車の塗装の23次元世界

アダルベルト・ゴンザレスは、北カリフォルニアで最高の自動車塗装職人の一人と言えるでしょう。カリフォルニアのローライダー文化に見られるような、目を見張るような輝きを放つスタイルではなく、イタリア製のエキゾチックカーの塗装を手がける機会は滅多にありません。

ココというニックネームで知られるゴンザレスは、アラメダ・コリジョン・リペアの塗装室を担当している。ここは高品質な修理工場で、週6日、毎日13台強の車を修理している。パネルの塗装は、ちょっとしたへこみからもっとひどい傷まで、車の修理における最終工程であり、ボトルネックとなる。ゴンザレスが優れているのは、その速さにある。ボトルネックを解消する達人と言えるだろう。しかし、他の多くのアーティストとは異なり、彼の仕事ぶりに少しでも気づけば、それは間違いを犯している。

まさか、大したことない、と思っているあなた。例えば、2015年式のトヨタ・カムリ、ルビーフレアパール（赤）の車が届き、ドアが潰れてボンドで固めて研磨する必要がある。棚に行って2015年式のトヨタ・ルビーフレアパールを取り出し、エアガンにキャニスターをカチッと差し込めば、もう走れるじゃないですか。そうでしょう？

いいえ。自動車メーカーは5万～6万色の車の色を路上に展開していますが、アラメダ・コリジョン・リペアのような大手ボディショップでさえ、棚に並んでいる色は70～80色しかありません。ゴンザレスさんは単に塗装が速いだけでなく、色合わせも速いことがわかりました。「一番近い色を見つけて、それから色を合わせるんです」と彼は言います。

ゴンザレスは、物理的性質や化学的性質が異なっていても、基準となる色と区別がつかない「メタマー」と呼ばれる色を作り出している。これは容易なことではない。自動車のカラーはますます洗練され、複雑化している。例えば「ハーレクイン」は、見る角度によって3つの異なる色に見える。新しいマットカラーは、パールカラーやメタリックカラーと競合している。しかし、深く哲学的な観点から見ると、これらはどれも重要ではない。なぜなら、光が塗料とどのように相互作用するかという物理学よりも、目と脳がその物理学を色の概念に変換する生物学と神経科学の方が重要だからだ。

ゴンザレスはまず、壁掛けのコンピューターのタッチスクリーンで、純正塗料メーカーの色を再現する基本的な配合を調べることから始めます。特定の純正塗料には、アクゾノーベル¹やPPGといったアフターマーケットメーカーの塗料を7種類、8種類、あるいは12種類も配合する必要があるかもしれません。（ちなみに、私のいとこの会社がアラメダ・コリジョンに塗料を供給していて、ゴンザレスを紹介してくれたことをここで明かしておきます。）

しかし、たとえレシピが手元にあったとしても、ゴンザレスは「現場差異」を考慮しなければならない。これは、この車がどれほどひどい状態なのかを丁寧に表現したものと言えるだろう。2年間も屋外に駐車されていたのだろうか？新車生産開始時に塗装されたのだろうか？組立ラインの塗装システムが適切に洗浄されておらず、前の色が少し残っていたのだろうか？「より暗く、より汚れている」のだろうか？少し赤みがかっているのだろうか？少し青みがかっているのだろうか？

プラスチック製のジャンプスーツにミッキーマウスの野球帽をかぶったゴンザレスは、ウォークインクローゼットほどの広さの部屋で作業している。その部屋は、彼がパーツを塗装する、換気の良い大きな作業場に隣接している。数十色もの塗料は、床から天井まで伸びる塗料が飛び散った棚の上に置かれた白いプラスチック容器に入っている。ゴンザレスは壁に取り付けられたディスペンサーからプラスチック容器を取り出し、秤に載せ、棚から塗料を注ぎ始める。基本レシピに従って。作業台は黄色いテープで貼られた包装紙で覆われ、床はジャクソン・ポロックの絵画のような、意図せずして斑点模様になっている。

