Os estudos da Colorimetria, a primeira descrição matemática abrangente da cor, foram definidos há quase 100 anos atrás, graças ao estabelecimento da Commission Internationale de l’Eclairage - CIE (Fairchild, 2019), em 1931, a qual possibilitou o controle preciso da cor em muitas aplicações industriais, tais como: fabricação têxtil, impressão, fotografia, cinema e iluminação.

A construção do espaço de cor CIE de 1931 (Figura 1) se deu com auxílio de medidas psicofísicas de equiparação cromática. Essa técnica consiste em apresentar ao observador um campo circular bipartido com um dos lados iluminado por uma luz monocromática e o outro iluminado simultaneamente por três luzes diferentes sobrepostas, as quais correspondem às cores primárias - vermelho, verde e azul. A tarefa consiste em ajustar a intensidade de cada uma das três primárias até que as duas metades do campo circular sejam percebidas como iguais. Adota-se a trinca de valores escolhidas para corresponder à luz monocromática em questão. Também conhecidas como cores puras ou espectrais, as coordenadas das cores monocromáticas são representadas no lócus espectral, que ocupa mais de dois terços da borda do diagrama. Correspondem ao comprimento de onda entre 380nm e 780nm, e equivalem a faixa de absorção espectral das células da retina. As áreas púrpuras são representadas em linha reta e sem valores, pois representam as cores não-espectrais. O branco está localizado em sua porção mais central, e sua determinação resulta da combinação dos três comprimentos de onda adotados como primárias ¹ .

Figura 1

Nota. As áreas dentro do diagrama representam a aparência aproximada da mistura aditiva das três luzes monocromáticas adotadas como primárias. A região central representa a mistura de luzes que são percebidas como brancas. A borda do diagrama é representada pelo lócus espectral de 380nm a 700nm. A linha reta representa as cores não espectrais. A área dentro do triângulo indica o gamut de cor que a maioria dos monitores conseguem reproduzir.

O sistema CIE (1931) representa muito bem os estágios iniciais do processamento da visão de cor na retina, na qual a luz é absorvida e traduzida em sinal neuronal através da excitação de três classes de cones com diferentes faixas de absorção espectrais. Isto providencia um ponto de partida para criação de métricas da cor, prevendo como dois ou mais estímulos monocromáticos misturados serão percebidos.

A tricromacia diz que três classes de cones são suficientes para explicar os dados de todas as combinações possíveis de cores. O primeiro estágio da visão de cor ocorre na retina, e é dependente da absorção de três receptores, portanto tricromático. No entanto, a tricromacia não fornece uma descrição completa da aparência relativa das cores em diferentes ambientes de iluminações. Atributos como brilho, saturação e matiz caracterizam-se como puramente psicológicos e são influenciados não apenas pelas qualidades físicas da luz (intensidade luminosa, pureza colorimétrica e comprimento de onda), mas também por fatores diversos, como os demais estímulos presentes no campo visual e a comparação relativa entre eles. Isso ocorre porque esta informação tricromática é organizada no segundo estágio da visão de cor, ainda na retina, em dois canais de oponências cromáticas.

Como o sinal da retina tem que ser convergido para o nervo óptico, é realizado um processamento para reduzir a informação, a fim de eliminar redundâncias. Esse estágio ocorre nas células ganglionares da retina, que codificam a informação tricromática dos cones em sinais de oponência. A evidência comportamental para o Processamento de Cor Oponente foi notada pela primeira vez por Ewald Hering (1834-1918), que observou que alguns pares de cores - a saber, vermelho e verde, e amarelo e azul - não podem ser percebidos ao mesmo tempo. Esses pares de cores foram chamados de “cores oponentes”, uma vez que são mutuamente excludentes (Wuerger & Xiao, 2016). As cores para as quais o mecanismo amarelo-azul não emite nenhuma resposta são chamadas de “vermelho único” ou “verde único”, e dependem do lado do ponto neutro no qual elas se encontram. Já as cores que inibem os mecanismos oponentes vermelho-verde são chamadas de “amarelo único” ou “azul único. Esse sistema possibilita uma transmissão mais eficiente do sinal e reduz possíveis ruídos e redundâncias. Essa limitação fisiológica impede que seja percebido cores verde-avermelhadas ou azul-amareladas.

