El uso del color en los videojuegos

Objeto

Cuando la luz blanca (se toma como referencia la luz del sol, la más común) llega hasta los objetos y choca con ellos, pueden ocurrir varias cosas. La onda luminosa puede ser absorbida por un objeto, de forma que no llega hasta el ojo, con lo que la persona percibirá que ese objeto es negro. La onda luminosa puede ser totalmente rebotada por un objeto, de forma que llegue completa al ojo, tal como se emitió, y lo percibirá como blanco. La onda luminosa puede ser absorbida en parte y rebotada en parte, de forma que el objeto se percibirá de un color concreto, dependiendo de qué longitud de onda esté rebotando.

Este es el motivo por el que un objeto blanco se mantiene más fresco (refleja una gran cantidad de energía que le llega) que un objeto negro, que se calienta más (absorbe la mayor parte de la energía que le llega).

Por otro lado, los objetos tienen una propiedad llamada albedo que indica el índice de luz que refleja. Este parámetro es independiente de la luz que el objeto recibe. Un valor de 1 (Albedo 1), cercano al 100 %, indica que el objeto refleja toda la luz que le llega, como el mármol blanco, una hoja de papel o una pieza de ropa blanca. Un parámetro de 0 (Albedo 0), cercano al 0 % indica que el objeto refleja poco o nada de la energía que le llega, como un grano de café tostado, el carbón o el azabache. Independientemente de la luz que les llegue, reflejarán mucha o poca. Es una propiedad particular de cada objeto. También influye el brillo de la superficie del objeto. Un objeto brillante posee un albedo mayor que uno mate.

Absorción de las ondas luminosas por la materia

Los objetos tienen otras propiedades que van a hacer que cambie la percepción de su color.

El brillo es la estimación que hace el cerebro de la cantidad de luz que refleja un objeto. El brillo puede ir desde un valor muy alto, y el objeto se mostrará resplandeciente, hasta un valor muy bajo, y el objeto se percibirá como mate.

La claridad es la estimación que hace el cerebro sobre la cantidad de luz que absorbe un objeto. La claridad puede ser muy alta y el objeto se percibirá como blanco, o baja y el objeto se percibirá como negro.

La estructura física de los objetos también puede influir en el color con el que se percibe. Es el caso de algunas mariposas y escarabajos, por ejemplo, que debido a la estructura de las escamas que cubren las alas o la estructura del caparazón, da lugar a colores tornasolados, es decir, colores que cambian según la posición desde la que se observa. También se puede observar este efecto en algunas telas. Otros ejemplos de afectación del color según la superficie son las irisaciones que se perciben cuando dos o más capas de aire o líquidas se deslizan entre ellas, como las pompas de jabón, el aceite derramado sobre un charco, el aire atrapado entre dos superficies de cristal o las capas de un DVD. En todos estos casos, la percepción del color del objeto no se debe a que absorba unas ondas y rechace otras, sino a procesos de reflexión y refracción en su superficie. El objeto en sí no tiene un color concreto, sino que cambia en función de su posición respecto al ojo y/o respecto al tiempo.

Ojo

El ojo es el órgano que permite la recepción del color. Los mamíferos ven en escala de grises, excepto los primates de origen africano (incluido el ser humano) que ven en color completo. Los primates de origen suramericano ven menos colores. Algunos animales también pueden percibir el color, pero solo unos pocos como insectos, peces y pájaros, y no todos en la misma forma que los humanos. Por ejemplo, el rango de longitudes de onda que pueden percibir las abejas y las hormigas está desplazado hacia los ultravioletas; así, pueden ver tonalidades en las flores que nosotros percibimos como blancas o acromáticas. Otro ejemplo serían las serpientes, que tienen un órgano entre los ojos y las fosas nasales capaces de percibir los infrarrojos, lo que les permite ver a sus víctimas en la oscuridad por el calor que desprenden.