混ぜ終わった後も、色はまだ正しくなりません。

組み立て後、自動車は精巧に自動化され、工業化された塗装工程を経る。いわゆる「ホワイトボディ」、つまり鋼鉄とアルミニウム、そして時にはプラスチックとカーボンファイバーでできた完成車は、リン酸塩処理で洗浄され、その後、電気泳動コーティングの略であるe-コートタンクに浸される。そこで発生する電荷によって、灰緑色のスラッジが薄く均一な層となって車体に付着する。これが、他のすべてのもの、つまり塗料が付着する表面となる。

「電着塗装の後、ボディーリペア工場で色を再現しようとするようなものを塗布していきます」と、世界最大の塗料・コーティング会社PPGで長年色彩の専門家として活躍するマイク・ヘンリー氏は語る。彼は35年間この業界で働いているが、色彩の世界のほとんどの人々とは異なり、化学者ではない。マイアミ大学でスタジオペインティングの修士号を取得しているのだ。

次の層はプライマー、あるいはプライマーと塗料の組み合わせです。化学的性質は様々ですが、塗料は基本的に、光を反射・吸収して特定の色を出す顔料、顔料を表面に運ぶ溶剤、そして顔料を混ぜ合わせておくバインダーの組み合わせです。顔料には、メタリックやパールのようなフレークをより細かく、あるいは粗く見せるシリカなどの成分が含まれていることもあります。こうした効果により、塗料は「ゴニオクロマティック」、つまり角度によって仕上がりが異なる色彩特性を持ちます（ゴニオはギリシャ語で「角度」を意味します）。

次に塗装ロボットが塗料を霧状にします。「霧化とは、液体を可能な限り細かい粒子に爆発させることです」とヘンリー氏は言います。車体に向けて噴霧された霧状の塗料は、軽い電荷を帯びて対象物に引き寄せられ、無駄を省きます。「車に密着する霧のようなものです」。加熱された「焼き付け」サイクルでこの層が硬化し、次にラインのロボット機械が別の層を噴霧します。顔料以外の成分はすべて同じで、保護用のクリアコートです。車の色は単なる表面ではありません。光が透過し、完全に変化した状態で再び現れる立体的な殻なのです。

交通事故に遭ったり、駐車場の柱に車をぶつけたりしたとき、削り取られるのは、およそ 4 層の電気化学反応によって作られた複雑な光子経路です。

修理工場はそんな面倒なことはしません。良い工場なら、プライマー、クリアコート、そして色を何層にも塗り重ね、さらにはへこみを滑らかにするためにエポキシや樹脂も使用するでしょう。原子レベルの構造は、光の特定の波長を吸収し、他の波長を反射または屈折させますが、元の状態とはほとんど関係がないかもしれません。

しかし、正しく行えば、同じように見えます。

光はクリアコートの最表面に当たって反射し、目に届くだけではありません。光子と呼ばれる局所的な電磁場を乱す離散的な現象として透過します。光子が粒子や波のように振る舞うことは、おそらく既にご存知でしょう。確かにその波長が色となりますが、コーティングの粒子や樹脂との相互作用によって、その波長や方向が変化することがあります。

黒色顔料の粒子は光を吸収し、反射して目に到達する光子の数を減らします。一方、白さは、二酸化チタンのような顔料の機能だけでなく、複数の表面相互作用によっても決まります。二酸化チタンは、ほぼすべての人工色に含まれる、白よりも白いという典型的な性質を持っています。これらの顔料やその他の顔料は光を散乱させ、通過する光子の進路を長くしたり短くしたりします。

光子は表面で反射し、到達した角度で​​跳ね返ることがあります。また、屈折して異なる軌道をたどることもあります。光が物体に当たると、どちらも起こります。しかし、表面は光を回折し、その進路を曲げることもあります。光が物体をかすめる時です。表面に埋め込まれた色素粒子が入射波長とほぼ同じ大きさ、またはわずかに大きい場合、粒子の異なる部分が、光子を構成する電場と磁場の変化の異なる部分と相互作用します。波は建設的にも破壊的にも干渉し、散乱や最終的な外観を変化させます。

