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1、第一章 色彩的物理理论第一节 色彩原理1光与色没有光源便没有色彩感觉，人们凭借光才能看见物体的形状、色彩，从而认识客观世界。什么是光呢？从广义上讲，光在物理学上是一种客观存在的物质（而不是物体） ，它是一种电磁波。电磁波包括宇宙射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波等。它们都各有不同的波长和振动频率。在整个电磁波范围内，并不是所有的光都有色彩，更确切地说，并不是所有的光的色彩我们肉眼都可以分辨。只有波长在 380 纳米至 780 纳米之间的电磁波才能引起人的色知觉。这段波长的电磁波叫可见光谱，或叫做光。其余波长的电磁波，都是肉眼所看不见的，通称不可见光。如：长于 780 纳米的电磁波
2、叫红外线，短于 380 纳米的电磁波叫紫外线。实际上，阳光的七色是由红、绿、紫三色不同的光波按不同比例混合而成，我们把这红、绿、紫三色光称为三原色光（目前彩色电视所采用的是红、绿、蓝，实际上混合不出所有自然界之色，只是方便而已，但光学一直采用红、绿、蓝为三原色，这里我们可以通过“色图”来表示） ，国际照明学会规定分别用 x、y、z 来表示它们之间的百分比。由于是百分比，三者相加必须等于 1，故色调在色图中只需用 x、y 两值即可。将光谱色中各段波长所引起的色调感觉在 x、y 平面上做成图标时，即得色图（见图 2） 。因白色感觉可用等量的红、绿、紫（蓝紫）三色混合而得，故图中愈接近中心的部分，表
3、示愈接近于白色，也就是饱和度愈低；而在边缘曲线部分，则饱和度愈高。因此，图中一定位置相当于物体色的一定色调和一定的饱和度。1666 年，英国物理学家牛顿做了一次非常著名的实验，他用三棱镜将太阳白光分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的七色色带。据牛顿推论：太阳的白光是由七色光混合而成，白光通过三棱镜的分解叫做色散，虹就是许多小水滴为太阳白光的色散，各色波长如下：单位：纳米可见光谱表： 光的物理性质由光波的振幅和波长两个因素决定。波长的长度差别决定色相的差别，波长相同，而振幅不同，则决定色相明暗的差别。 （图 3）2物体色人们在这个问题上争论颇大，有人认为有固有色，有人认为没有。主张没有的人说：没有
4、光什么物体也不具备颜色，物体之所以有色，是因为不同物质对七色光中不同的色光吸收或反射不同，所以呈现色彩不同。他们又说：绿叶这种物质能反射绿光吸收其他色光，所以看上去是绿的，红花这种东西是能反射红光而吸收其他色光，所以看上去是红的。而主张有固有色的人说：为什么红花照上红光会显得更红，这是因为它本身具有红色素，它的红色已饱和，所以全部反射出来，而将红光照到绿叶上，绿叶会变成黑色，这是因为绿叶中没有红色素，它全部吸收，自然会成为黑色的，而白色纸上任何色素都不具备，照上任何色光它大部分都反射出来。另外白色的棉花因为它不具备任何色素，所以反射全色光，当染上红色素后，其质地没有多大变化，因而反射红光，吸收
5、其他色光。为了免其争论，我们称它是物体色，但要说明物体之所以反射不同色光的原理：不同物体反射不同色光，为什么？因为不同物体具有不同的反光曲律，这种曲律，人们称为色素。比如说，红色物体，它的曲律能反射红光，也就是说它的曲律是能反射640750 纳米的电磁波，如果红光照到上面，即可产生同步共振的效应，使红光反射回来，只有一部分红光在共振时消耗其能量。所以我们看到它为红色，也称该物体反射红光。如果是其他色光照到上面，因为曲律不同而产生波长的干扰作用，所产生的干扰波不一定是多少，如果是550600 纳米的黄光照在红色物体上，可能会产生类似600640 纳米的干扰波，即类橙色，这就是所谓黄光被吸收。如果
