第二章 色彩的物理学原理与视觉生理

第一节 色彩的物理学原理

色彩的产生离不开光，没有光就没有色彩感觉。通过光的照射，物体对光产生吸收与反射现象。被物体反射出来的光刺激人的眼睛，经过视神经传递到大脑，形成对物体的色彩与形的信息。在色彩视觉过程中，光、物、眼是三个不可缺少的因素（图 2-1）。

图2-1 色彩视觉过程

一、 光与色

色彩感觉离不开光，在黑暗中任何色彩都无法辨认。光是什么？色与光的关系是怎样的？色光的特性有哪些？这是我们将要讨论的问题。

（一）光的特性

1.光是电磁波辐射能

光是一种电磁波。电磁波包括宇宙射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波及交流电波等。它们都具有各不相同的波长与振动频率。在整个电磁波内，只有在380~780nm（纳米）波长之间的电磁波，才能引起人的色彩感觉。这段波长叫可见光谱，或称为光。波长比 780nm 长的电磁波叫红外线，短于 380nm 的电磁波叫紫外线。电磁波波长序列如表 2-1 所示。

表2-1

2.日光是不同波长的可见电磁波辐射能的复合

因为太阳光是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种不同波长的光的复合，故称复合光。而这七色光中的任一色光都不能再单独分解，这些光叫单色光。

3.色光具有不同的波长

由三棱镜分解出来的七色光，具有各不相同的波长（表 2-2）。由于这些不同波长对人眼的刺激作用，而产生各不相同的色彩感觉。

表2-2 单位：mm

4.光源色

能够发出电磁波的物体称为光源。光源分自然光源与人工光源。太阳光属自然光源，灯光与火光属人工光源。不同的光源，由于本身能量分布的不同，会出现不同的色光，这种色光称为光源色。如太阳光发白，白炽灯光偏黄，荧光灯偏蓝等。在现代生产中，为了色的准确，规定了标准光源，以便在调制颜料和染色时使用。

一般来说，光源有以下三种 ：

（1）灯光。

（2）太阳光。

（3）有太阳时所特有的昼光（太阳的漫射光）。

（二）光的传播

光是以波动的形式进行直线传播的，故光在传播时具有波长和振幅两个因素。不同的色相具有不同的波长，不同的振幅又区别了同一色相的明暗程度。

图 2-2 所示为光的波长与振幅示意图。同一波长的色光，其振幅大，明度高；振幅小，明度低。光传播进入人眼有多种情况。

1.直射

光直接传入人眼，人眼感受到的是光源色（图 2-3）。

图2-2 光的波长与振幅示意图

图2-3 光的直射示意图

2.反射

当光源照射物体时，物体表面反射光，人眼感受到的是物体表面色，也是人们通常所见到的物体色彩（图 2-4）。

3.透射

如玻璃之类的透明物体，当光照射时，光透过物体进入人眼所看到的物体色，叫穿透色，它与物体表面色合称为物体色（图 2-5）。

图2-4 光的反射示意图

图2-5 光的透射示意图

4.漫射

光在传播过程中，受到物体的干涉而产生散射，对物体的表面色有一定的影响。

5.折射

光在传播过程中，通过不同物体时，产生了方向变化，称为折射。反映在人眼中的色光同于物体色。

（三）色光的特性

1.标准色

色光是具有彩色视觉的光，由一种或几种不同波长的电磁波组成。太阳光经过散射后产生七色光谱，其色彩最纯净，称为标准色。

2.三原色光

光谱的色相很多，在物理学中，光谱中最明显的色相是红、橙、黄、绿、蓝、紫六种色光。色光中最基本的原色是红、绿、蓝三色，而品红、黄、青则是这三原色光的间色光。用红、绿、蓝三原色光按不同比例，可混合出千变万化的色光，而其他色光却不能混合出三原色光。如将三原色光重叠，则出现白色光（图 2-6）。

图2-6 光的三原色与三间色示意图

3.色光有明度与纯度的性质

色光因其光度的不同而产生明暗的变化，由于明暗的变化，还能产生新的色相。因色光明度的改变，随之出现了色光纯度的变化。

二、 物体色

色光是发光体引起的视觉反应，而一般情况下人眼是不能直接感受直射入眼的光源色的。人们在生活中见到的色彩，一般来自物体的表面，而这些物体本身是不发光的，它们使人眼产生的色彩感觉，是由于发光体的照射而发生的。在光照下，物体对光有反射、透射、折射等现象，这种现象使人眼产生的色彩感觉就是物体色。

