04.一文看懂光源色和表面色的混色原理《颜色-不是你想象的那样(第二版)》

04.一文看懂光源色和表面色的混色原理《颜色-不是你想象的那样(第二版)》

颜色也有分类。

在可见光(波长400nm~700nm) 光谱中,我们可以看到色彩斑斓的颜色。如下图,我们可以将看到颜色分为两类,一类来源于街灯发出来的,一类是树叶和墙壁反射出来的。

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光源色与表面色

下面开始介绍颜色。我们所说的颜色主要分两种:

光源色(light source color):来自发光体的颜色。如太阳,灯泡,led灯,等等。

表面色(surface color):不是来自发光体的物体色。物体本身不发光,但能看到物体的颜色,是因为这些物体能对来自于其他发光体的光的选择性的吸收和反射。

后面介绍的内容,都是针对的物体的表面色,所以下面我介绍的颜色都是表面色,也就是不发光物体的颜色。光源色比较好理解,就是发光体发出来的光的颜色,但非发光体为什么也能有颜色。

表面色(surface color):非自发光的物体色。物体本身不发光,但能看到物体的颜色是因为对来自于发光体的光的反射吸收。产生表面色的三要素:光源,物体和观察者。

光源——颜料本身是不会发光的,在黑暗的环境,没有光,我们是看不到颜料的颜色,只有有光,我们才能知道颜料的颜色。

物体——颜料能产生颜色,是因为颜料对光的选择性吸收和反射的结果。不同的颜料有不同的颜色,是因为不同的颜料对不同的可见光进行选择性吸收和反射的结果。

观察者——观察者的存在才能看到颜色,不同的生物看到的颜色也不一样。人类也只能看到可见光。

来自于光源(包括太阳,电灯等)的光到达物体表面,该物体对光线的选择性吸收反射,没有被吸收的或被反射的可见光到达观察者(包括人,电脑)。我们就看到物体的颜色。所以我们看到物体的表面色是没有被物体吸收且被反射出来的光波长的颜色,也就是物体吸收的波长的补色,如下示意图:

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混色规律

先了解“原色”概念。

“原色”是指不能通过其他颜色的混合调配而得出的“基本色”。肉眼所见的色彩空间通常由三种基本色所组成,称为“三原色”。以不同比例将原色混合,可以产生出其他的新颜色。

“原色”的指定并没有唯一的选法,因为就理论上而言,凡是彼此之间无法替代的颜色都可以被选为“原色”。理论上说仅仅用这三种原色就能混合成所有我们能看到的颜色。光源色和表面色的三原色有些区别:

光源色的三原色:红色R、绿色G、蓝色B

表面色的三原色:品红M、黄色Y、青色C

颜色的混合规律,也就是不同颜色混合在一起变成什么颜色:

加法混合原理其实就是光源色的三原色(红色R、绿色G、蓝色B)之间的混合规律。

减法混合原理其实就是是非光源色(即表面色)的三原色(品红M、黄色Y、青色C)的混合规律。

知道光源色和表面色的差异,以及表面色呈色的原理之后,我们就容易理解这两种颜色的混色定律。

很多人有疑问,说为什么同样是三色混合(如下图),为什么加法混合法的三种颜色混合就是白色,而减法混合法的三种颜色混合就成了黑色呢?

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加法混色规律

其实说到颜色混合,我们通用比较容易理解的是减法混合法,因为我们或多或少都有画画的经历,所有颜料的混合在一起终究都变成黑色。所以一开始就很难理解加法混合法所有颜色混合竟然是白色,没有颜色,那么颜色都去哪里了?

1、光与颜色简介

光是电磁波,我们所说的光,指的是波长为400nm~700nm的电磁波,也就是可见光。而我们看到的颜色只不过是大脑对不同波长的可见光的一种编码而已。例如,我们看到的700nm波长的光,看到的颜色就是红色,大脑用红色的感觉来代表看到的波长为700nm的光(电磁波)

如下图显示波长不一样,颜色不一样:

2、何为加法混合

在著名的牛顿的棱镜色散实验中,牛顿把一面三棱镜放在阳光下,透过三棱镜,光在墙上被分解为不同颜色,后来我们称作为光谱。人们知道彩虹的五颜六色,但却不知其原因。牛顿的结论是:正是这些红、橙、黄、绿、青、蓝、紫基础色有不同的色谱才形成了表面上颜色单一的白色光。