A percepção da cor vai muito além do comprimento de onda absorvido pelos cones da retina representados no diagrama CIE (1931). A tomar como exemplo a constância de cor, a manutenção da percepção de uma dada cor apesar das mudanças das condições de iluminação variarem. É por esse motivo que uma folha verde permanecerá verde mesmo ao meio-dia, com uma luz branca, ou ao pôr do sol, momento em que há predominância de luz vermelha. A cor é uma das informações que mais ajudam no reconhecimento de objetos, e uma vez que os níveis de intensidade e comprimento de onda das fontes luminosas variam, o sistema visual evoluiu para compensar eficientemente tais mudanças. Como resultado, a cor percebida do objeto permanece aproximadamente constante. Quando o iluminante é alterado, ocorre uma variação na cor branca devido a mudanças na temperatura de cor, podendo se tornar mais amarelada ou mais azulada (Witzel & Gegenfurtner 2018). A constância de cor permite que, independente dessa variação, as diferenças relativas entre as várias cores permaneçam as mesmas, tornando o verde percebido como verde, sob luz amarelada ou azulada.

As informações de cor também estão envolvidas em muitas tarefas visuais diferentes, desde a segmentação da cena e julgamento de materiais de superfície até a expressão de um rosto. Os processos subjacentes nas diferentes análises visuais envolvem caminhos neurais e áreas corticais distintos, e a forma como a cor contribui para essas análises pode variar bastante.

Considerando a dificuldade de representar, em um único modelo, todos os aspectos perceptuais da cor, tricromáticos e oponentes, de forma a garantirem uma representação próxima da percepção, muitas tentativas foram feitas para criar um espaço de cor uniforme, em que as distâncias no modelo correspondessem linearmente às mudanças na percepção cromática. Os primeiros passos para a construção de um modelo uniforme semelhante ao processamento das células ganglionares da retina (figura 2-a) tiveram início em 1976, quando o CIE introduziu o espaço de cor CIELAB (figura 2-b), que permitiu correlações numéricas de iluminação, matiz e pureza colorimétrica. Os valores do CIELAB podem ser usados para descrever as diferenças percebidas entre os estímulos em um único conjunto de condições de visualização (Fairchild, 2013).

Figura 2

O modelo de aparência de cor CIELAB consegue representar de maneira satisfatória os aspetos de mistura de cor esperados pela teoria tricromática da mesma forma que organiza estas informações considerando os canais de oponência, de forma a se assemelhar com as características percebidas da cor.

O modelo CIELAB permite extrair três parâmetros puramente colorimétricos: (i) a área do plano cartesiano a*b, que corresponde à saturação percebida; (ii) o ângulo de orientação do gamut no plano cartesiano a*b, que diz respeito à percepção da matiz; e (iii) a razão entre o menor e o maior eixo do gamut no plano cartesiano a*b, que captura o balanço entre as cores. Uma variação vermelho-verde é expressa em ângulos próximos a 180° ou 0°, e variações no amarelo-azul nos ângulos próximos a 90° ou 270°. Alinhado ao uso de sensores espectrais que permitem digitalizar uma imagem mantendo o registro do espectro eletromagnético refletido, é possível encontrar o valor correspondente de cada pixel para o espaço de cor CIE (1931) e converter para CIELAB com alta precisão ² .

Embora esse modelo tenha recebido atualizações constantes ao longo das décadas, ainda não é capaz e capturar todos os aspectos da percepção de cor, e nem mesmo em ambiente controlado consegue prever todas as variáveis, especialmente para percepção de brilho e saturação (Witzel & Gegenfurtner, 2018). A maioria das métricas e espaços de cores são baseadas em medições médias em muitos indivíduos para definir um “observador padrão”. Pelo exposto, é óbvio que este padrão não descreve necessariamente a visão de cores de qualquer observador real, podendo aproximar-se mal das características de muitos deles. Por essa razão, avaliações precisas da visão de cores geralmente exigem a medição empírica da sensibilidade espectral do observador. Ainda assim, essa tecnologia já permitiu estimar o número de cores distinguíveis em cenas naturais (Linhares et al., 2008) utilizando uma câmera hiperespectral modificada com uma lente que simulasse ao máximo a visão humana. O valor encontrado foi de 690 mil cores, e mesmo quando a luminosidade (L*) que resulta em percepção de brilho foi ignorada, apenas 26 mil cores puderam ser realmente discriminadas. O número estimado de cores percebidas pela visão humana era teórico, baseado na suposição de que todas as cores fossem igualmente presentes e de que esse valor era de aproximadamente 2.3 milhões (Linhares et al., 2008). Os dados mostraram que a refletância espectral natural é consideravelmente menor que as possibilidades de cores que o sistema visual pode distinguir. Na maior parte do tempo, o sistema visual lida com uma quantidade bem mais limitada de informação colorimétrica.