（これはミー散乱と呼ばれます。大気中の粒子のように、粒子が光の波長よりも小さい場合に適用されるレイリー散乱とは異なります。水蒸気で満たされた空はレイリー散乱のために青く見えます。水滴でできた雲はミー散乱のために白く見えます。）

こうした物理法則は、実は見た目に大きく影響します。二酸化チタンと中性で光吸収性のある顔料で作られた白いコーティングは、コーティングの粒子が小さければ青みがかって見え、粒子が大きいと黄色みがかって見えます。この違いは、光が表面に入射して戻ってくるまでの経路の長さです。（そして実際には、ミーの数学は球状の粒子にのみ適用されます。塗料などのコーティングにおける真の色彩科学には、層全体の伝播時間を積分するクベルカ＝ムンクの方程式が必要です。色のための微積分、まさに現実です。）

これらすべてを聞くと、思わず叫びたくなるでしょう。「いいでしょう？でも、その物体は何色ですか？」と。もちろん、「表面から戻ってくる光の波長は？」と聞けばいいだけです。人間の目は、桿体と呼ばれる3種類の受容体を通してそれを感知します。桿体にはそれぞれ異なる波長の光に最も反応する性質があります。

しかし、それだけではありません。実際には、脳はその情報を用いて、その色が2つの選択肢のどちらに当てはまるかを判断します。赤っぽい色と緑っぽい色、青っぽい色と黄色っぽい色です。脳がどのようにして原色から世界の色を組み立てるのかを解明しようとしたドイツの生理学者カール・エーヴァルト・ヘリング（1834-1918）は、最も基本的な組み合わせは青と黄、赤と緑の組み合わせであると理論づけました。

ヘリングは1878年に、これらの「反対色」は互いの残像を目に残すと指摘しました。さらに奇妙なことに、黄緑や青赤は見えても、赤緑や青黄色は見えません。これが「反対色」と呼ばれる理由です。いわゆるヘリングの反対色が実際に神経生物学的なものであるかどうかは、確かなことは誰にもわかりません。科学者たちは何十年も脳内の反対色構造を探し求めてきましたが、成果は限られています。しかし、理論としては非常に素晴らしいものです。なぜなら、これらの2つの反対色の勾配を、2つの直交軸を中心とした4つの象限に分割すれば、人間の目が認識できるほぼすべての色を再現できるからです。

また、色の明るさや暗さ、つまりいわゆる無彩色の白と黒がどのくらい含まれているかも知りたいので、明るさを表すために、他の 2 つの軸に再び垂直な、中心を貫くZ の軸をもう 1 つ作成できます。

これで、明度と2つの反対色軸からなる3次元の色空間が完成しました。明度軸から色平面の端に向かって同心円を描き、彩度を表します。極軸に向かってパステル調に、端に向かって鮮やかになります。これで、ほぼすべての知覚可能な色を捉えることができます。これは、スウェーデン自然色システムなど、一部の商用色システムの根底にある考え方です。もう一つのCIELAB色空間（CIEは国際照明委員会、Commision Internationale de l'Eclairageの略）も、ヘリング幾何学にほぼ近似しています。L 、 a 、 bが軸であり、その色の違いは、幾何学的に、人間が実際に知覚する色の違いにマッピングされると考えられています。

少し考えてみてください。比喩的な三次元空間で、任意の点が特定の色で表現されます。その二点間の距離は、それらの色の知覚的な差を定量化したものです。

公平を期すために言うと、CIELABは色素（吸収と反射）よりも色光（発光）に適しており、しかもほぼ均一な色空間に過ぎません。様々な色空間はどれも、特定の照明条件、特定の視野、理想的な観察者といった条件でしか機能しません。そして、そのほとんどは、色から色への定量的な変化が人間の目に見える色を正確に表現していないため、境界面で多少のばらつきが生じます。

