色彩學原理色彩的形成光與色彩光是自然界的一種物理

1、1-1 1-1 光的色散1-1 1-1 光的色散色彩學原理第一節(jié) 色彩的形成光與色彩光是自然界的一種物理現(xiàn)象。對于地球來說，最大的光源就是太陽。太陽給地球帶來生命，同時也賦予世界萬紫千紅的色彩。我們習慣上認為太陽光是白色的，但實際上，它包含了彩虹的全部色彩 紅 . 橙 . 黃 . 綠 . 青 . 藍 . 紫，這就是光譜的顏色，是人類肉眼可感知的可見光顏色。在牛頓的光學色彩理論里，光與色彩是密不可分的，有光才會有色彩，人們之所以能夠感知色彩，是因為有光照（發(fā)射光和反射光）的結(jié)果。我們把人眼所能見到的顏色，由它們的光學性質(zhì)分為兩大類別，一是“發(fā)射光 ”，二是 “反射光 ”?！鞍l(fā)射光 ”就是光源發(fā)出

2、的光，如陽光、燈光、計算機顯示器、數(shù)碼相機顯示屏等，它是數(shù)字色彩得以存在的前提條件。嚴格意義上的數(shù)字色彩的顏色，都是發(fā)射光形成的顏色?！胺瓷涔?”是從物體表面反射出去的光，我們能用肉眼看到的一切非發(fā)光體的顏色，都屬于反射光，如山川、天空、建筑、園林、花草、服裝、家具 等等。從物體表面反射出去的“反射光 ”，其顏色可以由物體表面材質(zhì)的不同而發(fā)生改變。因為光源照射在物體上的光，有一部分被物體吸收，有一部分被物體反射，只有那些被反射出來的光才能被人眼所接受，這就是人眼能感知不發(fā)光物體顏色的緣故。光的色散我們讓陽光或燈泡發(fā)出的白光（發(fā)射光）透過三棱鏡，把它折射到白色的屏幕上，就可以看見白色光分解成彩色

3、光（圖1-1 ） 。光譜顏色是一條從紅色到紫色柔和過渡的彩色光帶，它不是僅有七種生硬的顏色（圖1-2） ，我們平時所說的七色光，只是一種高度的語言概括?！鞍l(fā)射光 ”可以是全色光（白光），也可以是任何幾種光的組合，或僅僅是一種單色的光。發(fā)射光經(jīng)由光源直射人們的眼睛時，便可以看見帶色光源發(fā)出的顏色。不同的色光有不同的波長，在可見光范圍內(nèi)，紅色的波長最長，藍紫色的波長最短。實際上，可見光譜的每一部分都有它自己唯一的值對應，我們可以從理論上把它們分成幾百萬甚至幾千萬種顏色。從一種顏色轉(zhuǎn)換到臨近的另一種顏色，靠肉眼是很難區(qū)分的，人的眼睛最多只能區(qū)分二十八萬二千多種顏色。在千變?nèi)f化的色彩世界中，人們視覺感

4、受到的色彩非常豐富，按種類分為原色，間色和復色， 但就色彩的系別而言，則可分為無彩色系和有彩色系兩大類。有彩色系中的任何一種顏色都具有三大屬性，即色相、明度和飽和度。也就是說一種顏色只要具有以上三種屬性都屬于有彩色系。（下面我們主要以此為例進行分析）1-2 從紅色到紫色柔和過渡的彩色光帶色彩混合色彩與色彩之間可以混合。它可分為“加色法混合”（也稱色光混合）、 “減色法混合”（也稱色料混合）和“中性混合”（也稱空間混合）。（一）加色法混合色光可以分解，也可以混合。加色法混合就是把不同色彩的光混合投射在一起，生成新的色光， 所以也稱色光混合。R、 G、 B 三色是常見的光的三原色，紅 （ Red，

