การเปรียบเทียบสีต่างๆ แบบเคียงข้างกันสำหรับโมเดลสี HSL , HSVและRGB รูปทรง ที่ เป็นไปได้ ได้แก่ ลูกบาศก์ทรงกระบอก ทรงกรวยทรงกลมพีระมิดพีระมิดคู่ทรงกรวยคู่และรูปทรงที่ไม่แน่นอน

จิตรกรใช้การผสมสี มานานแล้ว โดยการผสมเม็ดสีที่ค่อนข้างสว่างกับสีดำและสีขาว การผสมกับสีขาวเรียกว่าสีอ่อนการผสมกับสีดำเรียกว่าสีเข้มและการผสมทั้งสีดำและสีขาวเรียกว่าสีโทนดูสีอ่อนและสีเข้ม^{[ 1 ]}

รูปทรงสี สามมิติ ( Color Solid)คือ การแสดง ภาพสีหรือแบบจำลอง สี ใน รูปแบบสามมิติ และอาจเปรียบได้กับวงล้อสีแบบหนึ่งมิติซึ่งแสดงตัวแปรของเฉดสี (ความคล้ายคลึงกับสีแดง เหลือง เขียว น้ำเงิน ฯลฯ) หรือแผนภาพความสว่างสี แบบสองมิติ (หรือสามเหลี่ยมสี ) ซึ่งแสดงตัวแปรของเฉดสีและความบริสุทธิ์ของสเปกตรัมมิติเชิงพื้นที่ที่เพิ่มเข้ามา ทำให้รูปทรง สีสามมิติสามารถแสดงมิติทั้งสามมิติของสีได้ ได้แก่ ความสว่าง (ระดับความสว่างและความมืดเฉดสีอ่อนหรือเข้ม ) เฉดสี และความสดใส ของสี ทำให้รูปทรงสีสามมิติสามารถแสดงสีทุกสีที่เป็นไปได้ในโครงสร้างสามมิติที่เป็นระเบียบ

นักทฤษฎีสีต่าง ๆ ได้ออกแบบรูปทรงสีที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัวขึ้นมา หลายรูปทรงเป็นทรงกลมในขณะที่บางรูปทรงเป็นทรงรีสามมิติที่บิดเบี้ยวซึ่งรูปแบบต่าง ๆ เหล่านี้ถูกออกแบบมาเพื่อแสดงความสัมพันธ์ของสีให้ชัดเจนยิ่งขึ้น ทรงกลมสีที่คิดค้นโดยPhilipp Otto RungeและJohannes Ittenเป็นตัวอย่างและต้นแบบทั่วไปสำหรับแผนผังรูปทรงสีอื่น ๆ อีกมากมาย^{[ 2 ]}

เช่นเดียวกับวงล้อสี สีที่ตัดกัน (หรือสีคู่ตรงข้าม)จะอยู่ตรงข้ามกันในภาพสีส่วนใหญ่ เมื่อเคลื่อนเข้าหาแกนกลาง สีจะมีความอิ่มตัวน้อยลงเรื่อยๆ จนกระทั่งสีทั้งหมดมาบรรจบกันที่แกน กลาง เป็นสีเทาที่เป็นกลาง เมื่อเคลื่อนในแนวตั้งในภาพสี สีจะสว่างขึ้น (ไปทางด้านบน) และมืดลง (ไปทางด้านล่าง) ที่ขั้วบนสุด สีทั้งหมดจะมาบรรจบกันที่สีขาว ที่ขั้วล่างสุด สีทั้งหมดจะมาบรรจบกันที่สีดำ

แกนแนวตั้งของทรงตันสีจะเป็นสีเทาตลอดความยาว โดยค่อยๆ เปลี่ยนจากสีดำที่ด้านล่างไปเป็นสีขาวที่ด้านบน ซึ่งก็คือโทนสีเทา สีที่บริสุทธิ์ (อิ่มตัว) ทั้งหมดจะอยู่บนพื้นผิวของทรงตัน โดยค่อยๆ เปลี่ยนจากสีอ่อนไปเป็นสีเข้มตามความยาวของทรงตัน ส่วนสีที่ลดความอิ่มตัวลงในระดับใดๆ (กล่าวคือ สีที่สามารถคิดได้ว่ามีทั้งสีดำและสีขาวในปริมาณที่แตกต่างกัน) จะประกอบเป็นส่วนภายในของทรงตัน โดยมีความสว่างแตกต่างกันไปจากบนลงล่างเช่นกัน

