第二章 色彩的物理學原理與視覺生理

第一節 色彩的物理學原理

色彩的產生離不開光，沒有光就沒有色彩感覺。通過光的照射，物體對光產生吸收與反射現象。被物體反射出來的光刺激人的眼睛，經過視神經傳遞到大腦，形成對物體的色彩與形的信息。在色彩視覺過程中，光、物、眼是三個不可缺少的因素（圖 2-1）。

圖2-1 色彩視覺過程

一、 光與色

色彩感覺離不開光，在黑暗中任何色彩都無法辨認。光是什么？色與光的關系是怎樣的？色光的特性有哪些？這是我們將要討論的問題。

（一）光的特性

1.光是電磁波輻射能

光是一種電磁波。電磁波包括宇宙射線、X 射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波及交流電波等。它們都具有各不相同的波長與振動頻率。在整個電磁波內，只有在380~780nm（納米）波長之間的電磁波，才能引起人的色彩感覺。這段波長叫可見光譜，或稱為光。波長比 780nm 長的電磁波叫紅外線，短于 380nm 的電磁波叫紫外線。電磁波波長序列如表 2-1 所示。

表2-1

2.日光是不同波長的可見電磁波輻射能的復合

因為太陽光是紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種不同波長的光的復合，故稱復合光。而這七色光中的任一色光都不能再單獨分解，這些光叫單色光。

3.色光具有不同的波長

由三棱鏡分解出來的七色光，具有各不相同的波長（表 2-2）。由于這些不同波長對人眼的刺激作用，而產生各不相同的色彩感覺。

表2-2 單位：mm

4.光源色

能夠發出電磁波的物體稱為光源。光源分自然光源與人工光源。太陽光屬自然光源，燈光與火光屬人工光源。不同的光源，由于本身能量分布的不同，會出現不同的色光，這種色光稱為光源色。如太陽光發白，白熾燈光偏黃，熒光燈偏藍等。在現代生產中，為了色的準確，規定了標準光源，以便在調制顏料和染色時使用。

一般來說，光源有以下三種 ：

（1）燈光。

（2）太陽光。

（3）有太陽時所特有的晝光（太陽的漫射光）。

（二）光的傳播

光是以波動的形式進行直線傳播的，故光在傳播時具有波長和振幅兩個因素。不同的色相具有不同的波長，不同的振幅又區別了同一色相的明暗程度。

圖 2-2 所示為光的波長與振幅示意圖。同一波長的色光，其振幅大，明度高；振幅小，明度低。光傳播進入人眼有多種情況。

1.直射

光直接傳入人眼，人眼感受到的是光源色（圖 2-3）。

圖2-2 光的波長與振幅示意圖

圖2-3 光的直射示意圖

2.反射

當光源照射物體時，物體表面反射光，人眼感受到的是物體表面色，也是人們通常所見到的物體色彩（圖 2-4）。

3.透射

如玻璃之類的透明物體，當光照射時，光透過物體進入人眼所看到的物體色，叫穿透色，它與物體表面色合稱為物體色（圖 2-5）。

圖2-4 光的反射示意圖

圖2-5 光的透射示意圖

4.漫射

光在傳播過程中，受到物體的干涉而產生散射，對物體的表面色有一定的影響。

5.折射

光在傳播過程中，通過不同物體時，產生了方向變化，稱為折射。反映在人眼中的色光同于物體色。

（三）色光的特性

1.標準色

色光是具有彩色視覺的光，由一種或幾種不同波長的電磁波組成。太陽光經過散射后產生七色光譜，其色彩最純凈，稱為標準色。

2.三原色光

光譜的色相很多，在物理學中，光譜中最明顯的色相是紅、橙、黃、綠、藍、紫六種色光。色光中最基本的原色是紅、綠、藍三色，而品紅、黃、青則是這三原色光的間色光。用紅、綠、藍三原色光按不同比例，可混合出千變萬化的色光，而其他色光卻不能混合出三原色光。如將三原色光重疊，則出現白色光（圖 2-6）。

圖2-6 光的三原色與三間色示意圖

3.色光有明度與純度的性質

色光因其光度的不同而產生明暗的變化，由于明暗的變化，還能產生新的色相。因色光明度的改變，隨之出現了色光純度的變化。

二、 物體色

色光是發光體引起的視覺反應，而一般情況下人眼是不能直接感受直射入眼的光源色的。人們在生活中見到的色彩，一般來自物體的表面，而這些物體本身是不發光的，它們使人眼產生的色彩感覺，是由于發光體的照射而發生的。在光照下，物體對光有反射、透射、折射等現象，這種現象使人眼產生的色彩感覺就是物體色。

