Gölge gerçekten gri mi?

Kısa cevap

Açık havada bir gölge, ışığın yokluğu değil, başka bir ışığın bölgesidir: güneşin doğrudan ışığı engellenince gölgeyi yalnız gökyüzünden gelen ışık aydınlatır ve bu ışık güneşinkinden çok daha mavidir. Parlak bir kış öğlesinde kar üstündeki ağaç gölgesinin mavimsi durması bu yüzdendir; gözümüz sahnenin büyük kısmını aydınlatan güneş ışığına uyum sağladığı için bu mavilik daha da belirgin görünür. Aynı ilke, uzaktaki dağların mavileşmesinde ve yere ya da duvara çarpıp gölgeye sızan sıcak yansımalarda da çalışır; ressamın gölgeyi gri yerine renkli boyaması bir üslup seçimi olmadan önce bir gözlemdir.

İki ışık kaynaklı bir dünya

Açık havadaki güneşli bir sahneyi iki ışık kaynağıyla düşünmek işe yarar. Birincisi güneştir: küçük, çok parlak ve yönlüdür; keskin gölgeler düşürür. İkincisi gökyüzüdür: bütün kubbeden gelen, yönsüz, daha sönük ve daha mavi bir ışık. Resimde ve fotoğrafta bu iki rol için kullanılan adlar, doğadaki durumu iyi özetler.

Güneşin aydınladığı bir yüzeye iki kaynak birden ulaşır: güneş ve gökyüzü. Gölgedeki bir yüzeye ise yalnız biri ulaşır. Gölge ile ışıklı bölge arasındaki fark bu yüzden yalnız bir parlaklık farkı değildir; iki bölgeyi aydınlatan ışığın bileşimi de farklıdır.

Gökyüzü ışığının maviliğinin nedeni KE-02'de ve BI serisinde anlatılan Rayleigh saçılmasıdır: kısa dalga boyları atmosferdeki küçük parçacıklarca uzun dalga boylarından çok daha güçlü saçılır. Burada önemli olan, bu maviliğin ne kadar büyük olduğudur.

Gökyüzü ne kadar mavi?

Javier Hernández-Andrés, Javier Romero ve Raymond Lee, 2001'de yayımladıkları iki çalışmada bu soruyu ölçümle cevapladı. Birincisinde, yedi ay boyunca açık gökyüzünün farklı noktalarından dar bir görüş alanıyla 1.500'ün üzerinde tayf ölçtüler. Gökyüzünün farklı yönlerinin ilişkili renk sıcaklıkları 3.800 K'den sonsuza kadar uzanıyordu; yani açık bir gökyüzünün bazı bölgeleri, renk sıcaklığı ölçeğinin tanımlayabileceği en mavi ışıktan bile daha maviydi.

İkinci çalışmada aynı ekip, iki yıl boyunca bütün gökyüzü koşullarında yatay bir yüzeye düşen toplam gün ışığını ölçtü. 2.600 ölçümde bu toplam gün ışığını en iyi temsil eden ilişkili renk sıcaklığı 5.700 K idi. İki çalışma birlikte okununca tablo açıktır: güneşin ve gökyüzünün birlikte aydınlattığı bir yüzeye düşen ışık, gölgedeki yüzeye yalnız gökyüzünden gelen ışıktan çok daha sarımsıdır.

Gözün uyumu gölgeyi daha da maviye iter

Fiziksel ışık farkı hikâyenin yarısıdır; öbür yarısı gözdedir. BI-13'te anlatılan kromatik uyum, görsel sistemin sahneye hâkim olan ışığa göre ayarlanmasıdır. Güneşli bir sahnede görüşün büyük kısmını güneşin aydınlattığı yüzeyler doldurur; göz bu ışığı "beyaz" kabul edecek biçimde ayarlanır. Gölgedeki yüzey ise bu ayara göre değerlendirilir ve onu aydınlatan mavi ışık, düzeltilmeden, olduğu gibi mavi görünür.

