Для правильного понимания зрительного восприятия формы предмета и ее изображения в учебном рисунке большое значение имеет понимание закономерностей светотени. Эти закономерности можно легко проследить и практически понять, наблюдая окружающие нас предметы, освещенные естественным светом солнца или искусственным светом одной лампы. Освещение предметов может быть концентрированным и рассеянным.
Прямой и отраженный зеркальными поверхностями свет солнца или лампы дает концентрированное освещение. Свет концентрированного источника, проходящий через рассеивающую световые лучи среду и отраженный незеркальными поверхностями, создает рассеянное освещение.
От концентрированных источников света лучи распространяются радиально. В тех случаях, когда величина освещаемого предмета значительно меньше расстояния от него до источника света (все предметы на земле по отношению к солнцу и предметы, размеры которых во много раз меньше расстояния до лампы), лучи света для практических целей учебного рисунка принимаются параллельными. Когда же разница между размером предмета и расстоянием от него до источника света незначительна, нужно учитывать радиальность распространения лучей света.
Рис 1. Зависимость характера светотени от расстояния до источника света
Лучи света распространяются прямолинейно, меняя свое направление только при переходе из одной среды в другую и при отражении от различных поверхнос- тей. Благодаря лучам света, отраженным поверхностями предметов, человек зрительно воспринимает их форму.
Известно, что освещенность поверхностей зависит от силы источника света, расстояния от него до поверхности, а также от угла падения световых лучей на поверхность. В этом легко практически убедиться, меняя положение листа белой бумаги по отношению к лампе (рис. 1). Наблюдая два листа, расположенных параллельно на разном расстоянии от лампы, мы увидим, что поверхность, расположенная ближе к источнику света, освещена сильнее, а дальше — слабее. Объясняется это тем, что при радиальном распространении лучей ближнюю поверхность «пронизывает» большее количество световых лучей, чем дальнюю.
Рис 2. Зависимость освещения поверхности от расстояния до источника света
Причиной снижения уровня освещенности может быть также толща среды, находящаяся между источником света и поверхностью, которая задерживает и рассеивает световые лучи (пар, дым, туман, воздух и т. п.). Поворачивая лист бумаги под разными углами к лучам света, мы заметим, что чем перпендикулярнее падают световые лучи на поверхность, тем сильнее она освещена, а чем острее угол падения лучей, тем менее освещенной становится поверхность. Объясняется это тем, что поверхность листа, поставленного перпендикулярно лучам света, воспринимает большее количество лучей, чем та же поверхность, расположенная под углом. При параллельном лучам света положении поверхности лучи скользят по ней и ее освещенность слабеет.
Рис 3. Зависимость освещенности поверхности от угла падения лучей света
Основные светотеневые закономерности можно рассмотреть и усвоить на двух полосках плотной белой бумаги, согнутой, как показано на рис. 2, 3, в 5-образную ленту. Первая полоска согнута таким образом, что общая форма складывается из ряда расположенных под углом друг к другу плоскостей, вторая полоска имеет мягкие изгибы. Поворачивая эти полоски под разными углами к параллельным лучам света от солнца или отдаленной лампы, проследим на них расположение всех элементов светотени. Так как различные участки поверхности располагаются под разными углами к световым лучам, то они имеют и различ- ную освещенность. Эту различную освещенность поверхности упрощенно (не передавая всего богатства светотеневых градаций, без учета местоположения зрителя) для практических целей учебного рисунка условимся называть: «самое светлое место», «свет», «полусвет», «полутень», «собственная тень», «падающая тень» и «рефлекс». Границу между освещенными и находящимися в тени поверхностями предмета назовем «линией собственной тени», а границу падающей тени — «линией падающей тени».