（一）物體色

色的本質是光。物體有千變萬化的色，只是它們對于各種單色光反射與吸收的能力不同而產生的。

1.物體色的產生

自然界的物體對色光都具有選擇性的吸收、反射、透射等現象。某物體在陽光下，如果它只反射藍色光，而其他色光都被吸收了，該物體的表面看上去呈藍色。如某物體只反射或透射出紅光，其他色光都被吸收，則該物體給人的視覺反應是紅色的。一張白紙是由于它反射了所有的色光而呈現白色 ；一塊墨是因為它吸收了所有的色光，故呈黑色。從理論上說，白色與黑色是這樣的道理，但實際上任何物體對色光都不可全部吸收或全部反射，因此，沒有絕對的白色和絕對的黑色。

常見的黑、白、灰是指物體色彩的明度變化，是由物體對色光的反射率和吸收率形成的。白色的反射率是 92.3% ～ 64%；灰色的反射率是 64% ～ 10%；黑色的吸收率在 90% 以上。

2.物體色與物體肌理的關系

物體表面的肌理狀態，是影響它對色光的吸收、反射或透射的重要因素。如一般的玻璃表面光滑、平整，透射性能強，所以物體色彩清晰 ；而花玻璃表面凹凸不平，使光產生漫反射現象，反映出的色彩灰暗不清。又如，用同一種色染的絲綢和呢絨，絲綢因表面光滑，組織細膩，對色光的反射較強，看上去色彩鮮艷；而呢絨因表面粗糙，對光的反射不規則，使人感覺色彩比絲綢灰暗。

物體表面肌理越光滑，其反射和透射能力越強 ；而物體表面肌理越粗糙，其反射和透射能力越差。

3.光源色與物體色

物體對色光的吸收與反射能力是固定不變的，而物體的表面會隨著光源色的不同而發生變化。相同的物體在不同的光源下會出現不同的表面色。一張白紙在紅光下呈紅色，在綠光下呈綠色，在藍光下又變成藍色。因此，光源色的色相是影響物體表面色相的重要因素。

因日光是含有各種波長的光，它能充分滿足物體對色光吸收與反射的要求，故人們習慣將日光下的物體色稱為該物體的固有色。在不同光源下，物體的固有色又會發生改變，有可能加強或減弱，甚至會失去原來的色相感。如紅光下的紅色會更紅，而紅光下的綠色會變得近似于黑色。光源色的冷暖，也會使物體的固有色產生偏冷或偏暖的變化。如月光或熒光燈的色光會使物體色偏冷并帶有青色或青綠色光 ；而陽光或白熾燈下的物體，則偏暖，并帶有黃色或淡黃色光。

4.光照強度與光照角度對物體色的影響

光源色的光照強度，也會對被照的物體色產生影響。強光下的物體色會提高明度，而且色相與純度也同時發生變化 ；弱光下的物體色會降低明度，同樣色相和純度也會發生變化。有時色光（日光）增強或減弱到一定程度時，物體會失去色彩視覺。如月光下的綠色會變得模糊、晦暗，失去了色相感，接近黑色 ；反光強的有色物體在日光下，其高光處幾乎是白色。

光照的角度不同，會使物體表面色發生明度變化，而且在物體不同角度出現不同色相。如白色的石膏體，在日光下，迎光面是白色，側面和背光面則呈現不同程度的灰色。

總之，物體色既取決于光源色的作用，又取決于物體內部的特性，形成兩個不可缺少的條件，它們相互依存，相互制約。

（二）顏料色與染料色

目前所用的顏料和染料，是根據各種物質對色光的吸收與反射能力不同而制成的。有天然植物性和礦物性的，也有人工制造的化學合成物質。顏料與染料同樣是能反射日光中的某一色光，吸收其他所有色光，而形成某一色的固有色相。染料比顏料純凈，具有一定的透明感。

顏料的色彩是千變萬化的，這些豐富的色相只要有三個色，就可用不同的比例混合出來。這三個色是顏料的三原色。顏料的三原色與色光的三原色不同，它正好是色光三原色的三個間色，即紅（品紅）、黃（檸檬黃）、青（湖藍），它們處于色光三原色紅、綠、藍的補色位置上。