El ojo humano recibe la luz a través del cristalino y esta llega hasta la retina, donde impacta en las células fotosensibles que llevarán la información recibida hasta el cerebro, que interpretará la información.

La retina contiene dos tipos de células fotosensibles, los conos y los bastones, cada uno de ellos con una función específica. Los conos y bastones no se hallan uniformemente repartidos por la retina. En la retina central, también llamada fóvea, se encuentra una concentración casi total de conos. Alrededor, en la retina intermedia, hay una concentración más o menos igual de conos y bastones. En la retina periférica hay una concentración casi total de bastones.

Cada ojo tiene aproximadamente 120 millones de bastones. Son células alargadas sensibles a las amplitudes pequeñas de la luz, es decir, son las encargadas de que llegue información al cerebro cuando las condiciones de luz son bajas, como en la noche o en lugares oscuros. Tienen una proteína llamada rodopsina, que les permite captar las longitudes de onda alrededor de los 500 nanómetros, es decir, los tonos verde azulados, aunque su labor es percibir el blanco, el negro y los tonos de gris. Al ser las células responsables de la visión periférica, en esta parte del ojo apenas se perciben colores, sino prácticamente solo tonos de gris.

Los conos son células con forma ligeramente cónica y mucho menos numerosos, unos 6 millones. Los hay de tres tipos, cada uno de ellos especializado en la recepción de una longitud de onda. Los conos L pueden percibir las longitudes de onda largas, de unos 700 nm, el color rojo, gracias al fotopigmento eritropsina. Los conos M perciben las longitudes de onda medias, de unos 530 nm, el color verde, gracias al fotopigmento cloropsina. Finalmente el tercer tipo de cono puede percibir las longitudes de onda pequeñas, de 430 nm, es decir el color azul, gracias al fotopigmento cianopsina. El ojo humano, en definitiva, solo percibe tres colores estructurales a nivel fisiológico. El resto de los millones de colores que puede percibir son colores compuestos por la suma de las diferentes proporciones de longitudes de onda que recibe cada tipo de cono y se forman en el cerebro, a nivel psicológico. Se da una mayor concentración de conos en el centro de la retina, por lo que la percepción del color es más intensa en la visión frontal que en la periférica. Los colores de los objetos que se visualizan en los extremos de la visión son más tenues y difusos. La concentración de conos en la fóvea hace que en la visión frontal se perciban todos los colores, incluyendo los grises. La concentración de conos en la retina intermedia, hace que en esta zona se puedan percibir azules y amarillos y sus derivados con claridad, pero no los demás colores. También se perciben los grises.

Cada cono está recubierto de un tipo diferente de rodopsina. La rodopsina se destruye al entrar en contacto con la luz que tiene una determinada longitud de onda. La rodopsina se vuelve a generar muy rápidamente, por lo que podemos percibir cambios de color de forma inmediata, sin ser conscientes de este proceso. La percepción del color en el ojo es, pues, un proceso físico-químico. El proceso de destrucción/regeneración de la rodopsina es rápido pero no instantáneo. Esto da lugar a procesos como la persistencia retiniana, colores que se mantienen durante un instante en la retina, lo que permite efectos como la percepción de la imagen en movimiento, típica del cine o la televisión. La observación de un color durante un periodo de tiempo prolongado da lugar a ilusiones ópticas. La mirada nunca es fija, sino que el ojo está saltando constantemente de un lugar a otro. Cuando forzamos al ojo a mirar fijamente a un color, la rodopsina es destruida por un tiempo más largo del habitual, lo que da lugar a un fenómeno de cansancio de los conos implicados. De este modo, dejan de percibir el color que les llega, enviando al cerebro la señal de que están percibiendo su complementario.

Otra ilusión óptica se da cuando, además de observar atentamente una escena, hay un gran detalle y está compuesta por colores complementarios. El fenómeno del agotamiento de los conos se realiza en las dos direcciones, dejando de ver un color para enviar al cerebro la señal de su complementario en los dos (o más) colores que se muestran en la escena, creando una falsa sensación de movimiento.