O uso de imagens espectrais tem sido aplicado ao campo da conservação e da história da arte desde o início da década de 1990, sendo uma ferramenta eficiente para fornecer informações espaciais e espectrais de pinturas e objetos arqueológicos (Linhares et al., 2020). Com os novos modelos de dispositivos de captura espectral, compactos e com interface amigável, mas mantendo a mesma qualidade de resolução e captura hiperespectral dos equipamentos convencionais, novas aplicações estão surgindo, ampliando seu uso para diferentes contextos (Picollo et al., 2020), e possibilitando análises colorimétricas com alta precisão, sendo de grande interesse para os estudos das artes (Montagner et al., 2017).

Montagner et al. (2016) investigaram a distribuição colorimétrica em 44 pinturas abstratas e figurativas. Vinte e quatro dessas obras são de autoria do artista modernista português Amadeo de Souza-Cardoso, produzidas entre 1911 e 1917, e pertencem ao acervo do Centro de Arte Moderna da Fundação Calouste Gulbenkian (CAM-FCG), localizado em Lisboa. As demais são oriundas do acervo do Museu Nogueira da Silva, situado em Braga, e caracterizam épocas, artistas e estilos diferentes. Cinquenta fotografias de cenas naturais também foram analisadas. As pinturas e fotografias foram digitalizadas através de um sistema hiperespectral. O mesmo procedimento de Linhares et al. (2008) foi adotado para obter as medidas colorimétricas em CIELAB. As máximas gaussianas para pinturas; área do gamut: 3.4 × 10³; razão dos eixos: 0,58; ângulo de orientação: 66°. Para cenas naturais, a razão dos eixos foi de 0,51 e o ângulo de 92° (Montagner et al., 2016).

Um estudo de Romero et al., 2018 utilizou uma amostra de 199 pinturas digitalizadas e disponíveis na internet, dos pintores Titan (circa 1490-1576), El Greco (1541-1614), Rubens (1577-1640), Velásquez (1599-1660), Rembrandt (1606-1669) e Vermeer (1632-1675), para uma análise de parâmetros colorimétricos, porém sem calibração nem precisão da digitalização hiperespectral. Os resultados encontrados foram: área do gamut: 6,2 × 10³; razão dos eixos a* b*: 0,57; ângulo de orientação: 64°. Os achados de Rometo et al. (2018) parecem generalizar os resultados encontrados em Montagner et al. (2016).

Foi feita uma análise colorimétrica para 228 graffiti urbanos da cidade de São Paulo (Feitosa-Santana et al., 2020). Em todas as fotografias utilizou-se um ColorChecker de 24 amostras e um espectro-colorímetro para implementar as calibrações necessárias e representar o gamut em CIELAB com alta precisão. A máxima gaussiana dos graffiti; área 6.2 × 10³; razão dos eixos 0,57; ângulo do gamut 64°. A área foi consideravelmente maior em relação às pinturas tradicionais. Para explicar esses resultados, os pesquisadores coletaram amostras de pigmentos utilizados por artistas urbanos para uma análise espectral e as compararam com pigmentos tradicionais de pintura a óleo (Feitosa-Santana et al., 2020). Os pigmentos modernos se mostraram muito mais puros, possibilitando estilos artísticos de maior riqueza cromática. A razão e o ângulo foram muito próximos das pinturas tradicionais, apresentando maior variabilidade no eixo amarelo-azul. Isto evidencia que, apesar dos diferentes estilos artísticos, são usadas as mesmas cores e nas mesmas proporções. Entretanto, o espalhamento da curva gaussiana dos ângulos dos graffiti foi maior em relação às pinturas, indicando grande liberdade no uso das cores pelos artistas urbanos.

