色彩學

色彩學是指建立在二十世紀表色體系和定量的色彩調和理論上的一套色彩理論,是重要的基礎科學之一。其理論奠立者是德國化學家W·奧斯特瓦爾德(1855～1932)和美國畫家A·H·孟塞爾(1855～1918)。色彩學是研究色彩產生、接受及其應用規律的科學。它與透視學、藝術解剖學一起成為美術的基礎理論。由於形與色是物象與美術形象的兩個基本外貌要素，因此，色彩學的研究及應用便成為美術理論首要的、基本的課題。作為色彩學研究基礎的主要是光學，其次涉及心理學、生理學、心理學、美學與藝術理論等多門學科。因此它的產生與發展有賴於這些學科（尤其是光學）的長足進展，而色彩學研究的成果又為這些學科提供材料，推動它們的深入。

色彩應用史上，裝飾功能先於再現功能而出現。人類製作顏料是從炙烤動物流出的油與某些泥土的偶然混合開始的，后逐漸以蛋清、蠟、亞麻油、樹膠、酪素和丙烯聚合劑等作顏料結合劑。在古代中國、印度、埃及、美索不達米亞，顏料多用在傢具、建築內部、服裝、雕像等裝飾上。文藝復興時代開始，新的色彩不斷出現，油畫的產生使色彩越發豐富了繪畫的表現手段。

色彩的錯視與幻覺當外界物體的視覺刺激作用停止以後，在眼睛視網膜上的影像感覺並不會立刻消失，這種視覺現象叫做視覺后像。視覺后像的發生，是由於神經興奮所留下的痕迹作用，也稱為視覺殘像。如果眼睛連續看看景物，即先看一個后再看另一個時，視覺產生相繼對比，因此又稱為連續對比。視覺后像有兩種：當視覺神經興奮尚未達到高峰，由於視覺慣性作用殘留的后像叫正後像；由於視覺神經興奮過度而產生疲勞並誘導出相反的結果叫負后像。無論是正後像還是負后像均是發生在眼睛視覺過程中的感覺，都不是客觀存在的真實景像。

節日之夜的煙花，常常看到條條連續不斷的各種造型的亮線。其實，任意一瞬間，煙火無論在任何位置上只能是一個亮點，然而由於視覺殘留的特性，前後的亮點卻在視網膜上引成線狀。再如你在電燈前閉眼三分鐘，突然睜開注視電燈兩三秒鐘，然後再閉上眼睛，那麼在暗的背景上將出現電燈光的影像。以上現象叫正後像。電視機、日光燈的燈光實際上都是閃動的，因為它閃動的頻率很高，大約100次/秒上，由於正後像作用，我們的眼睛並沒有觀察到。電影技術也是利用這個原理髮明的，在電影膠捲上，當一連串個別動作以16圖形/秒以上的速度移動的時候，人們在銀幕上感覺到的是連續的動作。現代動畫片製作根據以上原理，把動作分解繪製成個別動作，再把個別動作續起來放映，即復原成連續的動作。

正後像是神經正在興奮而尚未完成時引起的，負后像則是經興奮疲勞過度所引起的，因此它的反映與正後像相反。例如：當你長時間（兩分鐘以上）的凝視一個紅色方塊后，再把目光迅速轉移到一張灰白紙上時，將會出現一個青色方塊。這種現象在生理學上可解釋為：含紅色素的視錐細胞，長時間的興奮引起疲勞，相應的感覺靈敏度也因此而降低，當視線轉移到白紙上時，就相當於白光中減去紅光，出現青光，所以引起青色覺。由此推理，當你長時間凝視一個紅色方塊后，再將視線移向黃色背景，那麼，黃色就必然帶有綠味（紅視覺后像為青，青+黃=綠，參見下表）。

又例如：在一白色和灰色背景上，長時間地（兩分鐘以上）注視一紅色方塊，然後迅速抽去色塊，繼續注視背景的同一地方，背景上就會呈現青色方塊。這一誘導出的補色時隱時現多次復現，直至視覺的疲勞恢復以後才完全消失。這種現象也是負后像。

色彩學大體可按色彩與光、眼睛、感知個體、應用的關係分為4個主要部分：

色彩與光涉及物理學

主要是光學。

色彩從根本上說是光的一種表現形式。光一般指能引起視覺的電磁波，即所謂“可見光”，它的波長範圍約在紅光的0.77微米到紫光的0.39微米之間。在這個範圍內，不同波長的光可以引起人眼不同的顏色感覺，因此，不同的光源便有不同的顏色；而受光體則根據對光的吸收和反射能力呈現千差萬別的顏色。由色彩的這個光學本質引發出色彩學這部分內容的一系列問題：顏色的分類（彩色與非色兩大類）、特性（色相、純度、明度）、混合（光色混合，即加色混合；色光三原色，即紅、綠、藍；混合的三定律，即補色律、中間色律、代替律）等。孟賽爾綜合了前人在這方面的研究成果，建立了“孟氏顏色系統”。

