The Nameless City: 模型映像制作概論-5 色彩理論

2020年3月15日日曜日

模型映像制作概論-5 色彩理論

前回の模型映像制作概論からだいぶ経ってしまいましたが、映像編集を解説するのにベストな
方法がなかなか見つからずダラダラと時が過ぎてしまいました。
前回はこちら↓

先日Twitterでちょっとしたやりとりがあり私が思ってる以上に色に関して知らない人が多い事に気付き
そのまま編集でカラーコレクションやカラーグレーディングについて説明しても根本的な
部分で理解できない人が数%いるのではないかと思いました。
専門家ではありませんが、まずは映像向けの簡単な色彩理論から書く事にしました。

Twitterでのちょっとしたやりとりに関しても誤解されると困るので別エントリーで細かく解説します。

それでは小難しい基礎的な所から、今回も引用はおもにWikipediaから。

可視光線

そもそも色ってなんでしょう?
もとを辿れば電磁波です、電磁波のうち人の目で見える波長が可視光線です。
電磁波なので通信に使われる電波、紫外線、X線、ガンマ線の一部です。

可視光線が物体に吸収されたり反射する事で物には色がついて見えます。
物体そのものに色がついていると思われがちですが実際には光源の波長が変われば色もかわります。
余談ですが黒体と言う外部からの電磁波を完全に吸収し熱放射する完全放射体と言う仮想のモデルを
利用してマックス・プランク博士が黒体放射の研究をし現在の物理学の基礎定数である
プランク定数が誕生します。これは同時に量子力学の基礎となりました。

錐体細胞

次にその色をどのように人は認識してるのでしょうか?
生物の目には網膜と言われる入ってきた光を受け取る部分があり、人の場合の色覚は網膜にある
3種類(S、M、L)の錐体細胞が別々の波長の吸収スペクトルを持ち認識します。
桿体細胞(R)は色ではなく明暗を認識します。

錐体細胞は生物によっては2種類、4種類と違います。
彼らの見る色と我々の見る色は当然違います。
そして我々人間でも3種類のうち1つ以上欠けていたりする色覚異常の方もいます。

生命のなかでも魚類、両生類、爬虫類、鳥類は4種類の錐体細胞を持つものが多いそうです。
紫外線を認識出来たり更に幅の広い5種類以上の錐体細胞を持つ生命も存在します。
哺乳類の祖先は主に夜行性だったため逆に4種類から2種類へ減ったそうです。

しかし霊長類の祖先は約3000万年前にメスの一部が3色型の色覚を持つようになり、その後
変異してオスも持つようになったそうです。
これはビタミンCや糖分を多く含む赤色系の果実を緑の葉々のなかで発見するのに便利なので
生存の維持に有利だったと考えられるそうです。

以前多様性の所でも書きましたが進化は目的があってするものではありません。
赤色系果実を見つけるために3色型になったのではなく、たまたま3色型になってしまった
個体が生きるのに有利だったので生き残ってきました。

手術医が青緑色の手術着を着るのにも意味があり、後ほど解説する補色の残像効果をやわらげる
効果を狙っているそうです。
主に赤い血を見続けるので錐体細胞の赤担当(L)から受け続けると別のものを見た時に
残像が残ります。明るい光を見た後に暗い所を見ると残像するのと同じです。
神経細胞(ニューロン)の伝達は電位変化によって行われますが、これにはラグがあるからだそうです。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%A5%9E%E7%B5%8C%E7%B4%B0%E8%83%9E

ニューロンに関しては研究者だった私の妻が詳しいのでそのうち加筆、修正するかもしれません。
妻曰く手術着の補色を見てもニューロンの発火を抑える事はなく、おそらく他も
発火させてごまかすだけじゃないかと言う事でした。