• ภาพตัดขวางแนวตั้งของทรงกลมสีต่างๆ
• 
  ฟาร์เบนคูเกลของฟิลิปป์ ออตโต รุงจ์
• 
  ทรงกลมสีของอัลเบิร์ต เฮนรี มันเซลล์
• 
  ทรงกลมสีของโยฮันเนส อิตเทน
• 
  ระบบพิกัดทรงกลม (สำหรับการเปรียบเทียบ)

ของแข็งสีที่เหมาะสมที่สุดหรือ ของแข็งสี Rösch – MacAdamเป็นของแข็งสีประเภทหนึ่งที่ประกอบด้วยสีที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่พื้นผิวสามารถมีได้ กล่าวคือ ของแข็งสีที่เหมาะสมที่สุดเป็นขีดจำกัดทางทฤษฎีสำหรับสีของวัตถุ* มันถูกจำกัดด้วยเซตของสีที่เหมาะสมที่สุดทั้งหมด^{[ 3 ]}ในขณะนี้ เราไม่สามารถสร้างวัตถุที่มีสีดังกล่าวได้ อย่างน้อยก็ไม่ใช่โดยไม่ต้องอาศัยปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ซับซ้อนกว่านี้

*(โดยใช้การสะท้อนแบบคลาสสิก ปรากฏการณ์ต่างๆ เช่นการเรืองแสงหรือการเกิดสีจากโครงสร้างอาจทำให้สีของวัตถุอยู่นอกช่วงสีที่เหมาะสม)

สเปกตรัมการสะท้อนแสงของสีคือปริมาณแสงของแต่ละความยาวคลื่นที่สะท้อนออกมา โดยเป็นสัดส่วนกับค่าสูงสุดที่กำหนด ซึ่งมีค่าเท่ากับ 1 (100%) หากสเปกตรัมการสะท้อนแสงของสีเป็น 0 (0%) หรือ 1 (100%) ตลอดช่วงสเปกตรัมที่มองเห็นได้ทั้งหมด และมีการเปลี่ยนผ่านระหว่าง 0 กับ 1 หรือ 1 กับ 0 ไม่เกินสองครั้ง สีนั้นจะเป็นสีที่เหมาะสมที่สุด ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบัน เราไม่สามารถผลิตวัสดุหรือเม็ดสีที่มีคุณสมบัติเหล่านี้ได้^{[ 4 ]}

ดังนั้นจึงมีสเปกตรัม "สีที่เหมาะสมที่สุด" อยู่สี่ประเภท:

• การเปลี่ยนแปลงเริ่มจากศูนย์ที่ปลายทั้งสองข้างของสเปกตรัมไปสู่หนึ่งตรงกลาง ดังแสดงในภาพด้านขวา
• มันเริ่มจากหนึ่งที่ปลายทั้งสองข้างแล้วค่อยๆ เปลี่ยนเป็นศูนย์ตรงกลาง
• ค่าของสเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้เริ่มจาก 1 ที่จุดเริ่มต้นของสเปกตรัม ไปจนถึง 0 ที่จุดใดจุดหนึ่งตรงกลาง และสิ้นสุดที่จุดนั้น
• มันเริ่มต้นจาก 0 ที่จุดเริ่มต้นของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ ไปจนถึง 1 ที่จุดใดจุดหนึ่งตรงกลาง และสิ้นสุดที่จุดนั้น

