Как падают тени от солнца

Часть 1

Нет, мы не собираемся говорить о научном определении света, посмотри в Википедии, если не знаешь. Поговорим лучше о практическом применении света в искусстве. Есть кое-что большее, чем просто осветление или затемнение цвета, основанное на том, где находится источник света, и, конечно, большее чем типичное объемное изображение шара со стрелками, указывающими на разницу между отраженными бликами и краем тени. Когда ты подберешься к концу этого туториала, ты уже будешь знать об этом «большем» и точно изменишь свои взгляды на свет. Ну, или случайно бросив взгляд на свою тень, в голове точно возникнет мысль: «Разве она не изящная и четкая?»

Свет vs тень, отсутствие света vs темнота

Важно как можно раньше понять различие между тенью и отсутствием света. Для тени вовсе не обязательно должна быть темнота, так как, тень может существовать там, где есть направленный свет, и она может даже исчезать под влиянием более сильного света. Тень это результат падающего света от различных источников, встречающего на пути препятствия. Поскольку тень не получает свет прямо из источника, она кажется более темной в контрасте с местами до которых свет добирается без препятствий.

На этом фото, то, что мы ожидаем увидеть, если посмотрим вниз на свою тень в солнечную погоду. Тело блокирует свет, создавая участок позади нас, который намного темнее, в сравнении с участком вокруг, куда свет попадает.

Так как тень это отсутствие света от определенных источников, другие, более близкие источники позволяют видеть даже сквозь тень.

На первом отредактированном примере не было никаких других источников света кроме солнца. Здесь же оригинал, и мы можем увидеть, что свет существует даже в тени. Это свет от неба, отраженный от земли. И знаете, на таких «уличных» фото он существует везде, даже если солнце светит ослепительно ярко. Однако, в связи с необычайной силой солнца, мы видим этот свет только в тех местах, где сам свет от солнца заблокирован каким-либо объектом.

Свет можно добавить. Как только он смешается с другим, он просто станет сильнее. И это важное правило хорошо видно на втором примере. Есть только одна причина, почему мы видим тень отбрасываемую солнцем, а от других источников не видим. Просто его свет более мощный. Если передвинуть солнце словно фонарь, и все что оставить это свет, отраженный от неба, вся сцена будет тусклой словно тень.

Мы может увидеть этот эффект на иллюстрации ниже. В каждом случае три треугольника представляют собой источники света, а круг в середине это объект.

0. В этом случае в комнате царит совершенная тьма. Нет ни одного включенного источника света. Но благодаря очертаниям всех объектов мы можете видеть их расположение.

1. Теперь, включим один из источников. Освещение в комнате, вызванное рассеиванием света от стен и пола, возрастает. Это превратило комнату из совершенно черной в темно-серую. И мы видим, что тень отбрасываемая объектом такая же темная, как и остальная обстановка в комнате.

2. Теперь подключаем и второй источник света. Он становиться причиной, по которой освещение в комнате снова возрастает. И даже больше, угол этого источника становиться причиной второй тени, отбрасываемой объектом. Поскольку интенсивность обоих источников света одинакова, тень сливается в одну (но их все же две). Место, где они сталкиваются, является отсутствием света от обоих источников. И оно такое же темное как и обстановка в комнате.

3. Наконец на этом примере включаем третий источник света, который явно ярче, чем остальные два. Освещение значительно возросло. Оно почти такое же яркое, как источник света. Из-за сильной яркости третьего источника, тени от первых двух просто напросто не видны. Зато есть одна весьма очевидная от последнего.

То же самое происходит и с таким источником как солнце.

Отбрасываемая тень только выглядит такой темной в контрасте с местами, куда падает свет. Но она такая же темная, как остальное пространство в комнате, кроме тех участков где мы видим свет от других источников.

На фото случай из реальной жизни. И мы можем видеть солнце в пределах изображения, оно просачивается через листья деревьев. Если солнце впереди нас, почему же большая часть тени от деревьев потеряна? И почему моя тень, тень моего брата и тень от столба за мной падают под углом К СОЛНЦУ, а не наоборот?

Вот и ответ. Повернув камеру, мы увидим, что солнце отражается от окна позади нас. И этот отраженный свет направлен прямо на тень от деревьев на первом фото. Так как деревья блокируют свет от солнца, свет, отраженный от окна падает на его место и создает вторые тени для столба, моего брата и меня. И эти «вторые» тени являются темнотой, которая в свою очередь появилась из-за изначальной тени, которую отбрасывают деревья из-за света солнца.

Целью этих двух фото не является попытка показать то, что вам нужно рисовать, цель в том, чтобы вы поняли тень это не просто место, куда не попадает свет, но так же отсутствие света от соответствующего источника.

На предшествующем фото тень от деревьев все же существует даже, несмотря на то, что с места, где я стою её не видно. Если передвинуть деревья (в результате тень тоже исчезнет) наши тени отбрасываемые из-за отраженного света позади, были бы больше не видны, так как ничего не мешало бы солнечному свету покрыть их. Единственной причиной, по которой мы видим эти тени под деревьями являются наши тела и деревья, блокирующие свет от обоих источников, и создающие тем самым место, где свет отсутствует.

