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        色彩設計基礎


         

        第一章  緒論

        一、色彩的意義

        形成人們審美觀的主要途徑

        色彩既是一種感受,又是一種信息

        色彩美已經成為人們物質和精神上的一種享受

        二、顏色感覺的形成

        人的色彩感覺信息傳輸途徑是光源、彩色物體、眼睛和大腦,也就是人們色彩感覺形成的四大要素。這四個要素不僅使人產生色彩感覺,而且也是人能正確判斷色彩的條件。在這四個要素中,如果有一個不確實或者在觀察中有變化,就不能正確地判斷顏色及顏色產生的效果。
          光源的輻射能和物體的反射是屬于物理學范疇的,而大腦和眼睛卻是生理學研究的內容,但是色彩永遠是以物理學為基礎的,而色彩感覺總包含著色彩的心理和生理作用的反映,使人產生一系列的對比與聯想。
          美國光學學會(Optical Society of America)的色度學委員會曾經把顏色定義為:顏色是除了空間的和時間的不均勻性以外的光的一種特性,即光的輻射能刺激視網膜而引起觀察者通過視覺而獲得的景象。在我國國家標準GB5698-85中,顏色的定義為:色是光作用于人眼引起除形象以外的視覺特性。根據這一定義,色是一種物理刺激作用于人眼的視覺特性,而人的視覺特性是受大腦支配的,也是一種心理反映。所以,色彩感覺不僅與物體本來的顏色特性有關,而且還受時間、空間、外表狀態以及該物體的周圍環境的影響,同時還受各人的經歷、記憶力、看法和視覺靈敏度等各種因素的影響。
          

        第二章  色彩的形成原理

        第一節   色彩現象的心理性質

        不同波長的光作用與人的視覺器官以后,大腦必然導致對不同的色彩產生某種情感活動,不同的色彩會影響人們的情緒、性情和行動,這是色彩的心理性質。

        幾種常用色彩的情感功能

        紅色:興奮、激動、歡樂、危險、緊張、恐怖等

        橙色:渴望、健康、躍動、成熟、向上、等

        黃色:光明、輕快、豐碩、溫暖、輕薄、頹廢等

        綠色:生命、青春、成長、安靜、滿足等

        藍色:深遠、純潔、冷靜、沉靜、悲痛、壓抑等

        紫色:莊嚴、幽靜、傷痛、神秘等

        黑色:深沉、莊嚴、陰森、沉默、凄涼等

        白色:純潔、樸素、輕盈、單薄、哀傷等

        灰色:平淡、沉悶、寂寞、含蓄、高雅、安適等

        1.紅色

        紅色是熱烈、沖動、強有力的色彩,它能使肌肉的機能和血液循環加快。由于紅色是可見光波最長的波長這一特性,所以它及易引起注意, 它常傳達有活力,積極,熱誠,溫暖的表情對于人的心理產生巨大的鼓舞作用。

        純色的心理特性:熱情、活潑、引入注目,熱鬧、、革命,同時也給人以恐怖的心理。

        2.橙色

        橙色的刺激作用雖然沒有紅色大,但它的視認性注目性也很高,即有紅色的熱情又有黃色的光明,活潑的性格,是人們普遍喜愛的色彩。它使人聯想到金色的秋天,豐碩的果實,是一種富足、快樂而幸福的顏色。