Nascimento et al. (2017) selecionaram 10 pinturas analisadas previamente por Montagner et al. (2016) para um teste de preferência para diferentes composições colorimétricas. Entre essas obras, seis eram abstratas e quatro possuiam elementos realistas. Cinquenta participantes com visão de cor normal e não familiarizados com as pinturas selecionadas realizaram uma tarefa que constava em alterar suas composições colorimétricas, por meio da rotação do gamut no eixo a* b* até encontrar a composição colorimétrica que mais lhe agradasse. A rotação do gamut altera a composição colorimétrica sem mudar sua relação ou o número das cores, e ainda preserva saturação e brilho. As médias dos valores absolutos correspondentes foi de 3,3° para pinturas abstratas e 12° para pinturas realistas, onde 0° representa o ângulo original da pintura (Nascimento et al., 2017). Os resultados mostraram uma tendência sistemática em escolher o ângulo que se encontrava mais próximo da composição original, sendo menos preferidos à medida que se afastavam do ângulo original.

A fim de medir a preferência colorimétrica das pinturas excluíndo os elementos que oferecessem pistas de contornos e elementos figurativos, Albers et al. (2020) mediram as preferências por mudanças colorimétricas em pinturas por meio da fragmentação e embaralhamento de seus elementos. Foram utilizadas duas foram pinturas abstratas de Amadeo de Souza Cardoso, previamente analisadas por Montagner et al. (2016). As outras duas foram criadas de forma a mimetizar o estilo do artista das duas primeiras. Todas as obras foram digitalizadas usando equipamento hiperespectral. Cada pintura digitalizada teve seu ângulo de rotação do gamut modificado em passos de 20°, de -100° a +100°, totalizando 11 condições para cada pintura, que foram usadas no teste (i). No teste (ii) foram aplicadas distorção espacial nas pinturas, preservando apenas o conteúdo cromático. No teste (iii) as pinturas sofreram distorção espacial e colorimétrica (Albers et al., 2020).

Quinze participantes com visão de cor normal realizaram uma tarefa utilizando o paradigma de escolha forçada (2 alternative forced choice) das diferentes condições colorimétricas para uma mesma pintura, na qual cada participante deveria indicar, entre as duas condições apresentadas, qual seria preferida. Esse procedimento foi realizado para todos os possíveis pares, o que requer pelo menos n (n - 1) repetições. Em cada rodada, duas condições eram sequencialmente apresentadas durante 1000ms, com um intervalo inter-estímulo de 500ms entre elas. A resposta deveria ser dada após a exibição. As comparações envolviam sempre duas versões da mesma pintura, na mesma condição espacial (original, distorção espacial e distorção espacial e cromática), mas com configurações colorimétricas diferentes (Albers et al., 2020). A curva de preferência do teste (i) teve a máxima distribuição próxima da composição original. Para as pinturas que sofreram distorção espacial (ii), essa tendência foi mais fraca, porém observada. Não houve um pico de preferência para o teste (iii). Ao menos nesse conjunto de pinturas, ficou evidente que a composição colorimétrica exerce um papel independente na preferência.

Para relacionar preferência com naturalidade, realizou-se um teste (Nascimento et al., 2021) que utilizava quatro fotografias de cenas naturais - duas cenas rurais e duas urbanas. Estas fotografias foram previamente digitalizadas por câmera hiperespectral (Linhares et al., 2008), assim como apresentadas em sua forma original e com manipulação espacial nas mesmas 11 condições colorimétricas usadas anteriormente. Doze participantes deveriam escolher a condição preferida através do protocolo de escolha forçada. O objetivo desse teste consistiu obter curvas individuais para naturalidade e preferência em função do ângulo de orientação do gamut (Nascimento et al., 2021). Para as versões originais (sem distorção espacial), o valor médio da máxima gaussiana encontrada foi de 6° para naturalidade e -1° para preferência. Nas versões com distorção espacial, o valor foi de 7° para naturalidade e 0° para preferência. O grau de sobreposição entre preferência e naturalidade para as fotografias sem distorção espacial foi de 77%, e para as versões com distorção espacial, 68% (Nascimento et al., 2021). Na média, para todas as condições, a preferência produziu um maior espalhamento na distribuição gaussiana, flutuando bem mais do que a curva para naturalidade.