（一）物体色

色的本质是光。物体有千变万化的色，只是它们对于各种单色光反射与吸收的能力不同而产生的。

1.物体色的产生

自然界的物体对色光都具有选择性的吸收、反射、透射等现象。某物体在阳光下，如果它只反射蓝色光，而其他色光都被吸收了，该物体的表面看上去呈蓝色。如某物体只反射或透射出红光，其他色光都被吸收，则该物体给人的视觉反应是红色的。一张白纸是由于它反射了所有的色光而呈现白色 ；一块墨是因为它吸收了所有的色光，故呈黑色。从理论上说，白色与黑色是这样的道理，但实际上任何物体对色光都不可全部吸收或全部反射，因此，没有绝对的白色和绝对的黑色。

常见的黑、白、灰是指物体色彩的明度变化，是由物体对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.物体色与物体肌理的关系

物体表面的肌理状态，是影响它对色光的吸收、反射或透射的重要因素。如一般的玻璃表面光滑、平整，透射性能强，所以物体色彩清晰 ；而花玻璃表面凹凸不平，使光产生漫反射现象，反映出的色彩灰暗不清。又如，用同一种色染的丝绸和呢绒，丝绸因表面光滑，组织细腻，对色光的反射较强，看上去色彩鲜艳；而呢绒因表面粗糙，对光的反射不规则，使人感觉色彩比丝绸灰暗。

物体表面肌理越光滑，其反射和透射能力越强 ；而物体表面肌理越粗糙，其反射和透射能力越差。

3.光源色与物体色

物体对色光的吸收与反射能力是固定不变的，而物体的表面会随着光源色的不同而发生变化。相同的物体在不同的光源下会出现不同的表面色。一张白纸在红光下呈红色，在绿光下呈绿色，在蓝光下又变成蓝色。因此，光源色的色相是影响物体表面色相的重要因素。

因日光是含有各种波长的光，它能充分满足物体对色光吸收与反射的要求，故人们习惯将日光下的物体色称为该物体的固有色。在不同光源下，物体的固有色又会发生改变，有可能加强或减弱，甚至会失去原来的色相感。如红光下的红色会更红，而红光下的绿色会变得近似于黑色。光源色的冷暖，也会使物体的固有色产生偏冷或偏暖的变化。如月光或荧光灯的色光会使物体色偏冷并带有青色或青绿色光 ；而阳光或白炽灯下的物体，则偏暖，并带有黄色或淡黄色光。

4.光照强度与光照角度对物体色的影响

光源色的光照强度，也会对被照的物体色产生影响。强光下的物体色会提高明度，而且色相与纯度也同时发生变化 ；弱光下的物体色会降低明度，同样色相和纯度也会发生变化。有时色光（日光）增强或减弱到一定程度时，物体会失去色彩视觉。如月光下的绿色会变得模糊、晦暗，失去了色相感，接近黑色 ；反光强的有色物体在日光下，其高光处几乎是白色。

光照的角度不同，会使物体表面色发生明度变化，而且在物体不同角度出现不同色相。如白色的石膏体，在日光下，迎光面是白色，侧面和背光面则呈现不同程度的灰色。

总之，物体色既取决于光源色的作用，又取决于物体内部的特性，形成两个不可缺少的条件，它们相互依存，相互制约。

（二）颜料色与染料色

目前所用的颜料和染料，是根据各种物质对色光的吸收与反射能力不同而制成的。有天然植物性和矿物性的，也有人工制造的化学合成物质。颜料与染料同样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。染料比颜料纯净，具有一定的透明感。

颜料的色彩是千变万化的，这些丰富的色相只要有三个色，就可用不同的比例混合出来。这三个色是颜料的三原色。颜料的三原色与色光的三原色不同，它正好是色光三原色的三个间色，即红（品红）、黄（柠檬黄）、青（湖蓝），它们处于色光三原色红、绿、蓝的补色位置上。

