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色彩理論中的光色原理

中外先行者早在壹千多年前就重視對顏色的研究,但在18世紀科學家牛頓真正科學地揭示了顏色之後,顏色才成為壹門獨立的學科。色彩是壹種涉及光、物、視覺的綜合現象,“色彩的起源”自然成為第壹命題。

所謂顏色術語,就是顏色的專用術語。理解這些名詞的含義,既是基礎知識的組成部分,也是解釋色彩原理和規律的必要中介語言,所以壹開始就應該是講解的內容。

經驗證明,人們對色彩的理解和運用,是通過發現差異,尋找其內在聯系來實現的。所以人類最基本的視覺經驗得出了壹個最簡單也是最重要的結論:沒有光就沒有顏色。人們在白天可以看到五顏六色的物體,但在漆黑的夜晚卻什麽也看不見。如果有燈光,在燈光照耀的地方,妳可以再次看到物體及其顏色。

真正解開光和顏色之謎的是英國科學家牛頓。17世紀下半葉,為了提高新發明的望遠鏡的清晰度,牛頓開始研究光穿過玻璃鏡的現象。1666年,牛頓進行了著名的色散實驗。他把壹個房間關在黑暗中,只在窗戶上開壹條窄縫,讓陽光進來,穿過壹個三角形懸掛體的玻璃棱鏡。結果出現了意想不到的奇跡:對面墻上出現的不是壹片白光,而是壹條七色的光帶。這七種顏色按照紅、橙、黃、綠、青、藍、紫的順序排列在壹起,很像雨後的彩虹。同時,七色光束如果再次通過棱鏡,可以還原成白光。這個七色波段就是太陽光譜。

牛頓之後的大量科學研究成果進壹步告訴我們,顏色是以色光為主體的客觀存在,是給人的視覺感受。這種感覺基於三個因素:壹是光線;二是物體對光的反射;第三是人的視覺器官——眼睛。也就是說,不同波長的可見光投射在物體上,壹部分波長的光被吸收,壹部分波長的光被反射,刺激人的眼睛,通過視神經傳遞到大腦,形成關於物體的顏色信息,即人的顏色感知。

光、眼、物之間的關系構成了色彩研究和色彩學的基本內容,也是色彩實踐的理論基礎和依據。

光、可見光、光譜顏色

為了理解牛頓發現的光色散的原因,我們必須從光的本質中尋找答案。

所謂光,就其物理性質而言,是壹種電磁波,其中壹部分可以被人的視覺器官——眼睛接受並作出反應,通常稱為可見光。所以顏色應該是可見光作用產生的視覺現象,刺激眼睛後能引起視覺反應,使人感受顏色,感知空間環境。可見光是如此普遍,任何視力正常的人都能感覺到。可見光是神秘的,是千變萬化的,因為除了看,沒有別的辦法去接觸,去穩定,去了解它。因此,國內外許多科學家、藝術家和思想家對此進行了觀察、研究和思考,但幾乎沒有找到令人信服的答案。牛頓雖然分解了光,但也有人形容為“破光”。

顯然,可見光不是固體、液體、氣體之類,不是細胞、分子、原子,也不是熱能、電能、化學能。

隨著科學的發展,對光的研究逐漸接觸到本質。牛頓還是第壹個在1678提出光是物體發出的壹種粒子,稱為光粒子。它以極大的速度從壹個發光體向四面八方發射,使人眼能感覺到光,這就是所謂的粒子理論。

1678年,哈根斯等人認為宇宙中充滿了壹種叫做以太的薄而有彈性的介質。物質發光時,其電子振動,通過周圍的以太依次傳遞到遠處,成為壹種橫波。橫波進入人眼引起光感,稱為波動說。

1864年,麥克斯韋認為光不是以太本身的運動,而是以太中電磁變化引起的傳播。以太波是電波的壹種,被稱為電磁理論。

現代科學已經證實,光是壹種電磁波形式的輻射能。它既是波動的,也是顆粒的。光的這兩種性質在光學中被稱為“二元性”。

太陽光通過棱鏡時,以不同的波長沿不同的路線傳播:紫光波長最短,傳播速度最慢,曲折度最大(折射角最大),紅光波長最長,折射角最小,其他顏色的光依次排列形成七色光譜。當光線照射到不透明物體的表面時,粒子會“碰撞”,部分被反射,部分被吸收。這種反射光作用於視覺器官,形成物體顏色的概念。以上是對光的色散現象和物體色彩本質的科學回答。

在整個電磁波範圍內,並不是所有的光都有顏色。電磁波包括宇宙射線、X射線、紫外線、紅外線、無線電波和可見光,它們都有不同的波長和振動頻率。只有波長在380納米到780納米的電磁波才能引起人的顏色感知。這個波長叫做可見光譜,也就是常說的光。