もちろん、色空間をマッピングする方法は様々です。例えば、色平面に色相と彩度を使い、Z軸に明度（明暗）を使えば、全く別の世界が広がります。この問題を研究する分野である心理物理学には、ぜひ読んでいただきたい書籍が山ほどあり、色彩研究者たちはより正確な空間の構築に取り組んでいます。しかし、それらは計算的に複雑になる傾向があり、ヘリング導出空間の簡潔なユークリッド幾何学に比べると、かなり洗練されていません。

メタリックやパールの輝きをかなり強調していたのも覚えていらっしゃるでしょう。それが物事をさらに複雑にしているんです。

2000年、量子化学者のエリック・キルヒナーは転職を決意した。彼は世界第2位の塗料会社であるアクゾノーベル社に勤務していたが、同社の色彩研究研究所に空きがあった。「色彩…素晴らしいテーマだと思ったんです」と彼は語る。そこで彼は、何千^人もの研究者と共に、その研究所の研究員となった。研究所の研究の一つは、ゴンザレスのような画家が色彩の配合を見つけるのに役立つソフトウェアの開発だ。

キルヒナー氏はより具体的なテーマを念頭に置いていた。それは輝きだ。「メタリックやパールのような『エフェクトコーティング』は、見る角度によって色が変わる。これはよく知られた事実です」とキルヒナー氏は言う。「様々な角度から測定できるのは素晴らしいことですが、質感もわかるんです。均一な色ではないんです」。こうしたゴニオクロマティック効果には粒子があり、輝きが見た目に影響を与える。

「光の条件によって大きく変わります。直射日光が当たると、キラキラとした効果が現れます。曇り空だとキラキラ感は消え、ざらざらとした印象になります」とキルヒナー氏は言います。「今では当たり前のことのように聞こえますが、2000年以前の文献では、このような教え方は決してありませんでした。」

そこで彼のチームはテストを始めました。様々なコーティングのサンプルを人々に見せました。全くキラキラ感がないと報告されたものをゼロとしました。そして、最もキラキラ感の強いものに8という値を割り当てました。そこから中間のバージョンを作り、人々に順番に並べてもらいました。「同じ色でキラキラ感の異なるサンプルを56個作りました」とキルヒナー氏は言います。「これには長い時間がかかりました。何ヶ月もかけて作業したんです。」

最終的に、彼らは8枚のパネルのセットを完成させました。テストの結果、これらのパネルは輝きの値が上昇しているだけでなく、輝きの点で互いに全く同じ距離にあることが分かりました。つまり、これで指標が得られたのです。

2007年までに、彼らはこうした定量的なブリンゴメトリーのすべてを理解するアルゴリズムを構築し、それを分光光度計に学習させました。分光光度計は、色のある表面を観察することでその特性を測定できる装置で、基本的には精密で適切に調整された高性能デジタルカメラです。これは今ではBYK-macと呼ばれる標準的な機器になっています。（ちなみに、BYKとはBYK-Gardnerの創設者の一人であるハインリッヒ・ビックのことです。macは「マルチアングルカラー」の略です。）

そこで私はキルヒナー氏に尋ねます。色空間に 4 番目の次元を追加しましたか?

彼によると、実際はもっとひどいそうです。「色は角度によって決まり、通常、色を特徴付けるには3つ、5つ、あるいは6つの角度が必要です」と彼は言います。「6つの角度と3つの色の次元を掛け合わせると、18になります。」

それであなたは—

「そして、粗さの次元を追加しましたが、きらめきは角度にも左右されます。つまり、きらめきを3つの異なる角度で評価することで、適切な特性が得られることがわかりました。つまり、18に1と3を足して、合計22の次元があるということです。」

数週間後、キルヒナー氏にこの計算を再確認するためにメールを送ったところ、彼は確かにその通りだと言い、しかし「拡散粗さ」という別の指標を忘れていたと返答しました。これは、完全に拡散した光の下で色を見るときに使われる指標です。つまり、23ということになります。