Рис 4. Элементы светотени, образующиеся на гладкой поверхности
На приведенных рисунках показано одно из положений модели по отношению к параллельным лучам света и соответствующее распределение элементов светотени на поверхности изогнутых полосок бумаги. Самое светлое место располагается там, где лучи света падают наиболее перпендикулярно к поверхности. Свет в рассматриваемом примере помещается рядом с самым светлым местом по обе стороны от него на поверхностях, больше повернутых от направления луча света. Полусвет располагается рядом со светом на поверхности, еще более отвернутой от света. Полутень следует за полусветом, занимая поверхность, освещаемую падающими под острым углом скользящими лучами света. Линия собственной тени проходит по наружным краям полоски бумаги, а также в одном случае по ребру граненой поверхности, в другом — по образующей изогнутой поверхности, касательно которым падают лучи света, определяющие границу между освещенными и теневыми поверхностями. Собственная тень лежит на поверхностях, отвернутых от света, на них не попадают непосредственно прямые лучи источника света. Падающая тень располагается на повернутых к свету поверхностях, падению прямых лучей света на которые препятствуют находящиеся между ними и источником света другие поверхности.
Рис 5. Элементы светотени образующиеся на граненой поверхности
Рефлекс — это действие на поверхность лучей света, отраженных от других поверхностей. Помимо прямого света на поверхности предметов падают лучи света, отбрасываемые от других предметов или отраженные одними частями предмета на другие его части. Влияние этих отраженных лучей, называемое рефлексом, мы особенно явственно ощущаем в тенях. Явление рефлекса, вызывающее высветление теней, более ярко выражено на изогнутых поверхностях, чем на плоских, так как в этом случае меняется не только расстояние от рефлектирующей поверхности до теневой, но и угол падения отраженных лучей на теневую поверхность.
Рассматривая изменения освещенности световых поверхностей на двух моделях, определим существенную разницу в переходах световых градаций на граненой полоске и на мягкой изогнутой. На первой — каждая грань будет иметь свою ясно выраженную освещенность, четко ограниченную ребрами перегибов, на второй — освещенность будет мягко убывать по мере поворота поверхности и мы не увидим границ между бесконечным количеством светотеневых градаций. На граненой модели линия собственной тени пройдет по ребру изгиба и четко отделит световую поверхность от теневой. При повороте модели по отношению к лучам света линия собственной тени будет скачкообразно перемещаться с одного ребра на другое. На второй модели линия собственной-тени пройдет по образующей в месте касания лучей света к изогнутой поверхности и, хотя теоретически она и разделяет свет и тень, резкого перепада между ними мы не увидим. На поворачивающейся от света световой поверхности между самым светлым местом и линией собственной тени расположатся бесконечные светотеневые переходы, упрощенно называемые полусветами и полутенями, которые постепенно переходят в тень и сливаются с нею. При повороте второй модели линия собственной тени будет постепенно плавно передвигаться по изогнутой поверхности.
Расположение на предмете всех элементов светотени: самого светлого места, света, полусвета, полутени, линии собственной тени, собственной тени, рефлекса и падающей тени — обусловлено формой самого предмета, характером источника света и положением его по отношению к предмету. Зрительное восприятие светотеневых градаций зависит, кроме того, и от местоположения зрителя по отношению к рассматриваемому предмету.
Объективные закономерности распределения светотени и особенности субъективного ее восприятия легче проследить и усвоить на простых геометрических телах, имеющих белую матовую поверхность и освещенных одним источником света. Основные геометрические тела, кроме шара, легко сделать самому из плотной белой бумаги.
Образование рефлексов на плоских и изогнутых поверхностях
Практическое построение теней должно быть подчинено тем же принципам, что и построение в рисунке конструкции самого предмета: определение узловых пунктов собственной тени касанием лучей света и проекция этих характерных точек на поверхность, воспринимающую падающую тень, с учетом характерных сечений поверхностей для данного направления лучей света. На всех рисунках, поясняющих различные примеры светотени, характерные точки линий собственной тени на самом предмете обозначены буквами а, б, в и т. д., а их проекции лучами света на ту или иную поверхность, образующие характерные точки рисунка падающей тени,— соответственно а, б, я, и т.д.