色彩感知的視覺器官

──眼睛對色彩的接受過程。

色彩學的這個部分涉及生理學、感知心理學，並且大量運用心理物理學的方法來研究。人眼主要由棒體和錐體感受器對光發生視覺反應，一般認為，顏色視覺是由錐體感受器作中介的，錐體感受器主要集中於視網膜的中央區，它含有光敏色素，在接受光的刺激后，形成神經興奮，傳達到大腦皮質中的視覺中樞而產生顏色視覺。由這個基本過程出發，色彩學還研究接受過程即顏色視覺中的對比（色相、明度的同時對比與連續對比），常性、辨色能力（也包括色盲、色弱等）等問題。關於顏色的視覺機制及過程的具體研究，20世紀以前主要有“三色說”和“四色說”，現代生理學與心理學的研究分別支持了這兩種學說，並試圖以“階段說”的假說來統一二者。此外，為了對顏色特徵進行量的分析，20世紀產生了以研究顏色標定和測量的色度學，它在理論上和應用上都具有十分重要的意義。

色彩學與感知個體的關係

色彩會因不同觀者、不同條件而有不同的感受，因此引發出色感（冷暖感、脹縮感、距離感、重量感、興奮感等，由此可將色彩劃為積極的與消極的兩種傾向）、對色彩的好惡（包括對單色或複色、不同色調的好惡）、色彩的意義（象徵性、表情性等）、色聽現象（即聯覺）等問題。簡言之，這部分主要研究在特定條件下色彩與觀者的感受、情感的關係。它以個性心理學的研究為基礎。

在生活與藝術中的應用

首先，它要研究物象的色彩(光源色、固有色與環境色)、色彩透視、色彩材料(歷史、分類、性能、調配規律等),進而討論色彩的具體應用，色彩在生活中的應用主要包括服裝、化妝、室內布置等。在藝術中的應用則是色彩學研究最重要的方面，主要包括繪畫色彩（寫生色彩與裝飾色彩）、舞台色彩（布景、道具、服裝、燈光等的色彩）、錄像、彩色攝影（也包括電影攝影）等。由於色彩滲透到人類生活的各個方面，因此可以說到處都存在著色彩應用的問題。在現代視覺藝術中，色彩的地位日益突出，表現主義、奧普藝術、抽象主義等尤其將色彩作為主要的視覺藝術語言，色彩材料和表現手段的不斷更新、豐富，為色彩的應用開闢了更為廣闊的天地，也向色彩學的研究提出了大量新的課題。

人類對色彩的感知與人類自身的歷史一樣漫長，而有意識地應用色彩則是從原始人用固體或液體顏料塗抹面部與軀幹開始的。在新石器時代的陶器上已可見到原始人對簡單色彩的自覺運用。在色彩的應用史上，裝飾功能先於再現功能而出現。人類製作顏料是從炙烤動物肉時流出的油與某些泥土的偶然混合開始的，逐漸發展為以蛋清、蠟、亞麻油、樹膠、酪素和丙烯聚合劑等作顏料結合劑。在古代中國、印度、埃及、美索不達米亞，顏料多用在傢具、建築內部、服裝、雕像等的裝飾上。早期中國繪畫上的色彩主要是輪廓和形象的修飾手段，用色簡練單純。古羅馬的牆面、地板鑲嵌上則已有豐富的色彩。從文藝復興時代開始，藝術家們不斷探索新的色彩材料，凡·愛克兄弟等人在“油-膠粉畫法”的基礎上改進而形成了亞麻油等調製的油畫顏料，為油畫的產生提供了媒介材料。自此，繪畫上色彩表現的手段大為豐富。儘管人類的色彩應用已有幾千年的歷史，但獨立意義上的科學的色彩學研究卻晚於透視學、藝術解剖學而到近代才開始，這是因為色彩學的研究須以光學的產生和發展為基礎。文藝復興時代的畫家為了取得自然主義的表現效果，曾經研究過光學問題，注意到了色彩透視問題。直到17世紀60年代，I.牛頓通過有名的“日光－稜鏡折射實驗”得出白光是由不同顏色光線混合而成的結論之後，顏色的本質才逐漸得到正確的解釋，由開普勒奠定的近代實驗光學為色彩學的產生提供了科學基礎。