BI-14'te Goethe'nin renkli gölge deneyi bu etkinin kapalı bir odadaki hâlini gösteriyordu: mum ışığı ile gün ışığı arasında düşen gölge mavi görünür. Leonardo da Vinci de defterlerinde aynı ilkeyi iki renkli ışık üzerinden tarif eder: sarı bir ışığın düşürdüğü gölge, oraya mavi ışık düştüğü için mavimsidir; mavi ışığın gölgesi ise sarı ışık düştüğü için sarımsıdır. Gölgelerin dışındaki zemin ise iki ışığı birden aldığı için ikisinin karışımı bir renk alır.

Gölgeye sızan sıcak ışık

Gökyüzü, gölgeye ulaşan tek ışık değildir. Güneşin aydınlattığı zemin, duvar ya da kumaş, aldığı güneşin bir payını kendi rengine bulayarak etrafa saçar. TK-08'de tanımlanan karşılıklı yansıma burada iş görür: güneşli, kum renkli bir zeminden yansıyan ışık, bir yüzün çenesinin altındaki gölgeyi sıcak bir tonla aydınlatabilir. Böylece aynı gölgenin üst kısmı gökyüzüne bakarak soğurken, alt kısmı yere bakarak ısınabilir.

Bu, ressamların "yansıyan ışık" dediği şeydir ve gölgenin neden tek bir renkle boyanamayacağını açıklar. Bir gölge, farklı yönlere bakan küçük yüzeylerin her birine farklı kaynaklardan gelen ışığın toplamıdır: gökyüzüne bakan kısım mavi, sıcak renkli bir zemine bakan kısım sıcak, kapalı bir köşeye bakan kısım ise en karanlık olur.

Bunu kendiniz gözlemleyebilirsiniz. Güneşli bir günde bir binanın gölgesine girin ve elinizde bir beyaz kart tutun. Kartı önce yukarı, gökyüzüne doğru çevirin; sonra aşağı, güneşli bir zemine ya da karşıdaki aydınlık bir duvara doğru. İki konumda kartın rengi gözle görülür biçimde değişir: gökyüzüne bakarken soğur, aydınlık bir yüzeye bakarken ısınır. Kartı gölgeden çıkarıp güneşe tuttuğunuzda ise gözünüzün "beyaz" dediği renge döner. Bu küçük deney, ressamın gölgeyi neden tek bir tüpten sıkılmış tek bir renkle değil, ona ışık gönderen yüzeylere göre boyadığını gösterir.

Uzaklık da bir ışık katmanıdır

Aynı saçılma, gölgeler dışında da manzarayı boyar. DT-05'te tanıtılan hava perspektifi, uzaktaki nesnelerin aradaki havanın saçtığı ışık yüzünden daha soluk ve daha mavi görünmesidir. Leonardo bu kuralı bir ressam için sayısal bir tarifle verir: aynı hizada görünen binalardan en yakındakini gerçek rengiyle, daha uzaktakileri daha az belirgin ve daha mavi yapmak gerekir; beş kat uzak olan beş kat daha mavi olmalıdır.

Leonardo'nun "beş kat" kuralı fiziksel bir yasa değil, bir ressamın uygulama ölçüsüdür; hava perspektifinin gerçek miktarı havanın nemine, tozuna ve ışığın yönüne bağlıdır. Ama ilke fizikle uyumludur: göz ile uzaktaki nesne arasındaki hava, gökyüzü ışığını saçarak nesnenin rengine mavi bir katman ekler ve kontrastını azaltır. Uzaktaki dağ, gölgedeki kar gibi, kendi renginden çok aradaki ışığın rengini gösterir.

Örnek — kar ve ten, güneşte ve gölgede

Kartın sorusunu bir hesapla cevaplayalım. Güneşin ve gökyüzünün birlikte aydınlattığı bölgeyi 5.500 K'lik bir CIE gün ışığıyla, yalnız gökyüzünün aydınlattığı gölgeyi 12.000 K'lik bir CIE gün ışığıyla temsil ediyoruz; ikincisi Granada ölçümlerinin gösterdiği aralığın içindedir. Gölgenin parlaklığını ışıklı bölgeyle eşitleyip yalnız rengini karşılaştırıyoruz ve gözün güneşli bölgeye uyum sağladığını varsayıyoruz. Yüzeylerin tayfsal yansıtmaları sRGB değerlerinden Mallett ve Yuksel yöntemiyle yeniden kurulmuştur; bu, gerçek bir ölçüm değil, makul bir yaklaşımdır.