Прямолинейное распространение лучей света позволяет понять и правильно изображать элементы светотени как с натуры, так и (что особенно важно для архитектора) по представлению. Перспективное построение светотени ведется так же, как и перспективное построение формы предмета. При этом надо учитывать дополнительные точки схода для элементов светотени: первая из них (причина) связана с местом нахождения источника света, ряд других точек схода определяется пересечением и касанием лучей света поверхностей рассматриваемой формы и окружающих ее предметов. На рис. 4 показаны различные случаи построения собственных и падающих теней, которые можно понять без особых объяснений. В первом случае (рис. 4,а) показано построение светотени на кубе, стоящем на плоскости и освещенном параллельными лучами источника света, находящегося за предметом; во втором (рис. 4, б)— построение светотени на кубе, освещенном параллельными лучами источника света, находящегося сбоку и позади зрителя; в третьем (рис. 4, в) — построение светотени от близкого источника света с учетом радиальности распространения лучей.
Схема, поясняющая получения переспективного изображения тени а - источник света находится за предметом; б - источник света сзади зрителя; в - источник света среди предметов
Во всех трех случаях принцип построения теней один и тот же. Линия собственной тени определяется касанием лучей света к характерным точкам вершин куба а, б и в. Падающая тень от этих точек находится путем пересечения луча, идущего через данную точку, с его проекцией на плоскости, воспринимающей падающую тень. Для того чтобы определить направление изображений параллельных лучей света, надо найти точку их схода. В первом случае, когда источник света помещается за предметом в бесконечности, точка схода совпадает с изображением источника света. Во втором случае, когда источник расположен за зрителем, точка схода расположится на картинной плоскости в месте пересечения ее лучом, проходящим через точку зрения.
Рассматривая рис. 4, нетрудно заметить, что при одинаковом удалении точки зрения и картинной плоскости от предмета и при одинаковом их положении по отношению к плоскости, на которой расположен предмет, точки схода изображений лучей света при рассматривании предмета против света и по свету будут иметь на картинной плоскости одинаковые по размеру, но отличающиеся по знаку, т.е. направлению, координаты. В третьем рассматриваемом случае при радиальном распространении лучей света изображения всех лучей света будут проходить через изображение на картинной плоскости самого источника света. Перспективное изображение проекций лучей света, необходимое для построения падающих теней, находится обычным способом и понятно из рисунков.
Перемещая источник света вокруг куба или поворачивая сам куб по отношению к свету, проследим, каким образом будут изменяться элементы светотени и как эти изменения повлияют на выявление пластической формы куба. При направлении параллельных лучей света, перпендикулярном данной грани куба (рис. 5, а ), лишь одна эта его грань окажется освещенной, «самое светлое место» распространится на освещенную грань, а падающая тень, повторяя линию собственной тени, будет тенью от квадрата.
Рис 6.
При перемещении источника света по горизонтали освещенными окажутся сразу две грани куба (рис. 6, б). Причем освещенность одной будет убывать, а другой увеличиваться. Когда лучи света станут параллельными диагонали основания куба, обе грани приобретут равную освещенность, а абсолютно светлое место соберется в линию, идущую по разделяющему их ребру. При перемещении источника света граница света и тени скачком перейдет с одного ребра на другое, а падающая тень будет тенью от прямоугольника. При дальнейшем перемещении источника света по вертикали (рис. 6, в) осветятся три грани куба, освещенность каждой из которых будет меняться в зависимости от угла падения на нее лучей света. Самое светлое место расположится в точке ближнего к свету угла, а линия собственной тени пройдет по шести ребрам куба, делящим его на световую и теневую части. Конфигурация падающей тени в этом случае определится пространственным положением этих ребер и будет похожа на тень от шестиугольника. Во всех случаях теневые грани куба будут подсвечиваться рефлексом, интенсивность которого будет зависеть от расположения отражающей лучи поверхности.