（三）服装色彩中的色彩物理学知识

服装是由面料和饰物组成的。服装面料是由各种纤维和织物组织形成的各类品种。这些面料与饰物对色光有着各不相同的吸收、反射、透射能力，这决定了它们自身的色彩特性。

1.面料材质与色彩

服装面料的色彩取决于两方面的因素。一方面是原料，如棉、毛、丝、麻或其他各种化纤织物。不同的纤维织成的各种面料，对光的吸收、反射、透射程度各不相同。如用同种染料染制的织物，麻织物因表面粗糙，对光的反射力弱，色的纯度与明度有减弱的趋势；而丝织物表面光滑，反射力强，相对来讲色彩明度较高，鲜艳度好 ；另一方面是织物的组织形式，如用同一种纤维织出的织物，因织物组织不同，可形成不同的物体色特性。缎纹组织的织物反射力强，其次是斜纹、平纹组织，而凹凸组织的织物反射力最弱。

服装中饰物具有重要作用，它们对服装的色彩影响也很大。服装饰物种类繁多，材质范围也极其广泛，因此，它们的色彩更加丰富多彩。饰物中有些是金属制品，有些是天然的宝石、钻石，或人造的闪光配件、透明饰品。它们具有较强的反光、透光和折光能力。

面料与饰物除天然色彩外，还有人工染制的色彩。这种人为的色彩取决于织物和饰物本身的表面肌理、选用的染料、染色的工艺等。

2.不同的光源对服装色彩的影响

光源对物体色彩的显色影响叫演色性。服装与所有的物体一样，在不同的光源条件下会演示出不同的色彩。

（1）人工光源与自然光源。一般将太阳光与白天的光称为自然光源，电灯、日光灯等称为人工光源。不同光源的三原色刺激值百分比不同。照明工程学上记载的自然光源与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。日光由于时间的早、中、晚不同以及季节、方向、环境等不同而呈现出不同的演色性。服装在这些不同的日光光源条件下，能演示出各不相同的色彩倾向。早、晚的日光偏暖，中午日光发白；不同季节，日光有强弱的变化；室内朝北的光较稳定，朝南的光明度变化较大。同一件服装放在室内的窗口与屋角，由于光照度不同，两者的色彩演示有较大的区别。随着光照度的变化，色相和纯度也有改变。日光下的服装，受光面的色相倾向于光源变化，背光面色彩灰暗，纯度很低，色相有变化，与受光面的明度相差很大，阴影部分色相有与受光面色相成补色倾向，纯度也较低。

（3）普通电灯的演色性。普通电灯的色光是低纯度橙黄色的暖色光。这种灯光下的服装色彩有许多变化。如 ：

红色服装，变成含有黄色味的红 ；

黄色服装，变成光亮的红色味的黄 ；

橙色服装，橙色更鲜艳明亮 ；

绿色服装，变成暗浊的黄绿色 ；

青色服装，变成灰青，暗色 ；

紫色服装，变成暗紫，近黑色。

普通电灯照射下的服装色彩，明度一般都较低，但整个服装在黄光的照射下，色调比较统一。在设计服装色彩时应充分考虑这些影响。

（4）日光灯的演色性。以白色光的荧光灯为例来分析它的演色性。这种灯的色光稍偏冷，它的演色性也有很多变化。如 ：

红色、橙色系统包括褐色类的色彩——色相没有什么变化，但明度和纯度降低 ；

黄色系统视黄色性质决定——色相变化不大，柠檬黄带有青色味，土黄类色彩的纯度变低 ；

青色或绿色系统——色相不受影响，但是变得更冷、沉着而生辉 ；

紫色或紫色类的色彩——会失去一部分红色味，有近似玫红色的倾向。

日光灯的直接照射与强度都会产生不同的演色性。

（5）彩色灯光的演色性。彩色灯光在日常生活中也很常见，如广告宣传中的霓虹灯，节日里的建筑装饰和会场布置的彩灯，俱乐部、展览会、舞台照明等。彩色灯光的演色性比其他光源的演色性更强。服装色彩在彩色灯光下的色彩演示情况举例如下 ：