（三）服裝色彩中的色彩物理學知識

服裝是由面料和飾物組成的。服裝面料是由各種纖維和織物組織形成的各類品種。這些面料與飾物對色光有著各不相同的吸收、反射、透射能力，這決定了它們自身的色彩特性。

1.面料材質與色彩

服裝面料的色彩取決于兩方面的因素。一方面是原料，如棉、毛、絲、麻或其他各種化纖織物。不同的纖維織成的各種面料，對光的吸收、反射、透射程度各不相同。如用同種染料染制的織物，麻織物因表面粗糙，對光的反射力弱，色的純度與明度有減弱的趨勢；而絲織物表面光滑，反射力強，相對來講色彩明度較高，鮮艷度好 ；另一方面是織物的組織形式，如用同一種纖維織出的織物，因織物組織不同，可形成不同的物體色特性。緞紋組織的織物反射力強，其次是斜紋、平紋組織，而凹凸組織的織物反射力最弱。

服裝中飾物具有重要作用，它們對服裝的色彩影響也很大。服裝飾物種類繁多，材質范圍也極其廣泛，因此，它們的色彩更加豐富多彩。飾物中有些是金屬制品，有些是天然的寶石、鉆石，或人造的閃光配件、透明飾品。它們具有較強的反光、透光和折光能力。

面料與飾物除天然色彩外，還有人工染制的色彩。這種人為的色彩取決于織物和飾物本身的表面肌理、選用的染料、染色的工藝等。

2.不同的光源對服裝色彩的影響

光源對物體色彩的顯色影響叫演色性。服裝與所有的物體一樣，在不同的光源條件下會演示出不同的色彩。

（1）人工光源與自然光源。一般將太陽光與白天的光稱為自然光源，電燈、日光燈等稱為人工光源。不同光源的三原色刺激值百分比不同。照明工程學上記載的自然光源與人工光源的三原色刺激值百分比如表 2-3 所示。

表2-3

（2）日光的演色性。日光由于時間的早、中、晚不同以及季節、方向、環境等不同而呈現出不同的演色性。服裝在這些不同的日光光源條件下，能演示出各不相同的色彩傾向。早、晚的日光偏暖，中午日光發白；不同季節，日光有強弱的變化；室內朝北的光較穩定，朝南的光明度變化較大。同一件服裝放在室內的窗口與屋角，由于光照度不同，兩者的色彩演示有較大的區別。隨著光照度的變化，色相和純度也有改變。日光下的服裝，受光面的色相傾向于光源變化，背光面色彩灰暗，純度很低，色相有變化，與受光面的明度相差很大，陰影部分色相有與受光面色相成補色傾向，純度也較低。

（3）普通電燈的演色性。普通電燈的色光是低純度橙黃色的暖色光。這種燈光下的服裝色彩有許多變化。如 ：

紅色服裝，變成含有黃色味的紅 ；

黃色服裝，變成光亮的紅色味的黃 ；

橙色服裝，橙色更鮮艷明亮 ；

綠色服裝，變成暗濁的黃綠色 ；

青色服裝，變成灰青，暗色 ；

紫色服裝，變成暗紫，近黑色。

普通電燈照射下的服裝色彩，明度一般都較低，但整個服裝在黃光的照射下，色調比較統一。在設計服裝色彩時應充分考慮這些影響。

（4）日光燈的演色性。以白色光的熒光燈為例來分析它的演色性。這種燈的色光稍偏冷，它的演色性也有很多變化。如 ：

紅色、橙色系統包括褐色類的色彩——色相沒有什么變化，但明度和純度降低 ；

黃色系統視黃色性質決定——色相變化不大，檸檬黃帶有青色味，土黃類色彩的純度變低 ；

青色或綠色系統——色相不受影響，但是變得更冷、沉著而生輝 ；

紫色或紫色類的色彩——會失去一部分紅色味，有近似玫紅色的傾向。

日光燈的直接照射與強度都會產生不同的演色性。

（5）彩色燈光的演色性。彩色燈光在日常生活中也很常見，如廣告宣傳中的霓虹燈，節日里的建筑裝飾和會場布置的彩燈，俱樂部、展覽會、舞臺照明等。彩色燈光的演色性比其他光源的演色性更強。服裝色彩在彩色燈光下的色彩演示情況舉例如下 ：