Итак, подведем итоги.

Тень, отбрасываемая из-за каких-либо объектов, не появляется по причине что «тени темные». Она появляется из-за этого:

1. Объект блокирует лучи света от источника.

2. Эти лучи, падающие на землю, не могут касаться местности прямо за объектом, так как их пути заблокированы.

3. И так как они (лучи) на это не способны, тень отбрасывается на затемненный участок.

4. Эта тень всего лишь результат отсутствия света от источника. И обстановка в комнате определяет как и где они появятся.

Источники света

Свет исходит из самых различных вещей вокруг нас. Но, несмотря на это, существует всего четыре типа источников света. Ниже можете прочесть про каждый из них. Примеры этих типов источников будут рассмотрены в деталях позже. Сейчас, просто познакомимся с ними.

Источник такого типа света излучает его ровно во всех направлениях. Самый простой и понятный пример такого источника это лампа накаливания, без какого либо покрытия или помех. Форма лампочки позволяет свету распространяться во всех направлениях, заполняя пространство светом. Интенсивность света меньше на дальних расстояниях от источника. Перемещение по шкале яркости полностью зависит от вас. Поскольку свет распространяется во все стороны, то тени буду менять угол и размер на основе объектов близких к источнику. Таким образом, почти во всех случаях, общий свет является локальным источником, т.е. привязанным к одному месту, как лампа накаливания или костер.

Источник такого света излучает сфокусированные лучи света под определенным углом. Такой свет, так же как и общий будет ограничен. Фонарь является наверно самым распространенным примером такого типа света. Контролировать падающий от фонаря свет весьма легко, что позволяет освещать только те места, которые необходимы. Тени, отбрасываемые из-за такого света, меняются в зависимости от близости объекта к источнику. Так что «прожекторный» свет тоже является локальным источником. Другими распространенными примерами такого света являются фары автомобиля, уличные огни, вспышки фотоаппаратов и, конечно, фонари и прожекторы.

Источник параллельного света, так же известного как дальний свет, излучает его в одном направлении, то есть, все световые лучи параллельны друг другу при таком освещении. Обычно источник параллельного света расположен довольно далеко, в большинстве случаев дальше линии горизонта. И самый очевидный пример из нашей повседневной жизни это солнце. Расстояние от него настолько огромно, что даже если технически это источник общего света, все лучи все же, достигая нас, движутся в одном направлении. Тени от параллельных лучей всегда параллельны друг другу и всегда будут одинаковы по интенсивности вне зависимости от их близости к источнику. В большинстве случаев такой свет самый яркий(или наиболее заметный) в сцене т.к. он может освещать местность даже не смотря на расстояние от источника.

Рассеянный свет (не исходящий от какого-либо конкретного источника)

Этот тип света является светом, отраженным от поверхности объекта. Рассеянный свет это «побочный» эффект от любого из других типов источников. У всех материалов есть своя отражательная способность (официальный термин «альбедо»). И конечно, у всех он разный. Например металлы имеют более высокий альбедо чем резина. Так что когда источник света включен, лучи света будут ударяться об объекты и отражаться от них в различных направлениях. Наиболее распространенное появление рассеянного света это небо в солнечный день. Небо полностью «сделано» из рассеянного света отраженного в атмосфере. Именно поэтому мы все ещё можем видеть землю даже когда на неё падает тень от здания. Рассеянный свет освещает места, где нет солнечного света. Это случается и в городах ночью. Небо выглядит светлее, потому что свет исходящий от города, отражается в атмосфере над ним. ( Вот почему в городах облачное ночное небо делает землю более освещенной, в то время как чистое оказывает обратный эффект. Лучи, отраженные от облаков создают намного больше рассеянного света который возвращается вниз и заполняет темноту. Без облаков свет бы продолжил свое восхождение).

Рассеянный свет никогда не создает теней (т.к. он в основном и появляется в тени). Взамен этот свет испытывает то, что называется «Ambient occlusion», метод, который будет рассмотрен попозже.

Что же, вот и конец первой части. Надеюсь я вас не запутала и каждый узнал для себя что-то новое.

Как правильно построить падающую тень в рисунке?

Известно, что падающая тень повторяет форму предмета, который её отбрасывает. Но каждый, кто пробовал рисовать, наверное, наблюдал как форма тени искажается и не абсолютно точно повторяет контуры предмета. Так по каким правилам строится падающая тень и какие закономерности можно здесь выявить?

Построение падающих теней

Сначала рассмотрим это на примере простого геометрического тела — куба. На приведенных рисунках изображена схема построения падающей тени:

1. Определяется источник света.
2. Проводится перпендикуляр от источника света к плоскости, на которой стоит предмет.
3. От точки на плоскости, куда упирается этот перпендикуляр проводим лучи в сторону предмета.
4. От источника света проводятся воображаемые лучи, которые проходят через края предмета.
5. Отмечаем точками места пересечения лучей на плоскости и лучей от источника света.
6. Соединяем эти точки линией и получаем контур падающей тени.

Если обобщить вышесказанное и сказать проще, то нужно: во-первых, провести линии от источника света в пространстве; во-вторых, провести линии на плоскости от перпендикуляра. Места пересечения этих лучей и будут контуром падающей тени.

