混色のすゝめ１４　黒という特異点

Summary: In color mixing for 3D printing, black behaves differently from every other color. A conversation with ponkichi, the creator of ChromaMatter, made me realize we were both stuck on the same problem. This article explains why black is a "singular point": our eyes are poor at telling dark colors apart, black is a single point in color space, and yet it is the color we need to mix the most.
Keywords: color mixing, black, FlexChroma, ChromaMatter, multi-color printing, LCh

はじめに

混色のすゝめ14回目です。こんにちは、ひつじぐもです。
今回は、混色をやっていると必ずぶつかる「黒」の話です。

記事を書くきっかけは、私の記事のコメント欄でのやり取りでした。お相手は、ponkichiさん。色を組み合わせて別の色に見せる「ChromaMatter」の作者で、Snapmaker Innovation Fundの受賞者でもあります。

ponkichiさんは、CMY(シアン・マゼンタ・イエロー)の半透明フィラメントでは、どうしても黒が作れず、「黒なしで黒を生み出す方法」に苦戦しているとのことでした。陰影のある作品には黒と白が欠かせないので、「RYBW＋疑似黒」の仮想5色ができないか、という構想も教えていただきました。

読んでいて「やっぱりみんな黒で困るんだなぁ。」と、ちょっとほっとしました(笑)

FlexChromaも、実は「疑似混色」

まず、FlexChromaとChromaMatterの関係から。

FlexChromaは、2色のフィラメントを螺旋状に印刷して1本にまとめ、それを使って印刷することで中間の色を作っています。見た目には、フィラメントを溶かして混ぜているように見えます。でも、実際にやっていることは「疑似混色」です。

ノズルの中で溶けたフィラメントは、とても粘り気が強く、流れもゆっくりです。水をかき混ぜるような乱流にはならないので、どこまで行っても完全には混ざりません。細かく分かれた2色が並んだまま出てきて、それが目の中で1つの色に見えている。そういう仕組みです。

ChromaMatterは、色を組み合わせて、少し離れたところから見たときに、色が擬似的に重なって別の色に見える仕組みです。
FlexChromaも同じ疑似混色ですが、混色がとても細かいので、それほど離れなくても混ざった色に見えます。違いは細かさだけで、「本当には混ぜずに、見え方で色を作る」という意味では、実はお互いやっていることは近いのだと思います。

黒が特異点である理由

では、なぜ黒だけが難しいのか。私は、黒は混色の「特異点」だと思っています。理由は3つあります。

1. 肉眼では、暗い色の違いが見分けにくい

FlexChromaでPLAの白と黒を混ぜると、白が40%くらい入っていても、黒が60%ほどあれば、肉眼では真っ黒とほとんど同じに見えてしまいます。

ところが、カラーセンサーで測ると、ちゃんと差が出てきます。実際に測ってみると、黒100%の明るさ(L)は約7、白40:黒60では約10でした。色の差を表すΔE00でいうと約2.4。わずかな差ですが、センサーにはちゃんと出てきます。肉眼で見た色と、実際の色の間には、乖離があるんです。

なぜ、こんなことが起きるのか。私は、いくつかの理由が重なっていると考えています。

・表面のテカリ：フィラメントの表面は、色に関係なく、光を少しだけそのまま反射します。明るい色ならほとんど気になりませんが、暗い色では、このテカリの割合が大きくなり、色そのものの違いが埋もれてしまいます。カラーセンサーは、表面の反射の影響を受けにくい角度で光を当てて測るので、差が見えるのだと思います。

・周りの明るさ：明るいものと一緒に見ると、目は明るい側に合わせて調整されます。すると、暗い側の差はつぶれて見えます。

そのため、作る側は「少し青っぽい黒」と「少し茶色っぽい黒」の差を、目で見て調整しにくい。一方で、作品の中に並べると、その小さな違いが「なんか黒が締まらない」という形で効いてきます。扱いにくさに、拍車がかかるんですよね。

2. 黒は、色の世界の「一点」

私は混色の評価に、色を「明るさ(L)・鮮やかさ(C)・色合い(h)」で表すLChという考え方を使っています。

赤や青なら、少し明るくても、少し鮮やかさが違っても、「赤」「青」と呼べる範囲が広くあります。ところが黒は、明るさがほぼゼロで、鮮やかさもゼロ。色合いも決まらない、色の世界の一番下の、ピンポイントの一点です。