23次元の色空間。「2種類の車のコーティングを比較する場合、この23次元を比較して違いを見つける必要があります」とキルヒナー氏は言います。「そうすれば、それらの車のコーティングが視覚的にどれほど異なるかを示す方程式が得られます。」

実際、色を作り混ぜる人は塗料のすべてをコントロールできる。すべての塗料には光沢角と呼ばれるものがあり、最も輝きが増す角度だ。そしてメタリックカラーにはメタリック粒子が含まれていることが多い。「これらの粒子がきちんと整列していないと、光沢角の外側で多くの輝きが出ます」とキルヒナー氏は言う。「すべてのフレークが塗装面と平行であれば、ほぼ鏡のような状態になり、光沢角に近い部分で多くの輝きが出ます」。メーカーは粒子が整列しないように「方向感覚を失わせる着色剤」を加える。逆に、ドイツの自動車メーカーが近年導入しているような、よりマットで「殺傷力の高い」色には、光沢を消すマット剤が含まれている。

そうは言っても、ワイン色の海のように多次元カラースペースの広大さがあなたの周りに広がっている中で、本当にクールなことを聞​​きたいと思いませんか?

ココ・ゴンザレスは分光光度計を使わず、目で色を合わせます。

アラメダ・コリジョン・リペアのゴンザレス作業室にあるコンピューターの向かい側、塗料棚の上には、ネジや釘を入れるプラスチックの引き出しがいくつかある。しかし、この引き出しは色とりどりだ。トランプより少し小さい厚紙がキーホルダーに取り付けられており、色空間から切り取った点のように、色の範囲が記されている。カードの裏面には、純正色に対応する色や、市販色との混合方法などが記されている。

しかし、ゴンザレスにとって本当に役立つのは、彼が自分で作ったカードだ。優れた画家なら誰でもそうであるように、ゴンザレスは特定の車に合う新しい配合やレシピを思いつくと、スプレーアウトと呼ばれるものを作る。スプレーアウトはそれぞれ速記パッドほどの長さと幅があり、色ごとに並べられて山積みになっている。

「ほら」とゴンザレスはようやく言い、棚から6枚ほどのカードを取り出した。どれも白く見える。「見せてあげよう」。私たちは店の中へと入った。そこにはトヨタMR2コンバーチブルが、ひどく乱雑な状態で置かれていた。ルーフは下がっていて、ボンネットは外され、フェンダーはへこんでいる。ゴンザレスはドアパネルの汚れや砂を拭き取り、カードを1枚掲げて私を見た。「同じ？それとも違う？」と彼は尋ねた。

ゴンザレスは銃のような形をした懐中電灯を点灯させ、カードと車の間の線に向けます。これは太陽光を模したものです。彼は懐中電灯を私たちの真後ろから左右45度くらいの角度まで動かします。そして頭を動かして、横からの色を確認します。サイドトーンは非常に重要です。面白いことに、角度によって色が変わることを「フロップ」と呼びます。

ついに挑戦する。カードを指差して、「もっと黄色いよ」と言う。

彼は微笑んだ。「わかった」彼はカードを受け取った。「これ？」

「それはもっと暗いですか？」

分かりました。わかりました。ここで探していたものがなんとなく分かりました。分光測光法は、2つの色の違いを表す式に変数を埋めるのに非常に優れていますが、人間の目は「ヌル検出器」として非常に優れており、違いの存在を非常に敏感に察知します。

少なくとも一部の変数についてはそうだ。「人間の3つの錐体受容体は、短波長、中波長、長波長に敏感です。つまり、青、緑、赤の受容体があると言えます」とPPGの色の専門家であるヘンリーは言う。しかし、色受容体の特性評価だけでは全体像がわからないことも彼は知っている。受容体のピーク波長が不均等に重なるだけでなく（これは、人間のような霊長類が3色を見る能力を失い、その後幸運な突然変異によってそれを取り戻した「三色型色覚」の進化の歴史によるものだ）、受容体の数が均等ではない。人間は他の種よりも赤に敏感な錐体細胞が多い。「そのため、ユークリッド色空間の観点から見ると、青と赤青の対立関係はうまく一致しないのです」とヘンリーは言う。