黑色服装 ：红光——紫黑色

绿光——深橄榄绿

青光——青黑色

红色服装 ：黄光——鲜红、微带橙味

绿光——黑褐色

蓝光——暗紫蓝色

紫光——红色

橙色服装 ：红光——红橙色

黄光——橙色

绿光——淡褐色

蓝光——淡褐色

紫光——棕色

黄色服装 ：红光——红色

绿光——明亮的黄绿色

蓝光——绿黄色

紫光——带暗红色

绿色服装 ：红光——暗灰色

黄光——鲜绿色

蓝光——淡橄榄绿色

紫光——暗绿褐色

蓝色服装 ：红光——暗蓝黑色

黄光——绿色

绿光——暗绿色

紫光——暗蓝色

紫色服装 ：红光——红棕色

黄光——红褐色

绿光——带褐色味

蓝光——暗紫蓝色

服装色彩与灯光色相同或近似，受光后原色更鲜艳。

三、 色彩的属性

（一）色彩的三要素

一切色彩都具有三大属性——色相、明度、纯度。在色彩学上也称为色彩的三要素。熟悉和掌握色彩的三要素，对于认识色彩和表现色彩极为重要。三要素的任何一个要素改变都将影响原色彩的面貌。它可用“色相 + 明度 / 纯度”的表色记号表示，例如“红5/6“，即为中明度、中纯度的红咖啡色。

1.色相

色相是色彩的最大特征，是色彩相貌的名称。色相由光的波长决定，如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等。一般以色相环上的纯色为准。通常色相环有 12 色、20 色、24 色、40色等色相组成。

2.明度

也称光度、深浅度。明度指色彩的明亮程度，是由色彩光波的振幅决定的。由于各种色彩光波的振幅有大小区别，形成了色彩的明暗强弱之分。色彩的明度有两种情况 ：第一种情况是，同一种色相的明度，因光源的强弱会产生不同的变化。而同一色相如加上不同比例的黑色或白色混合后，明度也相应产生变化 ；第二种情况是，各种不同色相之间的明度不同，每一种纯色都有与其相应的明度。在色彩学中常以黑白之间的差别作为参考依据。美国蒙赛尔色系采用 11 级，黑色为 0 级，白色为 10 级。黄色明度最高，蓝紫色明度最低，红、绿色的明度中等。色彩的明度增或减会减弱纯度，某一纯色加白提高明度，加黑则降低明度，两者都将引起该色相纯度的降低。色彩的三要素在具体应用中是同时存在、不可分割的，必须同时加以考虑。

3.纯度

又称彩度、饱和度、鲜艳度、含灰度等。纯度指色彩的纯净程度，即色彩含有某种单色光的纯净程度。纯净程度越高，色彩越纯 ；反之，色彩纯度越低。光谱中的各种单色光为极限纯度，是最纯的颜色。当一种色彩加入黑、白或其他颜色时，纯度就产生变化。加入其他色越多，纯度越低。人眼对色彩纯度的感受能力较强，为了研究方便起见，在美国蒙赛尔色立体中采用 14 个步度的纯度变化。纯红色（5R）纯度最高，为 14 级，黑色、白色、灰色纯度最低，都为 0 级。

（二）色调

色调指色彩外观的重要特征与基本倾向。色调由色彩的色相、明度、纯度三要素决定。

从色相方面区分，有红色调、黄色调、绿色调、蓝色调、紫色调等。

从色彩的明度区分，有明色调、灰色调、暗色调等。把明度与色相结合起来，又有对比强烈色调（包括色相强对比）、柔和色调（明度与色相差都较小）、明快色调（以明度较高的类似色为主的配色）等。

从色彩的纯度区分，有清色调（纯色加白或加黑）、浊色调（纯色加灰）。把纯度与明度结合起来，又可分明清色调、中清色调、暗清色调。

色调还常以色彩给人的冷暖感觉区分，有冷色调和暖色调。

作品中的色调体现了设计者的感情、趣味、意境等心理要求。具有美好感受的艺术品，它的色彩无不具有一种基本的色调，绘画、实用品、服装等都是这样。故色调的研究是服装色彩设计的重要内容之一。

四、 色彩的混合

用两种色或几种色互相混合，称为色的混合。它有三种混合法：色光的三原色即红、绿、蓝混合后变成白色光，称为加色法混合 ；颜料的三原色红（品红）、黄（柠檬黄）、青（湖蓝）混合后变成黑色，称为减色法混合 ；还有一种中性混合，即空间混合。

