Оптическая связь свойств камня с дизайном

Говорить об оптическом исследовании камня в торговых условиях сейчас трудно – хотя бы из–за не устоявшегося представления большинства клиентов о природе цветного зрения и самой сущности цвета. Так, многие сейчас называют «цветом» поступившее через зрение совокупное фактурно-живописное ощущение в пределах видимого контура камня. Однако такое представление научно и технически не обосновано, поэтому его приходится разлагать на более простые части, различение которых осуществимо современными техническими способами измерения, записи и воспроизведения.

Так, можно выделить однозначные объективные понятия

– физически истинного цвета светового луча,

– технически измеримого цвета луча,

– физиологически отличимого и сопоставимого с прочими цвета светового луча,

– физически истинной светопреобразовательной характеристике точки вещества,

– кажущейся светопреобразовательной характеристики точки вещества в стандартно заданных условиях освещения;

– дифференциальной, колебательной и статистической мер неоднородности распределения каждого из этих свойств лучей по сечению лучевого потока. [23]

Важнейший для оптики обыкновенный свет – единственный природный носитель видимого цвета – суть вовсе не инертный кусок эфира между зрителем и изучаемым объектом. Характеристика освещения для фотометрического исследования цвета отражённого объектом в глаза зрителя луча не менее важна, чем характеристика самого объекта. Более того: при необходимости объективного инструментального измерения объекта измерение освещения неотъемлемо дополняет его. Так, сейчас технологически возможно с помощью различных светотехнических методов различить перепады отражательной способности каждой точки поверхности камня, недоступные человеческому зрению. То же можно сказать и о спектральном анализе. Но следует учесть: для всех таких измерений необходима стерильная, оптически нейтральная и простая светолучевая среда.

Также, даже если учесть существующие методы измерения однородного цвета, то важна неоднородность цвета камня. Его цвет не бывает однородным для всех точек, не может быть изменён без потери ценности, и не является сложенным простыми цветами, как это бывает при полиграфической репродукции точки цветного фото. Более того: камень не подобен краске не только хроматически; цвет полупрозрачного камня зачастую и геометрически «на степень глубже» привычного полиграфического цвета, и в нём имеют значения даже цвета точек под поверхностью камня. А это значит, что требуется исследовать не только отражённый поверхностным слоем, но также поглощённый и пропущенный несколькими последующими слоями цвета. То есть, для исчерпывающего изучения цвета камня – в отличие от красок и пластиков – не применим старый фотограмметрический метод Международной комиссии по освещению, созданный для исследования электрического света в 30–х годах 20–го века. [25]

Наиболее же характерно в колористике камня то, что сильные как относительный, так и абсолютный разброс возможных цветов одного и того же вида породы по её поверхности и по разным её образцам представлены очень неочевидными законами. И эта колористическая неоднородность считается не только нормальным – но порой самым ценным! – свойством, наравне с механической устойчивостью. Между тем, фотограмметрия явно не готова работать с этим объёмом равнозначных цветовых и даже геометрических данных, каковые описывают цветной камень исчерпывающе.

Из этого положения напрашиваются либо художественно–научный, либо органолептический выходы, причём производственные инженеры во всём мире предпочитают именно органолептический. Однако этот метод весьма несовершенен: зрение человека не способно различать даже те свойства цвета, которые технически соответствуют различным мерительным методам. Поэтому органолептическое оптическое изучение камня непременно сочетается с обширными теоретическими знаниями умениями, позволяющими намеренно нацелить зрение в отношении неразличимых без намеренного наблюдения характеристик. [20].

Итак, причины даже однородной окраски минералов не вполне изучены современной наукой и зависят от сочетания многих факторов. Великий учёный-минералог СССР академик А. Е. Ферсман предложил выделять следующие составляющие окраски минералов:

– идиохроматическая, обусловленная хромофорными элементами химического состава;

– стереохроматическая, зависящая от структурных особенностей кристаллической решетки минерала;

– энергохроматическая, связанная с изменением энергетического состояния атомов под влиянием радиоактивного излучения;

– аллохроматическая, образуемая посторонними включениями и примесями другого минерала;

– псевдохроматическая, обусловленная рассеянием и интерференцией световых волн от поверхности и внутренних неоднородностей бесцветных кристаллов.