Рис 7. Образование светотеени при освещении куба параллельными лучами света, падающими а — перпендикулярно ни одну из его граней; б — параллельно диагонали основания куба; в — параллельно диагонали куба (освещены три стороны)
Наше восприятие светотени зависит не только от объективных условий освещения, но и от местоположения зрителя по отношению к рассматриваемому предмету. При перемещении точки зрения относительно предмета линии собственной тени, разграничивающие свет и тень, не меняют своего места на предмете, теневые поверхности могут получать самые незначительные изменения, зато освещенные поверхности, отражающие большое количество световых лучей, могут зрительно меняться довольно сильно, в зависимости от тот места, с которого мы на них смотрим. Например, достаточно большая плоскость, равномерно освещенная параллельными лучами света, будет казаться глазу светлее в том месте, от которого в глаз попадает больше отраженных поверхностью лучей, идущих от источника света, т. е. в том месте, где утл падения лучей будет равен углу их отражения от поверхности в глаз. Этим объясняется и то, что из двух одинаково освещенных граней куба та покажется глазу светлее, которая больше развернута к зрителю. Чтобы получить возможно полное представление о закономерностях светотени, рассмотрим куб, освещенный одним постоянным источником света с шести различных характерных точек зрения. Условия освещения куба и место, с которого он рассматривается, существенно сказываются на зрительном восприятии его формы. При одинаковом освещении трех видимых его сторон восприятие его формы будет наиболее слабым; в случае же, когда видимые грани имеют ясно выраженное различие освещенности, форма куба становится более выраженной (рис. 6).
Рис 8. Светотеневые градации в зависимости от кривизны поверхности
Рассматривая распределение элементов светотени на восьмигранной призме (рис. 7), естественно, заметим, что если на трех видимых гранях куба можно различить три ясно выраженных градации тона, то на телах, имеющих большее число граней, каждая из которых обращена под разными углами к лучам света, можно различить соответственно больше тональных градаций как в свету, так и в тенях, освещенных рефлексом.
Рассматривая цилиндр в различных условиях освещения (рис. 7), проследим закономерности расположения на нем элементов светотени. Лучи, направленные на цилиндр параллельно его оси, осветят лишь одно его основание. Самое светлое место займет окружность основания целиком, а падающая тень будет тенью от круга. При направлении лучей света, перпендикулярном оси цилиндра, освещенной окажется половина его цилиндрической поверхности. Абсолютно светлое место в этом случае расположится вдоль образующей, лежащей на пути лучей, проходящих через ось цилиндра, т. е. в месте, где лучи света падают перпендикулярно к цилиндрической поверхности. При малом радиусе кривизны поверхности цилиндра это светлое место приблизится к линии, при больших радиусах оно будет иметь практически ту или иную ширину.
Рис 9. Элементы светотени на шаре и ресунок падающих теней от него в зависимости от положения источника света и характера воспринимающих тень поверхностей
Две образующие цилиндрической поверхности, касательно которым проходят лучи света, определят границу освещенной и теневой частей, т. е. линию собственной тени. Хотя граница света и тени на цилиндрической поверхности теоретически является линией, такого определенного перехода от света к тени, как на граненых телах, на ней мы не увидим, особенно на цилиндрах большого радиуса.
Если на поверхностях, состоящих из ряда плоскостей, каждая грань имеет свою четко выраженную освещенность, ограниченную ребрами, то на изогнутых поверхностях цилиндра, не имеющих граней, переход от света к тени будет постепенным, без скачков. Поэтому между самым светлым местом и линией собственной тени на боковой поверхности цилиндра расположатся полусвета и полутени, постепенно утемняющиеся от света и мягко переходящие в тень. Объясняется это тем, что на цилиндрическую поверхность, не имеющую граней, лучи света падают все под более острым углом по мере поворота поверхности от источника света. Степень этого перехода зависит от кривизны поверхности: чем меньше ее радиус, тем переход будет совершаться быстрее, а при большем радиусе эти же свето-теневые переходы будут располагаться на большем протяжении поверхности. На теневую поверхность цилиндра действуют отраженные лучи света, вызывая постепенное ее высветление по мере удаления от линии собственной тени.