通过牛顿棱镜色散实验知道,我们日常看到的光其实由不同波长的电磁波混合而成的,反过来也成立,也就是说所有不同颜色的光等比例混合后就成了没有颜色的白光,就像我们日常看到的光一样。这就是加法混合原理。

生活中也有类似的感受,室内开越多的灯,室内就越亮。所以亮度是累加的,就是加法混合。

3、加法混合原理

加法混合原理其实就是光源色的三原色(红色R、绿色G、蓝色B)之间的混合规律。如下图显示:

理解加法混合原理非常简单,如下图色环,按顺时针表示,两色混合得到的颜色就是中间的颜色。

至于为什么三种加法三原色混在一起成为白色,通过牛顿棱镜色散实验知道,我们日常看到的光其实由不同波长的电磁波混合而成的,反过来也成立,也就是说所有不同颜色的光等比例混合后就成了没有颜色的白光,就像我们日常看到的光一样。这就是加法混合原理。

而加法三原色(红色R、绿色G、蓝色B)理论上说通过混合得到所有我们能看到的颜色光。而所有颜色的光混在一起就得到白光。

思考:如果在色环中,位置对立的两种色光混合会得到什么颜色的光?

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减法混合原理

1、减法混合原理可以通过我们常见的颜料来解说,但之前我们先了解为什么颜料有颜色。

颜料是非光源体,颜料的颜色属于表面色,颜料产生颜色的三要素:光源,物体(颜料性质),观察者(人)

光源和观察者固定不变,影响颜料颜色的因素只有颜料本身的性质(对不同的可见光进行选择性吸收和反射),颜料对可见光中特定波长的光的吸收,而没有被吸收的其他可见光被反射或散射出去,而我们看到颜料的颜色,其实就是这些没有被吸收而被反射或散射出来的可见光。

如下图红色颜料,除了代表红色波长的光没有被吸收,其他波长的光被吸收掉,所以我们看到颜料的颜色是红色。

所以我们做一个思维实验,如果在这个红色颜料的基础上,在加上一种颜料,把这些没有被红色颜料吸收的红光也吸收掉,那么颜料混合的结果是,所有可见光都被吸收掉,没有可见光被反射出来。没有光的颜色,就是黑色。所以这种颜色越混合越暗的混色法叫做减法混合。

2、减法三原色和加法三原色之间的关系

为什么同是三原色,

加法三原色是 红色R、绿色G、蓝色B,

但减法三原色是品红M、黄色Y、青色C?

之前介绍过,减法三原色是吸收光线,而不是发出光线叠加。因此减法三原色就是能够吸收加法三原色RGB的颜色:

青色C 【红色R的补色,该颜料能吸收白光中红光而显示出来的颜色——青色】

品红M【绿色G的补色,该颜料能吸收白光中绿光而显示出来的颜色——品红 】

黄色Y 【蓝色B的补色,该颜料能吸收白光中蓝光而显示出来的颜色—— 黄色】

这就是减法三原色和加法三原色之间的关系:

3、减法混合原理

之前介绍过加法混合原理可以通过色环来理解,如下图色环,按顺时针表示,两色混合得到的颜色就是中间的颜色。减法混合原理也是一样的。

但是这里介绍另一种思想:利用数学加减法

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注意

1、加法三原色与减法三原色的异同

相同点:

从这个色环发现,无论是加法还是减法,原色都分别在等边三角形的单个角上。三原色之间的颜色就是两旁原色混合而成的。

不同点:

加法三原色(光源色)——三种等量组合可以得到白色;

减法三原色(表面色)——三种等量组合可以得到黑色。

2、三原色不固定

其实无论是加法三原色(RGB)和减法三原色(CMY)都并非固定的,“原色”的指定并没有唯一的选法,因为就理论上而言,凡是彼此之间无法替代的颜色都可以被选为“原色”。

3、应用场景

不要以为加法混合原理和减法混合原理很复杂,只要知道应用场景就可以代号入座:

加法混合:适用于光的混合,也就是说应用在一切发光体光的混合,例如,你仔细看彩色电视机屏幕你会发现,电视上显示的所有颜色都是用这些红绿蓝组成的。

减法混合:适用于非发光体,也就是表面色的混合。例如颜料的混合。

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