Сущность светотеневой пластики

К способам, позволяющим создать объемное, пространственное изображение рельефа на плоскости, относится также и светотеневая пластика. Получение объемного изображения основано на принципах изобразительного искусства.

Светотень — система тональных переходов от светлого к темному. Степень светлоты, плавность или резкость границ светотени зависят от особенностей рельефа местности.

Элементы светотени: свет, собственная тень, падающая тень, полутень, тени в углублениях, рефлекс, блик.

Рис. Элементы светотени: а — свет (1), собственная тень (2), падающая тень (3); б — рассеивание и отражение света в углублениях; в — схема рефлекса в вертикальной плоскости.

Свет — участок, освещенный источником и максимально отражающий свет в сторону наблюдателя.

Собственная тень — неосвещенная часть предмета, контур тени во многом передает форму объекта.

Падающая тень — тень, отбрасываемая предметом на соседние объекты. Падающая тень может в разной степени закрывать освещенные поверхности. Контуры ее определяются направлением лучей света, формой предмета, отбрасывающего тень, и положением поверхности, на которую падает тень. В рельефе падающая тень создает ощущение отступания формы.

Полутень — участок, где свет падает под большим углом. Тени в углублениях — темные места, где свет теряется из-за многократных его отражений; в результате ослабления света в отрицательных формах рельефа тени становятся интенсивнее.

Рефлекс — освещение отраженными лучами соседних предметов. Отраженный свет всегда слабее направленного вследствие поглощения. Изобразительные свойства рефлекса состоят в том, что он передает объемность форм, закрытых собственной тенью, и создает общий эффект объемности изображаемого рельефа.

Блик — направленное отражение света от гладкой поверхности.

Особенности светотеневого изображения, характер распределения элементов светотени в рельефе связаны с направлением света и условиями освещения. Наиболее эффективным является направление света, не совпадающее с лучом зрения наблюдателя; при этом на формах четко проявляются все элементы светотени.

В практике светотеневого изображения применяют отвесное освещение, при котором источник света направлен под углом 90° к горизонтальной плоскости, и косое (боковое), где источник света занимает промежуточное положение между отвесным и горизонтальным.

Рис. Схема освещенности поверхностей: а — отвесное; б — косое (боковое) освещение

При отвесном освещении распределение света и тени зависит от крутизны склонов, т. е. чем больше угол наклона поверхности к горизонту, тем меньше угол падения луча света и, соответственно, ее освещенность. При угле наклона 90° поверхности полностью закрыты тенью. Здесь действует принцип: «чем круче, тем темнее».

На рисунке видно, что при отвесном освещении большая часть поверхности является полуосвещенной (за исключением горизонтальной). При этом наблюдается слишком слабая контрастность света и тени и это не создает отчетливого восприятия специфики форм горного рельефа. Применение отвесного освещения дает хорошие результаты для изображения холмисто-эрозионного рельефа.

При косом освещении в практике оформления карт наибольшее применение получило светотеневое изображение рельефа. Косое освещение дает резкие контрасты света и тени, подчеркивая тем самым направление крупных орографических структур и их расчлененность.

Но этот метод не дает правильного отображения крутизны склонов; увеличение тени с высотой носит условный характер. Интенсивность светотени и ее объективное распределение на поверхности могут быть определены через освещенность, пропорциональную косинусу угла между направлением светового луча и нормалями к поверхности.

Получив значения освещенности в разных точках поверхности, построив изофоты (линии равной освещенности), можно дать правильное распределение светотеней на различных элементах рельефа. Но трудоемкость подобной работы делает ее малореальной. Использование средств автоматизации позволяет разработать более рациональные методы выполнения светотеневого изображения рельефа на географических картах.

При использовании косого (бокового) освещения необходимо определить азимутальное направление света, учитывая, что источник света, подобно солнцу, меняет не только высоту, но и положение относительно сторон горизонта. На рисунке рельеф морского дна показан при юго-восточном освещении.

Рис. Изображение рельефа дна Атлантического океана перспективным способом в сочетании со светотенью (Национальное географическое общество США, 1968)

Однако в картографической практике принято северо-западное освещение. Это связано с традиционным и наиболее удобным положением источника света при чтении, черчении и т. п., когда свет падает слева (или сверху). Такое постоянство направления световых лучей упрощает нанесение теней. Наибольшая пластичность при северо-западном освещении достигается при высоте источника света около 30°.

Комбинированное освещение сочетает в себе принципы отвесного и косого освещений, а также воздушной перспективы. Суть последнего состоит в изменении цвета, понижении четкости и контрастности предмета с его удалением от глаза наблюдателя под влиянием воздушной дымки (мутные среды).