Si se observa atentamente durante unos 20 segundos el círculo azul, y después se centra la mirada en la cruz central, el cerebro interpretará que se está mirando a un círculo amarillo (el complementario del azul). El mismo proceso, pero a la inversa, ocurrirá si observamos atentamente el círculo amarillo

Las ilusiones ópticas que implican sensación de movimiento están compuestas por colores complementarios

Este tipo de efectos, que en la vida diaria son anecdóticos y difíciles de ver salvo en publicidad o en diseño editorial, pueden resultar un problema en videojuegos, donde los jugadores pasan mucho tiempo mirando una escena en un espacio relativamente pequeño o mirando fijamente a un personaje que se desplaza por la pantalla.

Cerebro

Los procesos psicológicos que llevan a la percepción del color son hoy en día bastante desconocidos, aunque se están realizando avances significativos en este ámbito. No obstante, dado que la información que se encuentra en revistas especializadas es de carácter científico, escapa al alcance de este libro, por lo que no se profundizará en este aspecto.

Si se mira fijo a Pikachu durante demasiado tiempo, se acabarán viendo pikachus azules flotando delante de nuestra mirada durante unos instantes. Pokemon: Let’s go Pikachu!/Let’s go Eevee! (2018). Copyright Nintendo

1.2 Clasificación

Mezcla aditiva

Se produce cuando dos o más longitudes de onda interaccionan, sumándose. Para crear luz blanca, no hace falta mezclar todos los colores. La luz blanca se puede crear a partir de tres colores básicos del sistema CIE, que son el rojo (700 nm), el verde (546,1 nm) y el azul (435,8 nm). Se les llama colores primarios aditivos. Los colores primarios aditivos son aquellos que no pueden ser creados a partir de la mezcla de otras longitudes de onda y que juntos dan la luz blanca.

Los colores primarios aditivos, al mezclarse dos a dos, crean los colores secundarios, que son:

Rojo + verde = amarillo

Verde + azul = cian

Azul + rojo = magenta

Cuando un primario se mezcla con otro primario, aunque la proporción de uno y otro sea muy desigual, es decir, aunque haya una gran cantidad de uno y muy poca del otro, ya es un color secundario. Por ejemplo, si a una gran cantidad de azul se le añade una pequeña parte de amarillo, se convierte en verde. Es un verde muy azulado, y se le podrá dar diversos nombres según la industria (textil, editorial, etc.) donde se aplique, pero al no ser un azul puro, a todos los efectos es verde.

Hay dos tipos de mezcla aditiva:

Mezcla aditiva simultánea. Esta es la mezcla que se da cuando dos o más fuentes luminosas que están en el mismo momento y lugar se mezclan, sumando sus longitudes de onda. Es el ejemplo de uso de focos de colores en teatro o cine, y en general la que se produce al usar fuentes de luz coloreadas. Así, si se proyecta una luz roja sobre un plano blanco y al mismo tiempo una luz verde sobre ese mismo plano, se obtendrá una luz amarilla. La cantidad de luz que llega al ojo es la suma de las fuentes que la producen.

Mezcla aditiva sucesiva. Es la mezcla que se produce cuando un objeto (una peonza, un disco, etc.) contiene más de un color y gira a una cierta velocidad. Si gira despacio, primero llega un color al ojo, y luego el otro, percibiéndose ambos. Si gira más deprisa, la sensación de un color llegará antes de que se borre la sensación del anterior, por lo que se superponen y se perciben ambos, dada la persistencia retiniana. Si hacemos rodar una peonza que tenga cada mitad pintada como en el ejemplo anterior, obtendremos el mismo resultado. La cantidad de luz que llega al ojo es la media de las fuentes que la producen.