錐体細胞が三原色(赤緑青:RGB)と同じなのは偶然ではありません、可視光線のスペクトルを感じ取るので
必然的に生命が進化してきました。

2020.03.19追記:
RIKEN BDR いきもんチャンネル「見るだけじゃない!目のひみつ」


残像についても細かく妻に説明してもらいましたので専門的ですが簡単に追記します。
上にも神経細胞の発火について書きましたが発火=電位差を生むのにナトリウムイオンとカリウムイオンが
伝達していて簡単に言うと伝達しすぎると電位差がなくなってある意味無感覚になってしまいます。
バランスをとる事が重要で無感覚になった所また反応する必要が出てもその電位差を復活
させるためにはイオンのバランス自体を再度付け直す必要がでてきます。
このポンプで差をつけなおすのにラグがあり、さらにナトリウムイオンとカリウムイオンでも
ラグがあるのでなかなか元に戻らないと言う事でした。
そして後で説明する補色の残像についても各色の錐体細胞の(簡単に言うと)接続が近かったり
混線しやすいと残りやすい、これも人によって個人差がすごくあるようです。
この動画でも女性の方が色の幅が広い事も説明されますが、いかに人によって色の
見え方が違うかが分かります。

マンセル・カラー・システム

アメリカのアルバート・マンセルによって考案された色を分かりやすく説明するための
マンセル・カラー・システムと言う物があります。
これは色と言うのは人によって感じ方が曖昧なので合理的に表現をするために考案されました。
こちらは色相環です。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%83%B3%E3%82%BB%E3%83%AB%E3%83%BB%E3%82%AB%E3%83%A9%E3%83%BC%E3%83%BB%E3%82%B7%E3%82%B9%E3%83%86%E3%83%A0

ざっくりとですが、右半分を暖色、左半分を寒色と言ったりします。
心理的イメージの問題ですが世界共通で言えると思います。

そして反対の対になっている色の事を補色と言います。
例えば赤の反対は緑と言った具合です。
先ほど手術着の話を書きましたがこれに関係しています。
人類が3色型になる前からあったのが赤と緑でもっとも感受性が高いとも言えます。

さて補色が隣合わせになるとどうなるか見てみます。
https://en.wikipedia.org/wiki/Complementary_colors

たいていのディスプレイで直視できないチカチカした色に見えるはずです。
クリックして大きくすると残像も残り見ていられないと思います。
個人的にはこういう生命本来の持つ機能をバグらせる現象が大好きです。
デザインや映像演出でも補色を効果的に使う事で様々な印象を与える事が可能になります。
素人がやると失敗しやすい色の組み合わせでもあります。

ベテランが使った効果的な例はこちら、モネやルノアールやゴッホです。
https://en.wikipedia.org/wiki/Complementary_colors

マンセル・カラー・システムの色相環に明度と彩度が加わえるとこのように立体的になります。

グループ分けをしてそれぞれ数値で表す事でどの色かを特定できるようになりました。
しかしこれはあくまで三原色を基本として色を体系作ってるだけである意味データ的にしか存在しません。

現実の物体のスペクトルの反射に合わせた色指定がないと人は場所や時間によって太陽光の下だったり
蛍光灯や水銀灯の下だったり、太陽光でも時間によって空気の屈折などでスペクトルが変わるので
マンセル・カラー・システムでは基準になりません。

色を扱うものすべての製品に言えますが、プロダクトデザインやグラフィックデザインでは
世界中どこでも、どんな環境でも、どんなモニターで見ても同じ色を指定できなければなりません。
モニターもキャリブレーションした所で正確な色を完璧に出せるわけではありません。
そして何より人は錐体細胞を通り脳のフィルターを通って色を認識するので人によって
まったく違うので更に信用できません。
やはり信用できるのはカラーチャートとスペクトルを分析できるカラーピッカーです。

カラーチャート

世界で代表的なカラーチャート
・DIC Color System Guide and Toyo Color Finder
・NCS Palette (Natural Color System) 
・Pantone
・RAL (Reichsausschuß für Lieferbedingungen) 
それぞれ違う地域で誕生していますが世界標準になっているものです。

RAL CLASSIC K5 colour fan

このカラーチャートを参照して番号を指定すれば世界中どこでも誰が見ても同じ色にできます。
例えば日本でデザインし、ドイツの印刷会社にRAL3000を使ってねと言えばまったく同じ色を
共通認識として持ち、出来上がりも同じ色になると言うわけです。

カラーピッカー

私が最近の事情を知らなかっただけなのですがカラーピッカーも低価格なものが登場していて
個人でも気軽にその色がどのカラーチャートの何番なのか調べる事が出来るようになりました。

