Loading article…
カラーソリッドは、色空間または色モデルを三次元的に表現したものであり、例えば、色相（赤、黄、緑、青などとの類似性）を表す一次元カラーホイールや、色相とスペクトル純度を表す二次元色度図（または色三角形）のアナログと考えることができます。空間次元が加わることで、カラーソリッドは色の三次元、すなわち明度（明暗のグラデーション、色合い）、色相、彩度を表現することができ、考えられるすべての色を体系的な三次元構造で表現することが可能になります。
さまざまな色彩理論家がそれぞれ独自の色彩立体を設計しました。多くは球形ですが、歪んだ三次元楕円体の形をしているものもあります。これらのバリエーションは、色の関係性をより明確に表現するために設計されています。フィリップ・オットー・ルンゲとヨハネス・イッテンが考案した色彩球は、他の多くの色彩立体図式の典型的な例であり、プロトタイプとなっています。[ 2 ]
色相環と同様に、ほとんどのカラーソリッドでは、対照的な（または補色関係にある）色相が互いに反対側に位置しています。中心軸に向かって色が徐々に薄くなり、最終的にはすべての色が中心軸上でニュートラルグレーになります。カラーソリッドを垂直方向に移動すると、色は上に向かうにつれて明るくなり、下に向かうにつれて暗くなります。上端ではすべての色相が白になり、下端ではすべての色相が黒になります。
色の立体の垂直軸は、その長さ全体にわたって灰色で、下部の黒から上部の白まで変化するグレースケールです。純粋な（彩度の高い）色はすべて立体の表面に位置し、色の立体に沿って明るい色から暗い色へと変化します。彩度が何らかの形で低い色（つまり、黒と白をさまざまな割合で含んでいると考えられる色）はすべて立体の内部を構成し、同様に上から下に向かって明るさが変化します。
最適色立体またはロッシュ・マクアダム色立体は、表面が持つことができるすべての可能な色を含む色立体の一種です。つまり、最適色立体は、物体の色の理論上の限界です*。それはすべての最適色の集合によって制限されます。[ 3 ]今のところ、少なくともより複雑な物理現象に頼らずに、そのような色の物体を作ることはできません。
（古典的な反射を前提としています。蛍光や構造発色などの現象により、物体の色が最適色範囲外になる場合があります。）
色の反射スペクトルは、各波長の光が反射する量を、1（100%）の最大値に比例して表したものです。色の反射スペクトルが可視スペクトル全体で0（0%）または1（100%）であり、0と1の間、または1と0の間の遷移が2つ以下であれば、それは最適な色です。現在の技術では、このような特性を持つ材料や顔料を製造することはできません。[ 4 ]
したがって、4種類の「最適な色」スペクトルが考えられる。
第１のタイプは、スペクトル色に似た色を生成し、おおよそCIE xy色度図の馬蹄形部分（スペクトル軌跡）に沿っていますが、表面ではより彩度が高く、スペクトル純度は低くなります。第２のタイプは、CIE xy色度図の直線（紫色の線）上の色に似た色を生成し（ただし、表面ではより彩度が高く、スペクトル純度は低くなります） 、マゼンタや紫色に似た色になります。
最適な色の固体では、可視スペクトルの色は理論的には黒です。なぜなら、反射スペクトルは1つの波長でのみ1（100%）であり、他の無限の可視波長では0であるため、白に対する明度は0であり、彩度も0ですが、もちろんスペクトル純度は100%です。要するに、最適な色の固体では、スペクトル色は黒（明度0、彩度0）に相当しますが、完全なスペクトル純度を持っています（色度図の馬蹄形のスペクトル軌跡に位置します）。[ 5 ]
LMSやCIE 1931 XYZなどの線形色空間では、原点（黒、(0, 0, 0)）から始まり、可視スペクトルの色を表すすべての点を通過する光線の集合と、紫の半線と赤の半線（可視スペクトルの両端）を通過する平面の一部が「スペクトルコーン」を生成します。最適な色立体の黒点（座標(0, 0, 0)）（黒点のみ）は「スペクトルコーン」に接し、白点（(1, 1, 1)）（白点のみ）は「反転スペクトルコーン」に接します。「反転スペクトルコーン」は、中央の灰色点（(0.5, 0.5, 0.5)）に関して「スペクトルコーン」と対称です。これは、線形色空間では、最適な色立体が中心対称であることを意味します。[ 5 ]
ほとんどの色空間では、最適な色の立体の表面は、2 つの点 (黒と白) と 2 つの鋭いエッジ (黒から赤、オレンジ、黄色、白へ続く「暖色」エッジと、黒から濃い紫、青、シアン、白へ続く「寒色」エッジ) を除いて滑らかです。これは次の理由によるものです。色の反射スペクトルの部分がスペクトル赤 (スペクトルの片端に位置する) である場合、それは黒として認識されます。全体の反射率の部分のサイズが大きくなり、スペクトルの赤端から黄色の波長までをカバーするようになると、それは赤として認識されます。その部分がさらに拡大され、緑の波長をカバーするようになると、オレンジまたは黄色として認識されます。さらに拡大すると、黄色の半色よりも多くの波長をカバーするようになり、白に近づき、最終的にスペクトル全体が反射される状態になります。このプロセスは「累積」と呼ばれます。累積は可視スペクトルの両端から開始できます（先ほど、スペクトルの赤色端から開始して「暖かい」鋭いエッジを生成する累積について説明しました）。スペクトルの紫色端から開始して累積すると、「冷たい」鋭いエッジが生成されます。[ 5 ]