黑色服裝 ：紅光——紫黑色

綠光——深橄欖綠

青光——青黑色

紅色服裝 ：黃光——鮮紅、微帶橙味

綠光——黑褐色

藍光——暗紫藍色

紫光——紅色

橙色服裝 ：紅光——紅橙色

黃光——橙色

綠光——淡褐色

藍光——淡褐色

紫光——棕色

黃色服裝 ：紅光——紅色

綠光——明亮的黃綠色

藍光——綠黃色

紫光——帶暗紅色

綠色服裝 ：紅光——暗灰色

黃光——鮮綠色

藍光——淡橄欖綠色

紫光——暗綠褐色

藍色服裝 ：紅光——暗藍黑色

黃光——綠色

綠光——暗綠色

紫光——暗藍色

紫色服裝 ：紅光——紅棕色

黃光——紅褐色

綠光——帶褐色味

藍光——暗紫藍色

服裝色彩與燈光色相同或近似，受光后原色更鮮艷。

三、 色彩的屬性

（一）色彩的三要素

一切色彩都具有三大屬性——色相、明度、純度。在色彩學上也稱為色彩的三要素。熟悉和掌握色彩的三要素，對于認識色彩和表現色彩極為重要。三要素的任何一個要素改變都將影響原色彩的面貌。它可用“色相 + 明度 / 純度”的表色記號表示，例如“紅5/6“，即為中明度、中純度的紅咖啡色。

1.色相

色相是色彩的最大特征，是色彩相貌的名稱。色相由光的波長決定，如紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等。一般以色相環上的純色為準。通常色相環有 12 色、20 色、24 色、40色等色相組成。

2.明度

也稱光度、深淺度。明度指色彩的明亮程度，是由色彩光波的振幅決定的。由于各種色彩光波的振幅有大小區別，形成了色彩的明暗強弱之分。色彩的明度有兩種情況 ：第一種情況是，同一種色相的明度，因光源的強弱會產生不同的變化。而同一色相如加上不同比例的黑色或白色混合后，明度也相應產生變化 ；第二種情況是，各種不同色相之間的明度不同，每一種純色都有與其相應的明度。在色彩學中常以黑白之間的差別作為參考依據。美國蒙賽爾色系采用 11 級，黑色為 0 級，白色為 10 級。黃色明度最高，藍紫色明度最低，紅、綠色的明度中等。色彩的明度增或減會減弱純度，某一純色加白提高明度，加黑則降低明度，兩者都將引起該色相純度的降低。色彩的三要素在具體應用中是同時存在、不可分割的，必須同時加以考慮。

3.純度

又稱彩度、飽和度、鮮艷度、含灰度等。純度指色彩的純凈程度，即色彩含有某種單色光的純凈程度。純凈程度越高，色彩越純 ；反之，色彩純度越低。光譜中的各種單色光為極限純度，是最純的顏色。當一種色彩加入黑、白或其他顏色時，純度就產生變化。加入其他色越多，純度越低。人眼對色彩純度的感受能力較強，為了研究方便起見，在美國蒙賽爾色立體中采用 14 個步度的純度變化。純紅色（5R）純度最高，為 14 級，黑色、白色、灰色純度最低，都為 0 級。

（二）色調

色調指色彩外觀的重要特征與基本傾向。色調由色彩的色相、明度、純度三要素決定。

從色相方面區分，有紅色調、黃色調、綠色調、藍色調、紫色調等。

從色彩的明度區分，有明色調、灰色調、暗色調等。把明度與色相結合起來，又有對比強烈色調（包括色相強對比）、柔和色調（明度與色相差都較?。?、明快色調（以明度較高的類似色為主的配色）等。

從色彩的純度區分，有清色調（純色加白或加黑）、濁色調（純色加灰）。把純度與明度結合起來，又可分明清色調、中清色調、暗清色調。

色調還常以色彩給人的冷暖感覺區分，有冷色調和暖色調。

作品中的色調體現了設計者的感情、趣味、意境等心理要求。具有美好感受的藝術品，它的色彩無不具有一種基本的色調，繪畫、實用品、服裝等都是這樣。故色調的研究是服裝色彩設計的重要內容之一。

四、 色彩的混合

用兩種色或幾種色互相混合，稱為色的混合。它有三種混合法：色光的三原色即紅、綠、藍混合后變成白色光，稱為加色法混合 ；顏料的三原色紅（品紅）、黃（檸檬黃）、青（湖藍）混合后變成黑色，稱為減色法混合 ；還有一種中性混合，即空間混合。