В рисунке куба такое построение теней относительно просто. Но как быть, если предмет у нас сложный? Например, ваза, дерево, автомобиль? Или еще «хуже» — человеческая фигура? Из своего опыта скажу, что падающие тени от таких сложных форм я всегда рисую приблизительно. Да и, наверное, большинство художников поступает аналогично. Однако, это приблизительное рисование, всё же основывается на вышеизложенном принципе. В уме, в воображении художника делается та же самая приблизительная проекция, и на её основе рисуется контур тени. Но чтобы так сделать, нужно знать ключевой принцип, который я изложил выше. На следующем рисунке Вы можете увидеть, как я приблизительно выстроил падающую тень от вазы. Делается всё очень примерно, но принцип соблюдается.

(Приблизительная проекция тени)

Как зависит форма тени от положения источника света

На следующих рисунках я хочу показать как влияет положение источника света на форму тени и на её направление:

Если лампа (или солнце) расположена прямо над предметом сверху, то падающая тень будет либо очень короткой, либо исчезнет совсем. Чем больше источник света смещён в сторону относительно предмета, тем длиннее будет тень. Лампа может находится прямо перед предметом или, наоборот, за ним. В этом случае, падающая тень станет либо удаляться от зрителя назад, либо будет приближаться к нему вперёд. Все эти «вытягивания» или «сжатия» теней скажутся на её форме. На приведённом рисунке я рисовал тени от шара. Но если проецировать падающую тень от человеческой фигуры, то её контур будет искажаться подобным же образом — то вытягиваться, то укорачиваться. Неважно от какого объекта мы рисуем тень. Принцип будет один и тот же.

Как меняется насыщенность тени и чёткость её контура

Есть закономерность, которую художник должен хорошо усвоить — чем дальше тень отбрасывается от предмета, тем она светлее. Чем ближе тень подходит к предмету от которого она падает, тем она темнее. Это изменение насыщенности может проявляться сильнее или слабее в зависимости от яркости света, размера тени, удаленности источника света. Но в любом случае, тень не будет «глухой». Она должна «дышать» или быть «прозрачной», что достигается изменением насыщенности. Если речь идёт об академическом рисунке, то следует избегать теней в виде сплошных тёмных пятен. Если речь идёт о чёрно-белой графике, то здесь, разумеется, тени могут быть и полностью чёрными, но это уже условное изображение, а не реалистическое.

Кроме этого, начинающим художникам ещё следует обратить внимание на чёткость контура тени. Чем более сфокусирован свет (электрическая лампа, солнечный свет в безоблачную погоду…), тем более чётким будет контур падающих теней. И, наоборот, чем более свет рассеян (свет в пасмурную погоду когда облачно), тем более размытым станет контур тени.

Заключение

Правильно спроецировать тень, определить как меняется её насыщенность и чёткость контура — это основные задачи, которые нужно держать в уме художнику, когда он рисует тени. Начинающим, поначалу, придётся всё это поэтапно воплощать в своём рисунке. Но, с каждым разом эти задачи станут даваться всё проще и проще. А с накоплением опыта, рисунок будет получаться уже на интуитивном уровне.

Как определить стороны света и время по тени

Известно множество методов, с помощью которых по тени от Солнца можно определять стороны света и время. Они основаны на понимании того, как Солнце движется по небосводу в течение дня и какое направление показывают тени предметов в разное время суток, в том числе в полдень, утром и вечером. Далее мы рассмотрим самые известные из них, которые позволят путешественнику ориентироваться при утере средств навигации или поломке часов.

В северном полушарии такая тень в полдень указывает на север.

Нужно не только запоминать методы, но и понимать механизмы, на которых они строятся. Именно в этом случае всегда можно скорректировать метод под условия, в которых оказался человек. Если же этого не сделать, то в некоторых случаях такое невежество может привести к ошибкам и возникновению чрезвычайной ситуации.

Так, например, во многих Интернет-статьях и учебниках приводится метод ориентирования по стрелкам механических часов и Солнцу, о котором подробнее мы поговорим далее. Однако почти нигде не сказано, что конкретно в этом исполнении он работает только в северном полушарии, да и то выше тропической зоны. Если человек не понимает, откуда «растут ноги» у этого метода, он может легко допустить ошибку и, оказавшись в южном полушарии, неправильно определить стороны света, в результате чего заблудится.

Итак, что же это за базовые знания, без которых определить стороны света по тени не получится?

Теоретические основы

Все рабочие методы ориентирования по тени от Солнца опираются на доказанные факты. Разберем их подробнее.

Факт №1. Солнце всегда встает на востоке и садится на западе. Однако в высоких широтах во время полярного дня оно по нескольку недель вовсе не садится за горизонт, а полярной ночью — не встаёт над горизонтом.

Факт №2. В средних и высоких широтах северного полушария в полдень Солнце находится в южном направлении или, как еще говорят, на юге. В южном полушарии на том же удалении от линии экватора солнечный диск в полдень пересекает северное направление. На экваторе в полдень Солнце полгода находится на севере, полгода — на юге, а два дня в год оно проходит строго над головой. Об этом мы подробно рассказывали в отдельной статье.