各色相には最大彩度点、半色、または完全色があり、物体はその色相でより高い彩度を持つことはできません。これらは物体が持つことができる最も彩度が高く鮮やかな色です。これらは20世紀初頭にドイツの化学者で哲学者のヴィルヘルム・オストヴァルトによって半色または完全色と呼ばれました。 [ 5 ] [ 6 ]
B が波長 A の補波長である場合、A と B を結ぶ直線は、LMS や CIE 1931 XYZ などの線形色空間の無彩色軸を通ります。色の反射スペクトルが、A と B の間のすべての波長で 1 (100%)、色空間のもう一方の半分のすべての波長で 0 である場合、その色は最大彩度色、セミクローム、またはフルカラーです (これがセミクロームと呼ばれる理由です)。したがって、最大彩度色は最適色の一種です。[ 5 ] [ 6 ]
説明したように、フルカラーは単色とは程遠いものです。最大彩度の色のスペクトル純度が増加すると、可視スペクトルに近づくため彩度が低下し、結果として黒に近づきます。 [ 5 ]
知覚的に均一な色空間では、原色の明度は、紫がかった青色では約30%、黄色がかった色では約90%まで変化します。各最大彩度点の彩度も色相によって異なり、知覚的に均一な色空間にプロットされた最適なカラーソリッドでは、赤、緑、青、紫、マゼンタなどの半色は彩度が高く、黄色、オレンジ、シアンなどの半色は彩度がやや低くなります。
色球とHSL 色空間では、最大彩度色は色球の周縁部の赤道付近に位置します。このため、球形のカラーソリッドは本質的に知覚的に均一ではありません。なぜなら、球形のカラーソリッドは、すべてのフルカラーの明度が 50% であることを意味しますが、人間が知覚するフルカラーには、明度が約 30% から約 90% の範囲で存在するからです。知覚的に均一なカラーソリッドは不規則な形状をしています。[ 7 ] [ 8 ]
20世紀初頭、色を制御可能な方法で表現したいという産業界の要求と、光スペクトルを測定する新たな可能性が、色の数学的記述に関する集中的な研究を促した。
最適な色の概念は、バルト・ドイツの化学者ヴィルヘルム・オストヴァルトによって提唱されました。エルヴィン・シュレーディンガーは、1919年の論文「最も明るい顔料の理論」（Theorie der Pigmente von größter Leuchtkraft ） [ 4 ]で、与えられた全反射率で生成できる最も彩度の高い色は、任意の波長で反射率がゼロまたは完全な表面によって生成され、反射率スペクトルはゼロと完全な間の遷移が最大で2つしか存在しない必要があることを示しました。
シュレーディンガーの研究は、デイビッド・マクアダムとジークフリート・レッシュによってさらに発展させられました。[ 9 ]マクアダムは、CIE 1931 色空間の最適色ソリッドの境界上の選択された点の正確な座標を、明度レベル Y = 10 から 95 まで 10 単位刻みで計算した最初の人物です。これにより、彼は許容できる精度で最適色ソリッドを描くことができました。彼の功績により、最適色ソリッドの境界はマクアダム限界(1935 年) と呼ばれています。
現代のコンピュータでは、最適な色彩立体を数秒で高精度に計算することが可能です。通常、計算されるのはマクアダム限界（最適な色、最適な色彩立体の境界）のみです。なぜなら、その他の（最適ではない）可能な表面色はすべてその境界内に存在するからです。
カラーボリュームとは、特に特定の色域を参照する場合、利用可能なすべての色相、彩度、明度、および/または輝度におけるすべての利用可能な色の集合です。 [ 10 ] [ 11 ]これは、2D色域(利用可能なすべての色度を表す) と、利用可能なすべての明度または輝度値のダイナミック レンジの組み合わせの結果と考えることができます。 [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
この用語は、SDRよりも高い色域、少なくとも 1,000 cd/m 2のピーク輝度（ SDR の 100 cd/m 2制限よりも高い）、およびRec. 709 / sRGB (一般的にはDCI-P3またはRec. 2020 )よりも広い色域を説明するために使用されています。 [ 10 ] [ 12 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]
色の単色は、明るさの次元に関する情報を提供するため、画面、プリンター、人間の目などのボリュームや色域を明確に視覚化するためにも使用できます。一方、一般的に使用されている色度図には、色の次元が欠けています。
アーティストや美術評論家は、 HCLやHSLといった色彩モデルで示されているように、色の3つの変数（色相、明度（または値）、彩度（またはクロマ））を単一の図式に整理する上で、色彩ソリッドが有用な手段であると考えており、視覚芸術の構成や分析の補助として利用している。