        3.黃色

        黃色是最為光亮的色彩,在有彩色的純色中明度最高,給人以光明、迅速、活潑、輕快的感覺。它的明視度很高,注目性高,比較溫和。

        4.綠色

        綠色為植物的色彩,明視度不高,刺激性不大,對生理作用和心理作用都極為溫和,因此入對綠色的嗜好范圍很大,給人以寧靜、休息、安靜等

        5.藍色

        藍色是博大、深遠的色彩。藍色的注目性和視認性都不太高,但在自然界如天空、海洋均為藍色,所占面積相當大,藍色給人冷靜、智慧、深遠的感覺。

        純色的心理特性:天空、水面、太空、寒冷、遙遠、無限、永恒、透明、沉靜、理智,高深、冷酷、沉思、簡樸、憂郁。

        6.紫色

        紫色因與夜空、陰影相聯系,所以富有神秘感。紫色易引起心理上的憂郁和不安,但紫色又給人以高貴、莊嚴之感,所以女性對紫色的嗜好性很高。

        純色的心理特性朝霞、紫云、優美、憂雅、高貴、嬌媚,溫柔、昂貴、自傲、虛幻、魅力、虔誠。

        純色加白(明清色):給人以女性化、清雅、含蓄、清秀、嬌氣、羞澀的心理感覺。

        7.灰色

        是徹底的中性色,依靠鄰近的色彩獲得生命。灰色意味著一切色彩對比的消失,是視覺最安穩的休息點。所以給人以平淡、沉悶、寂寞之感。

        灰色的視認性、注目性都很低。又給人以高雅、含蓄的印象。

        8.白色/黑色

        白色為不含純度的色,除因明度高而感覺冷外基本為中性色,明視度及注目性都相當高。

        白色的心理特性:潔白、明快、清白、純粹、真理、神圣、正義感

        黑色在心理是一個很特殊的色,它本身無刺激性,但是與其它色配合能增加刺激,黑色是消極色.所以單獨時嗜好率低,可是與其它色彩配合均能取得很好的效果。

        黑色的心理特性:黑夜、深沉、莊嚴、陰森、沉默、凄涼、嚴肅、死亡、恐怖

         

        第二節   色彩現象的物理性質

        色彩是我們日常生活中最熟悉、最親近的一種生活中的喜、怒、哀、樂。直到17世紀中葉牛頓進行了一系列科學實驗,人們才將色彩界定于實驗的科學理論范疇,色彩和光產生了關系。

        一、光的性質

        人們對光的本質的認識,最早可以追溯到十七世紀。從牛頓的微粒說到惠更斯的彈性波動說,從麥克斯韋的電磁理論,到愛因斯坦的光量子學說,以至現代的波粒二象性理論。
          光按其傳播方式和具有反射、干涉、衍射和偏振等性質來看,有波的特征;但許多現象又表明它是有能量的光量子組成的,如放射、吸收等。在這兩點的基礎上,發展了現代的波粒二象性理論。
          光的物理性質由它的波長和能量來決定。波長決定了光的顏色,能量決定了光的強度。光映像到我們的眼睛時,波長不同決定了光的色相不同。波長相同能量不同,則決定了色彩明暗的不同。
          在電磁波輻射范圍內,只有波長380nm780nm1nm=10-6mm)的輻射能引起人們的視感覺,這段光波叫做可見光。

        ───┬─────────┬─┬───┬───┬──┬─────
        紅外線        青藍  紫外光
        ─────┼───────┴─┴─┴─────┴──┴──┼─────
        不可見光譜┤←────可見光譜─────→├不可見光譜

        在這段可見光譜內,不同波長的輻射引起人們的不同色彩感覺。英國科學家牛頓在1666年發現,把太陽光經過三棱鏡折射,然后投射到白色屏幕上,會顯出一條象彩虹一樣美麗的色光帶譜,從紅開始,依次接臨的是橙、黃、綠、青、藍、紫七色。

        在可見光中:紅光波長最長,紫光最短,黃光適中。
            這條依次排列的彩色光帶稱為光譜。這種被分解過的色光,即使再一次通過三棱鏡也不會再分解為其它的色光。我們把光譜中不能再分解的色光叫做單色光。由單色光混合而成的光叫做復色光,自然界的太陽光,白熾燈和日光燈發出的光都是復色光。

         

        光與色的關系

        色彩現象是一種視覺的現象,產生視覺的主要條件是光線,物體是受到光線的照射,才產生形與色彩。眼睛所以能看見色彩,是因為有光線的作用,才得以看清四周的景物。所以,色彩是光線產生的現象,沒有光就沒有色,光是人們感知色彩的必要條件,色來源于光。所以說:光是色的源泉,色是光的表現。

        光是人們感覺所有物體形態和顏色的唯一物質

        色是由物體的化學結構所決定的一種光學特性, 是光作用于人眼引起除形象以外的視覺特性。

         

        第三節 色彩現象的生理性質

        光還必須作用與人的健康的視覺器官——眼睛。色光(包括光源或物體反射光)射向我們的健康的眼睛并通過視覺神經傳到支配大腦的視覺中樞,才能使人產生色彩的感覺。這就是色彩現象的生理性質。

        一、眼睛的光學系統

          人之所以能夠感知到光線并產生形狀與色彩的反應,是因為眼睛的視覺作用,才產生的。

        人眼的構造和照相機的構造一樣,分為眼簾(鏡頭蓋)、虹膜、瞳孔(光圈)、角膜、晶狀體(透鏡)、網膜(底片)、視覺神經細胞底層(包括錐桿體細胞,即等于底片上的感光藥膜)等,只要具有正常視覺功能的眼睛,光線一旦進入后,瞳孔就發揮對光量的控制作用,使形象經過角膜的水晶體和玻璃體到達網膜上,便產生形狀和色彩。

         