感知心理學的研究為解決色彩視覺問題，心理物理學的方法為解決視覺機制對光的反映的問題，都提供了重要的前提條件。而視覺藝術所提出的色彩問題，尤其是印象派出現之後遇到的外光描繪、色彩並置對比、互補色等問題，促使理論家、藝術家運用科學方法探討色彩產生、接受及應用的規律。到19世紀下半葉，色彩學研究的專門著作開始出現，如薛夫魯爾的《色彩和諧與對比的原則》(1854)、貝佐爾德的《色彩理論》(1876)等。進入20世紀，色彩學更在現代光學、心理物理學、神經生理學、藝術心理學等基礎上獲得了長足進展。而色彩學的發展又促進了視覺藝術從19世紀向20世紀多元化時代的轉變。

人眼接收色彩的方法：加法混色

人們見到的顏色，如蘋果紅色，其實都是在一定條件下才出現的色彩。這些條件，主要可歸納為三項，就是光線、物體反射和眼睛。光和色是並存的，沒有光，就沒有顏色，可以說，色彩就是物體反射光線到人們眼內產生的知覺。很早以前科學家科學家就已經的色彩強弱變化，是可以通過數據來描述，這種數據叫波長。人們能見到的光的波長，範圍在380至780納米之間，隨著波長由短到長，出現的色彩是由紫到紅。不同波長的光所反射的強度是不同的，因此，測量物體所反射的波長分佈，便可以確定該物體是什麼顏色，例如一個物體在700至760這段波長內有較多的反射，則該物體傾向紅色，如果在500至700這段波長內有較多的反射，則該物體便傾向綠色。通過測量物體反射光量的方法，科學家可以很精確地推定兩件物體的顏色是否相同。測量光量反射的方法固然很精確，但不好用，因為眼睛並非以波長來認知顏色。人類眼睛的網膜內分佈著兩種細胞，桿狀細胞和椎狀細胞，這些細胞對光線作出反應，便形成色彩的知覺。桿狀細胞是一種靈敏度很高的接收系統，能夠分別極微小的亮度差別，協助人們辨識物體的層次，但是卻不能分辨顏色。椎狀細胞較不靈敏，但是有分辨顏色的能力。所以在亮度很弱的情況下，物體看起來都是灰灰白白，因為椎狀細胞在這時已不能發揮作用，只有桿狀細胞在工作。

椎狀細胞對光量的反應不是一樣的。當一束光線射到眼睛網膜上，椎狀細胞靈敏度最大的值分別位於波長為紅色、綠色及藍色的三個區域。即是說，眼睛只需以不同強度和比例的紅綠藍三色組合起來，便能產生任何色彩的知覺，因而紅綠藍可說是人眼的三基色。利用三基色色光的相加疊合，人們基本上能夠模擬自然界中出現的各種色彩，這就是著名的光學三色原理。以這種方法產生色彩亦叫做加法混色。屏幕顯像和攝影就是這種混色方法的具體應用。

印刷四色：減法呈色

印刷的呈色原理和加法混色不同。印刷是以一些微細的網點，把透明的油墨按一定規律分佈於紙上來呈現色彩。網點分佈較多的部分色彩較濃，分佈較少的地方色彩便淡。透明油墨的選擇也不是隨意的，而是根據最能夠吸收紅綠藍三色光的份量來決定。因此，洋紅（magenta）、青(Cyan)和黃(Yellow)便成為印刷的三基色。原因是洋紅吸收吸收大部分的綠，青吸收大部分的紅，黃吸收大部分的藍。洋紅與綠，青與紅，黃與藍這樣的組合稱作互補關係，或叫補色關係。印在紙上的網點，如果不與其他網點接觸，則見到的顏色便是印刷三基色。倘若其中兩個基色網點重疊在一起，例如青與黃，由於黃墨吸收了光線中的藍，青吸收了光線中的紅，只有光線中的綠反射到眼內，因此人們便會見到綠色。如果三色網點全部重疊在一起，由於所有光均被吸收，人們便見到黑色。印刷就是採用這種色光遞減的方法來產生萬千色彩，因此亦叫減法呈色。噴墨列印、熱升華列印和水彩繪畫等都是這個原理的具體應用。理論上，同等份量的洋紅、青及黃印在一起，能產生灰黑色的，可是由於油墨生產未臻完美，青墨的純度不及洋紅的純度，這樣做出來的灰色總是偏紅的。為了彌補油墨工藝的不足，於是便引入黑墨來加強灰色的效果，使印刷品能表現較佳的層次感，這就是人們如今印刷採用四色的原因。在這個基礎上，有人甚至以黑墨完全替代同等的洋紅、青、黃墨出現的地方，這種技術，分色上稱為非彩色結構（GCR），早期的FreeHand軟體，把RGB圖像轉換為CMYK，就是利用這種技術。以專色油墨替換色彩不夠理想的地方，除了應用於灰色上，亦可應用於其他顏色。Pantone的HexChome就是向這個方向出發，在傳統四色之外加入專綠及專橙，以加強印刷中綠色及橙色不夠理想的部分。