En este diagrama se pueden observar los tres colores primarios luz y sus mezclas. En el centro, la mezcla de los tres, que es luz blanca

Cada vez más videojuegos aprovechan la potencia de los motores de render para simular efectos más realistas. Sin embargo no siempre es así. Conviene saber cómo interactúan los colores luz entre ellos para que se ajusten a la realidad y las fuentes luminosas de color no se limiten a teñir de ese color el entorno, sino que den efectos de luz realistas Xenowerk (2015) Copyright Pixelbite Games

Mezcla sustractiva

Se produce cuando las longitudes de onda, al interactuar entre ellas, se restan. Al restarse las longitudes de onda, el tono se oscurece hasta llegar a la ausencia de luz: el negro. La ausencia de luz se consigue a partir de tres colores básicos. Tres colores que no pueden ser producidos por la mezcla de otros. Estos colores son los llamados primarios. En general la mezcla sustractiva se produce cuando hablamos de colores físicos, de pigmentos. Aunque cuando se mezclan colores físicos (pigmentos) y colores luz (luces, filtros de colores) también se produce la mezcla sustractiva.

Sonic The Hedgehog (1991) no cambia de color al girar, pero debería hacerlo Copyright Sega

Cuando se habla de pigmentos en imprentas, estos colores son el magenta (400 nm), el cian (490 nm) y el amarillo (600 nm). La mezcla de cada pareja de primarios da los colores secundarios:

Magenta + cian = azul

Cian + amarilo = verde

Amarillo + Magenta = rojo

Realmente esto no es del todo cierto. La mezcla de estos tres colores no da como resultado negro, sino un marrón oscuro poco atractivo. Por eso en imprentas se une un cuarto componente que es la tinta negra. De aquí surge la terminología CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Key) que se puede ver en los editores de gráficos.

Cuando se habla de colores pigmentos en el arte, no en la imprenta, los colores primarios que se usan habitualmente son el rojo, el azul y el amarillo, dando como consecuencia los secundarios:

Rojo + amarillo = naranja

Amarillo + azul = verde

Azul + rojo = violeta

Al mezclar un color secundario con un primario o un secundario, se producen los colores terciarios. Los colores terciarios son aquellos colores terrosos, marrones, caquis, rojos y azules sucios, oscuros y, en general, más cercanos al gris que a los primarios de los que provienen. Mezclar dos terciarios dará como resultado un color sucio, cercano al marrón o gris oscuro. En teoría debería producirse el negro, pero raramente se tendrán colores con una longitud de onda tan exacta y tan pura como para que resulte negro.

En este diagrama se pueden observar los tres colores primarios pigmentos y sus mezclas. En el centro, la mezcla de los tres produce el color negro

Se puede observar que los colores primarios luz coinciden con los colores secundarios de imprenta y viceversa, los colores primarios de imprenta son los colores secundarios luz.

La mezcla sustractiva se puede lograr de cuatro maneras:

• Mezclando pigmentos: la más habitual, la que se da entre pigmentos, ya sean pinturas sintéticas, óleo, acuarelas, etc.

• Visualizando pigmentos bajo un filtro de color: si se mira a través de un filtro de color, las ondas luminosas del color del filtro se restarán con las de los objetos que se visualicen a través de él. Así, dependiendo del color del filtro y del objeto, podrá verse cómo se mezclan los colores con las combinaciones que se dan con mezclas sustractivas. En caso de que el filtro de color y el objeto de fondo tengan colores opuestos en el círculo cromático (colores complementarios), se verá negro.

• Visualizando pigmentos a los que se le aplica una fuente luminosa coloreada: si se ilumina una escena con luces de colores (un foco, una linterna, etc.), las ondas luminosas se restarán. Como en el caso anterior, si los colores son complementarios, los objetos parecerán negros.

• Superponiendo filtros coloreados sobre un fondo blanco: si visualizamos una pared blanca a través de un filtro de color, las ondas luminosas se restarán. El blanco contiene todas las ondas luminosas, de forma que al pasar a través de los filtros hasta la retina, pierde las ondas luminosas que no dejan pasar el filtro. Si se superponen más filtros, se irán perdiendo paulatinamente el resto de ondas hasta no llegar ninguna y ver negro.

