色彩的奥秘 | 设计杂谈(二)

缘起

设计杂谈(一):什么是美?,当时买《美学浅谈 | 色彩学纲要》,以为是一本书。到手后才发现是由两本小书组成,不过在内容上也有所关联。之前作者在《美学浅谈》里面谈到美的感受分为心理和生理两方面,而色彩就是美的生理感受中不可或缺的一环。

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这本初版于民国年间的书是否已经过时了呢?

先给出答案吧,可以说大部分内容毫不过时。本书初版于1915 年左右,为吕澄先生从日本留学归来在上海教书期间所出,先生时年二十岁。虽然距今 100 多年,而且先生出书时也不过二十出头,但是书中屡屡出现光的折射、反射、细胞膜、光波、波长、振幅、视杆细胞、视锥细胞、地球大气、水蒸气等我们熟知的概念,甚至爱因斯坦的相对论也有所提及。

文中大部分理论通过 wiki 验证,百年后基本没有错误。民国时期的学者对世界潮流的把握和学识的广博真的非同一般。

色彩的起源?

既然是谈论色彩学,不免谈到色彩的起源,世界本无色彩一物。于物理,色彩只是光子的波动;于生理,不过是视网膜的刺激;于心理,全是人的主观感受。所以谈色彩,追根究底,免不了从物理的光学开始。

人肉眼可见的光的波长?

书中言及可见光的波长位于 400ns 至 760ns 之间,当前科学家测定一个典型的人通常对光波的感知范围在 390ns 至 740ns 之间。超出该范围的波长但觉其热,不见其光,名红外线(书中称赤外线),低于该范围的同理称紫外线。

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这里有个细节,书中言波长都是称 0.0004 耗,经过对比才知道耗就是当今的毫米。

为什么看河边倒影,近处清晰,远处模糊?

同时看海,近处苍碧,远处但白茫茫一片。水体在反射光时,视折射的角度不同,对光有不同的吸收率,约接近九十度吸收率越低,所以人在近处看河边倒影时,近处视角接近九十度,反射的光量多,自然清晰。

书中还配了一副折射图,不过不像现在标识符都用 ABCD,而以非常有中国特色的甲乙丙丁代替。

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白光的组成?

牛顿通过经典的三棱镜分光实验发现白光本身由各种颜色的光混合而成。原理是光波本身因波长不同在对应的介质中有不同的折射率,因此当白光透过三棱镜时,原本混合的色光即分离开来。

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为什么天是蓝的,日落时又显红色?

这个问题我也好奇过,至此才得到解答。首先要理解色光中,蓝光的波长较短,所以在通过大气层时,更容易跟空气中的尘埃、微粒发生碰撞导致散射。

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而在白天时,天空中都是散射的蓝光,所以导致整个天空都显蓝色。

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日落时,太阳光平行地平线直射眼球,虽然蓝光的强度增加了,但是相比更加容易被散射的蓝光,波长更长的红光被散射的更少,因此夕阳常常有晚霞。

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色彩的表示(RGB 与 HSL)?

颜色本身是由各种色光混合而成,但是在使用颜色的时候,谈论 RGB 的配比不方便也过于抽象,所以常用另一说法,即色相、饱和度(saturation)或纯度(purity)、光度(luminosity)或明度(brightness)。

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色相即颜色,有赤橙黄绿青蓝紫之分,饱和度指色彩的纯度,越高即色彩越纯粹,而明度更多的是一个主观概念,虽然各种颜色的亮度相同,但是人对此的感觉却不同。

这里需要区分的是亮度(lightness)和明度(brightness),之前搜了下好像国内对此有各种争议,最后翻了下英文 wiki 搞清楚了,简述如下:

颜色的亮度是一个物理学概念,可以认为是该颜色接受到的光强度。而明度指的是这个颜色在人心理上的感受强度。因为同样光照强度下,人对不同的颜色会感知到不同的亮度。而颜色亮度和明度的差异被称为 Helmholtz–Kohlrausch effect 。

Helmholtz–Kohlrausch effect?

该效应可以简述为在同样的亮度下,某些颜色具有比其他颜色更亮的倾向。

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以上这张图片中,左侧所有颜色都为同一亮度,但是明显可感受到右上角的红、紫两色更加鲜艳,而左上角的黄色非常暗淡。右图是将左图转变为灰度图之后的效果。

而亮度和明度之比会随着颜色饱和度的增强而增强,最高可达两倍以上。

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这也解释了为什么大家喜欢用红色表示警戒,因为在同样的亮度下,红色可以达到环境亮度两倍以上的明度,给人以更加强烈的视觉刺激。

而绿色本身的 hk 效应较弱,比较不容易刺激视觉,所以给人更舒缓的感受。

我认为这可能跟红色是血、火的颜色有关。血、火意味着危险,如果能提早发现的话,可以增加生存几率,所以在物种演化过程中,大脑对外界的视觉信号做了修饰,增强对红色的刺激。而绿色本身是随处可见的植物的颜色,对人的威胁很小,不需要过度刺激,所以增强效应很弱。

人是怎么发现颜色会因对比发生变化的?

书中谈及一个法国化学家在监督织物染色时,发现花纹染色的结果经常因地色而发生变化,才察觉对色彩的感知会因为颜色之间的对比而发生变化。以黑白相列,则黑越显其黑,白越显其白。此人后面研究该问题出版了《色彩调和及对比》一书。

饱和度和亮度有什么区别??