混色で狙うには、すべての要素を同時にゼロ近くまで持っていく必要があります。どれか一つでも残ると、すぐに「色の付いた黒」になってしまいます。PrusaもColorMixの説明で、CMYだけを混ぜると本当の黒ではなく、青みがかったグレーになると書いています。ponkichiさんの苦戦は、まさにこれだと思います。

3. それでも、一番混ぜる必要があるのが黒

困ったことに、黒は一番よく使う色でもあります。

明るい色を暗くしたいとき、影を付けたいとき。陰影を表現するには、ほとんどの色に黒を混ぜることになります。印刷の世界でCMYに加えて黒(K)のインクを使うのも、同じ理由です。

そして、黒は混ぜたときの影響力がとても強い。後で写真を見ていただきますが、白に黒をほんの少し混ぜただけで、ぐっと暗くなります。PLAで測ってみると、白の明るさ(L)は約79、黒は約7。ところが黒がたった5%で、Lは約40まで落ちていました。白と黒のちょうど中間あたりです。フィラメントは少し光を通すので、白の部分を通った光が黒に吸われてしまうのだと考えています。

ponkichiさんも、「単純に5色のツールヘッドを使えば黒問題が解決するとも限らない。純黒がまわりに及ぼす影響力が強すぎる」と話していました。Prusaも、黒が不透明すぎると混色がすぐに暗くなってしまうので、黒の不透明度を調整したと説明しています。

黒が無いと黒が作れない。でも、黒を入れると強すぎる。ここが、黒が特異点たるゆえんだと思います。

FlexChromaでは黒をどう扱っているか

まずは、白と黒を混ぜた結果を見てください。

PLAでは、黒がわずか1%で、もうはっきりしたグレーです。25%では、ほぼ黒になっています。一方のPETGは穏やかで、黒5%でようやくPLAの1%くらいの明るさです。とはいえ黒色が支配的なことは変わりませんね。
同じ黒でも、材質によって強さが違うのは白のフィラメントの透過率の影響が大きい気がします。

この黒の強さに、FlexChromaでは「カラーカーブ」で対応しています。

FlexChromaのGradient Filamentは、2色の間を段階的に変化させるフィラメントです。混色比を等間隔に変えても、人の目には均等に変化しているようには見えません。そこで、見た目の色の差(ΔE00という色差の指標)が均等になるように、それぞれの段階にどの混色比を割り当てるかを決めています。この割り当て方が、カラーカーブです。

カラーカーブは4種類あり、黒に関係するのは「Contrast」と「Deep」です。

・Contrast：コントラストの高い組み合わせに使うカーブ。見た目の変化の前半40%を、混色比0〜10%弱の範囲で使います ・Deep：黒を含む組み合わせに使うカーブ。さらに極端で、見た目の80%まで進んでも、混色比はまだ約40%です。そこから最後に、一気に100%の黒まで上がります

Deepのカーブを見ると、黒の比率が60%を超えたあたりから、見た目はほとんど変わらないことが分かります。そこに段階をたくさん割り当てても、ほぼ同じ黒が並ぶだけなんですよね。DeepはContrastとよく似た形ですが、黒の側だけ、さらに思い切って詰めています。黒が特異点だからこそ、黒に特化したカーブが必要になるわけです。

ちなみに、写真で見たPLAとPETGの差は、カーブを材質ごとに分けることはしていません。そこまで細かく分けると、使う側が選ぶのが大変になってしまうと考えているからです。

今、MakerWorldで公開しているGradient Filament S4(β版)には、VividカーブとContrastカーブまで収録しています。黒を含むGradient、つまりDeepカーブのモデルとNeutralカーブは、まだ公開していません。正式版を出すときには、全て収録する予定です。

おわりに

黒は、重要なのに見分けにくく、一点を狙う必要があり、しかも強すぎる。混色をやる人にとって、なかなか手ごわい相手です。

そんな中、気になるフィラメントが出てきました。Prusaが2026年9月に発売した「Prusament PLA ColorMix Black」です。半透明のフィラメントを混ぜて色を作るためのシリーズの黒で、混色が暗くなりすぎないよう、不透明度を調整したと説明されています。いわば、「特異点としての強さを和らげた黒」です。

実は、このColorMix Blackを注文する予定です。海外からの発送なので、いつ手元に届くかは分かりませんが、届いたら、普通の黒(Jet Black)と並べて、NIX Mini 3で測ってみたいと思っています。黒の「強さ」が数字でどう見えるのか、その時はまた記事にしますので、気長に待っていてください♪

ponkichiさん、きっかけをいただき、ありがとうございました。

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