O uso das cores em pinturas de diferentes épocas e estilos (Feitosa-Santana et al., 2020; Montagner et al., 2016; Romero et al., 2018) parece indicar que os artistas usam uma variedade limitada das combinações colorimétricas possíveis. Ainda que de forma inconsciente, os artistas acabam por mimetizar diversas regularidades geralmente encontradas na natureza, mesmo com acesso a um número muito maior de pigmentos, e em estilos artísticos nos quais se supõe maior liberdade em suas composições.

Os testes psicofísicos de Nascimento et al. (2017) ) mostraram o quanto de mudança do ângulo de orientação do gamut é necessária para se perceber a mínima diferença colorimétrica em composições complexas. Albers et al. (2020) e Nascimento et al. (2021) realizaram testes psicofísicos aplicando distorções espaciais nos estímulos utilizados, de modo a isolar todo conteúdo semântico, preservando apenas a cor. O protocolo experimental de escolha forçada usado nos dois experimentos é o mais eficiente e com menor viés para estudos de preferência visual (Palmer et al., 2013). Embora o número de participantes seja baixo, os resultados indicaram que composições colorimétricas mais naturalistas também são as mais preferidas. A cor parece produzir um papel independente no julgamento de preferência, e apesar de o efeito ter sido muito mais fraco nas versões que sofreram distorção espacial, é possível dizer que certas configurações movem a imagem em direção a uma experiência estética mais positiva ou negativa.

Cor é um mecanismo biológico sinalizador que exemplifica muito bem a demanda do cérebro pela busca de conhecimento através das contínuas mudanças no ambiente. À medida que a reflectância dos objetos varia, o cérebro busca uma proporção que permita não ser enganado por qualquer mudança do comprimento de onda refletido do objeto. A manutenção perceptual das cores em diferentes níveis de iluminação é ainda mais verdadeira e significativa quando aplicadas aos graffiti e artes em geral. Os graffiti estão expostos em ambientes externos, que estão sujeitos a grandes mudanças de luminosidade ao longo do dia. Durante a noite, essas mesmas artes estão expostas à diferentes tipos de iluminação artificial. A propriedade psicológica da constância de cor permite a apreciação das obras de arte sem grandes distorções produzidas pelos diferentes iluminantes.

Investigações realizadas a respeito da preferência estética em pinturas sob diferentes iluminantes (Nascimento et al., 2020) mostraram que os japoneses tendem a preferir um espectro mais azulado em relação aos portugueses. Esses resultados parecem ser justificados por aspectos geográficos, pela diferença de espectro luminoso e da incidência solar. Como exemplo, pinturas impressionistas francesas, que eram realizadas à luz solar do dia europeu, são mais bem reproduzidas se expostas em iluminação que simule ao máximo o espectro luminoso daquela determinada região. Isso pode ser um aspecto importante para iluminação de exposições em museus, com potencial quantitativo de estudo.

Os estudos quantitativos a respeito da distribuição colorimétrica das cenas naturais permitiram a realização de testes de discriminação de objetos em daltônicos. Os resultados mostraram que, em condições de iluminação natural, os dicromatas tiveram uma performance tão boa quanto os tricromatas normais. Além disso, revelaram uma maior discriminação (por volta de 10%) usando apenas diferença de brilho. (Pastilha et al., 2019). As conclusões oferecidas por esses estudos contribuem para o entendimento do porquê a dicromacia é a forma mais comum de visão nos mamíferos.

Assim como o número de cores perceptíveis na natureza é muito menor do que a teoria supôs, os dicromatas também parecem não ter grandes problemas com a discriminação de objetos. Ambos os valores teóricos eram calculados com base na suposição de que todas as cores fossem igualmente presentes, o que não é uma realidade. Em nossa revisão literária não encontramos estudos quantitativos que explorassem a preferência estética em dicromatas. No entanto, estudos do gênero já são possíveis, e poderiam auxiliar o entendimento da representação subjetiva da cor para esse grupo.

Por integrar conhecimento de diferentes áreas, como psicologia sensorial, neurociências da visão, artes, estética, este trabalho de revisão fornece subsídios sobre as teorias da visão de cores, metodologias psicofísicas e métodos de medida da cor e da luz recentes e inovadores, como as medidas hiperespectrais, para futuros estudos que busquem analisar relações entre preferências e composições cromáticas.