（一）加色法混合

加色法混合就是色光的混合。隨著不同色光混合量的增加，色光明度也逐漸加強。當全色光混合時則呈現白色，即用色光的三原色相加后可得白光 ；用色光的紅、綠相加得黃色 ；綠、藍相加得青色 ；藍、紅相加得品紅色。這是色光的第一次間色。如用色光的三原色與它相鄰的三間色相加，可得色光的第二次間色。如此類推可得近似光譜的色彩。因此色光紅、綠、藍是加色法混合最理想的色。加色法混合效果是由人的視覺器官來完成的，因此是一種視覺混合。加色法混合的結果是色相、明度的改變，而純度不變。

如果將色光的三原色按不同比例混合，還可得出更多的色光。如紅光與綠光按不同比例混合可得橙、黃、黃綠色光 ；紅光與藍光按不同比例混合可得品紅、紅紫、紫紅色光 ；藍光按不同比例混合可得綠藍、青、青綠等色光（彩圖 1）。

（二）減色法混合

各種顏料或各種染料的混合屬減色法混合。因物體色的演示，是由于物體對光譜中的光選擇性地吸收與反射的作用?！拔铡奔礈p去的意思。在光源不變的情況下，兩種或兩種以上的顏料混合后，相當于白光減去各種顏料的吸收光，而剩余的反射色光就成為混合后的顏料色彩?；旌虾蟮男骂伭?，增加了對色光的吸收能力，而反射能力則降低。故顏料在混合后色彩的明度、純度都降低，色相也發生變化。參加混合的顏料種類越多，白光被減去的吸收光也越多，相應的反射光就越少，最后呈近似黑灰的色彩。

顏料的三原色品紅（明亮的玫紅）、黃（檸檬黃）、青（湖藍）做減色法混合可得到 ：品紅 + 黃 = 紅（白光—綠光—藍光）；青 + 黃 = 綠（白光—紅光—藍光）；青 + 品紅 = 藍（白光—紅光—綠光）；品紅 + 青 + 黃 = 黑（白光—綠光—紅光—藍光）（彩圖 2）。

根據減色法的混合原理，品紅、黃、青按不同比例進行混合，可得到一切色彩，因此，這三色是顏料的第一次色（即三原色）；三原色中兩種不同的顏料相混，所得到的三種色彩稱第二次色（也稱三間色）；用三間色分別與其相鄰的三原色相混，可得到第三次色（即復色）。

（三）中性混合

中性混合也稱空間混合。它與色光的混合有相同之處，也是色光傳入人眼在視網膜信息傳遞過程中形成的色彩混合效果。中性混合是加色法混合，它本身不是發光體，而是反射光的混合。如將幾種顏色涂在圓盤上，通過圓盤的快速旋轉，使各種色彩混合起來，這種混合起來的色彩反射光快速地先后或同時刺激人眼，從而得到視覺中的混合色。把不同色彩的點或線相交并置，在一定的視覺距離內，也能產生近似圓盤旋轉而產生的色彩混合效果（圖 2-7）。

圖2-7 旋轉法中性混合示意圖

中性混合和加色法混合的原理是一致的，但是顏料畢竟不是發光體，純度和明度都很低。加色法混合后的混合色，其明度是參加混合色光的明度總和，比混合色的任一色都亮，而旋轉混合色與并列混合色的明度等于參加混合色光的明度的平均值?；旌线^程與混合結果，既不加光，也不減光，所以這種色彩混合法稱為中性混合。

色彩的中性混合有三大特點 ：

（1）近看色彩豐富，遠看色調統一，不同的視覺距離有不同的色彩效果。

（2）色彩有顫動感，適合表現光感。

（3）變化混合色的比例，可使用少量色得到配色多的效果。

中性混合在生活中用得很多，如彩色印刷、繪畫、紡織品設計以及其他實用美術設計。

中性混合有下列規律 ：

（1）凡互為補色關系的色彩按一定比例進行中性混合，可得到無彩色系的灰和有彩色系的灰。如紅與青綠的混合，可得到灰、紅灰、綠灰。

（2）非補色關系的色彩中性混合，產生兩色的中間色。如紅與青的混合，可得到紅紫、紫、青紫。

（3）有彩色系的色與無彩色系的色中性混合，也產生兩色的中間色。如紅與灰的混合，可得到不同純度的紅灰 ；紅與白的混合，可得到不同明度的淺紅。

（4）色彩中性混合時產生的新色，其明度相當于所混合色的中間明度。

（5）色彩并置產生中性混合是有條件的?；旌仙珣撌羌汓c、細線，同時要成密集狀。點子越小，線越細，混合的效果越明顯。色彩并置產生中性混合的效果與視覺距離有關，必須在一定的視覺距離之外，才能產生混合。距離越遠，混合效果越明顯（彩圖 3）。