（一）加色法混合

加色法混合就是色光的混合。随着不同色光混合量的增加，色光明度也逐渐加强。当全色光混合时则呈现白色，即用色光的三原色相加后可得白光 ；用色光的红、绿相加得黄色 ；绿、蓝相加得青色 ；蓝、红相加得品红色。这是色光的第一次间色。如用色光的三原色与它相邻的三间色相加，可得色光的第二次间色。如此类推可得近似光谱的色彩。因此色光红、绿、蓝是加色法混合最理想的色。加色法混合效果是由人的视觉器官来完成的，因此是一种视觉混合。加色法混合的结果是色相、明度的改变，而纯度不变。

如果将色光的三原色按不同比例混合，还可得出更多的色光。如红光与绿光按不同比例混合可得橙、黄、黄绿色光 ；红光与蓝光按不同比例混合可得品红、红紫、紫红色光 ；蓝光按不同比例混合可得绿蓝、青、青绿等色光（彩图 1）。

（二）减色法混合

各种颜料或各种染料的混合属减色法混合。因物体色的演示，是由于物体对光谱中的光选择性地吸收与反射的作用。“吸收”即减去的意思。在光源不变的情况下，两种或两种以上的颜料混合后，相当于白光减去各种颜料的吸收光，而剩余的反射色光就成为混合后的颜料色彩。混合后的新颜料，增加了对色光的吸收能力，而反射能力则降低。故颜料在混合后色彩的明度、纯度都降低，色相也发生变化。参加混合的颜料种类越多，白光被减去的吸收光也越多，相应的反射光就越少，最后呈近似黑灰的色彩。

颜料的三原色品红（明亮的玫红）、黄（柠檬黄）、青（湖蓝）做减色法混合可得到 ：品红 + 黄 = 红（白光—绿光—蓝光）；青 + 黄 = 绿（白光—红光—蓝光）；青 + 品红 = 蓝（白光—红光—绿光）；品红 + 青 + 黄 = 黑（白光—绿光—红光—蓝光）（彩图 2）。

根据减色法的混合原理，品红、黄、青按不同比例进行混合，可得到一切色彩，因此，这三色是颜料的第一次色（即三原色）；三原色中两种不同的颜料相混，所得到的三种色彩称第二次色（也称三间色）；用三间色分别与其相邻的三原色相混，可得到第三次色（即复色）。

（三）中性混合

中性混合也称空间混合。它与色光的混合有相同之处，也是色光传入人眼在视网膜信息传递过程中形成的色彩混合效果。中性混合是加色法混合，它本身不是发光体，而是反射光的混合。如将几种颜色涂在圆盘上，通过圆盘的快速旋转，使各种色彩混合起来，这种混合起来的色彩反射光快速地先后或同时刺激人眼，从而得到视觉中的混合色。把不同色彩的点或线相交并置，在一定的视觉距离内，也能产生近似圆盘旋转而产生的色彩混合效果（图 2-7）。

图2-7 旋转法中性混合示意图

中性混合和加色法混合的原理是一致的，但是颜料毕竟不是发光体，纯度和明度都很低。加色法混合后的混合色，其明度是参加混合色光的明度总和，比混合色的任一色都亮，而旋转混合色与并列混合色的明度等于参加混合色光的明度的平均值。混合过程与混合结果，既不加光，也不减光，所以这种色彩混合法称为中性混合。

色彩的中性混合有三大特点 ：

（1）近看色彩丰富，远看色调统一，不同的视觉距离有不同的色彩效果。

（2）色彩有颤动感，适合表现光感。

（3）变化混合色的比例，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、绘画、纺织品设计以及其他实用美术设计。

中性混合有下列规律 ：

（1）凡互为补色关系的色彩按一定比例进行中性混合，可得到无彩色系的灰和有彩色系的灰。如红与青绿的混合，可得到灰、红灰、绿灰。

（2）非补色关系的色彩中性混合，产生两色的中间色。如红与青的混合，可得到红紫、紫、青紫。

（3）有彩色系的色与无彩色系的色中性混合，也产生两色的中间色。如红与灰的混合，可得到不同纯度的红灰 ；红与白的混合，可得到不同明度的浅红。

（4）色彩中性混合时产生的新色，其明度相当于所混合色的中间明度。

（5）色彩并置产生中性混合是有条件的。混合色应该是细点、细线，同时要成密集状。点子越小，线越细，混合的效果越明显。色彩并置产生中性混合的效果与视觉距离有关，必须在一定的视觉距离之外，才能产生混合。距离越远，混合效果越明显（彩图 3）。