书上饱和度是颜色的纯粹程度,而亮度则是明暗,依旧还是太过抽象了。按照 CSS 中 HSL 的定义,饱和度指的是颜色含有多少灰色,而亮度是指颜色含有多少的黑色和白色。当亮度为 50% 时,颜色中黑色和白色达到了平衡。

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示例图中可见中间色条随着饱和度的降低只剩下灰色,为 100 则颜色最纯粹。右侧亮度为 0 时为黑色,为 100 时为白色。

物体颜色的来源?

光照射到物体上,一部分被吸收,一部分被反射。物体的明暗通常取决于物体反射的光量,颜色则取决于白光中某些色光被吸收之后残余的其他色光。

通常来说,呈现某种颜色物体并不仅仅只反射对应的色光,通常还会反射临近颜色的光波,只是主要反射的色光足以支配其他颜色,使得其他颜色好似不存在一般。而这种主要颜色即得名「支配色」(dominant hue)。

因为物体只反射一种色光的话,其他色光都被吸收会导致亮度不足,使得暗淡难以识别。

原色及白黑灰(无色系统)

原色即是我们熟悉的三原色 RGB 了,其他颜色皆由这三者混合而来。在物理上讲,白黑灰本身并不是颜色,而是各种色光混合、消失在心理生成的印象。

光源强弱对颜色识别的影响

随着亮度的降低,人首先不能识别黄蓝两色,次而不能识别红紫,最后剩下的绿色随着亮度的降低变为灰色。

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书中举例说天色薄暮时,仔细观察花圃中的红色花朵,可以看到它们次第变暗,但是它们的“叶色犹甚明绿而不改也”。

100 年前的人怎么传递颜色?

目前的设计稿中都会包含对应的 RGB 值。而民国时期的人没有电脑,他们通过什么方式来将颜色传递给制造工人,记录说用什么颜色呢?

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书里面介绍,直接用配出来的颜色卡纸传递,很容易褪色变形,所以他们通用的方法为圆盘配色法。即购买固定厂牌的色卡,在圆盘上记录对应赤橙黄绿青蓝紫的占比,使得圆盘旋转之后的颜色等于所配的颜色,此时只需要传递对应颜色的配比即可。

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补色或余色(Complementary Color or Supplementary Color)

如果两种色光混合可得白光,则它们互为补色。就色环而言,相对的颜色就是补色。

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当两种补色临近时,会产生强烈的对比感。

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色光是怎么在我们的意识中产生对应的颜色?

前面谈到的都是色光的混合,那从物理的光波怎么变成我们看到的颜色呢?

这里就要谈到人的视网膜的构成,视网膜上分布着视杆细胞和视锥细胞。视杆细胞只能察觉明暗,而视锥细胞才能察觉颜色,所以我们的色彩基本都是源自视锥细胞。而视锥细胞有三种,分布对红、绿、蓝敏感,这也是三原色的由来。

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残感:颜色的升起和消灭都需要时间

从视网膜细胞接受到光波产生电刺激,通过视神经到达大脑中枢产生颜色,期间需要一段时间。颜色的亮度越亮,则产生颜色所花的时间越短。

相对的,颜色的消失也需要时间,这被称为残感。残留的颜色与原来颜色一致的被称为同色残象,与原颜色相反的被称为补色残象。

为什么补色并列会产生强烈的对比?

这跟之前提到的补色残象有关。当直视黄色物体后,移视白色地面,会升起蓝色的补色残象,此时如果直视蓝色物体,叠加蓝色残象,“先后迭观,必更见其辉明”。

为什么会有补色残象?

之前提到视网膜上有感知红绿蓝三色的细胞,但是视网膜的冲动需要通过视神经传递到大脑,视神经却不是直接传递三色冲动,而是将其转化为明暗、红绿、黄蓝三个通道的比值。以黄蓝为例,黄蓝通道在受到黄光刺激时,视质分解产生黄色感觉,而移视它色时,视质补充性的合成产生蓝色感,如果此时直视蓝色,本身的视质合成叠加补充性合成的视质,蓝色自然显得更蓝了。该理论提出于 1828 年,梵高之类的画家都深受其影响。

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色彩与情感

色彩能带来情绪的变化,有以下几种原因:

1、一般生物都有趋光性,因此人生而好白光而恶黑暗,因此有一切伴于光度之感情。

2、人生活好变化而恶单调,故有一切色相之变化。

3、色彩会跟我们人生经验中的情绪相结合,比如过年的喜庆红色。

4、一切光度色相之根本感情者,乃兴奋与沉静之感情。光度中越趋白则越感兴奋,越趋黑则越感沉静。色相中越趋红则越感兴奋热烈,越趋蓝则越感沉静,而绿色居于中间。

色彩之调和

色彩之配合以能生人愉快之感觉为美,此所谓调和也。色彩调和有以下几种:

1、色阶之调和:以同一色彩之各光度、饱和度相配合

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2、混合之调和:以光度相同之邻近色(黄与橙、绿与蓝)互相配合。

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3、支配色光之调和:各种不同之色中,一色独见显著统属诸色。

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4、色相推移:保持同一光度和饱和度,在色环上以相同或不同的间距改变色相。

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后记

读书只花了五六个小时,写文章倒是花了十几个小时,主要时间花在考证书中的理论在一百年后的今天是否过时以及文章配图上。

这书本身是为美术(绘画)专业的学生所用的入门教材,书里面有不少篇幅的都是讨论颜料的配比以及如何做实验验证书中的理论。还专门有一小节讨论民国时期,在煤油灯偏黄的灯光下作画的注意事项。这里都略过不提。

书中谈配色的并不多,作者将配色放入了另一书《配色法》中详解。此书现在已经不可考究了。

没想到色彩中还蕴含着那么多奥秘,希望这篇文章对大家能有所帮助。

原文首发于 Shidenggui's Blog色彩的奥秘 | 设计杂谈 (二)

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