        二、視覺的兩重功能

        眼睛是一種視覺裝置,它不但能對物體感應,也能對某些波長作迅速的響應,眼球內主要含有錐及桿二類感光細胞。其中錐細胞是感覺動作并對明暗之間的差別特別敏感,當亮度減弱時,桿細胞便會發揮功能,但看不見色彩。而在較亮的情況下,視網膜中的三種錐細胞始對長、中,短三種光域產生不同的視覺反應,便能讓我們看見光譜中的紅、綠、藍三個主要色域來形成色彩。

           明視覺錐細胞,能分辨物體的細節和顏色。

        暗視覺:桿細胞,只能分辨出物體的形狀、明暗。

        視網膜中有三種錐體細胞能分別由紅、綠、藍三種色光的刺激引起興奮。三種錐體不同的興奮量在大腦皮質中綜合,便有如顏料的調配一般,產生各種各樣的色彩感覺。

        顏色視覺

        顏色視覺的生理結構特征,引起了一些特殊的色彩視覺現象。

        1、顏色對比(同時對比與連續對比)

           所謂同時對比,就是同時看到兩種顏色所產生的對比現象。 當兩種或兩種以上顏色同時并放在一起,雙方都會把對方推向自己的補色。如:紅和綠放在一起,紅的更紅,綠的更綠;黑和白方在一起,黑的更黑,白的更白,這種現象屬于色彩的同時對比。

           連續對比是先看某種顏色,然后又看到第二種顏色時所產生的對比現象。 連續對比現象與同時對比現象都是視覺生理條件的作用所造成的,它們出于一個原因,但發生在不同的時間條件。同時對比主要指的是同一時間下顏色的對比效果,連續對比指的是不同時間的條件下,或者說在時間運動的過程中,不同顏色刺激之間的對比。如:當我們長久的注視一塊紅顏色之后,看到周圍的東西發綠;當我們在暖色光的環境適應后,突然來到正常光線下,會覺得顏色發冷。

        2、顏色適應:人眼在顏色刺激作用下所造成的顏色視覺變化。

        在日常生活中,我們經常可以碰到這樣的現象。當你從亮處走進暗室時(如遲到闖入電影院),開始什么也看不清,經過相當長時間后,又逐步開始恢復清晰的視覺,這種現象叫做暗適應;反之,當我們從暗處走向亮處時(如電影院散場以后走出門外),在最初的一瞬間也會感到耀眼發眩,什么都看不清,但經過幾秒鐘后,視覺又恢復正常,這種現象叫明適應。
          眼睛在暗適應過程中,瞳孔直徑擴大,使進眼球的光線增加10-20倍,視網膜上的視桿細胞的感受性迅速興奮,視敏度不斷提高,從而獲得清晰的視覺,完成視覺暗適應的過程大約需要40分鐘。明適應是視網膜在光刺激由弱到強的過程中,視錐細胞和視桿細胞的功能需要迅速轉換,適應時間比暗適應短得多,大約只需要1鐘。
        明適應    受到較強光線的連續作用,引起視網膜對光刺激的敏感度下降。

        暗適應    從光亮的環境轉到黑暗處,在黑暗中視覺的感受逐步遞增的過程。

         

        四、顏色視覺理論
        1·赫姆霍爾茲的三色理論 
          1807年,英國醫學物理學家揚(TYoung)和德國生理物理學家赫姆霍爾茲(HLFvonHelmholtz)根據紅、綠、藍三原色光混合可以產生各種色的色光混合規律,假設在視網膜上有三種神經纖維,每種神經纖維的興奮都會引起一種原色的感覺分別對可見光譜中的紅、綠、藍最敏感。 
          如當一種神經纖維處于興奮狀態,那么就產生一種原色覺,如果兩種或三種神經纖維都處于興奮狀態,那么就產生綜合色覺。如:當神經纖維受到紅光刺激而興奮時,則產生紅色覺;當三種神經纖維同時受到紅、綠、藍三種色光的刺激而興奮時,則產生白色覺。

        三色學說的優缺點

        優點:

        a、能充分說明混色現象,為現代色度學奠定了理論基礎

        b、在顏色測量和數值計算時,與試驗理論符合;

        c、現代的彩色印刷復制、攝影、照相分色、彩色電視都是建立在該基礎上的。

        缺點:不能滿意地解釋色盲現象。

         