5、 記為R） 、 綠 （ Green，記為G） 、藍（ Blue，記為B）它們是計算機顯示器及其它數(shù)字設(shè)備顯示顏色的基礎(chǔ)，這三種顏色由電子搶砰擊或經(jīng)其他物理方式疊加在一起，就能生成千萬種色彩。它屬于加色法混合，是一種光源色的混合色彩模式。R G=Y （紅光綠光黃光）B R=C （藍光紅光青光）G B=M （綠光藍光品紅光）圖 1-3 兩個光原色的加色混合R G B =W（紅光綠光藍光白光）1-4 光的三原色的加色混合一對補色光相加，生成白光。M G=W （品紅光綠光白光）H B=W （黃光藍光白光）C R=W （青光紅光白光）1-7 1-7 色料的三原色的減色混合1-7 1-7 色料的三原色的減

6、色混合1-5 一對補色光相加生成白光，它屬于加色混合（二） 減色法混合減色法混合就是把不同色彩的色料（顏料）混合在一起，生成新的顏色，所以也稱色料混合。C、 M、 Y 三色是常用的顏料的三原色。青（Cyan, 記為C） 、品紅（Magenta，記為 M） 、黃（ Yellow，記為Y） ，它們是打印機等硬拷貝設(shè)備使用的標準色彩，分別是紅（R） 、綠（R） 、藍（B）三基色的補色。它屬于減色法混合，是一種顏料色彩的混合模式。M C = B （品紅色青色藍色）W R G = B （白光紅光綠光藍光）M Y = R （品紅色黃色紅色）W G B = R （白光綠光藍光紅光）C Y = G （青色黃色

7、綠色）W R B = G （白光紅光藍光綠光）圖 1-6 兩個色料原色的減色混合M Y C = K （品紅色黃色青色黑色）W R B G = K （白光紅光藍光綠光黑）1-11 1-11 蒙塞爾 10 色色相環(huán)一對補色色料相混合，生成黑色。M G = K （品紅色綠色黑色）Y B = K （黃色藍色黑色）C R = K （青色紅色黑色）1-8 一對補色色料相加生成黑色，它屬于減色混合第二節(jié) 顯色系統(tǒng)經(jīng)典藝術(shù)色彩學是一種以顏料色彩為載體、偏重色彩心理屬性研究的色彩理論體系。它的物理基礎(chǔ)是一種是以顏料、涂料、 染料等色料為基礎(chǔ)的顯色系統(tǒng)，其本質(zhì)是反射光的色彩系統(tǒng)。 最常見的有蒙塞爾的色彩體系，它是

8、經(jīng)典藝術(shù)色彩的基礎(chǔ)，我國藝術(shù)和設(shè)計界大都采用蒙塞爾色彩。其他還有伊頓的12 色色相環(huán)（圖1-9） 、奧斯特瓦德色彩體系、日本PCCS色彩體系。其中12 色 色相環(huán)是瑞士畫家伊頓所設(shè)計的，它的構(gòu)成原理是由紅黃藍三原色開始，兩個原色相加出現(xiàn)間色，再由于一個間色加一個原色出現(xiàn)復色，最后形成色相環(huán)。伊頓 12 色色相環(huán)一、理想狀態(tài)的色立體色立體是一個假設(shè)的立體色彩模型，理想狀態(tài)的色立體象一個地球儀（圖1-10） 。在這個模型里，整個球體從內(nèi)核到表面就是這個色彩系統(tǒng)所有的色彩。球的中心是一條自上而下變化的灰度色彩中心軸，靠北極 （上方）的一端是白色，靠南極 （下方）的一端是黑色，用來表示色彩的明度。其他

9、彩色的明度也跟中心軸的變化相一致，越往北極的顏色明度越高，到達北極點就是純白色；越往南極的顏色明度越低，到達南極點就是純黑色。最純的顏色都附著在球的赤道表面，沿赤道作圓周運動，表示色彩的色相變化。從球的表面向中心軸的水平方向運動，表示色彩的飽和度（彩度）變化。簡單的說，色立體的垂直方向表示色彩的明度變化，色立體從表面到中心軸的水平方向 表示色彩的飽和度（彩度）變化，立體色的圓周方向表示色彩的色相變化。1-10 理想狀態(tài)的色立體模型二、蒙塞爾色彩系統(tǒng)蒙塞爾顯色系統(tǒng)著重研究顏色的分類與標定、色彩的邏輯心理與視覺特征等，為經(jīng)典藝術(shù)色彩學奠定了基礎(chǔ)，也是數(shù)字色彩理論參照的重要內(nèi)容。蒙塞爾色相環(huán)以紅（R