Факт №3. В астрономический полдень тень, отбрасываемая вертикально расположенными предметами на ровную горизонтальную поверхность, будет самая короткая, поскольку в этот момент Солнце находится в своем зените, то есть в самой наивысшей точке траектории своего движения по небесной сфере.

Факт №4. Солнце движется по небосводу с угловой скоростью примерно равной 15 градусам в час.

Факт №5. Если стать лицом на север, то за спиной окажется юг, справа — восток, слева — запад.

Конкретно эта схема будет работать только в северном полушарии в средних и высоких широтах.

Конечно, нужно понимать, что это не само Солнце встает на востоке и движется по небосводу, а такое видимое движение связано с вращением Земли и нахождением на ее поверхности наблюдателя. Но для упрощения мы будем говорить не о вращении Земли, а о движении Солнца.

А теперь предлагаю непосредственно перейти к методам ориентирования по тени от Солнца.

Как определить стороны света по тени

Итак, как и обещал, рассмотрим несколько самых популярных методов.

Метод №1. По самой короткой тени от шеста. Этот метод основан на том, что в полдень тени от предметов самые короткие. Итак:

1. В горизонтальную ровную площадку вертикально втыкается шест.
2. До наступления полудня на площадке отмечается конец тени, отбрасываемой шестом.
3. Такие пометки делаются через небольшие промежутки времени.
4. Когда после полудня тень начнет удлиняться, все отметки соединяют плавной кривой.
5. На кривой находят точку, наиболее приближенную к шесту и отмечают ее.
6. Проводят линию от шеста к этой точке. Эта линия соответствует направлению север–юг.
7. Становятся на эту линию так, чтобы она оказалась параллельна соединенным вместе стопам ног, а утренние отметки оказались левее. Теперь север находится перед человеком, юг — позади него, справа находится восток, а слева — запад.

Если с момента отмечания первой точки тень начала удлиняться, это означает, что полдень уже прошел, и нужно ждать следующего утра, чтобы повторить все заново.

В большинстве способов ориентирования по Солнцу потребуются дополнительные построения.

Метод №2. С помощью тени от шеста по центру отрезка. Этот метод основан на том, что Солнце всходит на востоке и заходит на западе, а правая часть траектории его движения по небосводу является отражением левой. Для этого метода:

1. Как и в предыдущем способе, в площадку вертикально втыкается шест.
2. С утра делается пометка на площадке, соответствующая концу тени от шеста.
3. Измеряется длина от шеста до этой отметки.
4. Ближе к обеденному времени длина тени уменьшается, а потом начинает снова расти. Тень периодически измеряют. Как только она станет такой же длины, что и утренняя, делают вторую пометку, соответствующую концу тени.
5. Между первой отметкой и второй проводят прямую линию. Эта линия соответствует направлению восток–запад.
6. Человек становится так, чтобы первая отметка оказалась от него слева, а вторая — справа. Теперь можно говорить, что перед ним север, позади него юг, справа — восток, а слева — запад.

О других вариациях этих методов можно почитать в статье о том, где находится солнце в полдень…

Эти два метода позволяют относительно точно сориентироваться по тени от Солнца в любой точке планеты (кроме регионов вблизи полюсов и на самих полюсах) в светлое время, однако требуют много времени, что делает их малопригодными для человека, которому нужно ориентироваться в пути.

Метод №3. С помощью тени от шеста по двум точкам. Этот метод основан на знании того, что солнце встает на востоке и садится на западе, а тени от предметов движутся с запада на восток, правда, далеко не всегда по прямой линии. Для ориентирования этим способом:

1. Как и раньше, в ровную горизонтальную площадку вертикально втыкается шест.
2. На площадке камнем, колышком или любым другим удобным способом отмечается конец тени от шеста.
3. Выжидается примерно 15 минут и делается вторая пометка, соответствующая концу тени от шеста.
4. Теперь, если левой ногой стать на первую отметку, а правой — на вторую, перед нами окажется север, позади — юг, справа будет восток, а слева — запад.

Данный метод, как и предыдущие, может быть использован в любой точке мира в светлое время, но отличается от них своей быстротой. Однако с точностью у этого метода бывают проблемы.

Дело в том, что тень от шеста в большинстве случаев вычерчивает в течение дня не прямую линию, а изогнутую, при этом по отношению к положению шеста эта линия может быть, как вогнутой, так и выгнутой, в зависимости от широты и времени года. Если не учитывать эти моменты, можно получить колоссальную ошибку, поэтому приведу свои рекомендации, которые позволят использовать данный метод с максимальной эффективностью. Таких рекомендаций всего две.

Рекомендация №1. Пользоваться этим методом лучше в марте и сентябре. Он дает максимальную точность в течение всего дня в дни весеннего и осеннего равноденствий, так как именно в эти дни тень «вычерчивает» прямую линию. Чем дальше отодвигаться по календарю от этих дней, тем больше будет ошибка.