        2赫林的對立顏色學說 
          德國物理學家赫林的對立顏色學說也叫做四色學說。1878年赫林觀察到存在RGBY四種心理原色,并且顏色現象總是以紅藍、黃藍、黑白成對關系發生的,因而假設視網膜中有三對視素:白黑視素、紅綠視素、黃藍視素,這三對視素的代謝作用包括建設(同化)和破壞(異化)兩種對立的過程,光刺激破壞白黑視素,引起神經沖動產生白色感覺。無光刺激時白黑視素便重新建設起來,所引起的神經沖動產生黑色感覺。對紅綠視素,紅光起破壞作用,綠光起建設作用。對黃藍視素,黃光起破壞作用,藍光起建設作用。

        特點:

            很好地解釋顏色視覺的一些生理和心理現象,如紅綠色盲、黃藍色盲;

            沒有辦法解釋三原色能產生一切顏色的現象。

        3、階段學說

        ·赫姆霍爾茲的三色學說和赫林的四色學說自19世紀以來一直處于對立的地位。事實上,這兩種學說都只是對問題的一個方面獲得了正確的認識,只有通過二者的相互補充才能對顏色視覺獲得較為全面的認識。
          階段學說:三色論與四色論的統一 
          顏色視覺過程假設可以分成三個階段:第一階段,視網膜有三種獨立的錐體感覺物質,它們有選擇地吸收光譜不同波長的輻射,同時每一物質又可單獨產生白和黑的反應,在強光作用下產生白的反應,無光刺激時是黑的反應;第二階段,在神經興奮由錐體感受器向視覺中樞的傳導過程中,這種反應又重新組合;最后階段形成三對對立性的神經反應。
         顏色視覺的機制在視網膜上的錐體細胞感受是一個三色的機制,這種解釋符合揚·赫姆霍爾茲的學說;而在視覺信息向腦皮層視區的傳導通路中則變成四色機制,這種解釋又符合赫林的學說。顏色視覺機制的最后階段發生在大腦皮層的視覺中樞,在這里才產生各種顏色感覺。顏色視覺過程的這種設想常叫做階段學說

         

        第三章  物體的基本色彩

        物體色彩的顯示方式多種多樣。一類物體的色彩是由其本身輻射的光波形成的,我們把這類物體稱為發光體,如太陽、火焰、電燈等等,發光體的顏色決定于所發色光的光譜成分。另一類本身不輻射光能量,能不同程度地吸收、反射和透射其上的能量而呈現顏色。我們把這類物體稱為非發光體對色彩成因起主要作用的是透射、吸收和反射

        第一節、物體對光的透射、吸收和反射

        一、透射

        是入射光經過折射穿過物體后的出射現象。

        二、吸收

        物體對光的吸收有兩種形式:如果物體對入射白光中所有波長的光都等量吸收,稱為非選擇性吸收。例如白光通過灰色濾色片時,一部分白光被等量吸收,使白光能量減弱而變暗。如果物體對入射光中某些色光比其它波長的色光吸收程度大,或者對某些色光根本不吸收,這種不等量地吸收入射光稱為選擇性吸收。例如白光通過黃色濾色片時,藍光被吸收,其余色光均可透過。
          物體表面的物質之所以能吸收一定波長的光,這是由物質的化學結構所決定的。可見光的頻率為不同物體由于其分子和原子結構不同,就具有不同的本征頻率,因此,當入射光照射在物體上,某一光波的頻率與物體的本征頻率相匹配時,物體就吸收這一波長(頻率)光的輻射能,使電子的能級躍遷到高能級的軌道上,這就是光吸收。
          白光投射到非選擇性吸收物體上時,各種波長的光被吸收的程度一樣,所以,從物體上反射或透射出來的光譜成份不變,即這類物體對于各種波長的光的吸收是均等的,只是反射或透射出來的光與入射光的強度相比,有不同程度的減少產生消色的效果。反射率不到10%的非選擇性吸收的物體的顏色稱為黑色。反射率在75%以上的非選擇性吸收的物體的顏色稱為白色。非選擇性吸收的物體對白光反射率的大小標志著物體的黑白的程度。

        白光照射在選擇性吸收的物體上,物體對不同波長的光具有不同的吸收率。這種吸收稱為選擇性吸收。具有選擇性吸收的物體呈現彩色。

        物體在不同光譜組成的光照射下,會呈現不同色彩。

        三、反射

        指選擇反射,非透明體受到光照射后,將可見光譜中某一部分波長的輻射能吸收了,而將剩余的色光反射出來。

         

        第二節、物體的基本色彩

        一、物體色

        物體對光的選擇性吸收是物體呈色的主要原因。我們說"花是紅色的",是因為它吸收了白色光中400500nm的藍色光和500600nm的綠色光,僅僅反射了600700nm的紅色光。花本身沒有色彩,光才是色彩的源泉。如果紅色表面用綠光來照射,那么就呈現黑色,因為綠光波長的輻射能被全部吸收了,它不包含可反射的紅光波長。可見,物體在不同的光譜組成的光的照射下,會呈現出不同的色彩。