この記事を書くにあたって購入したのがこのPallet PICOです。
小さすぎてどれがデバイスかわかりません、RALチャートに乗っている黒い四角い箱です。

例えばÖBB Vectronの塗装に傷がついて補修したいとします。
ボディの側面にPallet PICOを置き光が入らないようにしてスキャンするとRAL3000とでました。
iPad上の色だとかなり明るいオレンジに見えて信じられません。

このRAL3000にRGBの値も書いてあるのでフォトショップ上で入力してRocoの公式サイトにある
同じÖBB Vectronの写真と比べてみます。

もちろん相手は写真なのでちゃんとカレーコレクションして正確な写真じゃないと意味はないのですが
なんと明るさを少し補正するだけでピッタリな色になりました。Rocoの写真が素晴らしい。

これで分かるのは自分の目がまったく信用できないと言う事です。
実際の見た目とちゃんとスキャンして得られた色でかなり差があります。
錐体細胞から入り脳で処理された色と実際の色の差です。

そしてRALカラーチャートにあるRAL3000を当てて見ると材質の違いはありますがまったく同じ色。
カラーチャートがいかに重要かがこれで分かると思います。

印刷物の色の作られ方

カラーチャートのように正確な色である必要がある場合は劣化の少ない塗料でベタ塗りされていますが
印刷物はほとんどの場合プロセスカラーと言って以下のCMYKの4種類をずらして表現します。
 C : シアン (Cyan)
 M : マゼンタ (Magenta)
 Y : イエロー (Yellow)
 K : 黒 (Key)
この4色を混ぜてたくさんの色を表現します。
本や広告などの印刷物をよく見ると網点で構成されてるのが分かると思います。
低価格で高速、大量印刷するものであればあるほど点が目立って見えるはずです。

このプロセスカラーで表現できない、またはきれいに見せたい色をスポットカラー=特色と言います。
製本する前の印刷物を見た事ある人は端に色玉を見た事がある人がいるかもしれません。
CMYK以外にもスポットカラー=特色指定してる場合もあります。
これら色の指定にもカラーチャートは必要です。

プロダクトデザインでは印刷ではなく塗料や塗料を混ぜた樹脂を使う事が多いのでそのまま色指定に
これらカラーチャートを使っている場合がほとんどだと思います。

上記の通りCMYKは実際にインクや塗料を重ねて色を表現します。
重ねれば重ねるほど暗くなるこの方法を減法混合(subtractive mixture)と言います。
テレビやコンピューター上などRGB=赤緑青を重ねて表現する事を加法混合(additive mixture)と言い
重ねれば重ねるほど明るくなります。
https://en.wikipedia.org/wiki/Color_space

どちらも混合部分にCMYKならRGB、RGBならCMYがあるのが分かると思います。
基本的に「減法混合」と「加法混合」は「白い紙に塗料がベース」か「黒い所から発光体がベースか」
の違いがありますが、現在は素材やデバイスの違いなどで様々な表現方法があります。

ブラウン管テレビや液晶モニターなどは光の三原色であるRGBをそのまま発光させます。
代表的なLCD=液晶ディスプレイの拡大写真。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B6%B2%E6%99%B6%E3%83%87%E3%82%A3%E3%82%B9%E3%83%97%E3%83%AC%E3%82%A4

色空間=カラースペース

色の表現方法の違いで表現できる色の範囲が変わってきます。
これらを色空間(カラースペース)と言います。
https://en.wikipedia.org/wiki/Color_space

これは一般的な色空間の比較で、CMYKがやたらと狭い事が分かると思います。
発光体ベースに対して塗料では限界があります、これは塗料は純粋な顔料以外にも不純物が多い事や
そもそも色を出さない=発光しないためです。
初めの方で解説した反射スペクトルに依存します。

この図の下にある色のグラデーションはCIE1931色空間です。
最初に解説した物理的に錐体細胞が受け取れる平均的な電磁波の可視スペクトルと
人間の心理的な色覚を定義したものだそうです。
https://ja.wikipedia.org/wiki/CIE_1931_%E8%89%B2%E7%A9%BA%E9%96%93

カラーチェッカー

科学の進歩とデジタルの進歩で色と色覚についてここまでわかってきました。
次はモニター・ディスプレイ上のカラーマッチングについてです。
写真や映像を生業にしてる人にはお馴染みのカラーチェッカーです。