10、）、黃（Y）、綠（G）、藍（B）、紫（P）5 色為基礎(chǔ)色相，中間加入黃紅、黃綠、藍綠、藍紫、紫紅5 種過渡色相，構(gòu)成了10 種色的色相環(huán)（圖1-11 ） 。這 10種色相每種又細分為10 個等級， 共 100 個色相。 這每 10 個等級中的第五級被定為這個色相的代表色樣，如5R、5Y、5G、5B、5P 等 （ 圖1-13、圖1-14、圖1-15、圖1-16、圖 1-17） 。色相環(huán)中相差180 度的顏色是互補色。蒙塞爾色立體是一個偏心的類似球體（圖1-12） 。由于各種色相本身具有不同的明度，各種色相的最高飽和色不可能象“理想狀態(tài)的色立體”那樣都處于球體的赤道上，它們是隨著明度的高低從頂端（

11、北極）或底端（南極）偏移。純黃色的明度最高，因此它最靠近頂端，紫色的明度最低，因此它最靠近底端。蒙塞爾色彩認為各種色相的彩度等級也不同，各色相的最高飽和色離中心明度軸的遠近距離也不等。紅色（5R）的彩度最高，共分為14 個等級，它的最高飽和色離中心軸最遠，而藍綠色（5BG）的彩度最低，只有6 個等級，它的最高飽和色離中心軸最近。蒙塞爾色立體縱向的色彩明度色階共分11 級，中心軸的頂端為白色，底端為黑色。1-12 蒙塞爾色立體示意圖1-13 蒙塞爾系統(tǒng)的色彩樣本1 圖 1-14 蒙塞爾系統(tǒng)的色彩樣本2圖 1-15 蒙塞爾系統(tǒng)的色彩樣本3三、奧斯特瓦德色彩系統(tǒng)三、奧斯特瓦德色彩系統(tǒng)奧斯特瓦德色彩系

12、統(tǒng)是由科學家奧斯特瓦德 是象蒙塞爾系統(tǒng)那樣重視心理邏輯和視覺特征。1-16 蒙塞爾系統(tǒng)的色彩樣本4 圖 1-17 蒙塞爾系統(tǒng)的色彩樣本51921 年創(chuàng)立的，它以物理科學為依據(jù)，而不它注重色彩的調(diào)和關(guān)系，主張調(diào)和就是秩序。1-19 1-19 奧斯特瓦德色立體示意圖1-19 1-19 奧斯特瓦德色立體示意圖奧斯特瓦德色相環(huán)以24 個色組成。它以赫林的四色學說為依據(jù)，首先在一個圓形內(nèi)以等間距安置了紅、黃、綠、藍4 個主色，在此基礎(chǔ)上在每兩個顏色之間分別安插橙、黃綠、藍綠、紫 4 個間色，擴展為紅、橙、黃、黃綠、綠、藍、藍綠、紫8 個基本色相環(huán)，然后再將這 8 個基本色相每種色分為3 個等級，共編組成

13、24 色的色相環(huán)（圖1-18） 。1-18 奧斯特瓦德1-18 奧斯特瓦德24 色色相環(huán)奧斯特瓦德色彩系統(tǒng)認為沒有純的顏色存在，即使是純白色也有11的含黑量，純黑色也有3.5的含白量。所有的色彩都由純色加一定比例的黑色和白色混合而成。在奧斯特瓦德色彩系統(tǒng)中，C 代表純色，W 代表白色，B 代表黑色。這樣，奧斯特瓦德引導出一個適用于任何顏色的公式：純色量（C）白量（W）黑量（B）100（總色量）。記 號 a c e g i l n p含白量89 56 35 22 14 8.9 5.6 3.5含黑量11 44 65 78 86 91.1 94.4 96.5奧斯特瓦德色立體就是依據(jù)這一理論創(chuàng)立的（圖