        所以物體的顏色:該物體本身不發光,而是從被照射的光里選擇性吸收了一部分光譜波長的色光,而反射(或透過)剩余的色光,我們所看到的色彩是剩余的色光,這就是物體的顏色,簡稱物體色。

        日常生活中看到的任何物體,都對色光具有選擇性的吸收、反射或透射的本能。當白光照射到不同的物體上,由于物體固有的物理屬性不同,一部分色光被吸收,另一部分色光被反射,就呈現出千差萬別的物體色彩。

         

        二、固有色
          長期以來,人們習慣于在日光下辨認物體的顏色。因此,固有色是指在相同的白光照射下,不同的物體所反射的不同色光。固有色給人的印象最深刻,形成了記憶,又稱為記憶色。

        固有色的差異

        1)物體本身的差異

        2)光線照射的角度

        固有色一般在間接光照射下比較明顯,在直接光照射下就會減弱,在背光情況下會明顯變暗。

        3)物體本身的結構特點

        反光差的物體的固有色比較明顯,反光強的物體固有色比較弱。

        4)表面狀況

        平面物體的固有色比較明顯,曲面物體的固有色比較弱.

        5)距離視點的位置

        離視點近的物體固有色比較明顯,離視點遠的物體固有色較弱。


             影響物體色的因素

        1、光源色

        光源色在色彩關系中是起支配地位的,是影響物體色彩的重要因素。光源色的變化,勢必影響物體的色彩

        光源色對物體色的影響主要表現在物體的光亮部位。特別是表面光滑的物體如陶瓷,金屬,玻璃等器皿上的高光,往往是光源色的直接反射。

        光源本身的色彩也不是一成不變的,它隨著光的強弱,距離的遠近,媒質的變化等有所不同。當光源色彩改變時,受光物體所呈現的顏色也隨之發生變化。

         

        2、環境色

        環境色是指我們描繪對象所處的環境的色彩。任何物體若放在其它有色物體中間,必然會受到周圍鄰近物體的顏色(即環境色)的影響。環境色對物體色的影響在物體的暗部表現得比較明顯。 

        物體基本色彩由光源色,固有色與環境色三者共同構成,并且由于三者作用的此強彼弱,產生了物體各部分色彩的差異。

         

        第四章 色彩的混合

        第一節、加色混合
          一、色光三原色
          為什么把RGB稱為色光三原色?

        1)、三種光以不同比例混合,基本上可產生自然界中全部的色彩。

        2)、三種光本身各自獨立,其中任何一種色光都不能由其余兩種光混合產生。

        所謂三原色,就是指這三種色中的任意一色都不能由另外兩種原色混合產生,而其他色可由這三色按照一定的比例混合出來,色彩學上將這三個獨立的色稱為三原色。

         

        二、加色混合

        色光加色混合:當兩種或兩種以上的色光同時到達人眼的視網膜時,視網膜的三種感色細胞分別受到等量或不等量的刺激,從而在大腦中產生另一種色光的效果,這種色光混合產生綜合視覺的現象稱為色光加色混合。

        三個原色光,或其中兩個原色光以等量增加,就可得到其它任何一種色光,其規律如下:

        R+G=Y);

        R+B=M);

        B+G=C),

         R+G+B=W


                 而互補色:  
                BY=W  GM=W  RC=W  

        凡按適當比例相疊加而能產生白光的兩種色光都互為補色。與藍、綠、紅三原色互為補色的黃、品紅、青三色通常稱為“三補色”。
          加法混合光亮度會提高,混合色的光的總亮度等于相混各色光亮度之和。

        三、 色光混合規律
          a、人的視覺只能分辨顏色的3種變化,即明度、色相和飽和度 

        b、亮度相加律
          由幾種色光混合組成的混合色的總亮度等于組成混合色的各種色光亮度的總和。這一定律叫作色光的亮度相加律。

        c、色光連續變化規律
          由兩種色光組成的混合色中,如果一種色光連續變化,混合色的外貌也連續變化。可以通過色光的不等量混合實驗觀察到這種混合色的連續變化。紅光與綠光混合形成黃光,若綠光不變,改變紅光的強度使其逐漸減弱,可以看到混合色由黃變綠的各種過渡色彩,反之,若紅光不變,改變綠光的強度使其逐漸減弱,可以看到混合色由黃變紅的各種過渡色彩。
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