屋外、室内、照明、色温度の違い、どんな条件下でもこのカラーチェッカーを撮影しておけば
撮影時から色の基準を設ける事ができます。
上の写真のカラーチェッカーはマンセル・カラー・システムをベースにしてます。

次の画像はこのカラーチェッカーを色空間に当てはめたものです。
https://en.wikipedia.org/wiki/ColorChecker

このカラーチェッカーの色をコンピューター上で正しい色に調整する事をカラーコレクションと言います。

カラーコレクション

ここでは映像制作概論なので写真ではなく映像で話を進めて行きますが写真でも基本的に同じです。
カラーコレクションとは集めるコレクション(Collection)ではなく正す方のコレクション(Correction)です。
カラコレなんて言われてましたが、今はカラーグレーディングに含まれる作業です。

まずカラーの前にガンマ値とダイナミックレンジについて簡単に説明します。
ガンマ値とは画像の階調の応答性を示す数値です。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AC%E3%83%B3%E3%83%9E%E5%80%A4

ざっくり黒から白へのコントラスト、またはその成分と思えばいいと思います。
このガンマ値を国際的に定義してプロファイル化しているICCプロファイルなどがあります。

ダイナミックレンジとは黒から白、暗から明への階調、幅の広さです。
左はオリジナル、右が補正した状態。
https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_range

暗くつぶれて見えても階調が残っていれば暗い部分を明るく補正すると右のように色も階調も出てくる。
ダイナミックレンジが狭いと暗い所は暗いままつぶれて明るくしても何も出てきません。
ダイナミックレンジが広ければ逆に明るい所から暗くしても階調が残っています。
ガンマとダイナミックレンジは絵作りではとても重要になってきます。

人間の目は錐体細胞から入った情報を様々な補正も出来る超ウルトラハイダイナミックレンジカメラです。
夜行性だった時代も活かして最新のデジタルカメラでもまだ到底届かない次元です。
しかし近年カメラも進化し最適化されたガンマ値を持ち、ダイナミックレンジの幅が広がりました。
参考リンク:cinema5Dカメラテストラボ - ダイナミックレンジテストの方法について

今回試しに私が実際に撮影した素材を使ってカラーコレクションします。
まずこちらはCanon 6Dで撮影した写真で自動JPEG現像です。

こちらはLED照明にネレトーさんから頂いたLee201青フィルターをつけて撮影したもの。

撮影する対象は鉄道模型以外にカラーチェッカー X-rite ColorChecker Classic Mini
KodakのColor Separation GuideのGray Scale(Small)、そしてRALカラーチャート。

後ろには頑張って塗装したパネルを置いてます。

上から
ターナーアクリルガッシュ(暗黒ブラック12色セット)、ファレホ モデルカラー、シタデル
ターナーの暗黒ブラック12色セットを基準にファレホとシタデルで似たものを探して塗りました。
ファレホ100色以上、シタデルも80色以上所有しているけど全然足りなくて似ている
色はほとんどありませんでした。
下地はプラペーパーにクレオスのMrフィニッシングサーフェイサー1500ホワイトです。

カラーコレクションはシェア1位のBlackMagicDesignのDaVinch Resolveを使います。しかも基本無料です。

こちらが動画撮影した素材、あえてプロ向けではなくハイアマチュア向けのSony RX100 V
コンパクトデジタルカメラを使いました。動画もRAWデータではなくMP4です。
設定は
ガンマ:S-Log2
カラーモード:S-Gamut

S-Logはソニー基準のLogarithmic(対数)の略で見た目ではなく階調を記録します。
見た目は上の動画のようにコントラストのないグレーっぽい色味になります。
この状態で記録する事でカメラの持つダイナミックレンジを最大限生かせます。
Sonyの場合は若干明るめに撮るのがコツです。
https://www.sony.jp/support/ichigan/enjoy/movie/s-log/

S-Gamutはソニー基準の色空間です。
https://knowledge.support.sony.jp/electronics/support/articles/S1603170078517