Рис 10. Изминение характера и силы падающей тени в зависимости от расположения воспринимающих ее поверхностей
При освещении цилиндра лучами, наклонными к его оси, линия собственной тени пройдет по половине окружности основания, двум образующим и полуокружности другого основания. Наибольшая освещенность в этом случае займет небольшое место на обращенной к свету стороне окружности основания. Рассматривая с разных точек зрения цилиндр, освещенный постоянным источником света, мы заметим, что линия собственной тени не меняет своего места на поверхности цилиндра. Однако самое светлое место будет зрительно восприниматься самым светлым лишь в том случае, когда направление взгляда совпадает с направлением лучей света (точка зрения 7, рис. 8).
При перемещении точки зрения вокруг цилиндра воспринимаемое глазом относительно светлое место также перемещается: оно будет располагаться в том месте поверхности, которое отражает наибольшее количество лучей света в глаз зрителя. При этом воспринимаемая глазом область полусветов и полутеней, заключенная между перемещающимся относительно светлым местом и постоянной линией собственной тени, соответственно изменяется (точки зрения 2, 3, 4). На глянцевых поверхностях перемещение воспринимаемого глазом относи тельно светлого места выражено наиболее ясно: в тех точках поверхности предмета, в которых угол падения лучей от источника света равен углу их отражения в глаз зрителя, относительно светлое место воспринимается как яркий блик. Таким образом, если положение линии собственной тени на предмете зависит только от формы предмета и положения источника света, то воспринимаемое зрителем относительно светлое место или блик, а также полусвета и полутени зависят, кроме того, еще и от местоположения глаза.
Распределение элементов светотени на конусе имеет некоторые особенности. При боковом освещении абсолютно светлое место, медленно уширяясь к основанию конуса, принимает форму треугольника. При направлении параллельных лучей света, перпендикулярном оси конуса, собственная тень занимает половину его боковой поверхности. При перемене направления лучей источника света по отношению к оси конуса образующие, по которым проходит линия собственной тени, как бы сдвигаются, уменьшая или увеличивая область тени. Когда угол наклона луча света к оси конуса становится меньше угла наклона образующей, коническая поверхность оказывается освещенной целиком, если свет направлен со стороны вершины конуса, и вся погружается в тень, если свет направлен со стороны основания. В этих случаях падающая тень от конуса будет тенью от круга его основания. Контраст между светом и тенью по мере уменьшения кривизны (рис. 9), т. е. увеличения радиуса конической поверхности, также уменьшается. Рассматривая конус с различных точек зрения (рис. 10), заметим, что воспринимаемое глазом относительно светлое место и область полусветов и полутеней перемещаются подобно тому, как это наблюдалось на цилиндре.
Рис 11. Наблюдение светотени в нутри и снаружи различных форм
На поверхности шара, освещенного одним источником света, самое светлое место всегда будет располагаться вокруг точки пересечения ее лучом света, идущим через центр шара (рис. 11). Это светлое место может приближаться к точке или увеличиваться до тех или иных размеров в зависимости от кривизны поверхности шара. От самого светлого места освещенность поверхности шара будет постепенно уменьшаться во всех направлениях, постепенно переходя в собственную тень. Линия собственной тени пройдет по окружности, точки которой определятся касанием лучей света к поверхности шара. Плоскость этой окружности будет перпендикулярна лучу света, идущему от источника света через центр шара. Тень от шара при одном источнике света всегда будет тенью от круга.
На рис. 11 показаны изменения зрительного восприятия элементов светотени на шаре, освещенном постоянным источником света при рассматривании его с различных точек зрения. По приведенным примерам можно установить, что самое светлое место на форме определяется лучами света, падающими наиболее перпендикулярно к поверхности, следовательно, его расположение зависит от формы поверхности и направления лучей света. Относительно светлое место характеризуется наибольшим количеством лучей света, отраженных поверхностью предмета в глаз зрителя, следовательно, его расположение на предмете зависит не только от формы предмета и положения источника света, но и от местоположения зрителя. Линия собственной тени определяется лучами, идущими касательно поверхности предмета и, следовательно, зависит от формы предмета и направления лучей света. Падающая тень образуется пересечением лучей света, идущих касательно поверхости предмета, с поверхностью, на которую падает тень, следовательно, рисунок падающей тени зависит как от линии собственной тени на предмете, так и от формы поверхностей, на которые падает тень. Ее сила зависит от расстояния до собственной тени (причины), от поворота поверхности, воспринимающей падающую тень, и от воздействия рефлексов. Для более полного представления о светотени необходимо рассмотреть ее построение не только на наружных, но и на внутренних поверхностях тех же геометрических тел. Принцип построения теней как на тех, так и на других одинаков, но отметим, что на внутренних формах, показанных на рисунках полых предметов, много обращенных друг к другу поверхностей, поэтому действие рефлекса может проявляться в них сильнее.
