色彩生理理论：三色论与四色论
2006-10-19 19:28阅读：
色彩生理理论：三色论与四色论
扬?赫姆霍尔兹的三色理论
1807年，英国医学物理学家扬（T．Young）和德国生理物理学家赫姆霍尔兹（H．LFvonHelmholtz）根据红、绿、蓝三原色光混合可以产生各种色的色光混合规律，假设在视网膜上有三种神经纤维，每种神经纤维的兴奋都会引起一种原色的感觉。
如当一种神经纤维处于兴奋状态，而另外两种相对处于抑制状态，那么就产生一种原色觉，如果两种或三种神经纤维都处于兴奋状态，那么就产生综合色觉。如：当“红”神经纤维受到红光刺激而兴奋时，“绿”“蓝”两种神经纤维相对处于抑制状态，则产生红色觉；当“绿”或“蓝”神经纤维受到绿光或蓝光的刺激而兴奋时，则产生绿或蓝色觉。又如：当“红” “绿”两种神经纤维同时受到红光和绿光的刺激而兴奋，而“蓝”神经纤维相对处于抑制状态时，则产生黄色觉；当“红”“蓝”两种神经纤维同时受到红光和蓝光的刺激而兴奋，而“绿”神经纤维相对处于抑制状态时，则产生晶红色觉；当“蓝”，“绿”两种神经纤维同时受到蓝光和绿光的刺激而兴奋，而“红”神经纤维相对处于抑制状态时，则产生青色觉；当“红”、“绿”、“蓝”三种神经纤维同时受到红、绿、蓝三种色光的刺激而兴奋时，则产生白色觉。如果三种神经纤维受三原色光等量刺激程度逐渐减小，又会产生不同明度的灰。如果三原色光的刺激量等于零，也就是不存在任何色光刺激，那么就产生黑色觉。以上是由三原色光等量的刺激引起的色感，如果改变三原色光的光量和混合比例，必然引起三种神经纤维兴奋与抑制程度的差别，从而产生千变万化的色彩感觉。扬?赫姆霍尔兹认为三种神经纤维受到光的刺激后而产生的兴奋与抑制是相对而言的，实际上，当每一种神经纤维受到对应的原色光刺激而处于强烈兴奋状态时，另外两种神经纤维受到此光刺激后也同时兴奋，不过兴奋的程度比较低，所以每种颜色实际上都含有一定的白光成分，即有明度的感觉。扬?赫姆霍尔兹解释色彩视觉的理论称为三色学说，它为现代色度学奠定了理论基础，至今三色学说仍具有解释各种颜色混合现象的理论价值。
赫林的对立颜色学说
德国物理学家赫林（E．Herins）的对立颜色学说也叫做四色学说。1878年赫林观察到颜色现象总是以红—蓝、黄—蓝、黑—白成对关系发生的，因而假设视网膜中有三对视素：白—黑视素、
红—绿视素、黄—蓝视素，这三对视素的代谢作用包括建设（同化）和破坏（异化）两种对立的过程，光刺激破坏白—黑视素，引起神经冲动产生白色感觉。无光刺激时白—黑视素便重新建设起来，所引起的神经冲动产生黑色感觉。对红—绿视素，红光起破坏作用，绿光起建设作用。对黄—蓝视素，黄光起破坏作用，蓝光起建设作用。因为各种颜色都有一定的明度，即含有色成分，所以每一颜色不仅影响其本身素的活动，而且也影响白一黑视素的活动。
根据赫林学说，三种视素对立过程的组合产生各种颜色感受和各种颜色混合现象：
感光化学视素视网膜过程感 觉
白—黑 破坏建设 白黑
红—绿 破坏建设 红绿
黄—蓝 破坏建设 黄绿
扬?赫姆霍尔兹的三色学说和赫林的四色学说自19世纪以来一直处于对立的地位。事实上，这两种学说都只是对问题的一个方面获得了正确的认识，只有通过二者的相互补充才能对颜色视觉获得较为全面的认识。
三色论与四色论的统一
颜色视觉过程假设可以分成三个阶段：第一阶段，视网膜有三种独立的锥体感觉物质，它们有选择地吸收光谱不同波长的辐射，同时每一物质又可单独产生白和黑的反应，在强光作用下产生白的反应，无光刺激时是黑的反应；第二阶段，在神经兴奋由锥体感受器向视觉中枢的传导过程中，这种反应又重新组合；最后阶段形成三对对立性的神经反应。