Итак, подход русского интеллигента к цветному камню, как к подобию дорогостоящего равномерно окрашенного фарфора, Ферсман при жизни счёл бы оскорблением лично себя. Такое тщательное рассмотрение живописной природы камнерезного сырья справедливо не только для свидетеля заката доиндустриальной камнеобработки Ферсмана, но и для целой армии ныне здравствующих в России его последователей – петрографов, резчиков, старателей, купцов и более мелких любителей.

Известно, что рисунок монолитного материала в резном изделии может являться частью содержания этого произведения. Эта особенность фундаментальна для камнерезного дела. Печально, что современные компьютерные технологии чтения, представления в машинной памяти и реализации художественной формы нисколько об этом рисунке не заботятся. Не имеют широкого применения ни неразрушающий сканинг внутренности каменной заготовки, ни способы оптимального размещения изделия в таком оцифрованном массиве. Более того: не написаны программы, хотя бы грубо имитирующие фигуры каменного массива. Здесь не следует обманываться эффектным методом растровой обёртки «texture mapping»: он формирует грубо поддельную в отношении вещества картинку. Не следует также пытаться задать рисунок камня параллельными сечениями; этот привлекательный простотой метод приводит к грубому нарушению неочевидных, но зрительно заметнейших законов каменной окраски. Единственный – долгий и трудный – путь промышленной имитации каменного материала лежит через так называемые «generative volumetric continuum models» – модели неповерхностных, но сплошнообъёмных фигур, обнаружимых фигурным сечением объёма поверхностью, и задаваемые косвенно петрографически обоснованным алгоритмом. [35]

Таким образом, сейчас разметка конкретной заготовки под цифровое изделие – целиком задача ЧПУ–механика или АСУТП–оператора. Поэтому при выборе материала для цифровой скульптуры актуальны однородно мягкие и одноцветные статуарные мраморы. Однако в ряде случаев для скульптуры может подойти и пятнистый, и даже отчасти прозрачный массив. Более того: твёрдый камень также пригоден к абразивному фрезерованию – если только в нём отсутствуют дефекты механической однородности. Вся трудность при этом в эмпирическом подборе геометрического и физического режима механической обработки, единого для всего массива заготовки, но при этом учитывающего свойства каждого её отдельного участка. [16]

Рекомендации по геологическому отбору пород

С позиций общей геологии природный камень является отделённым логически и физически от вмещающего вещества фрагментом горной породы. Эта порода вследствие геологических процессов, породивших её, имеет определённые этим происхождением свойства. Изучение геологического происхождения и предтехнологического «пути» камня имеет практические цели – получение научных ценностей: теоретических и практических знаний и умений. Цель технологического исследования камня – потребление его как сырья для работ существенных культурного, общественного, экономического и прочих значений. Общегеологические исследования камня – определение генезиса породы камня, определение петрографико–минералогической характеристики его породы и слагающих её минералов. Петрографический подход к камню посредством разведочных, геологических и лабораторных работ формирует целевую характеристику этого объекта как заготовки. Далее возможно передать эту характеристику вместе с камнем инженерам обрабатывающего предприятия. Общегеологическое значение камня может быть описано путём отнесения его к известному петрографическому виду. Все известные камни сведены в классификации различного происхождения и назначения, по единым общим свойствам. Такими свойствами могут быть вид генезиса определённого камня и частный ход этого генезиза, приведший этот камень в руки добытчика; минеральный состав камня; принадлежность его породы определённому виду пород. Последняя задача особенно важна для дальнейшего технологического изучения камня. В данном разделе работы приводится пример технологически разумного обобщения подобных классификаций пород камня. [16]

Группа гранитов

Породы группы гранитов в результате медленного остывания под давлением толщи земли имеют ясную полнокристаллическую структуру. Генетически среди них легко различимы ясно зависимые от происхождения группы различного химизма: от преобладания кислотных веществ до преобладания щелочных.