14、1-19） 。1-21 1-21 日本PCCS色相環(huán)1-20 奧斯特瓦德色立體模型四、日本PCCS色彩系統(tǒng)成為人類色覺基礎(chǔ)的主要色相有紅、黃、綠、藍四種色相，又稱心理四原色，它們是色彩領(lǐng)域的中心。這四種色相的相對方向確立出四種心理補色色彩，在上述的8個色相中，等距離的插入4 種色彩，成為12 種色彩的劃分。在上述8 個色相中，等距離地插入4 種色相，成為12 種色相。再將這12 種色相進一步分割，成為24 個色相。在這24 個色相中包含了色光三原色，泛黃的紅、綠、泛紫的藍和色料三原色紅紫、黃、藍綠這些色相。日本 PCCS色彩系統(tǒng)是日本色彩研究所研制的，1965 年正式發(fā)表。它的色立體模型、色彩

15、明度及純度的表示方法與蒙塞爾色彩系相似，但分割的比例和級數(shù)不同；也吸收了奧斯特瓦德色彩體系的一些特點。它的最大特點，是將色彩綜合成色相與色調(diào)兩種觀念來構(gòu)成各種不同的色調(diào)系列，便于色彩的各種搭配。它注重色彩設(shè)計應用的方便，更多表現(xiàn)為一種實用的配色工具（圖1-21 、圖1-22） 。日本PCCS的色相環(huán)由24 個色相組成。為了保持色相環(huán)上的色相差均勻，經(jīng)過色相環(huán)直徑兩端相隔180 度的色相并非絕對補色。色相采用1 24 的色相符號加上色相名稱來表示。把正色的色相名稱用英文開頭的大寫字母表示，把帶修飾語的色相名稱用英語開頭的小寫字母表示。例如：1pR、 2R、 3rR。1-22 日本PCCS色相環(huán)第

16、三節(jié) 數(shù)字色彩體系數(shù)字色彩體系由相關(guān)的計算機色彩模型構(gòu)成。計算機色彩成像的原理和其內(nèi)部色彩的物理性質(zhì)決定了它是一種光學色彩，但它又跟傳統(tǒng)意義上的混色系統(tǒng)和顯色系統(tǒng)存在明顯的差別和有著不同程度的聯(lián)系，正因為它的這種特殊性，使數(shù)字色彩形成了自己的顯著特點而自成體系。在數(shù)字色彩體系中，色彩模式是數(shù)字世界中表示顏色的一種算法。在數(shù)字世界中，為了表示各種顏色，人們通常將顏色劃分為若干分量。由于成色原理的不同，決定了顯示器、投影儀、掃描儀這類靠色光直接合成顏色的顏色設(shè)備和打印機、印刷機這類靠使用顏料的印刷設(shè)備在生成顏色方式上的區(qū)別。RGB， 光的三原色是設(shè)備顯示的基礎(chǔ)；CMY， 油墨三原色是印刷中圖像再現(xiàn)

17、的色彩基礎(chǔ)；而紅、黃、藍是在美術(shù)中調(diào)色的基本顏色，是人類色彩系統(tǒng)的理論三原色。RGB色彩根據(jù)人眼光譜靈敏度實驗曲線證明，可見光在波長為630 nm （紅色） 、 530 nm（綠色）和 450 nm（藍色）時的刺激達到高峰。通過光源中的強度比較，人們便可感受到光的顏色。這種視覺理論是使用三種顏色基色：紅（R）綠（G）藍（B）在監(jiān)視器上顯示顏色的基礎(chǔ)，稱之為RGB色彩模型。紅色、綠色、藍色三色分別是常用的光的三原色。紅（Red，記為R） 、綠（Green，記為G） 、藍（Blue，記為 B） ，它們是計算機顯示器及其它數(shù)字設(shè)備顯示顏色的基礎(chǔ)。RGB色彩模型是計算機色彩最典型、也是最常用的色彩模型