（四）补色

在物理学中，称两种相加后呈白光的色光及两种混合后成黑色或灰黑色的颜料色，为一对互补色。互为补色的颜色在色相环上处于直径两端的位置上。如红光与青光相加产生白光 ；绿光与品红光相加亦产生白光等。颜料中的品红与绿色相加出现灰黑色 ；黄色与蓝紫色相加亦产生灰黑色（图 2-8 和彩图 4）。

视觉残象的对应色彩也是补色关系。补色关系是人对色彩的心理平衡，也是视觉生理的重要基础。

图2-8 互补色关系示意图

五、色彩的体系

为方便认识、研究与应用色彩，将千变万化的色彩按照它们各自的特性，做一定规律和秩序性的排列并加以命名，称为色彩的体系。色彩体系的建立，对于研究色彩的标准化、科学化、系统化以及实际应用都具有重要价值。

（一）色彩体系的分类

1.表色系

表色系是把原色的颜料，加上黑、白色调制混合，制成物体色，构成有系统性的整体的色彩体系。体系各色以色版显示，并附于系统化的符号。它的特点是既能具体显示色彩，又能作为取色传达。代表性的表色系有蒙赛尔、奥斯特瓦尔德、DIN、日色研色立体等。

2.色名体系

色名体系是把物体色按其较宽的划分归为色别，给以相应的名称的体系。这种体系用于取色传达及色彩印象传达，代表性的色名体系有 ISCCNBS 色名法、JIS 色名法、日色研调查用的色码、色表系统。

3.混合体系

混合体系是借原色的色光混合而成的开口色的体系，主要用于表示色光。这一体系的代表是国际照明学会 CIE 表色系。

（二）无彩色系与有彩色系

丰富多样的色彩是由无彩色系和有彩色系两大类组成的。

1.无彩色系

黑色和白色及由黑、白两色相混的各种深浅不同的灰色系列，合称无彩色系。由白渐变到浅灰、中灰、深灰直到黑色，色度学上称为黑白系列。黑白系列是用一条垂直轴表示的，一端是白，另一端是黑，中间是各种过渡的灰色。无彩色系没有色相与纯度，两者都为零，只有明度的变化。色彩的明度可用黑白度来表示，越接近白色，明度越高 ；越接近黑色，明度越低。

2.有彩色系

光谱上的各色，如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色（包括不同明度和不同纯度的各色）均属有彩色系。有彩色系具有色彩的三要素——色相、明度、纯度。

（三）色环

牛顿将太阳光分解后的光带首尾相接，成为一个圆环形，并将圆分成 6 等份，分别填入红、橙、黄、绿、青、紫六色。此圆形环定名为色环（彩图 5）。色环上直径两端的色互为补色关系。将三原色、三间色按一定位置排列，即原色与间色呈互补排列，称为补色色环。

也有补色关系不在直径两端的，如日本色研色系表就是如此。这种色环的排列是以视觉步度的均匀为标准的，称为视觉色环。

在6色色环的基础上，又发展为12色色环、24色色环，常用的还有20色色环、32色色环、40 色色环、100 色色环等。色相环上表示着色相序列与色彩之间的某些关系。它使色彩学的研究与应用更为便利，因此，一直被人们沿用。

六、色立体

色相环是将色彩的色相关系在平面上做有秩序的排列，它无法同时表示色彩的三属性——色相、明度、纯度的关系。而色立体是借助于三维空间，能同时体现出色彩的色相、明度、纯度三者之间的关系。

（一）色立体的结构原理

色立体是用旋转直角坐标的方法，组成一个类似球体的立体模型。色立体的结构大致上可借用地球仪来说明：连接两极而贯穿中心的轴为明度轴（是表示明度的），北极为白色，南极为黑色。球的中心为正灰，球表面一点到中心轴的垂直线，表示纯度系列，南半球是深色系，北半球是明色系。赤道线上表示色相环的位置，球表面是纯色及以纯色加黑或加白而形成的清色系。球内部除中心轴外是纯色加灰而形成的浊色系。与中心轴相垂直的圆的直径两端的色为补色关系。图 2-9~ 图 2-11 是理想化的色立体。色立体一般各有不同，但基本上都建立在这种原理的基础上。