总之，颜色视觉的机制很可能在视网膜感受器水平是三色的，这种解释符合扬?赫姆霍尔兹的学说；而在视网膜感受器以上的视觉传导通路水平则是四色的，这种解释又符合赫林的学说。颜色视觉机制的最后阶段发生在大脑皮层的视觉中枢，在这里才产生各种颜色感觉。颜色视觉过程的这种设想常叫做“阶段”学说，两个似乎完全对立的古老颜色视觉学说，现在终于由颜色视觉的阶段学说统一在一起了。
色彩生理理论：色彩的前进与后退感
色彩具有前进、后退感是色彩设计者共同感兴趣的问题。从生理学上讲，人眼晶状体的调节，对于距离的变化是非常精密和灵敏的，但是它总是有一定的限度，对于波长微小的差异就无法正确调节。眼睛在同一距离观察不同波长的色彩时，波长长的暖色如红、橙等色，在视网膜上形成内侧映像；波长短的冷色如蓝、紫等色，则在视网膜上形成外侧映像。因此暖色好像在前进，冷色好像在后退。
色彩的前进、后退感除与波长有关，还与色彩对比的知觉度有关，凡对比度强的色彩具有前进感，对比度弱的色彩具有后退感；膨胀的色彩具有前进感，收缩的色彩具有后退感；明快的色彩具有前进感，暧昧的色彩具有后退感；高纯度之色具有前进感，低纯度之色具有后退感。色彩的前进、后退感形成的距离错视原理，在绘画中常被用来加强画面空间层次，如画面背景或天空退远可选择冷色，色彩对比度也应减弱；为了使前景或主体突出应选择暖色，色彩对比度也应加强。
色彩生理理论：色彩同化与色觉守恒
色彩同化
当某一色被其他色所包围时，如果被包围的色在色相、明度方面与包围色非常接近，或者两者面积对比十分悬殊，被包围之色面积很小，那么，被包围之色就会被包围之色“吃掉”，这种色彩现象称之为色彩同化。其原因是色彩对比的视觉刺激值小于视觉的可见值。例如，在大面积浅黄色背景上配以与此色明度非常接近的浅橙色，橙色在视觉上不起作用。再如，在大面积绿色背景上，配以针尖般大小的红色，虽然红绿互补，对比强烈，但是由于面积过分细小，使眼睛难以发现红色的存在。因此，色彩构成时应恰当地调节各色之间在色相、明度、纯度以及面积比例的对比度，充分发挥各色的视觉作用，避免发生色彩同化效应。
色觉守恒
大脑对来自眼睛的视觉信息作出的色觉反映，有时并不完全是客观的，总或多或少地带有主观色彩成分。同一物体在不同光源的照射下，由于光谱成分的变化，客观上应该改变其物理色彩效应，但是人们仍会以生活经验中听积累的色彩记忆来判断它。人们长期以来把阳光照射作为确定物体色彩标准的所谓“固有色”的印象是不可忽视的。色彩学上称这种主观色彩现象为色觉守恒。例如，强光照射下的煤炭和晚间微弱光线照射下的棉花，从光学物理角度上讲，在明度上强光照射下的煤炭的“黑”比弱光照射厂的棉花的“白”要亮的多，然而人们仍会固执地认为煤炭是“黑”的，棉花是“白”的，因为色彩感觉觉常常受到黑色煤炭和白色棉花的生活色彩记忆和联想的支配。由于人们看到的外部世界总是经过主观补正的世界，因此在色彩感知过程中，要把视觉以外的知觉心理因素全部排除，只是看到纯粹色是很困难的。显然，主观色觉守恒对强光照射下的炭黑变成灰色的变化总是“视而不见”。
物体的色觉恒常与光源光谱的成分有关，在太阳光、日光灯照射下，色觉守恒性明显；在霓虹灯、水银灯、钠灯的照射下，由于其光谱成分单纯，故物体色觉恒常性就低一些。其次，色觉恒常性与物体所处的明暗环境有关，明亮环境中色觉恒常性高，黑暗环境中色觉恒常性低。
色觉守恒性虽然具有人类适应自然生存环境的生物意义，但是它不能准确地感觉色彩的物理特征。色彩顾问为看到受测对象色彩变化效果，在分析认识色彩过程中应尽量排除色觉守恒现象的干扰。因此，色彩顾问必须经过严格的色彩训练，不断提高认识色彩和分析色彩的能力，才能把握色彩变化的规律，准确的判断出属于受测者的色彩。
色彩生理理论：主观色彩（光效应）与色觉缺陷
主观色彩（光效应）