（四）補色

在物理學中，稱兩種相加后呈白光的色光及兩種混合后成黑色或灰黑色的顏料色，為一對互補色?；檠a色的顏色在色相環上處于直徑兩端的位置上。如紅光與青光相加產生白光 ；綠光與品紅光相加亦產生白光等。顏料中的品紅與綠色相加出現灰黑色 ；黃色與藍紫色相加亦產生灰黑色（圖 2-8 和彩圖 4）。

視覺殘象的對應色彩也是補色關系。補色關系是人對色彩的心理平衡，也是視覺生理的重要基礎。

圖2-8 互補色關系示意圖

五、色彩的體系

為方便認識、研究與應用色彩，將千變萬化的色彩按照它們各自的特性，做一定規律和秩序性的排列并加以命名，稱為色彩的體系。色彩體系的建立，對于研究色彩的標準化、科學化、系統化以及實際應用都具有重要價值。

（一）色彩體系的分類

1.表色系

表色系是把原色的顏料，加上黑、白色調制混合，制成物體色，構成有系統性的整體的色彩體系。體系各色以色版顯示，并附于系統化的符號。它的特點是既能具體顯示色彩，又能作為取色傳達。代表性的表色系有蒙賽爾、奧斯特瓦爾德、DIN、日色研色立體等。

2.色名體系

色名體系是把物體色按其較寬的劃分歸為色別，給以相應的名稱的體系。這種體系用于取色傳達及色彩印象傳達，代表性的色名體系有 ISCCNBS 色名法、JIS 色名法、日色研調查用的色碼、色表系統。

3.混合體系

混合體系是借原色的色光混合而成的開口色的體系，主要用于表示色光。這一體系的代表是國際照明學會 CIE 表色系。

（二）無彩色系與有彩色系

豐富多樣的色彩是由無彩色系和有彩色系兩大類組成的。

1.無彩色系

黑色和白色及由黑、白兩色相混的各種深淺不同的灰色系列，合稱無彩色系。由白漸變到淺灰、中灰、深灰直到黑色，色度學上稱為黑白系列。黑白系列是用一條垂直軸表示的，一端是白，另一端是黑，中間是各種過渡的灰色。無彩色系沒有色相與純度，兩者都為零，只有明度的變化。色彩的明度可用黑白度來表示，越接近白色，明度越高 ；越接近黑色，明度越低。

2.有彩色系

光譜上的各色，如紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等顏色（包括不同明度和不同純度的各色）均屬有彩色系。有彩色系具有色彩的三要素——色相、明度、純度。

（三）色環

牛頓將太陽光分解后的光帶首尾相接，成為一個圓環形，并將圓分成 6 等份，分別填入紅、橙、黃、綠、青、紫六色。此圓形環定名為色環（彩圖 5）。色環上直徑兩端的色互為補色關系。將三原色、三間色按一定位置排列，即原色與間色呈互補排列，稱為補色色環。

也有補色關系不在直徑兩端的，如日本色研色系表就是如此。這種色環的排列是以視覺步度的均勻為標準的，稱為視覺色環。

在6色色環的基礎上，又發展為12色色環、24色色環，常用的還有20色色環、32色色環、40 色色環、100 色色環等。色相環上表示著色相序列與色彩之間的某些關系。它使色彩學的研究與應用更為便利，因此，一直被人們沿用。

六、色立體

色相環是將色彩的色相關系在平面上做有秩序的排列，它無法同時表示色彩的三屬性——色相、明度、純度的關系。而色立體是借助于三維空間，能同時體現出色彩的色相、明度、純度三者之間的關系。