Рекомендация №2. Ориентироваться с помощью этого метода лучше в середине дня. В любой день года наилучшие результаты данный метод показывает в обеденное время. Чем дальше от солнечного полудня, тем ошибка метода больше. Причем ошибка может удвоиться, если, например, сориентироваться за 3 часа до полудня, а затем повторить измерения, спустя 3 часа после полудня.

Метод №4. Ориентирование по тени и часам. Этот метод основан на том, что в 12 часов дня Солнце в северном полушарии находится примерно на юге, а в южном — на севере, в 6:00 — примерно на востоке, а в 18:00 — примерно на западе. Соответственно тень, отбрасываемая человеком, падает в противоположном от Солнца направлении.

Так, например, если в полдень стать спиной к Солнцу, то в северном полушарии тень будет направлена на север, в южном полушарии — на юг. Если в 6 часов утра повернуться спиной к Солнцу, то тень покажет на запад, а если то же самое проделать в 6 часов вечера, то тень расположится в восточном направлении. Определив таким образом одну сторону света, далее можно найти и все остальные.

Типичная для северного полушария картина.

Если ориентироваться приходится в пути, то нет необходимости каждый раз искать ровную площадку, чтобы воткнуть в нее палку и выжидать после этого четверть часа. Достаточно один раз сориентировавшись, понять, с какой стороны находится Солнце и в дальнейшем выбирать путь, относительно его положения на небосводе. Например, если повернувшись в нужном направлении, человек видит Солнце справа, то и во время перехода, он должен его удерживать справа. В этом случае с течением времени можно делать поправку на скорость движения Солнца, а во время отдыха уточнять направление, используя описанный метод.

Применяя этот метод важно помнить о переводе в некоторых странах часов на летнее время и о том, что Солнце в полдень в районе тропиков и экватора может в течение года быть, как с северной стороны, так и с южной, о чем мы рассказывали в отдельной статье. Кроме того, в ней же мы рассказывали и о других эффектах, влияющих на положение Солнца в полдень, а значит и негативно сказывающихся на точности описанного метода.

Метод №5. Ориентирование по тени от спички и механическим часам со стрелками. Этот метод описывается в некоторых учебниках по военному делу и основан на понимании того, что в северном полушарии Солнце движется по небосводу по часовой стрелке с угловой скоростью равной 15 градусам в час. Для того, чтобы сориентироваться по этому методу в северном полушарии:

1. Часы располагают горизонтально циферблатом вверх.
2. К часам сбоку перпендикулярно циферблату прикладывается спичка. Прикладывается она между часовой стрелкой часов и цифрой «12» на циферблате. Так, например, если часы показывают 8:00, спичка располагается возле отместки «10», если же часы показывают 20:00, то возле отметки «4».
3. Часы вместе со спичкой поворачиваются до тех пор, пока тень от спички не пересечет центр циферблата.
4. Когда тень от спички совпадет с центром циферблата, цифра «12» покажет приблизительное направление на юг.

Этот метод хорошо работает только в тех случаях, когда Солнце, проходя свою наивысшую точку, оказывается невысоко над горизонтом. Чем выше оно будет в полдень, тем большую ошибку даст данный метод.

Дело в том, что скорость проекции Солнца на горизонт не только не совпадает с угловой скоростью Солнца, но и различается в течение дня. Эти различия тем больше, чем выше солнечный зенит.

Именно поэтому данный способ ориентирования лучше всего использовать в высоких широтах. В средних широтах им лучше пользоваться в зимнее время года, когда Солнце находится на небольшой высоте над горизонтом. В тропиках и на экваторе данный метод обычно не используют, поскольку здесь Солнце в любое время года находится высоко над горизонтом, а значит и ошибки будут очень большими.

В этом методе, как и в предыдущем, следует учитывать перевод часов на летнее время. Другие нюансы обычно не учитывают, поскольку метод все равно дает достаточно большую погрешность и предназначен в первую очередь для приблизительного нахождения сторон света.

В принципе, можно немного снизить погрешность, подняв край циферблата, на который нанесена цифра «12» на угол равный разнице 90 градусов и широты местности, в которой находится человек. Например, для широты 35 градусов, часы нужно приподнять на угол 55 градусов. Но, как показала моя практика, такой наклон в некоторых ситуациях не только не уменьшает ошибку, но и увеличивает ее, поскольку расположить спичку точно перпендикулярно циферблату, удерживая ее пальцами, и без того трудно, чего уж там говорить про вариант с наклоном циферблата. А ведь в том числе и от точности установки спички будет зависеть результат ориентирования.

В южном полушарии этот метод нужно изменить, иначе он будет показывать результаты далекие от истины. Лично я в этом случае представляю циферблат с цифрами, расположенными против часовой стрелки. Соответственно, если на часах 10 часов утра, я представляю часовую стрелку, показывающую на цифру «2», если на часах 16:00, то представляю стрелку, показывающую на «8». Далее поступаю так, как описано в методе, но ориентируясь не на настоящую стрелку, а на воображаемую.

Этот метод хорош для приблизительного нахождения сторон света и обычно дает самые большие ошибки по сравнению с рассмотренными ранее методами. Но в отличие от них, он позволяет сориентироваться в течение десятка секунд, что очень практично и позволяет определить стороны света почти на ходу.