ประเภทแรกสร้างสีที่คล้ายกับสีสเปกตรัมและเป็นไปตามส่วนรูปเกือกม้าของแผนภาพความสว่างสี CIE xy ( ตำแหน่งสเปกตรัม ) แต่ในพื้นผิวจะมี สี ที่สดใส กว่า แม้ว่าจะ มีความบริสุทธิ์ ทางสเปกตรัม น้อยกว่า ก็ตาม ประเภทที่สองสร้างสีที่คล้ายกับ (แต่ในพื้นผิวจะมีสีที่สดใสกว่าและมีความบริสุทธิ์ทางสเปกตรัมน้อยกว่า) สีบนเส้นตรงในแผนภาพความสว่างสี CIE xy (เส้นสีม่วง ) ซึ่งนำไปสู่สีม่วงแดงหรือสีที่คล้ายสีม่วง

ในของแข็งสีที่เหมาะสม สีของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ในทางทฤษฎีจะเป็นสีดำ เนื่องจากสเปกตรัมการสะท้อนแสงของสีเหล่านั้นเป็น 1 (100%) ที่ความยาวคลื่นเดียวเท่านั้น และเป็น 0 ที่ความยาวคลื่นที่มองเห็นได้อนันต์อื่นๆ ทั้งหมด ซึ่งหมายความว่าสีเหล่านั้นมีความสว่างเป็น 0 เมื่อเทียบกับสีขาว และจะมีค่าความอิ่มตัวสีเป็น 0 ด้วย แต่แน่นอนว่ามีความบริสุทธิ์ของสเปกตรัม 100% กล่าวโดยสรุป: ในของแข็งสีที่เหมาะสม สีสเปกตรัมจะเทียบเท่ากับสีดำ (ความสว่าง 0 ค่าความอิ่มตัวสี 0) แต่มีความบริสุทธิ์ของสเปกตรัมเต็มที่ (สีเหล่านั้นตั้งอยู่ในตำแหน่งสเปกตรัมรูปเกือกม้าของแผนภาพความอิ่มตัวสี) ^{[ 5 ]}

ในปริภูมิสีเชิงเส้น เช่นLMSหรือCIE 1931 XYZชุดของรังสีที่เริ่มต้นจากจุดกำเนิด (สีดำ, (0, 0, 0)) และผ่านจุดทั้งหมดที่แสดงสีของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ และส่วนของระนาบที่ผ่านเส้นครึ่งสีม่วงและเส้นครึ่งสีแดง (ปลายทั้งสองของสเปกตรัมที่มองเห็นได้) จะสร้าง "กรวยสเปกตรัม" จุดสีดำ (พิกัด (0, 0, 0)) ของทรงตันสีที่เหมาะสมที่สุด (และเฉพาะจุดสีดำเท่านั้น) จะสัมผัสกับ "กรวยสเปกตรัม" และจุดสีขาว ((1, 1, 1)) (และเฉพาะจุดสีขาวเท่านั้น) จะสัมผัสกับ "กรวยสเปกตรัมกลับด้าน" โดยที่ "กรวยสเปกตรัมกลับด้าน" จะสมมาตรกับ "กรวยสเปกตรัม" เมื่อเทียบกับจุดสีเทาตรงกลาง ((0.5, 0.5, 0.5)) ซึ่งหมายความว่าในปริภูมิสีเชิงเส้น ทรงตันสีที่เหมาะสมที่สุดจะสมมาตรแบบศูนย์กลาง^{[ 5 ]}