人眼睛在无彩色黑白条纹的同时刺激下能产生色幻觉，我们把这种视觉现象称为“主观色彩”。例如完全为黑白条纹构成的图形，如果我们经长时间注视后，在密集的弧形黑白条纹部分会出现闪烁的彩虹般的色彩奇观。这种现象的最先发现者是弗契那（C．T．Fechner），因此也称之为弗契那色彩现象。产生这种现象的原因至今还是一个谜，因为运用现有的色彩理论无法解释种视幻现象的发现被20世纪50年代现代派画家所应用，他们创造了各种“光效应艺术”（OPART）。画家们研究运用图和底不停相互交替的方法，使观者产生一种视觉运动的错视，从而诱发出彩虹般的色感。代表画家有比?赖里（B．Biley）和阿?奈尔（R．Neal）。光效应艺术曾经对纺织品图案设计产生一定影响。
色觉缺陷
一个颜色视觉正常的人应具有三色视觉，能准确地分辨各种颜色。如果三种视觉细胞的功能失常，那么就会产生色弱或色盲的色觉缺陷。三色觉异常患者，即色弱者，对光谱中的红色和绿色区域的颜色分辨能力较差，在照明较暗的环境下，他们可能将红色和绿色相互混淆，如果对红色的辨别能力差，就属于红色弱；如果对绿色的辨别能力差，就属于绿色弱。红－绿色盲者对整个可见光谱只能看到蓝和黄两种颜色，红色和绿色都被看成是饱和度较低的黄色。全色盲者只能根据明暗辨别物体。色弱和色盲大多发生于男性，红一绿色盲为隔代遗传，红色弱者约占男性人口的1％，绿色弱者约占男性人口的5％，全色盲者为罕见，只占人口的0．002％－0．003％。
色彩生理理论：色彩的易见度
在白纸上书写黄字或黑字，哪个看起来清楚呢？生活经验告诉我们，当然是白底黑字清楚。如前所述，这是因为人眼辨别色彩的能力是有一定限度的，当色与色过分接近，由于色的同化作用眼睛无法辨别。色彩学上把容易看清楚的程度称为易见度。色彩的易见度和光的明度与色彩面积大小有密切关系。光线太弱，人们易见度差；光线太强时，由于眩目感，易见度也差。色彩面积大易见度大，色彩面积小易见度则小。如果光源与形的条件相同时，形是否看得清楚，则取决于形色与背景色在明度、色相、纯度上的对比关系，其中尤以明度作用影响最大。对比强者清楚，弱者模糊。
易见度高的配色实例：黄／黑、白／黑、黄／紫、蓝／白、绿／白、黄／蓝。易见度低的配色实例有：黄／白、绿／青、黑／紫、灰／绿等。
色彩的易见度和对比度与前进后退感有关。
基本规律如下：
强 易见度高 具有前进感
明度对比
弱 易见度低 具有后退感
强 易见度高 具有前进感
纯度对比
弱 易见度低 具有后退感
强 易见度高 具有前进感
色相对比
弱 易见度低 具有后退感
色彩的易见度又称知觉度，即给人的强弱感觉。配色中常常运用色彩易见度原理来处理色彩的宾主和层次关系。如在绘画艺术中为了加强画面的色彩透视效果，主体和前景常常配以易见度高的醒目之色；装饰色彩构成时，为了突出装饰主体，引人注目，一般应采用易见度高的色彩配合。
色彩生理理论：色彩的膨胀与收缩感
据说法兰西国旗一开始是由面积完全相等的红、白、蓝三色制成的，但是旗帜升到空中后在感觉是三色的面积并不相等，于是召集了有关色彩专家进行专门研究，最后把三色的比例调整到红35％、白33％、蓝37％的比例时才感觉到面积相等。这究竟是什么原因呢？
因为当各种不同波长的光同时通过水晶体时，聚集点并不完全在视网膜的一个平面上，因此在视网膜上的影像的清晰度就有一定差别。长波长的暖色影像似焦距不准确，因此在视网膜上所形成的影像模糊不清，似乎具有一种扩散性；短波长的冷色影像就比较清晰，似乎具有某种收缩性。所以，我们平时在凝视红色的时候，时间长了会产生眩晕现象，景物形象模糊不清似有扩张运动的感觉。如果我们改看青色，就没有这种现象了。如果我们将红色与蓝色对照着看，由于色彩同时对比的作用，其面积错视现象就会更加明显。
色彩的膨胀、收缩感不仅与波长有关，而且还与明度有关。由于“球面像差”物理原理，光亮的物体在视网膜上所成影像的轮廓外似乎有一圈光圈围绕着，使物体在视网膜上的影像轮廓扩大了，看起来就觉得比实物大一些，如通电发亮的电灯钨丝比通电前的钨丝似乎要粗得多，生理物理学上称这种现象为“光渗”现象。歌德在《论颜色的科学》一文中指出： “两个圆点同样面积大小，在白色背景上的黑圆点比黑色背景上的白圆点要小1／5。”同一个人。日出和日落时，地平线上仿佛出现一个凹陷似的，这也是光渗作用而引起的视觉现象。