Как определить время по тени

Методы определения времени по тени базируются на тех же знаниях, что и методы ориентирования.

Солнечные часы — один из самых древних инструментов, позволяющих по направлению тени определить время дня.

Существует множество способов определить время по тени, отбрасываемой объектом, на который светит Солнце. Разберем некоторые из них, но перед этим заметим, что и в этих методах для повышения точности нужно учитывать факторы, влияющие на расхождение между астрономическим и «земным» временем.

Метод №1. По самой короткой тени. На ровной горизонтальной площадке вертикально расположенный ровный объект, например, вкопанный шест, будет отбрасывать самую короткую тень в 12 часов дня.

Метод №2. По востоку и западу. Тень будет «указывать» на запад примерно в 6 часов утра, а на восток — примерно в 6 вечера. Этот метод тем точнее, чем ближе день, в который пытаются определить время, к дате весеннего или осеннего равноденствия.

Метод №3. По северу и югу. Солнечный диск пересечет северное или южное направление (в зависимости от полушария, а в тропиках и на экваторе — от времени года) в 12 часов дня.

Отдельно нужно рассказать про Заполярье. В северном полушарии во время полярного дня Солнце будет пересекать южное направление в 12 часов дня, но также оно может пересекать и северное направление, не опускаясь за горизонт, что будет соответствовать 12 часам ночи. В южном полушарии все наоборот: через север Солнце пройдет в полдень, через юг — в полночь.

Метод №4. По теневому углу. В этом методе определяется угол между самой короткой тенью воткнутого в землю шеста, которая соответствует солнечному полдню, и тенью в данный момент времени. Этот угол делится на скорость движения Солнца по небосводу — получается время. Если тень находится западнее, то есть полдень еще не настал, то полученное время отнимают от 12 часов дня, если же восточнее, то прибавляют к 12 часам дня.

Например, в средних широтах северного полушария тень в данный момент времени указывает на северо-запад, а угол с направлением на север (направление самой короткой тени) составляет 30 градусов. Мы знаем, что тень от Солнца движется с запада на восток со средней скоростью 15 градусов в час, а также, что в 12 часов дня тень должна указать на север. Из этого всего рассчитываем, через какое время тень укажет на север: 30/15=2 часа. Это значит, что до 12 часов дня осталось еще 2 часа, а значит на часах в данный момент времени 12–2=10 часов утра.

Последний метод хорошо работает в высоких широтах (лучше всего во время полярного дня вблизи полюсов), в то время, как вблизи экватора дает очень большие ошибки, и пользоваться им не рекомендуется. Тем не менее, из всех описанных ранее методов этот позволяет определить время не только в 6 часов утра, 6 вечера и в полдень, но и в любой момент в середине дня.

Конечно можно потратить один солнечный день, сделав примитивные «одноразовые» солнечные часы, воткнув палку в землю и делая пометки на конце тени через каждый час. Такие часы еще несколько недель после будут показывать достаточно точное время, пока солнечный зенит не сместится по вертикали на значительное расстояние. Но для этого метода понадобится дополнительный день и обычные часы, что немного теряет смысл. Какой смысл делать солнечные часы, когда есть обычные?

На самом деле способов ориентирования и определения времени по тени значительно больше, но нет смысла описывать их все. Сегодня я попытался лишь осветить суть этих методов, механизмы, заложенные в их основе, и продемонстрировать все это на популярных методах. Понимая эти механизмы, каждый сможет не только пользоваться описанными и проверять на работоспособность найденные в различных источниках методы, но и придумывать свои собственные, удобные в той или иной ситуации.

Если же говорить об упомянутых методах, то не получится выбрать самый лучший: каждый из методов имеет свои достоинства и недостатки. Поэтому так важно пользоваться ими всеми, подбирая оптимальный под сложившиеся условия.

Тень, виды, свойства и применение

«Тень — область пространства, находящаяся вне прямого луча света, исходящего из источника света. Тень образуется в результате рассеивания и поглощения света в атмосфере, что создает темную область в тени. «

1. Все о свете. От А до Я

2. Свет — источник тени

4. Характеристики тени

5. Взаимодействие теней

6. Применение в фотографии и дизайне

• Бестеневые светильники

Все о тени. От А до Я

Форма и размер тени зависят от объекта, который ее создает, и от угла падения света на этот объект. Например, если объект имеет форму квадрата, то тень будет иметь форму квадрата с той же площадью, что и объект. Если объект находится на земле, то тень обычно будет длиннее, чем сам объект, так как свет распространяется по земле и достигает объекта под углом.

Цвет тени зависит от цвета объекта и окружающего пространства. Например, тень от черного объекта будет темной, а тень от белого объекта будет светлой. Также цвет тени может изменяться в зависимости от освещения и времени суток.

Кроме того, форма и размер тени могут изменяться в течение дня в зависимости от положения солнца на небосклоне. Например, утром тень будет короткой и узкой, а вечером — длинной и широкой.

Свет – источник тени

Свет — это электромагнитное излучение, которое может быть видимым или невидимым для человеческого глаза. Свет имеет длину волны и частоту, которые определяют его свойства.