ในระบบสีส่วนใหญ่ พื้นผิวของสีที่เหมาะสมที่สุดจะเรียบ ยกเว้นสองจุด (สีดำและสีขาว) และขอบคมสองด้าน ได้แก่ ขอบ " โทนอบอุ่น " ซึ่งไล่จากสีดำไปแดง ส้ม เหลือง และขาว และขอบ " โทนเย็น " ซึ่งไล่จากสีดำไปม่วง เข้ม น้ำเงิน ฟ้า และขาวสาเหตุเป็นเพราะ: หากส่วนของสเปกตรัมการสะท้อนแสงของสีเป็นสีแดง (ซึ่งอยู่ปลายด้านหนึ่งของสเปกตรัม) จะปรากฏเป็นสีดำ หากขนาดของส่วนทั้งหมดหรือการสะท้อนแสงเพิ่มขึ้น ครอบคลุมตั้งแต่ปลายสีแดงของสเปกตรัมไปจนถึงความยาวคลื่นสีเหลือง จะปรากฏเป็นสีแดง หากส่วนนั้นขยายออกไปอีก ครอบคลุมความยาวคลื่นสีเขียว จะปรากฏเป็นสีส้มหรือสีเหลือง หากขยายออกไปอีก จะครอบคลุมความยาวคลื่นมากกว่าสีเหลือง กึ่งทึบแสง เข้าใกล้สีขาว จนกระทั่งถึงจุดที่สะท้อน สเปกตรัมทั้งหมด กระบวนการที่อธิบายนี้เรียกว่า "การสะสม" การสะสมสามารถเริ่มต้นได้ที่ปลายด้านใดด้านหนึ่งของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ (เราเพิ่งอธิบายการสะสมที่เริ่มต้นจากปลายสีแดงของสเปกตรัม ซึ่งสร้างขอบคม "อบอุ่น") การสะสมที่เริ่มต้นที่ปลายสีม่วงของสเปกตรัมจะสร้างขอบคม "เย็น" ^{[ 5 ]}

สีที่มีความเข้มสูงสุด สีที่มีความเข้มปานกลาง หรือสีเต็มรูปแบบ

แต่ละเฉดสีมีจุดความอิ่มตัวสูงสุด จุดกึ่งความอิ่มตัว หรือสีเต็ม; วัตถุไม่สามารถมีสีของเฉดสีนั้นที่มีความอิ่มตัวสูงกว่าได้ พวกมันเป็นสีที่มีความอิ่มตัวและสดใสที่สุดที่วัตถุสามารถมีได้นักเคมีและนักปรัชญาชาวเยอรมันWilhelm Ostwald เรียกพวกมันว่า สีกึ่งความอิ่มตัวหรือสีเต็มในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ^{[ 5 ] [ 6 ]}

ถ้า B เป็นความยาวคลื่นเสริมของความยาวคลื่น A เส้นตรงที่เชื่อม A และ B จะผ่านแกนไร้สีในปริภูมิสีเชิงเส้น เช่น LMS หรือ CIE 1931 XYZ ถ้าสเปกตรัมการสะท้อนแสงของสีเป็น 1 (100%) สำหรับความยาวคลื่นทั้งหมดระหว่าง A และ B และเป็น 0 สำหรับความยาวคลื่นทั้งหมดของครึ่งหลังของปริภูมิสี สีนั้นจะเป็นสีที่มีความเข้มสูงสุด สีเซมิโครม หรือสีเต็ม (นี่คือคำอธิบายว่าทำไมจึงเรียกว่าสีเซมิโครม) ดังนั้น สีที่มีความเข้มสูงสุดจึงเป็นสีประเภทหนึ่งที่เหมาะสมที่สุด^{[ 5 ] [ 6 ]}

ดังที่ได้อธิบายไว้ สีเต็มรูปแบบนั้นห่างไกลจากการเป็นสีโมโนโครมาติก หากความบริสุทธิ์ของสเปกตรัมของสีที่มีความเข้มสูงสุดเพิ่มขึ้นความเข้ม ของสี จะลดลง เนื่องจากจะเข้าใกล้สเปกตรัมที่มองเห็นได้ ดังนั้น จะเข้าใกล้สีดำ^{[ 5 ]}

ในพื้นที่สีที่มีความสม่ำเสมอในการรับรู้ ความสว่างของสีเต็มรูปแบบจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ประมาณ 30% ในเฉดสีม่วงน้ำเงิน ไปจนถึงประมาณ 90% ใน เฉดสี เหลืองความเข้มของสี ณ จุดความเข้มสูงสุดแต่ละจุดก็แตกต่างกันไปตามเฉดสีเช่นกัน ในสีทึบที่เหมาะสมซึ่งแสดงในพื้นที่สีที่มีความสม่ำเสมอในการรับรู้ สีที่มีความเข้มปานกลาง เช่น สีแดง สีเขียว สีน้ำเงิน สีม่วง และสีม่วงแดงจะมีความเข้มสูง ในขณะที่สีที่มีความเข้มปานกลาง เช่น สีเหลือง สีส้ม และสีฟ้าครามจะมีความเข้มต่ำกว่าเล็กน้อย