18、。RGB 色彩模型用一個三維笛卡兒直角坐標系中的立方體來描述，RGB 色彩框架是一個加色模型，模型中的各種顏色都是由紅、綠、藍三基色以不同的比例相加混合而產(chǎn)生的。在這個立方體中，坐標原點（0， 0， 0）代表黑色，坐標頂點（1 ， 1， 1）代表白色，坐標軸上的三個頂點分別代表紅、綠、藍三基色，而剩下的另外三個頂點分別代表每一個基色的補色：青、品紅、黃（圖 1-23 ） 。由于在RGB模型立方體的主對角線上紅、綠、藍、三色的比例相同， 它們混合后產(chǎn)生灰色，因此這條對角線上的顏色，是由黑色到白色過渡的一條灰色色帶，紅、綠、藍三色的成份越多，顏色就越趨向白色，成份越少，就越趨向黑色。1-26 HS

19、V1-26 HSV色彩六棱錐1-24 1-24 用笛卡兒直角坐標表示的CMY三維色彩模型1-23 用笛卡兒直角坐標表示的RGB三維色彩模型CMY（ CMYK）色彩C、 M、 Y三色分別是色料的三原色，青色、 品紅色、 黃色。 青 （ Cyan, 記為C） 、 品紅 （ Magenta，記為 M ） 、 黃 （ Yellow， 記為Y） ， 它們是打印機等硬拷貝設(shè)備使用的標準色彩，它們與紅 （ R） 、綠（R） 、藍（B）三基色形成色相上的補色關(guān)系。打印機等硬拷貝設(shè)備把C、 M、 Y顏料通過紙張等介質(zhì)打印成圖片后，我們就能通過反射光來感知圖片的顏色。CMY 色彩模型也是計算機色彩常用的色彩模型，

20、是一種顏料色彩的混合模式。CMY色彩模型也用一個三維笛卡兒直角坐標系中的立方體來描述，CMY色彩框架是一個減色模型，模型中的各種顏色都是由青、品紅、黃三原色以不同的比例相加混合而產(chǎn)生的。在笛卡兒坐標系中，CMY色彩模型與RGB色彩模型外觀相似，但原點和頂點剛好相反。因此，這個立方體的坐標原點（0， 0， 0）代表白色，坐標頂點（1 ， 1 ， 1 ）代表黑色，坐標軸上的三個頂點分別代表青、品紅、 黃三原色，而剩下的另外三個頂點分別代表每一個基色的補色：紅、綠、藍。（如圖1-24）由于在RGB模型立方體的主對角線上青、品紅、黃三色的比例相同，它們混合后產(chǎn)生灰色，因此這條對角線上的顏色，是由黑色到

21、白色過渡的一條灰色色帶，青、品紅、黃三色的成份越多，顏色就越趨向黑色，成份越少，就越趨向白色。由于顏料的化學成分和介質(zhì)吸收等原因，C、 M 、 Y三色經(jīng)過打印混合后只能產(chǎn)生深棕色，不會產(chǎn)生真正的黑色，因此在打印時要多加一個黑色（Black, 記為K）作為補充，用以彌補色彩理論與實際的誤差，實現(xiàn)色彩的還原。所以在計算機實用軟件里，沒有 CMY 色彩模型，而是用 CMYK色彩模型來替代。Lab色彩Lab 色彩是計算機內(nèi)部使用的、最基本的色彩模型。它由照度（L）和有關(guān)色彩的a、 b 三個要素組成。L 表示照度（Luminosity） ，相當于亮度，a 表示從紅色至綠色的范圍，b 表示從藍色至黃色的范圍（如圖1-25） 。 L的值域由0 到 100， L = 50時，就相當于50% 的黑； a和 b 的值域都是從+1