6、是 480550 纳米波长的绿光照在红色物体上，可能产生较为紊乱的干扰波，这种干扰波大部分不在可视光波之内，仅有一部分被反射出来产生视知觉，我们说这种绿光波吸收而产生黑灰色的视知觉。如果是白色光照在红色物体上面，只有白光中 640750 纳米的光波产生同步共振，其余的光波产生干扰，我们说，这是红光被反射出来，而其余光波被吸收。能反射不同波长的物体，因为其曲律不同而对不同色光产生同步共振，我们称它能反射不同色光。如果是黑色物体，它不能纯净地反射某种色光，也就是说：不能使任何一种色光同步共振，只能反射干扰后的混合型较杂乱的电磁波，所以我们称它为黑色吸光体。黑色之所以吸光，就是因为色光照到它上面不能
7、产生同步共振的返回，所有不同波长电磁波被干扰，干扰后即将光能消耗在干扰之中，产生热量，这就是黑色吸光的作用。而白色物体能将七色光的电磁波大部分同步共振地反射回来，仅有一小部分在共振时消耗其能量，所以，我们称它反光率高，有凉爽感。这就是物体反射不同色光的原理。另外，我们知道，光波也是电磁波的一种，因而它同样具备电磁波同性相斥、异性相吸的特性。这又是与色光相同的物体色反射相同色光的又一原因之所在。任何物体对光都具有吸收、透射、反射、折射的作用。在可见光谱中，红色光的波长最长，它的穿透性也最强。比如说：清晨的太阳为什么是红的？这是因为清晨的太阳光要照到我们身上需穿过比中午几乎厚三倍的大气层，而且清晨
8、的空气中含有大量水分子。阳光穿过它时，其他色光许多被吸收、折射或反射了，只有红光以巨大的穿透力，顽强地穿过大气层、水蒸气来到地面，在此其间，大部分蓝紫色光都被折射在大气层及水蒸气里，而到达地面上的太阳光大部分是红橙色，所以太阳看上去是红的。在卫星上看天空本来是漆黑一团，但为什么我们在地球上看天空是蓝色的呢？这就是因为太阳光照到地球上，其中蓝紫色的光因其穿透性最弱而被空气吸收、折射、反射了，这些蓝光散布在空气中，看上去自然是蓝的。而海水为什么是绿的呢？水不是无色透明的吗？这也是因为阳光照入水中，大部分青绿色光折射在水中，所以看上去海水是青绿色的。在空气污染极少的天山，我们发现，近山是绿树，中景山
9、是青蓝色，而远景山则是蓝紫色，故人称“青山绿水” 。由于以上原因，我们绘画中就出现了“色彩的透视” ，即：近暖、远冷，近实、远虚，近纯、远灰，此处暂不多赘。第二节 色彩的分类与特性我国古代把黑、白、玄（偏红的黑）称为色，把青、黄、赤称为彩，合称色彩。现代色彩学，也可以说是西洋色彩学也把色彩分为两大类：1无彩色系无彩色系是指黑和白。试将纯黑逐渐加白，使其由黑、深灰、中灰、浅灰直到纯白，分为 11 个阶梯，成为明度渐变，做成一个明度色标（也可用于有彩色系） ，凡明度在03的色彩称为低调色，46的色彩称为中调色，710的色彩称为高调色。色彩间明度差别的大小，决定明度对比的强弱，3以内的对比称明度的弱
10、对比，又称短对比。35的对比称为中对比，又称中调对比。5以外的对比称为强对比，又称长调对比。在明度对比中，如果其中面积大，作用也最大的色彩或色组属高调色和另外色的对比属长调对比，整组对比就称为高长调，用这种办法可以把明度对比大体划分为高短调、高中调、高中短调、高中长调、高长调、中短调、中中调、中高短调、中低短调、中长调、中高长调、中低长调、低短调、低长调、低中调、最长调等 16 种：以下略举 9 种（见图 4；彩图 1618）一般来说，高调明快，低调朴素，明度对比较强时光感强，形象的清晰程度高；明度对比弱时光感弱，不明朗、模糊不清。明度对比太强时，如最长调，有生硬、空洞、眩目、简单化等感觉，而
11、且有恐怖感。 （参见彩图 115）2有彩色系有彩色系有三个基本特征：色相、纯度、明度，在色彩学上也称色彩的三要素、三属性或三特征。（1）色相：色相是指色彩的相貌，确切地说是依波长来划分色光的相貌。可见色光因波长的不同，给眼睛的色彩感觉也不同，每种波长色光的被感觉就是一种色相。依色散可分出色相的序列关系，即红、绿、蓝（蓝紫）三原色加间色，即，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。并可在色相环中细分为（2）纯度：纯度是指色光波长的单纯程度，也有称之为艳度、彩度、鲜度或饱和度。在七色相中各有其纯度，七色光混合即成白光，七色颜料混合成为深灰色；黑白灰属无彩色系，即没有彩度，任何一种单纯的颜色，倘若加入无彩色系任