ในทรงกลมสีและปริภูมิสี HSLสีที่มีค่าความอิ่มตัวสูงสุดจะอยู่รอบเส้นศูนย์สูตรที่ขอบของทรงกลมสี ซึ่งทำให้สีที่มีรูปร่างทรงกลมไม่สม่ำเสมอในเชิงการรับรู้เนื่องจากหมายความว่าสีเต็มทุกสีมีความสว่าง 50% ในขณะที่มนุษย์รับรู้ว่ามีสีเต็มที่มีความสว่างตั้งแต่ประมาณ 30% ถึงประมาณ 90% สีที่มีความสม่ำเสมอในเชิงการรับรู้จะมีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ^{[ 7 ] [ 8 ]}

ประวัติความเป็นมาของแนวคิดเรื่องสีที่เหมาะสมที่สุด

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ความต้องการทางอุตสาหกรรมในการหาวิธีควบคุมเพื่ออธิบายสี และความเป็นไปได้ใหม่ในการวัดสเปกตรัมของแสง ได้กระตุ้นให้เกิดการวิจัยอย่างเข้มข้นเกี่ยวกับการอธิบายสีด้วยคณิตศาสตร์

แนวคิดเรื่องสีที่เหมาะสมที่สุดได้รับการนำเสนอโดยนักเคมีชาวเยอรมันบอลติกWilhelm Ostwald Erwin Schrödingerแสดงให้เห็นในบทความปี 1919 ของเขาเรื่องTheorie der Pigmente von größter Leuchtkraft (ทฤษฎีของเม็ดสีที่มีความสว่างสูงสุด) ^{[ 4 ]}ว่าสีที่อิ่มตัวที่สุดที่สามารถสร้างได้ด้วยการสะท้อนแสงรวมที่กำหนดนั้นเกิดจากพื้นผิวที่มีการสะท้อนแสงเป็นศูนย์หรือเต็มที่ที่ความยาวคลื่นใด ๆ และสเปกตรัมการสะท้อนแสงจะต้องมีการเปลี่ยนผ่านระหว่างศูนย์และเต็มที่อย่างมากที่สุดสองครั้ง

งานของ Schrödinger ได้รับการพัฒนาต่อยอดโดยDavid MacAdamและSiegfried Rösch [ ^{9 ] MacAdam}เป็นคนแรกที่คำนวณพิกัดที่แม่นยำของจุดที่เลือกบนขอบเขตของทรงตันสีที่เหมาะสมที่สุดในพื้นที่สี CIE 1931 สำหรับระดับความสว่างตั้งแต่ Y = 10 ถึง 95 ในขั้นตอนละ 10 หน่วย ซึ่งทำให้เขาสามารถวาดทรงตันสีที่เหมาะสมที่สุดได้ในระดับความแม่นยำที่ยอมรับได้ เนื่องจากความสำเร็จของเขา ขอบเขตของทรงตันสีที่เหมาะสมที่สุดจึงเรียกว่าขีดจำกัด MacAdam (1935)

บนคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ สามารถคำนวณหาขอบเขตสีที่เหมาะสมที่สุดได้อย่างแม่นยำในเวลาเพียงไม่กี่วินาที โดยปกติแล้ว จะคำนวณเฉพาะขอบเขตของ MacAdam (สีที่เหมาะสมที่สุด ขอบเขตของขอบเขตสีที่เหมาะสมที่สุด) เท่านั้น เนื่องจากสีพื้นผิวอื่นๆ ที่เป็นไปได้ (ที่ไม่เหมาะสมที่สุด) ทั้งหมดนั้นอยู่ภายในขอบเขตดังกล่าว