（二）色立体的种类

1.蒙赛尔色立体

蒙赛尔（A.H.Munsell,1858~1918）是美国的色彩学家、教育学家。蒙赛尔色系是基于色彩三属性，并结合人的色彩视觉心理因素而标定的色彩体系。经多年的科学测试和修订完善，这一色彩表述法被研究得最为彻底，用得最为普遍。目前，美国修订出版的蒙赛尔色谱，分光泽色与无光泽色两种，每种均有 40 个色相与 80 个色相两种版本。为适应纺织品设计的需要，近年来又由几个国家合作研制了纺织品染色的蒙氏修正色系的色谱。

图2-9 色立体构成示意图

图2-10 单色相面示意图

图2-11 明度与纯度的关系示意图

A→B 加白，明度提高，纯度降低

B→C 越加白，纯度越低

A→D 加入与纯色同明度的灰，明度不变，纯度降低

A→F 加黑，明度降低，纯度同时亦降低

B→E 越加黑，纯度越低

蒙赛尔色相环由 5 个基本色相组成，即红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫（P）；在邻近的两个色相之间，再分别插入黄红（YR）、黄绿（YG）、蓝绿（BG）、蓝紫（BP）、红紫（RP），成为 10 个主要色相。每一主要色相又各自划分成 10 个分度，即共有 100 个色相刻度。如以红（R）为例，以 1R、2R……10R 为标志，且以 5R 为主要色相。其他色相与其相同，都以 5 为主要色的标志，如 5PB 是蓝紫色的主要色标志，5G 是绿色的主要色标志。10 个主要色相又各自分为 2.5、5、7.5、10 共 4 个色相编号，形成 40 个色相，其色相环的直径两端的一对色相构成互补色关系。色相排列顺序则是按光谱色做顺时针方向排列（图 2-12 和彩图 6、彩图 7）。

蒙赛尔色立体（图 2-13）的中心轴为黑—灰—白的明暗系列，以此作为有彩色系各色的明度标尺，黑为0级，白为10级，中间1～9级是等分明度的深浅灰色。由中性色黑、白、灰组成的这一中心轴以 N 为标志，黑以 B 或 BL、白以 W 为标志。自色立体中心轴至表层的横向水平线构成纯度轴，以渐增的等间隔均分为若干纯度等级，中心轴纯度为 0，横向越接近纯色，纯度越高。

图2-12 蒙赛尔色相环图

图2-13 蒙赛尔色立体图

蒙赛尔表色体系是以色彩三属性为基础的，即以色相（H）、明度（V）、纯度（C）构成的表述法，其色彩记号是 HV/C（色相、明度 / 纯度）。如纯色相红、黄的色彩记号分别为 5R4/14 及 5Y8/12。由于各纯色的明度值不一，而色立体中各纯色相又必须以其明度值与中心轴明度标尺等级对应，因此，色相环在这个色立体中表现为倾斜状，而并非如“赤道线”那样水平放置 ；各纯色相的纯度值也高低不一，即与中心轴水平距离长短不等，如红的纯度是 14，而蓝绿色的纯度只到 8 级，形成凹凸起伏的不规则球体形状。此球体通过中心轴的纵剖面展示了其基本结构及色彩三属性的基本关系，因其形似树，故有时称之为色树（图 2-14）。色树展示了明度中心轴及左右两侧的一对互为补色的色相，同一侧为同一色相的各色组成的等色相面，横向水平线上的色组为同一明度的纯度系列，纵向直线上的色组为同一纯度的明度系列。

10 个标准色相的纯色符号如下 ：红—5R4/14、黄—5Y8/12、绿—5G5/10、蓝—5B4/8、紫—5P4/12、黄红—5YR6/12、黄绿—5YG7/10、蓝绿—5BG5/8、蓝紫—5BP3/12、红紫—5RP4/12。