（一）色立體的結構原理

色立體是用旋轉直角坐標的方法，組成一個類似球體的立體模型。色立體的結構大致上可借用地球儀來說明：連接兩極而貫穿中心的軸為明度軸（是表示明度的），北極為白色，南極為黑色。球的中心為正灰，球表面一點到中心軸的垂直線，表示純度系列，南半球是深色系，北半球是明色系。赤道線上表示色相環的位置，球表面是純色及以純色加黑或加白而形成的清色系。球內部除中心軸外是純色加灰而形成的濁色系。與中心軸相垂直的圓的直徑兩端的色為補色關系。圖 2-9~ 圖 2-11 是理想化的色立體。色立體一般各有不同，但基本上都建立在這種原理的基礎上。

（二）色立體的種類

1.蒙賽爾色立體

蒙賽爾（A.H.Munsell,1858~1918）是美國的色彩學家、教育學家。蒙賽爾色系是基于色彩三屬性，并結合人的色彩視覺心理因素而標定的色彩體系。經多年的科學測試和修訂完善，這一色彩表述法被研究得最為徹底，用得最為普遍。目前，美國修訂出版的蒙賽爾色譜，分光澤色與無光澤色兩種，每種均有 40 個色相與 80 個色相兩種版本。為適應紡織品設計的需要，近年來又由幾個國家合作研制了紡織品染色的蒙氏修正色系的色譜。

圖2-9 色立體構成示意圖

圖2-10 單色相面示意圖

圖2-11 明度與純度的關系示意圖

A→B 加白，明度提高，純度降低

B→C 越加白，純度越低

A→D 加入與純色同明度的灰，明度不變，純度降低

A→F 加黑，明度降低，純度同時亦降低

B→E 越加黑，純度越低

蒙賽爾色相環由 5 個基本色相組成，即紅（R）、黃（Y）、綠（G）、藍（B）、紫（P）；在鄰近的兩個色相之間，再分別插入黃紅（YR）、黃綠（YG）、藍綠（BG）、藍紫（BP）、紅紫（RP），成為 10 個主要色相。每一主要色相又各自劃分成 10 個分度，即共有 100 個色相刻度。如以紅（R）為例，以 1R、2R……10R 為標志，且以 5R 為主要色相。其他色相與其相同，都以 5 為主要色的標志，如 5PB 是藍紫色的主要色標志，5G 是綠色的主要色標志。10 個主要色相又各自分為 2.5、5、7.5、10 共 4 個色相編號，形成 40 個色相，其色相環的直徑兩端的一對色相構成互補色關系。色相排列順序則是按光譜色做順時針方向排列（圖 2-12 和彩圖 6、彩圖 7）。

蒙賽爾色立體（圖 2-13）的中心軸為黑—灰—白的明暗系列，以此作為有彩色系各色的明度標尺，黑為0級，白為10級，中間1～9級是等分明度的深淺灰色。由中性色黑、白、灰組成的這一中心軸以 N 為標志，黑以 B 或 BL、白以 W 為標志。自色立體中心軸至表層的橫向水平線構成純度軸，以漸增的等間隔均分為若干純度等級，中心軸純度為 0，橫向越接近純色，純度越高。

圖2-12 蒙賽爾色相環圖

圖2-13 蒙賽爾色立體圖

蒙賽爾表色體系是以色彩三屬性為基礎的，即以色相（H）、明度（V）、純度（C）構成的表述法，其色彩記號是 HV/C（色相、明度 / 純度）。如純色相紅、黃的色彩記號分別為 5R4/14 及 5Y8/12。由于各純色的明度值不一，而色立體中各純色相又必須以其明度值與中心軸明度標尺等級對應，因此，色相環在這個色立體中表現為傾斜狀，而并非如“赤道線”那樣水平放置 ；各純色相的純度值也高低不一，即與中心軸水平距離長短不等，如紅的純度是 14，而藍綠色的純度只到 8 級，形成凹凸起伏的不規則球體形狀。此球體通過中心軸的縱剖面展示了其基本結構及色彩三屬性的基本關系，因其形似樹，故有時稱之為色樹（圖 2-14）。色樹展示了明度中心軸及左右兩側的一對互為補色的色相，同一側為同一色相的各色組成的等色相面，橫向水平線上的色組為同一明度的純度系列，縱向直線上的色組為同一純度的明度系列。

10 個標準色相的純色符號如下 ：紅—5R4/14、黃—5Y8/12、綠—5G5/10、藍—5B4/8、紫—5P4/12、黃紅—5YR6/12、黃綠—5YG7/10、藍綠—5BG5/8、藍紫—5BP3/12、紅紫—5RP4/12。