Kar için sonuç kartın sorusunun doğrudan cevabıdır. Güneşte nötr görünen kar, gölgede sarı-mavi ekseninde neredeyse kırk birim maviye kayar. Kar hemen bütün dalga boylarını aynı ölçüde yansıttığı için, onu aydınlatan ışığın rengini olduğu gibi gösterir; gölgesi bu yüzden gökyüzünün rengini alır.

Tenler için tablo bir ressama önemli bir şey söyler. Gölgeye geçen bir yüzün soğuması, bütün tenlerde aynı büyüklükte değildir. En açık tende renk farkı ΔE00 cinsinden yirmi ikinin üzerindedir; en açık tenin b\* değeri gölgede eksiye, yani mavi tarafa geçer. En koyu iki tende fark yedi ile sekiz arasındadır: gölge yine soğur, ama daha az. Bunun nedeni, ışığın rengini taşıyabilmek için yüzeyin o ışığı yansıtmasının gerekmesidir; koyu bir yüzey ışığın büyük kısmını soğurduğu için, gelen ışığın rengini daha az taşır. TK-08'deki leylak yakalık hesabında da aynı örüntü görülmüştü.

Bu tablo bir boyama kuralı değildir. Bir ressam gölgeleri soğutmayı seçebilir, sıcak tutmayı seçebilir; ikisi de meşru üslup kararlarıdır. Tablonun gösterdiği, gözlemin kendisidir: açık havada bir yüzün gölge tarafı, o yüzün tenine bağlı olarak farklı miktarda gökyüzü rengi taşır. Koyu tenli bir yüzün gölgesini, açık tenli bir yüze uygulanan aynı mavi dozla boyamak, gözlemden uzaklaşmak olabilir.

Güneş alçaldığında

Aynı hesabı akşamüstüne taşıyalım. Güneş ufka yaklaştıkça ışığı atmosferde daha uzun bir yol kat eder ve kısa dalga boylarını daha çok kaybeder; doğrudan güneş ışığı sarı-turuncuya kayar. Bu durumu kabaca 3.500 K'lik bir kara cisim ışığıyla temsil edelim, gölgeyi yine 12.000 K'lik gökyüzü ışığı aydınlatsın ve göz yine güneşli bölgeye uyum sağlamış olsun.

Işıklı bölge ile gölge arasındaki renk farkı akşamüstü iki katını aşar. Bunun nedeni gölgenin daha mavi olması değil, gözün ayarını belirleyen güneş ışığının daha sıcak olmasıdır: sıcak ışığa uyum sağlamış bir göz için aynı gökyüzü ışığı daha da mavi görünür. Günün sonunda gölgelerin çarpıcı biçimde mavileşmesinin bir kısmı buradan gelir. Tenler arasındaki örüntü ise aynı kalır; kayma yine açık tenlerde büyük, koyu tenlerde küçüktür. Bu hesabın varsayımları, güneşi kara cisim ışığıyla ve gökyüzünü tek bir renk sıcaklığıyla temsil etmesidir; gerçek bir akşamüstünde gökyüzünün de rengi değişir.

Sık yapılan yanlış

Özet

1. Açık havada gölgeyi güneş değil gökyüzü aydınlatır; Granada ölçümlerinde açık gökyüzünün renk sıcaklığı 3.800 K ile sonsuz arasında, toplam gün ışığınınki ise tipik olarak 5.700 K'dir.
2. Göz güneşli bölgeye uyum sağladığı için gölgedeki mavilik belirgin görünür; hesapta gölgedeki kar yaklaşık kırk birim maviye kayar ve gölgedeki soğuma koyu tenlerde açık tenlerdekinden daha küçüktür.
3. Gölgeye yerden ve duvarlardan sıcak ışık da sızar; uzaktaki nesneler ise aradaki havanın saçtığı ışıkla maviye ve solukluğa doğru kayar.