图2-14 蒙赛尔色立体纵剖面图

2.奥斯特瓦尔德色立体

奥斯特瓦尔德（W.Ostwald,1853 ～ 1932）是德国物理化学家，1909 年诺贝尔化学奖获得者。他于 1921 年出版了《奥斯特瓦尔德色谱》，以后称奥氏色立体。

奥氏色相环由 24 个色相组成。色相环直径两端的色互为补色。以黄（Y）、橙（O）、红（R）、紫（P）、群青（UB）、绿蓝（T）、海蓝（SG）、叶绿（LG）为 8 个基本色相，又各自三等分，按顺时针方向分别以 1、2、3 标志，其中 2 代表色相的正色。例如叶绿色 1LG、2LG、3LG，其中 2LG 就是代表正叶绿色，1LG 最接近海蓝，3LG 最接近黄色，这样组成的 24 色相环，是按光谱色做逆时针方向顺序排列的，但按顺时针方向自黄至叶绿以 1 ～ 24 的编号标定各色相（图 2-15）。

奥氏色立体的明度中心轴定为 8 级，分别以 a、c、e、g、i、l、n、p 表示。每个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）。

以明暗系列中心轴的直线为三角形的一边，作一等边三角形，外侧顶端为全色，以此为标志，将每条边线做 8 等分，并做平行的连接线，构成 28 个菱形色区，每一色区标以含黑、含白量的记号，由两个字母表示，并由此可计算出纯色量（图 2-16）。其色彩表述法是色相号 / 含白量 / 含黑量，计算方法是纯色量 + 含白量 + 含黑量 =100%。例如，某色彩的记号是 17pa，查奥氏色相环可知 17 是绿蓝色的编号，而 p 的含白量是 3.5%，a 的含黑量是11%，以 100-3.5-11=85.5，即知纯色量占 85.5%，由此比例关系可知 17pa 是纯色绿蓝。

图2-15 奥氏色相环划分法

表2-4

在三角形中，由 a 与 pa 的连接线（或以下平行线）上各色的含黑量相等，属等黑量序列；在 p 与 pa 的连接线（或以上平行线）上各色的含白量相等，属等白量序列 ；与明度中心轴平行的纵线上各色纯度相等，为等纯度序列 ；不同色相而处同一色域的各色，其含白、含黑及纯色量均同一，为等色调序列（图 2-16）。

以明度中心轴为轴心，将等色相面的色三角旋转 360°，即构成色相环水平放置而外形为规则的复圆锥体状的奥斯特瓦尔德色立体（图 2-17）。

图2-16 奥斯特瓦尔德等色相三角形图

图2-17 奥氏色立体图

3.日色研色立体

日色研色立体指日本色彩研究所制定的色立体体系。色相是以红、橙、黄、绿、蓝、紫 6 个主要色相为基础，并调成 24 个色相，标以红 1 到紫 14 的番号。明度以黑为 10，白为 20，其间分 9 个阶段的灰色，总共 11 个阶段。纯度近似于蒙赛尔色系。根据色相、明度的不同，红纯色的纯度为 10，是最高的。色的表示法是色相—明度—纯度。如 12—15—6 为色相 12、明度 15、纯度 6 的色即绿的纯色（图 2-18 ～图 2-20）。

图2-18 日色研24色相环

图2-19 日色研色立体图

图2-20 日色研色立体纵剖面图

红、黄光红、黄、黄光绿、绿、青光绿、青、青光紫、紫、红光紫等，这些是以光谱上的色相排列来命名的（图 2-21）。

惯用色名法和基本色名法，在实际应用中很普遍，但缺乏科学性与准确性，一般用这些色名使人容易想象得出色彩的大概面貌，但难以准确地运用，更难以在国际上进行交流。为了准确无误地传达色彩信息，人们研究确定了色彩定名的标准方法，以便于国际上通用。

目前，国际上常用色立体体系编码标号为色彩定名，即按色立体排列色的唯一空间定名编号。由于各色立体的体系不同，故其编码也不一样。色立体定名法是色彩定名标准化的方法，有利于国际间色彩的交流。由于这种色彩名称缺少语言的感情性，因此结合一般惯用的色名和艺术语言的修饰会更好些。目前我国已出版有蒙赛尔色名和惯用色名相对应的色卡。

图2-21 有彩色色名法示意图