Широкий диапазон изменения направления света при комбинированном освещении позволяет сохранить большее географическое подобие рельефа. Но в практике оформления комбинированное освещение используется редко ввиду сложности учета всех светотеневых изменений отвесного и косого освещения на многообразных формах рельефа.

Графические и компьютерные приемы светотеневого изображения Для получения светотеневого изображения используют различные графические приемы: штрихи, тушевку, отмывку, фоторельеф (фотография с рельефной модели), освещенные горизонтали.

Их применение обусловлено развитием техники картоиздания.

До середины XIX в. единственным способом печатания карт была гравюра, которая допускала лишь воспроизведение штрихового рисунка. Использовались два принципа построения штрихов:

• 1) штрихи крутизны строились по принципу отвесного освещения поверхности земли. Вычерчивание штрихов производилось, по правилу «чем круче, тем темнее».
• 2) теневые штрихи строились по принципу косого (бокового) освещения.

Самый известный опыт использования теневых штриховых -«Топографическая карта Швейцарии» масштаба 1:100 000, которая до сих пор является шедевром художественного исполнения рельефа.

С введением литографии (в середине XIX в.) освоен в печати способ светотеневого изображения рельефа — отмывка кистью или тушевка карандашом. Он является наиболее распространенным способом в оформлении рельефа на современных картах.

Тушевка — средство художественного непрерывного полутонового изображения. Совершенствование технологии создания карт, использование прозрачных пластиков в составительских работах при изготовлении полутоновых оригиналов значительно расширило применение тушевки в картографическом производстве. Практика воспроизведения рельефа в печати, изготовленного этим способом, показала хорошее качество и подтвердила его рациональность.

Отмывка — наиболее выразительный прием светотеневого изображения карт. Изображение может быть ахроматическим и цветным. На географических картах отмывка используется как самостоятельный способ изображения рельефа в основном на мелкомасштабных картах (общегеографических и тематических), а также на туристских картах разных масштабов.

Для повышения точности и пластичности изображения рельефа применяют сочетание отмывки с горизонталями и послойной окраской, что особенно эффективно на общегеографических картах горных территорий.

При этом читаемость рельефа во многом зависит от выбора цветовой шкалы послойной окраски.

Рис. Аналитическая отмывка горного рельефа в сочетании с послойной окраской (в осветляющей шкале)

Шкалы, построенные по принципу: «чем круче, тем темнее» в сочетании с отмывкой, дают небольшой пластический эффект и, кроме того, из-за низкой светлоты в верхних ступенях снижают читаемость других элементов содержания карты. Поэтому для совместного применения с отмывкой разрабатывают цветовые шкалы с постоянной светлотой, обеспечивая прозрачность цветов во всей шкале.

Светотеневое изображение рельефа на карте можно получить фотографированием рельефной модели местности — фоторельефом.

Фоторельеф может быть основным содержанием карты с незначительным нанесением других элементов. В других случаях фотография с рельефной модели впечатывается в карту с тематическим содержанием и служит его основой.

При пластическом оформлении рельефа при отображении его горизонталями (изобатами) используют два приема:

• 1) изменение толщины линий горизонталей на освещенных и затененных склонах (тонкие линии на освещенных, утолщенные — на затененных). Линии разной толщины создают эффект распределения света и тени, усиливают наглядность изображения.
• 2) оформление горизонталей в два цвета по принципу косого освещения: белый — на освещенных склонах, черный — на затененных с плавным изменением толщины линий в зависимости от направления светового луча. Этот способ получил название — освещенные горизонтали (изобаты).

Впервые его применил японский картограф И. Танака для отображения рельефа дна Тихого океана. Оформление белым цветом освещенных и синим — затененных участков рельефа на голубом фоне окраски моря создает наилучший пластический эффект и отражает реалистическую картину многообразия форм и типов рельефа морского дна.

Способ освещенных изобат нашел широкое применение на многих современных картах рельефа дна Мирового океана и Атласов океанов.

К другим художественным приемам относится перспективное изображение рельефа, применяемое ранее на старинных картах и вновь появившееся на современных в виде наглядных перспективных изображений типов рельефа.

Рис. Перспективные знаки морфологических ландшафтов

1 — ледники (глетчеры); 2 — высокогорье; 3 — высокогорья альпийские; 4 — среднегорья; 5 — холмистые области; 6- омоложенные горы; 7 — остаточная равнина (пенеплен); 8 — остаточная равнина, подвергшаяся омоложению; 9 — лессовые области; 10 — моренный ландшафт; 11 — друмлины; 12 — фьорды; 13 — аллювиальная подгорно-веерная равнина; 14 — куэсты; 15 — плато, омоложенные в аридных условиях; 16 — вулканы.

Перспективный способ используется также на современных картах для оформления рельефа морского дна, где он в сочетании со светотенью создает хорошую пластичность и наглядность в передаче крупных структур и отдельных форм рельефа.