それは現実世界で何を意味するのでしょうか？「分光光度計を使っていた時、問題があることに気づきました。異なる色空間でスケールがずれていたんです」と彼は言います。「白のような明るい色では、ごく小さな数値まで見分けられるのですが、彩度の高い色、特に有彩色の青になると、見分けがつかなくなってしまったんです。」つまり、ゴンザレスが白い車ではなく青い車を見せていたら、私はゲームでそれほどうまくできなかったかもしれないということです。「心理物理学的な観点から言えば、私はあまり優れたセンサーではありません」とヘンリーは言います。

ゴンザレスがスプレーアウトをすべて保管している理由の一つは、まさにこの点にあります。しかし、それだけではありません。それぞれのカードの裏面には、それぞれの正確な配合が記されています。つまり、スプレーアウトを作る本当の理由は、そのスピードです。公式カードや会社のカード、作業室のソフトウェアから色を調合する代わりに、ゴンザレスは車を目で見て、必要な数のスプレーアウトを取り出し、それぞれを車の横にかざして、より近い配合を探ることができるのです。

2つの中間の車が来たら、両方作って色を混ぜ合わせたり、白や黒で色を濃くしたり薄くしたりして、新しいスプレー塗料を試作します。さらに工程をスピードアップさせるために、段ボール箱を逆さまにして、底にピザ窯のような小さなフラップを切り抜き、上部にドライヤーを差し込める穴を開けました。新しい色を混ぜ、新しいカードをスプレーし、ドライヤーの下に差し込むだけで、あっという間に準備完了です。塗装室は修理工場のボトルネックであることを忘れてはなりません。アラメダ・コリジョン・リペアが1日に13台の車を塗装するには、塗料の供給が不可欠です。

そこでゴンザレスに尋ねますが、それらのカードを他の画家と共有しているのですか?

「そんなわけないだろ」彼はそう言って、重ねた紙幣を体に引き寄せ、守るように言った。「あれは俺の物だ」

分光測色法と測色法、そしてアリストテレスにまで遡る色彩理論の歴史を1世紀にわたって積み重ねても、ゴンザレスの目にはかないません。ゴンザレスの目は誰にでも向いているわけではありません。「私は物理学者ですが、物理学者にとってこのような分析は難しいです。物理学者はまず、物質の組成を理解し、それに基づいて適合させようとするからです」とキルヒナー氏は言います。「しかし、このコーティングで何が見えるのか？そして、それに基づいてどのように適合させることができるのか？その方がはるかに優れた戦略です。」

もちろん、ゴンザレスは他にも技を知っています。まるでダンサーが踊るように、滑らかに、そして正確にペイントします。こうすることで、クリアコートの層が重なることで生じる「トラ縞」を回避できるのです。塗装する箇所に沿ってクリアプライマーを塗り、新しい部分と古い部分をうまくブレンドする方法も熟知しています。まるでアーティストのように動きます。

実際、彼の仕事ぶりを見ていると、色空間の次元をまたも過小評価していたことに気づかされる。光子は物体の表面から目へと瞬時に移動するわけではない。光には速度、つまり時間当たりの距離がある。真空中では毎秒3億メートル弱で、媒質によって速度は遅くなる。つまり、腕を伸ばした距離から車を見ているとき、脳は実際には1億分の1秒前の色を処理しているのだ。何も処理していないわけではない。ほとんど何も処理していないが、全く処理していないわけではない。色は変化している可能性がある。それは誰にも分からない。

さらに先へ。ゴンザレスがMR-2の作業を終えたら、それはまた元の白に戻るだろう。つまり、5年前にラインオフした時のオリジナルの色ではなく、2週間ほど前、あの不運な衝突事故の直前の色だ。

では、24次元の色空間にしましょう。ゴンザレスは、目に見えるすべての変数を制御することで、もう一つのものを制御しているからです。それは時間です。

¹更新 7/27/18 9:35 AM AkzoNobelのスペルを修正しました