圖2-14 蒙賽爾色立體縱剖面圖

2.奧斯特瓦爾德色立體

奧斯特瓦爾德（W.Ostwald,1853 ～ 1932）是德國物理化學家，1909 年諾貝爾化學獎獲得者。他于 1921 年出版了《奧斯特瓦爾德色譜》，以后稱奧氏色立體。

奧氏色相環由 24 個色相組成。色相環直徑兩端的色互為補色。以黃（Y）、橙（O）、紅（R）、紫（P）、群青（UB）、綠藍（T）、海藍（SG）、葉綠（LG）為 8 個基本色相，又各自三等分，按順時針方向分別以 1、2、3 標志，其中 2 代表色相的正色。例如葉綠色 1LG、2LG、3LG，其中 2LG 就是代表正葉綠色，1LG 最接近海藍，3LG 最接近黃色，這樣組成的 24 色相環，是按光譜色做逆時針方向順序排列的，但按順時針方向自黃至葉綠以 1 ～ 24 的編號標定各色相（圖 2-15）。

奧氏色立體的明度中心軸定為 8 級，分別以 a、c、e、g、i、l、n、p 表示。每個字母均表示一定的含白量和含黑量，a 的含白量最高，含黑量最低 ；p 的含黑量最高，含白量最低（表 2-4）。

以明暗系列中心軸的直線為三角形的一邊，作一等邊三角形，外側頂端為全色，以此為標志，將每條邊線做 8 等分，并做平行的連接線，構成 28 個菱形色區，每一色區標以含黑、含白量的記號，由兩個字母表示，并由此可計算出純色量（圖 2-16）。其色彩表述法是色相號 / 含白量 / 含黑量，計算方法是純色量 + 含白量 + 含黑量 =100%。例如，某色彩的記號是 17pa，查奧氏色相環可知 17 是綠藍色的編號，而 p 的含白量是 3.5%，a 的含黑量是11%，以 100-3.5-11=85.5，即知純色量占 85.5%，由此比例關系可知 17pa 是純色綠藍。

圖2-15 奧氏色相環劃分法

表2-4

在三角形中，由 a 與 pa 的連接線（或以下平行線）上各色的含黑量相等，屬等黑量序列；在 p 與 pa 的連接線（或以上平行線）上各色的含白量相等，屬等白量序列 ；與明度中心軸平行的縱線上各色純度相等，為等純度序列 ；不同色相而處同一色域的各色，其含白、含黑及純色量均同一，為等色調序列（圖 2-16）。

以明度中心軸為軸心，將等色相面的色三角旋轉 360°，即構成色相環水平放置而外形為規則的復圓錐體狀的奧斯特瓦爾德色立體（圖 2-17）。

圖2-16 奧斯特瓦爾德等色相三角形圖

圖2-17 奧氏色立體圖

3.日色研色立體

日色研色立體指日本色彩研究所制定的色立體體系。色相是以紅、橙、黃、綠、藍、紫 6 個主要色相為基礎，并調成 24 個色相，標以紅 1 到紫 14 的番號。明度以黑為 10，白為 20，其間分 9 個階段的灰色，總共 11 個階段。純度近似于蒙賽爾色系。根據色相、明度的不同，紅純色的純度為 10，是最高的。色的表示法是色相—明度—純度。如 12—15—6 為色相 12、明度 15、純度 6 的色即綠的純色（圖 2-18 ～圖 2-20）。

圖2-18 日色研24色相環

圖2-19 日色研色立體圖

圖2-20 日色研色立體縱剖面圖

紅、黃光紅、黃、黃光綠、綠、青光綠、青、青光紫、紫、紅光紫等，這些是以光譜上的色相排列來命名的（圖 2-21）。

慣用色名法和基本色名法，在實際應用中很普遍，但缺乏科學性與準確性，一般用這些色名使人容易想象得出色彩的大概面貌，但難以準確地運用，更難以在國際上進行交流。為了準確無誤地傳達色彩信息，人們研究確定了色彩定名的標準方法，以便于國際上通用。

目前，國際上常用色立體體系編碼標號為色彩定名，即按色立體排列色的唯一空間定名編號。由于各色立體的體系不同，故其編碼也不一樣。色立體定名法是色彩定名標準化的方法，有利于國際間色彩的交流。由于這種色彩名稱缺少語言的感情性，因此結合一般慣用的色名和藝術語言的修飾會更好些。目前我國已出版有蒙賽爾色名和慣用色名相對應的色卡。

圖2-21 有彩色色名法示意圖