この撮影した素材をDaVinch ResolveとX-Riteのカラーチェッカーを使うと一瞬で終わります。

Colorタブで動画の左下にあるメニューからColor Chartを選ぶとガイドが出てきます。

このガイドを動画に映っているカラーチェッカーに合わせます。

次に下の方にあるMatchの所でSource GammaをS-Log2にして他はデフォルトのRec709のまま。

Matchボタンを押すと一発でカラーコレクションが決まります。
RX100が意外と優秀でびっくりした。普通低価格なものだとここまできれいに決まりません。

次のシーンはLee201青フィルターを使った場面です。

こちらもMatchボタンを押すと一発できまり、青っぽさが消し飛びます。

簡単でしかも自動ですが、これがカラーコレクションです。
限界はありますがどんな光源下でも色味を揃える事ができます。
複数カメラがあったり違うカットでも連続した同じシーンの場合必要な作業です。

カラーグレーディング

写真に限らず映像制作でも画作りは楽しいものです。
カラーグレーディングはなかでも一番楽しいプロセスだと思います。

先ほどカラーコレクションした映像を今度は作り込んでいきます。
色は正しくなっても暗いしつまらない画になっていましたので簡単ですがコントラストを
変えて明るい所だけに赤味を増やしたのが以下の画像です。

他に色はそのままで暗い所や明るい所を思い切り青と言うか銀っぽく転ばした所です。

簡単ですがこんな感じで様々な画作りが出来るのがLog撮影された素材です。
近年の映画はポスト処理がデジタルになってから自由度があがりフィルムっぽい画作りもしますが
あえて奇妙な画作りをする場合もあります。
例えば映画マトリックスでは現実世界と仮想現実で絵作りをはっきりと変えています。

最後に

最後までついてこれた方が何名いるのかわかりませんが自分も書いていて後半疲れてしまいました。
本当はもっと書きたい事が山ほどあるのですがおいおい追記するか新たに書こうと思います。

物性から神経、そしてデジタルへの入力と色1つ取っても膨大なプロセスがあるのが
お分かりいただけたと思います。

色と言うのは面白く、そして奥が深い。

最後にどこかに入れようと思っていたAdobe Colorを紹介して終わります。
https://color.adobe.com/ja/create/color-wheel

Adobeのアカウントがなくても自由に使えます。
色のチョイスに迷ってヒントが欲しい時とても役に立ちます。
この画像は補色を自動で選んでもらった所です。
ちゃんと目に優しい補色を選んでくれます。




2 件のコメント:

  1. これは本当にタメになる記事ですね。
    私はほんの少しだけ絵をかじって、色についてもど素人よりは知っているつもりでしたが、どちらかというと経験や直感で色を捉えていた部分が多いので、こうして根拠を交えて解説されると私の頭の中の点と点が繋がって線になったような気がします。
    カラーコレクティングの件はちょっとソフトがわからないのであれですが、直感的にはなるほどと思いました。
    これは将来映像作るとき大切になるやつだって。笑
    今では画像処理ソフトが普通に入っているので私もよく利用していますが、処理項目?が多すぎて何が正解かわからず、ただただ直感で操作してましたが今回の記事を意識して使ってみたいと思います。
    よい記事をありがとうございました。

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    1. Gutさん、おはようございます!

      絵を描く人のほとんどの人、90%の人が経験や直感だと思います。
      私ももちろんそうでした。

      前にも書きましたが美大(とくに5美大)は美術の勉強をしに行く所ですが描き方を学びに行く所ではありません。
      描ける人じゃないと入れないからです。
      では何を学ぶかと言うとさらに一歩先の事なんです、それが今回書いたような内容です。
      もちろんもっと簡易的でしたが何を知るべきかを学ぶことはできました。
      これが重要なんです、まず無知である事を知ると言うのはとても重要です。

      カラコレやカラーグレーディングも経験と直感でやってる人がほとんどです。
      それはプロでも同じです。
      ただ理屈を知っているのと知っていないのでは重みが違います。
      とくにこのようにブログに文章で書くとなると根拠を示さないと浅い知識になってしまいます。

      私の仕事の手元と画面を見せれば手っ取り早いですがそういうわけには行きませんからね。
      それに私の仕事風景を見てもたぶんマジシャンのように見えると思います。

      ソフトウェアですが専門的なものを使う必要はありませんし、そもそもカラコレやカラーグレーディングなんて普通はしなくて大丈夫です!
      専門のカラリストがいるくらいの世界ですからね。
      カメラの自動味付け機能でも十分ですね。

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