ปริมาณสีคือเซตของสีทั้งหมดที่มีอยู่ ณค่าเฉดสีความอิ่มตัวความสว่างและ/หรือความสดใส ที่มีอยู่ทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออ้างอิงถึงขอบเขตสีที่เฉพาะเจาะจง^{[ 10 ] [ 11 ]}อาจคิดได้ว่าเป็นผลลัพธ์ของการรวมกันของขอบเขตสี 2 มิติ (ซึ่งแสดงถึงค่าสี ที่มีอยู่ทั้งหมด ) กับช่วงไดนามิกของค่าความสว่างหรือความสดใสที่มีอยู่ทั้งหมด^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

คำนี้ใช้เพื่ออธิบายปริมาณสีที่สูงกว่าของHDR เมื่อเทียบกับ SDRโดยมีความสว่างสูงสุดอย่างน้อย 1,000 cd/m² ^ซึ่งสูงกว่าขีดจำกัด 100 cd/m² ^ของ SDR และขอบเขตสีที่กว้างกว่าRec. 709 / sRGB (โดยทั่วไปคือDCI-P3หรือRec. 2020 ) ^{[ 10 ] [ 12 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

นอกจากนี้ ยังสามารถใช้สีทึบเพื่อแสดงภาพปริมาณหรือขอบเขตสีของหน้าจอ เครื่องพิมพ์ ดวงตาของมนุษย์ ฯลฯ ได้อย่างชัดเจน เนื่องจากให้ข้อมูลเกี่ยวกับมิติของความสว่าง ในขณะที่แผนภาพความสว่างสีที่ใช้กันทั่วไปนั้นขาดมิติของสีนี้

ศิลปินและนักวิจารณ์ศิลปะพบว่า แผนภาพสีแบบทึบเป็นวิธีการที่มีประโยชน์ในการจัดระเบียบตัวแปรทั้งสามของสีได้แก่เฉดสี ความสว่าง (หรือค่าความสว่าง) และความอิ่มตัว (หรือความเข้มของสี) ตามแบบจำลองสีHCLและ HSL ในแผนภาพเดียว โดยใช้เป็นเครื่องมือช่วยในการจัดองค์ประกอบและการวิเคราะห์งานศิลปะ

• 
  ภาพภายนอกของทรงกลมสีของอัลเบิร์ต เฮนรี มันเซลล์ปี 1900 อันที่จริงนี่คือภาพวาดของแบบจำลองจริงที่ถูกผลิตและจำหน่าย
• 
  ภาพตัดขวางภายในของทรงกลมสีและต้นไม้สีของ Munsell ปี 1915 Munsell เป็นบุคคลแรกที่แยกเฉดสี ค่า และความอิ่มตัวของสีออกเป็นมิติที่สม่ำเสมอและเป็นอิสระต่อกันในเชิงการรับรู้ และเขายังเป็นคนแรกที่วาดภาพสีอย่างเป็นระบบในพื้นที่สามมิติ^{[ 18 ]}
• 
  ภาพ Farbenkugel (ทรงกลมสี) ของPhilipp Otto Rungeปี 1810 แสดงให้เห็นพื้นผิวของทรงกลม (สองภาพบน) และภาพตัดขวางแนวนอนและแนวตั้ง (สองภาพล่าง)
• 
  ภาพทรงกลมสีของโยฮันเนส อิตเทนปี 1919–20 ภาพที่แสดงแบบจำลองของเขาได้ชัดเจนยิ่งขึ้นปรากฏในหนังสือThe Art of Colorปี 1961 ซึ่งไม่สามารถนำมาแสดงที่นี่ได้เนื่องจากเหตุผลด้านลิขสิทธิ์
• 
  ทรงกลมหลากสีที่ปั้นจากแป้งเกลือ โดย เจสซี เฮนเซล ปี 2011
• 
  ส่วนหนึ่งของทรงกลมของเฮนเซลที่เผยให้เห็นสีที่ลดความอิ่มตัวลงบางส่วน

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับสีทึบ

• แบบจำลองสี
• สามเหลี่ยมสี
• วงล้อสี

• ทรงกลมสีของ Runge (แอปเพล็ต Java อาจใช้งานไม่ได้ในเว็บเบราว์เซอร์บางตัว)