宽度相同的印花黑白条纹布，感觉上白条子总比黑条子宽；同样大小的黑白方格子布，白方格子要比黑方格略大一些。超市中，小商品、小包装若要使它显眼一些，宜采用鲜艳的浅色；如果要它显得高贵精致，宜采用沉着的深色或黑色。为了扩大建筑或交通工具的室内空间感，色彩设计宜采用乳白、浅米、象牙等淡雅明快的色调，像卫生间等特别狭小的空间还可以利用镜子作墙面，利用镜子的反射来增加面积的宽畅度和明亮度。
色彩生理理论：色彩的膨胀与收缩感
据说法兰西国旗一开始是由面积完全相等的红、白、蓝三色制成的，但是旗帜升到空中后在感觉是三色的面积并不相等，于是召集了有关色彩专家进行专门研究，最后把三色的比例调整到红35％、白33％、蓝37％的比例时才感觉到面积相等。这究竟是什么原因呢？
因为当各种不同波长的光同时通过水晶体时，聚集点并不完全在视网膜的一个平面上，因此在视网膜上的影像的清晰度就有一定差别。长波长的暖色影像似焦距不准确，因此在视网膜上所形成的影像模糊不清，似乎具有一种扩散性；短波长的冷色影像就比较清晰，似乎具有某种收缩性。所以，我们平时在凝视红色的时候，时间长了会产生眩晕现象，景物形象模糊不清似有扩张运动的感觉。如果我们改看青色，就没有这种现象了。如果我们将红色与蓝色对照着看，由于色彩同时对比的作用，其面积错视现象就会更加明显。
色彩的膨胀、收缩感不仅与波长有关，而且还与明度有关。由于“球面像差”物理原理，光亮的物体在视网膜上所成影像的轮廓外似乎有一圈光圈围绕着，使物体在视网膜上的影像轮廓扩大了，看起来就觉得比实物大一些，如通电发亮的电灯钨丝比通电前的钨丝似乎要粗得多，生理物理学上称这种现象为“光渗”现象。歌德在《论颜色的科学》一文中指出： “两个圆点同样面积大小，在白色背景上的黑圆点比黑色背景上的白圆点要小1／5。”同一个人。日出和日落时，地平线上仿佛出现一个凹陷似的，这也是光渗作用而引起的视觉现象。
宽度相同的印花黑白条纹布，感觉上白条子总比黑条子宽；同样大小的黑白方格子布，白方格子要比黑方格略大一些。超市中，小商品、小包装若要使它显眼一些，宜采用鲜艳的浅色；如果要它显得高贵精致，宜采用沉着的深色或黑色。为了扩大建筑或交通工具的室内空间感，色彩设计宜采用乳白、浅米、象牙等淡雅明快的色调，像卫生间等特别狭小的空间还可以利用镜子作墙面，利用镜子的反射来增加面积的宽畅度和明亮度。
色彩生理理论：视觉适应
生物在自然生存竞争中的进化具有了适应环境变化的本能。人类在与环境的交互作用过程中，也逐步形成了许多适应自然环境的本能。如炎热的夏天，人体通过发汗降低体温；严寒的冬天，人体皮肤和毛孔收缩，防止热量的耗散；强烈光线的刺激下，眼睛会自动调节瞳孔，减少进入光量，保证视敏度和减轻视觉疲劳。人的感觉器官适应能力在视觉生理上的反应叫做视觉适应。视觉适应有三种情况：
明暗适应
在日常生活中，我们经常可以碰到这样的现象。当你从亮处走进暗室时(如迟到闯入电影院)，开始什么也看不清，经过相当长时间后，又逐步开始恢复清晰的视觉，这种现象叫做暗适应；反之，当我们从暗处走向亮处时(如电影院散场以后走出门外)，在最初的一瞬间也会感到耀眼发眩，什么都看不清，但经过几秒钟后，视觉又恢复正常，这种现象叫明适应。
眼睛在暗适应过程中，瞳孔直径扩大，使进眼球的光线增加10-20倍，视网膜上的视杆细胞的感受性迅速兴奋，视敏度不断提高，从而获得清晰的视觉，完成视觉暗适应的过程大约需要20分钟。明适应是视网膜在光刺激由弱到强的过程中，视锥细胞和视杆细胞的功能需要迅速转换，适应时间比暗适应短得多，大约只需要1秒钟。