Рис 12. Наблюдение светотени в нутри и снаружи различных форм
Восприятие светотени зависит и от расстояния между зрителем и предметом. С одной стороны, это объясняется разрешающей способностью глаза по-разному воспринимать один и тот же предмет на разных расстояниях, с другой — воздушной средой, находящейся между глазом и предметом, задерживающей и рассеивающей отраженные от предмета лучи света. По мере удаленияпредметов от зрителя контраст между светом и тенью уменьшается, отдаленность гасит интенсивность светов и высветляет тени. Это явление, называемое оздушной перспективой, позволяет воспринимать глубину пространства и передавать ее на плоскости картины.
Объективные закономерности возникновения светотени и субъективных особенностей ее восприятия, понятые на простых геометрических телах белого цвета и матовой фактуры в определенных условиях освещения, помогают сознательно анализировать и изображать более сложные пластические формы разного цвета и фактуры, находящиеся в различных условиях освещения. Эти знания помогут избежать натуралистического копирования светлых и темных пятен, представить строение формы и ее разрезы, отобрать существенное для ее изображения, подчеркивая или ослабляя те или иные элементы светотени в зависимости от поставленной задачи.
Рис 13. Изменение контраста между светом и тенью в зависимости от удаления элементов формы от зрителя
При изображении сложных в пластическом отношении форм, например фигуры человека или архитектурного сооружения, светотень должна строиться по тем же принципам, как и для геометрических тел. Чтобы сознательно и уверенно применять светотень, имеющую на этих формах сложный характер, необходимо внимательно рассмотреть и понять характер изгибов, образующих форму, мысленно осуществить сечения по характерным направлениям формы. Понимание этих сечений позволяет найти место элементов светотени — линии собственной тени, самого светлого места, падающей тени и т. д., что особенно важно пририсовании по представлению (рис. 12, 13).
Все многообразие светотеневых градаций от самого светлого до самого темного передается в рисунке тоном, являющимся одним из важных изобразительных средств. Изобразительные материалы рисунка — даже самая белая бумага и самый черный карандаш — весьма ограничены в своем диапазоне, они не в состоянии показать абсолютной силы светлого и темного, существующей в природе. Тем не менее светотеневые впечатления от натуры могут быть переданы при помощи правильных тональных отношений, воспроизводящих отношения тонов в диапазоне, доступном изобразительным материалам. При правильно взятых тональных отношениях и при верной передаче характера перехода одного тона в другой можно достигнуть в рисунке убедительной передачи формы и ощущения той или иной освещенности.
Рис 14. Рисунок собственных и падающих теней на сложных формах
Таким образом, в рисунке приобретают особое значение не абсолютная сила того или иного тона на бумаге, а отношения силы тонов между собой и их взаимное соподчинение. Главное отношение, которое нужно взять,— это тональное отношение света и тени. Это отношение будет самым контрастным, ему должны быть подчинены другие элементы светотени: нюансы в свету и тени. Только при взаимном соподчинении этих отношений можно добиться цельности рисунка, наиболее полно выявить форму и пластику изображаемого предмета. Умение представить любую форму от простого геометрического тела до сложнейшей пластики живого организма и архитектурного сооружения в различных реальных условиях освещения необходимо архитектору в его творческой работе для предвидения того впечатления, которое будет производить на зрителя его произведение в натуре.
