен на рис. 6, а на рис. 7 – пример дизайн-проекта, иллюстрирующий применение
данной мозаики в интерьере.
а)
б)
Рис. 5. а) – исходный сюжет (Н.К. Рерих. Гималаи. Цепь Канченджанги),
б) – 3D-модель рельефного изображения
Рис.6. Вариант цветового подбора камней
40
Рис.7. Пример дизайна камина с рельефно-мозаичной картиной (3ds Max)
Выводы.
Предлагаемая колористическая классификация метаморфических карбонатных пород
в виде цифровой палитры на основе системы естественной цветности материалов даёт
возможность наглядно представить набор образцов камня в удобной для дизайнера форме, и
тем самым упростить процедуру цветового подбора материала при создании дизайна
различных изделий из природного камня и последующего их воплощения.
Методика
количественного определения цвета декоративно-облицовочного камня
посредством процедуры цифрового анализа изображения с выделением доминирующего
цвета
в
разработанной
программе
«Колориметрия»
представляет
альтернативу
применяющемуся способу визуальной оценки по цветовым атласам и целесообразна для
построения цифровых палитр образцов. Программа оценки цвета может быть полезна для
количественного сравнения цветовых характеристик образцов камня с принятыми
эталонными
(например, при проведении экспертиз, поставках камня, реставрационных
работах).
Цифровые палитры природных
камней
целесообразно формировать с учётом
решаемых дизайнером прикладных задач и условий конкретного камнеобрабатывающего
производства, обеспечивая пополнение их новыми образцами.
41
Библиографический список
1. Природокаменные ресурсы России. Каталог/ авт. группа: Ю. Сычев, А. Волков, А.
Махмутов и др. – М.: Изд. дом «Полет - Камни и мы», 2004.
2. Облицовочные камни мира. Энциклопедическая серия каталогов/ авт. группа: Ю.
Сычев, А. Волков, А. Махмутов и др. – М.: Изд. дом «Полет - Камни и мы», 2005, 2007, 2008.
3. Синельников О.Б. Природный облицовочный камень. Часть I.
Облицовочные
камни. Учебное пособие. – М.: МГГУ, 2000. – 362 с.
4. Graniteland.com [Электронный ресурс, поисковый сервис природного камня]. –
Режим доступа http://www.graniteland.com, дата обращения – 04.06.2012.
5. Сычев Ю.И. Патология природного камня: диагностика, лечение, восстановление,
профилактика.– М.: Изд. дом «Полет - Камни и мы», 2009. – 284 с.
6. Агостон Ж. Теория цвета и ее применение в искусстве и дизайне: Пер. с англ. – М:
Мир, 1982. – 184 с.
7.
NCS
Colour
centre
Russia
[Электронный
ресурс].
–
Режим
доступа
http://www.ncscolour.ru/, дата обращения – 04.07.2012.
8. Измайлов Ч. А., Соколов Е.Н., Черноризов А.М. Психофизиология цветового
зрения. – М.: МГУ, 1989. – 206 с.
9. Филд Гарри.
Фундаментальный справочник по цвету в полиграфии: учебное
пособие для вузов. Пер. с анл. Н. Друзьева. – М: ЦАПТ, 2007. – 376 с.
10. ГОСТ 30629-99. Материалы и изделия облицовочные из горных пород. Введ.
2001–01 – 01.
11. Гонсалес Р., Вудс Р., Эддинс С. Цифровая обработка изображений в среде Matlab.
М: Техносфера, 2006. – 616 с.
12. Мезенцева И.Л. Анализ рельефных мозаик из камня с позиций зрительного
восприятия // Электронное научное издание «Дизайн. Теория и Практика» – М.: МГУПИ,
2012, Выпуск № 11 – с 7-20.
42
Сведения об авторе
Мезенцева Инна Леонидовна
Место
работы
и
должность:
Федеральное
государственное
бюджетное
образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский
государственный горный университет» (МГГУ), кафедра «Технологии художественной
обработки материалов», аспирантка
Рабочий адрес и телефон: 119991, Москва, Ленинский пр-т, д.6,
тел.: 8(499) 230-27-92
E-mail: inna54321@yandex.ru
43