Когда свет попадает на объект, он может:

• отражаться
• преломляться
• поглощаться

Отражение происходит, когда свет отражается от поверхности объекта, а преломление — когда свет изменяет направление своего движения при прохождении через границу двух сред с разными показателями преломления. Поглощение происходит, когда часть света поглощается материалом объекта.

Если объект находится в тени, то это означает, что свет не может достичь этого объекта или попадает на него под небольшим углом. В результате этого объект остается невидимым. Однако, если объект находится в зоне освещенности, то свет может достигать его и вызывать отражение или преломление света.

Виды теней

Существует несколько видов теней, которые могут быть созданы источником света:

• Круговая тень. Образуется вокруг источника света, когда свет отражается от поверхности, на которую падает. Она имеет форму круга и может быть использована для создания эффекта глубины или объема на поверхности.
• Проецирующая. Это тень, которую создает объект, который находится между источником света и наблюдателем. Она может иметь различные формы и размеры в зависимости от расположения объекта и угла падения света.
• Контурная. Создается на границе между светом и тенью. Она обычно имеет форму линии или полосы и может использоваться для создания эффектов на фотографиях или в дизайне.
• Растущая. Появляется по мере того, как объект перемещается в направлении источника света. Она может быть использована для создания движения или динамики на фотографии или в видео.
• Падающая. Это тень, которая падает на поверхность от объекта, находящегося выше источника света. Она может использоваться для создания эффекта объема или глубины на изображении.
• Отраженная тень — это отражение света от поверхности объекта, которое создает тень на этой поверхности. Она может быть использована для создания интересных эффектов на фотографии или в дизайне.

Характеристики тени

Характеристики теней зависят от многих факторов, некоторые из основных включают в себя:

Форма тени

Форма тени зависит от нескольких факторов, включая направление источника света, форму и размер объекта, на который падает тень, а также угол падения света:

• Источник света находится над объектом, то тень будет иметь форму круга или полукруга.
• Сбоку от объекта, то тень может иметь форму эллипса или овала.
• За объектом, то тень будет в форме треугольника или трапеции.

Кроме того, форма тени может изменяться в зависимости от размера объекта. Чем больше объект, тем более размытой будет его тень. Также форма тени может меняться при изменении угла падения света на объект. Например, если угол падения света становится больше, то тень становится более вытянутой.

Размер тени

Для определения размера тени необходимо провести следующие шаги:

1. Определить объект, от которого будет падать тень. Например, если вы хотите узнать размер тени от дерева, то необходимо выбрать дерево и измерить его высоту и ширину.

2. Определить источник света. Например, если это солнце, то нужно знать его положение на небе и угол падения лучей света на объект.

3. Измерить расстояние от объекта до источника света. Это можно сделать с помощью рулетки или другого измерительного прибора.

4. Рассчитать размер тени, используя формулу:

Размер тени = (высота объекта) * (расстояние от объекта до источника света) / (угол падения света).

Например, если высота объекта равна 10 метрам, расстояние до источника света равно 50 метрам, а угол падения света составляет 45 градусов, то размер тени будет равен:

(10 м) * (50 м) / (45 градусов) ≈ 5,56 м

Таким образом, размер тени от объекта высотой 10 метров при расстоянии до источника света 50 метров и угле падения 45 градусов будет примерно равен 5,56 метрам.

Цвета тени

Цвета тени от света зависят от многих факторов, таких как источник света, его интенсивность, направление и угол падения, а также материал, на который падает свет.

Если мы говорим о тени, то она обычно имеет черный или темно-серый цвет, так как свет, падающий на поверхность, поглощается материалом и не отражается обратно. Однако, если источник света находится за объектом, то тень может иметь другой цвет, например, красный или зеленый, если свет исходит от лазера.

Кроме того, цвет тени может изменяться в зависимости от угла падения света. Если свет падает на поверхность под углом, то тень будет иметь более яркий цвет, чем если свет падает перпендикулярно поверхности. Это происходит потому, что при падении света под углом свет рассеивается и поглощается более равномерно, что приводит к более яркому цвету тени.

Также стоит учитывать, что цвет тени зависит от материала, на который падает свет. Например, если объект сделан из металла, то тень будет иметь серебристый или золотой цвет, в то время как если объект сделан из дерева, то тень будет более темной и коричневой.

Яркость тени

Яркость тени – это параметр, который характеризует интенсивность тени, отбрасываемой объектом на поверхность. Он зависит от нескольких факторов, включая источник света, направление света, размер и форму объекта, а также характеристики поверхности, на которую падает тень.

При оценке яркости тени необходимо учитывать следующие факторы:

• Источник света. Яркость тени зависит от интенсивности источника света. Чем ярче источник света, тем более яркой будет тень.
• Направление света. Яркость тени также зависит от направления света, падающего на объект. Если свет падает под углом к поверхности объекта, то тень будет более яркой.
• Размер и форма объекта. Размер и форма объекта также влияют на яркость тени. Большие объекты отбрасывают более яркие тени, чем маленькие. Кроме того, форма объекта может влиять на яркость тени, например, квадратные объекты могут отбрасывать более яркие тени, чем круглые.
• Характеристики поверхности. Характеристики поверхности также влияют на яркость тени. Например, глянцевая поверхность отражает больше света, чем матовая, что приводит к более ярким теням.
• Угол падения света. Угол падения света также влияет на яркость тени. Если свет падает на поверхность под углом, то тень будет менее яркой, чем если свет падал бы прямо на поверхность.