Kendini sına

1. (Kolay) Açık havada güneşli bir sahnede anahtar ışık ve dolgu ışığı rolünü hangi kaynaklar üstlenir?
2. (Kolay) Hernández-Andrés ve arkadaşlarının ölçümlerinde açık gökyüzünün ilişkili renk sıcaklıkları hangi aralıkta değişti?
3. (Orta) Güneşli bir günde karda düşen gölge neden mavimsidir?
4. (Orta) Leonardo'nun sarı ve mavi ışıkla anlattığı gölgeler, açık havadaki gölgelere nasıl uygulanabilir?
5. (Zor) Tabloda gölgedeki soğumanın koyu tenlerde açık tenlerdekinden küçük çıkmasının fiziksel nedeni nedir ve bu, ressam için ne anlama gelir?
6. (Zor) Bir yüzün gölgesinin üst kısmı soğurken alt kısmı neden ısınabilir?

Cevaplar

1. Anahtar ışık rolünü güneş, dolgu ışığı rolünü ise gökyüzü ve çevredeki yüzeylerden yansıyan ışık üstlenir («İki ışık kaynaklı bir dünya»).
2. 3.800 K ile sonsuz arasında («Gökyüzü ne kadar mavi?»).
3. Güneşin doğrudan ışığı engellenen bölgeyi yalnız gökyüzünden gelen, çok daha mavi ışık aydınlatır; kar bütün dalga boylarını benzer ölçüde yansıttığı için bu ışığın rengini olduğu gibi gösterir. Göz sahneye hâkim olan güneş ışığına uyum sağladığı için gölgedeki mavilik düzeltilmez ve belirgin görünür; hesapta sarı-mavi ekseninde yaklaşık kırk birimlik bir kayma çıkar («Gözün uyumu gölgeyi daha da maviye iter», «Örnek — kar ve ten, güneşte ve gölgede»).
4. Açık havada sarımsı ışık güneş, mavimsi ışık gökyüzüdür; güneşin gölgesine yalnız gökyüzünün mavi ışığı düştüğü için gölge mavimsi olur, iki ışığı birden alan zemin ise ikisinin karışımı bir renk alır («Gözün uyumu gölgeyi daha da maviye iter»).
5. Bir yüzey ancak yansıttığı ışığın rengini taşıyabilir; koyu ten gelen ışığın büyük kısmını soğurduğu için gökyüzünün maviliğini daha az yansıtır. Ressam için bu, gölgedeki soğumanın her tende aynı dozda olmadığı ve gözlemin tene göre yapılması gerektiği anlamına gelir; ama gölgeyi ne kadar soğutacağı yine bir üslup kararıdır («Örnek — kar ve ten, güneşte ve gölgede»).
6. Gölgenin gökyüzüne bakan kısmı gökyüzünün mavi ışığını, yere bakan kısmı ise güneşli zeminden yansıyan sıcak ışığı alır; aynı gölge farklı yönlere bakan yüzeylerinde farklı kaynaklardan beslenir («Gölgeye sızan sıcak ışık»).

Kaynaklar

• Hernández-Andrés, J., Romero, J. ve Lee, R. L., «Colorimetric and spectroradiometric characteristics of narrow-field-of-view clear skylight in Granada, Spain», Journal of the Optical Society of America A, 18(2), 2001, s. 412.
• Hernández-Andrés, J., Romero, J., Nieves, J. L. ve Lee, R. L., «Color and spectral analysis of daylight in southern Europe», Journal of the Optical Society of America A, 18(6), 2001, s. 1325.
• The Notebooks of Leonardo da Vinci, çev. Jean Paul Richter, 272. ve 295–296. paragraflar (Project Gutenberg, e-kitap 5000).
• Mallett, I. ve Yuksel, C., «Spectral Primary Decomposition for Rendering with sRGB Reflectance», Eurographics Symposium on Rendering, 2019, doi:10.2312/SR.20191216.
• CIE 015:2018, Colorimetry, 4. basım (CIE gün ışığı aydınlatıcıları).

Sonraki adım

Doğadaki ışığın rengi gölgeyi ve uzaklığı boyuyordu; ekran ise ışığı kendisi üretir ve siyahı, gölge gibi, ışığın yokluğuyla kurmaya çalışır. EK-03 bu farkı açar: arka aydınlatmalı ve filtreli ekranlarla her pikselin kendi ışığını ürettiği ekranların rengi nasıl oluşturduğunu, kuantum noktası katmanlarını ve OLED ekranların neden gerçek siyah gösterebildiğini anlatır. Gözün baskın ışığa uyumunun ayrıntıları için BI-13'e bak.