12、何一色的混合即可降低它的纯度。在七色中除各有各自的最高纯度外，它们之间也有纯度高低之分。我们可以通过一个并列的色散序列色相带，将各色同样等量加灰，使其渐渐变为纯灰，通过实验可以明确看到红色最难，青绿色最容易，这就说明红色纯度最高，而青绿色纯度最低。（3）明度：明度是指色彩的明亮程度，对光源色来说可以称光度；对物体色来说，除了称明度之外，还可称亮度、深浅程度等。无论投照光还是反射光，在同一波长中，光波的振幅愈宽，色光的明亮度愈高。在不同波长中，振幅比波长的比数越大，明亮知觉度就越高。 （见图 3）白颜料属于反射率高的物体，在其他颜料中混入白色，可以提高混合色的反射率，也就提高了混合色的明度。混入
13、白色愈多，亮度提高愈多。黑色颜料属于反射率极低的物体。在其他颜料中混入黑色，可以降低混合色的反射率。稍混一些，反射率就明显地降下来，也就降低了混合色的明度；混入黑色愈多，明度降低愈多。灰色属于反射率95以下与 10以上的色彩，即属中等明度的色彩，黑白与不同明度的灰色，可以构成有秩序的明度序列。不同色相的光的振幅不同。红色振幅虽宽，但波长也长；黄色虽然振幅与红色相当，但它的波长短。红色的振幅比波长的比数小于黄色的振幅比波长的比数。所以红色较黄色明度要弱。我们可以将色散带展开，即：紫红、红、橙红、橙、橙黄、黄、黄绿、绿、青绿、青、青蓝、蓝、蓝紫、紫、紫红。使紫红居两端，黄色居中央，向上逐渐加白，可
14、以发现，黄色很快就可变成纯白，而紫色最慢变为纯白。向下逐渐加黑，紫色很快即可变为纯黑，其次为青色，而黄色最慢才变为纯黑。整个表变为 W 形，这说明黄色明度最强，而紫色最弱，其余类推。 （见图 5）这种现象，通过电脑色谱即可明晰分辨，原理是：太阳光投射到大地上的七色色光中，实际上仅靠其中红、绿、紫这三原色即可混合出自然界所有颜色。而这三原色中的绿色色光占 50，其余两色红光与紫光，约各占 25。但因为紫光光波短，穿透空气时形成的角度大，在它穿越大气层时，一部分蓝紫色光被反复折射在大气层中，这就形成了蓝色天空。而红光光波是可见光波中最长的光波，在它穿越大气层时，与空气形成的角度小，大部分红色光波都
15、能到达地面。所以，实际上到达地面的色光中红光比紫光要多。黄光是由绿光与红光加光混合而成。我们知道，加光混合后新产生的光，要比原两种光的任何一种都亮。其原因是：640750 纳米光波的红光与 480550 纳米光波的绿光相混合时形成新的干扰波形，这些波形以不同色相呈现出来，那就是 600640 纳米的橙红光，580600 纳米的橙色光，560580 纳米的黄色光，530560 纳米的黄绿色光等。而这些新产生的波形，尤其是黄色光和黄绿色光，它们的振幅与波长之比，较红光和绿光的振幅与波长的比数都大。这就是混合后的加色光要比混合前任何一种原色光亮的原因。所以，实际上我们看到的青光，也是由绿光与紫光加光混合而成，所以它也比混合前的任何一种原色光要亮。这是加光混合的原理。再看减光混合：黄光=白光 -紫光 （减去一种原色光）绿光=白光 -红光-紫光 （减去两种原色光）青光=白光 -红光 （减去一种原色光）紫光=白光 -红光-绿光 （减去两种原色光）红光=白光 -绿光-紫光 （减去两种原色光）这样，就形成带形色谱的“W”型，这各色的明亮次序按“W”型排列为：紫红橙黄黄绿绿青绿青青蓝蓝紫紫。第三节 色彩的表示为了在实际工作中更方便地运用色彩，必须将色彩按照一定的规律和秩序排列起来。历史上曾有许多色彩学家作过努力和研究。1牛顿色相环这是较为科学的早期表示方法。后来人们把