Гранит – кислая порода. Текстура массивная с незначительной пористостью, иногда гнейсовая. Чем меньше зерна, тем выше прочность и долговечность. Эти породы плотны, прочны, декоративны, хорошо поддаются полировке, имеют обширную гамму цветов, от черного до белого. [15] Гранит крайне трудно обрабатывается. Плотность пород группы гранитов 2,55÷3,06 т / м ³, пористость 0,50÷7,0%, прочность на сжатие 70÷300 МПа, твердость по ряду Мооса «6», «7».

Сиенит – средняя порода, содержит те же минералы, что и гранит, за исключением кварца. Цвет более светлый, легче обрабатывается.

Диорит – основная порода из плагиоклаза и темноцветных пироксена, амфибола; биотита, ортоклаза. Цвет серо-зеленоватый. По свойствам не уступает граниту, лучше раскалывается, но плохо полируется и устойчив к абразивному действию; это обусловило обыкновение применять его для мощения полов, улиц, как ступени, как бортовые камни, шашку и т. п.

Габбро – основная порода из плагиоклаза, пироксенов и амфиболов. Присутствие темноцветных минералов делает габбро вязким и прочным. Трудно обрабатывается, хорошо полируется. Цвет черный, темно–серый с различными оттенками. Разновидностью габбро является лабрадорит – «царский камень», мерцающий пятнами радужной иризации. Лабрадориты бывают темных и реже светлых тонов – например, редчайший беломорит. Наличие рудного минерала портит декоративность ряда сортов лабрадорита: разлагающиеся в камне руды образуют ржавые потеки на облицовке.

Группа базальтов

Породы группы базальтов относятся к массивным излившимся горным породам. Базальты имеют долеритовую, порфировую и интероертальную с микролитовой основной массой структуру. В зависимости от условий кристаллизации структуры базальтовых пород подразделяются на полнокристаллические, полукристаллические и стекловатые – раскристаллизованные на 70%. По размеру зерна бывают 2÷5 мм, менее 2 мм и более 2 мм. Текстура пород пористая, флюидальная, массивная, пузырчатая. Цвет – от черного до тусклых синеватого, розоватого, зеленоватого и красноватого. Плотность базальтовых пород 1,6÷2,9 т / м ³, пористость 0,4÷39,6%, прочность на сжатие 16,5÷350 МПа, твердость по Моосу «5», «6». Породы группы базальтов трудно обрабатываются, хорошо раскалываются, плохо поддаются полировке.

Породы группы базальтов характеризуются различной степенью пористости. Внешне плотные разновидности обладают мельчайшей (невидимой) пористостью до 10%. Разновидности с видимой пористостью можно разделить на мелкопористые и крупнопористые андезиты, и андезито–базальты – более пористые, чем базальты.

Ниже в табл. 2.9 даны основные свойства пород группы базальтов.

Таблица 2.4.1. Архитектурные свойства пород группы базальтов

Показатель	Базальт	Мелано­ базаль­ты	Анде­зито базаль­ты	Анде­зиты	Дациты	Анде­зито­ дациты	Липа­рито­ дациты
Плотность, кг / м 3	2477	2516	2119	2264	2350	2216	2576
Плотность, кг / м 3	2870	2960	2800	2720	2570	2680	2680
Пористость,%	13,5	15	23,9	16,5	8,3	17,6	4
Водопоглощение, %	2,45	4,6	3,9	3,9	2,2	3	1,2
Предел прочности на сжатие, МПа	102,2	71,2	56,5	70	147,6	74,3	163,2
Коэффициент морозостойкости при 50 циклах	0,91	0,86	0,94	0,82	0,79	0,86	0,96