Mezcla partitiva

Los tipos de mezclas anteriores son mezclas que se producen en el ámbito físico. Ya sea por la suma o la resta de las ondas luminosas, estas son modificadas antes de llegar a los ojos. Sin embargo hay otra posibilidad, y es que esta mezcla no sea real, sino que sea perceptiva, es decir, que el cerebro interprete que hay colores donde realmente no los hay.

La mezcla partitiva es aquella en la que hay dos o más colores contiguos y de un tamaño tan pequeño o a tal distancia que el ojo humano no tiene capacidad para visualizarlos por separado, de forma que junta sus longitudes de onda en forma sustractiva. La mezcla partitiva es un caso particular de la mezcla sustractiva, producida en la percepción.

La mezcla partitiva es ampliamente usada en la actualidad, ya que es el modo en que se forman los colores en la mayoría de los objetos impresos y en la totalidad de las pantallas electrónicas.

En la imprenta se emplea el sistema conocido como cuatricromía. No se imprimen puntos de cada color que existe, ya que sería inviable dado la gran cantidad de tintas diferentes que se tendría que tener, pues harían falta cientos de miles de colores diferentes para poder imprimir una fotografía. En lugar de esto, se imprimen solo cuatro colores: el cian, el magenta, el amarillo y el negro. Para imprimir una fotografía, primero se imprime la componente cian de ese color, después la componente magenta, después la componente amarilla y finalmente la componente negra. Cada pasada de tinta no se hace de forma plana, cubriendo toda la hoja, sino que se hace en forma de trama de círculos. La trama de cada color tiene una inclinación diferente C=75°, M=105°, Y=9°, K=45°, de forma que nunca se superponen totalmente. Los ángulos del amarillo y el cian pueden intercambiarse de ser necesario. Además, cada círculo de la trama puede tener un diámetro diferente para poder construir más matices de color. La suma de las cuatro tramas hace que el cerebro interprete los miles de colores que cree estar viendo.

En la imagen se puede apreciar cómo se imprimirían tres colores no primarios por la diferente proporción de cada uno de los primarios

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Si se quisiera imprimir esta imagen de Super Mario Odyssey (2017) en una revista...

Copyright Nintendo

...se tendrían que crear cuatro fotolitos (acetato transparente que es el que dice a la máquina cuánto color ha de proporcionar a la imagen). Cada uno de los fotolitos, tendría el siguiente aspecto:

De izquierda a derecha y de arriba a abajo: aspecto del fotolito cian, magenta, amarillo y negro de la imagen. Copyright Nintendo

Cuanto más negro aparezca en cada fotolito, más densidad de puntos hay, con lo que habrá más tinta de ese color. Cuanto más blanco sea el fotolito, menos influirá en el color final. El fotolito negro se usa solo para reforzar el tono negro en caso de ser necesario.

Ampliando la imagen, y dependiendo de la resolución de la impresión, el aspecto que se vería sería el de la imagen:

Aspecto que presenta la trama de los fotolitos.

Copyright Nintendo

La mezcla partitiva es la que se usaba en los juegos de los noventa, cuando la capacidad gráfica de ordenadores y consolas era muy limitada y se tenían que simular más colores de los que se podían pintar por pantalla. El reducido número de colores imposibilitaba la realización de degradados, por lo que no era posible simular volúmenes, así como pliegues, brillos, reflejos y otros efectos. Las posibilidades de crear una escena mínimamente realista eran escasas. Sin embargo, usando las propiedades de la mezcla partitiva este problema quedaba en parte solucionado. El uso de unos pocos colores colocados estratégicamente hacía que la percepción humana hiciera el resto del trabajo. Si bien la imagen no podía ser realista, los acabados eran suficientemente buenos como para que el jugador pudiera sentirse inmerso en el juego.