Оценка яркости тени необходима для правильного проектирования освещения и выбора материалов для объектов, чтобы они выглядели наилучшим образом.

Контур тени

Контур тени — это линия, которая ограничивает тень, отбрасываемую объектом на поверхность. Он может быть определен как линия, по которой объект пересекает поверхность и образует тень. Контур тени может быть линейным или изогнутым, в зависимости от формы объекта и угла падения света.

Линейный контур тени обычно имеет форму прямой линии, когда объект находится на расстоянии от поверхности, и свет падает под углом, близким к прямому. В этом случае контур тени представляет собой прямую линию, которая соединяет точку пересечения объекта с поверхностью и точку, где свет перестает достигать поверхности.

Изогнутый контур тени возникает, когда объект расположен ближе к поверхности или когда угол падения света не является прямым. В этом случае тень может иметь изогнутую форму, и контур тени будет представлять собой кривую линию, соединяющую точки пересечения объекта с поверхностью и точкой, где свет не достигает поверхности.

Полутень

Полутень — это область пространства, которая находится между ярко освещенным участком и темной частью объекта или ландшафта. Полутень обычно характеризуется умеренной освещенностью и более мягкими цветами, чем ярко освещенные участки.

В природе полутень может быть создана различными факторами, такими как тень от дерева или здания, тень от облаков или других объектов на небе, а также изменение времени суток. В искусственном освещении полутень может создаваться с помощью светильников, которые расположены на разных уровнях и создают разную степень освещенности.

Полутень играет важную роль в создании атмосферы и настроения в любом пространстве. Она может создавать ощущение спокойствия и умиротворения, а также подчеркивать красоту и детали объекта. Кроме того, полутень часто используется в ландшафтном дизайне для создания тенистых зон, где можно укрыться от жары или насладиться прохладой.

Взаимодействие теней

Взаимодействия теней – это процесс, при котором происходит наложение (перекрытие) теней от одного объекта на другой. В результате этого процесса тени могут изменять свою форму и размер, а также создавать новые эффекты.

Одним из примеров взаимодействия теней является наложение тени от одного объекта на другой объект. Например, если на столе стоит лампа, а на полу лежит коврик, то тень от лампы может частично перекрывать тень от коврика.

Еще одним примером взаимодействия теней является использование теней в дизайне для создания уникальных и выразительных образов. Например, тени от деревьев могут быть использованы для создания теневых зон на участке, а тени от зданий могут быть использованы для выделения архитектурных элементов.

Наконец, взаимодействие теней также может быть использовано в фотографии. Например, фотограф может использовать тени для создания эффекта глубины пространства или для создания контраста между объектами на снимке.

Применение тени в фотографии и дизайне

Тени от света – это эффект, создаваемый на фотографии за счет использования света и тени. Он позволяет добиться глубины, объема и текстуры объекта на снимке.

Тени в фотографии и дизайне могут быть созданы с помощью различных техник и инструментов. Вот некоторые из них:

1. Использование света. Свет является основным инструментом для создания теней. Если вы хотите создать более глубокие тени, то используйте яркие источники света, такие как лампы или фонари. Если же вы хотите создать более мягкие тени, то можно использовать рассеянный свет, например, от окна или от свечей.

2. Использование фильтров. Фильтры могут помочь вам изменить цвет и интенсивность света, что может повлиять на создание тени. Например, фильтр с синим оттенком может создать голубую тень, а фильтр с желтым оттенком может создать желтую тень.

3. Использование текстур. Текстуры могут добавить глубину и интерес к фотографии. Например, использование бумаги или ткани может создать интересную текстуру, которая может создавать тени на объектах.

4. Использование градиентов. Градиенты могут создавать интересные эффекты на фотографии или дизайне. Например, вы можете использовать градиент, чтобы создать тень от объекта на фоне, или градиент для создания эффекта глубины.

5. Использование масок. Маски могут помочь выделить определенные области на фотографии или в дизайне. Например, если вы хотите создать тень только на определенном объекте, то можете использовать маску, чтобы скрыть все остальное.

Бестеневые светильники

Бестеневые (безбликовые) светильники — это специальные осветительные приборы, которые обеспечивают равномерное и безбликовое освещение. Они используются для создания качественного освещения в различных сферах, таких как фотостудии, ювелирные мастерские, медицинские учреждения и т.д.

Основными компонентами бестеневого светильника являются лампа и отражатель. Лампа может быть галогенной, светодиодной или люминесцентной, а отражатель — зеркальным, линзовым или зеркально-линзовым.

Преимущества бестеневых светильников:

• Равномерное и безбликовое освещение;
• Высокая яркость и хорошая цветопередача;
• Возможность регулировки яркости и цветовой температуры;
• Надежность и долговечность.

Недостатки бестеневых светильников:

• Высокая стоимость;
• Необходимость использования специальных ламп и отражателей;
• Ограниченный диапазон применения.