其他波長的電磁波是人眼看不到的,俗稱不可見光,其實是不同的射線或波。波長大於780納米的電磁波稱為紅外線,波長小於380納米的電磁波稱為紫外線。各種光都有不同的波長,它們的大小仍然是用納米來度量的。

如果用光度計測量棱鏡分解的色光,就可以得到色光的波長。所以顏色的概念其實是不同波長的光刺激人的眼睛產生的視覺反射。

光的物理性質是由光波的振幅和波長決定的。波長長短的不同決定了色調的不同。相同的波長但不同的振幅決定了色相亮度的差異,即亮度差異。

有光才能有顏色,光來自於光源。有兩種光源:自然光源和人工光源。而所有的光都是由各種波長和頻率的彩色光按順序排列而成的,也就是所謂的“光譜”。白熾燈、熒光燈等光譜不同的燈發出的光,有不同的色彩感受。

起初,陽光的光譜被認為是由七種顏色組成的:紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。後來有人提出它是由紅、橙、黃、綠、藍、紫六種顏色組成的,理由是青色和藍色光的確切波長差壹直沒有確定。7色光譜和6色光譜的觀點在色彩學中似乎至今沒有定論,主要是因為6種顏色排出的顏色表和色環便於解釋顏色原理。因為光譜顏色的名稱不僅受到科學家和藝術家的關註,也受到語言學家和作家的關註,所以從各自的角度理解名稱的含義難免存在差異。比如橙色,其實是紅色和黃色的中間色,有的叫橙色。現實中橘子果實的顏色差異很大,也就是橘子本身的顏色也有深淺之分,所以橘子只是所有橘子顏色的壹個籠統概念,很難以某個具體的果實為標準。可見顏色這個名字本身其實是不嚴謹的。再比如青色。有人認為它來自藍晶石,所以應該是藍綠色,藍色是正色,所以應該把藍色從光譜色中去掉。在日本,天空的藍色其實就是我們所認為的天藍色,所以習慣上將藍色去掉,保留日本光譜中的藍色。此外,還有壹種觀點認為,光譜只是由紅、黃、綠、藍、紫四種顏色組成。總之,關於七色、六色、五色的說法還沒有定論,很難確認壹種說法,否定另外兩種說法。在閱讀不同的色彩理論書籍時,往往會有不同的說法,原因如上所述。

符合色光標準色相的六種顏色是用顏料制成的,是顏料的標準色,即紅、橙、黃、綠、藍、紫。

光源顏色、物體顏色、固有顏色

物體顏色的出現與光源顏色和物體的物理特性有關。

同壹物體在不同光源下會呈現不同的顏色:白光下的白紙,紅光下的紅紙,綠光下的綠紙。因此,光源顏色的光譜成分的變化必然會影響物體的顏色。電燈下的物體是黃色的,熒光燈下的物體是藍色的,電焊光下的物體是淺藍色的,黎明和日落下的景物是橙紅色和黃色的,日光下的景物是淡黃色的,月光下的景物是淡綠色的。光源顏色的光強也會對被照射物體產生影響。強光下的物體顏色會變淡,弱光下的物體自然顏色會變得模糊暗淡。只有中等光強下的物體顏色才最清晰可見。

物理學家發現,光照射到物體上會被吸收、反射和透射。而且各種物體都有選擇性吸收、反射、透射有色光的特性。就物體對光的作用而言,大致可以分為不透明和透明兩類,通常稱為透明體和透明體。對於不透明的物體來說,它們的顏色取決於不同波長的各種彩色光的反射和吸收。如果壹個物體能反射幾乎所有顏色的太陽光,那麽這個物體就是白色的。另壹方面,如果壹個物體能吸收陽光中幾乎所有的彩色光,那麽這個物體就是黑色的。如果壹個物體只反射700納米左右波長的光,而吸收其他波長的光,那麽這個物體看起來就是紅色的。可見,不透明物體的顏色是由其反射的色光決定的,本質上是指物體反射和吸收部分色光的特性。透明物體的顏色是由其透射的顏色光決定的。紅色玻璃是紅色的,因為它只透射紅光,吸收其他顏色的光。相機鏡頭上使用的濾色器,並不是說濾除鏡頭顏色的光,實際上是讓這個顏色的光通過,濾除其他顏色的光。由於每個物體對各種波長的光都具有選擇性吸收、反射和透射的特殊功能,所以在相同條件下(如光源、距離、環境等因素)具有相對恒定的色差。人們習慣把物體在白光下的顏色效果稱為物體的“固有色”。比如白光下的紅花綠葉永遠不會出現紅光下的紅花綠葉。紅花可以顯得更紅,但綠光不具備反射紅光的特性。反之吸收紅光,所以綠葉在紅光下呈現黑色。此時,感覺像黑葉的黑色在紅光下仍然可以認為是綠葉的客體色,而綠葉之所以是綠葉,是因為在正常光源(太陽光)下是綠色的,而綠色被常規認為是綠葉的固有色。嚴格來說,所謂固有色,應該是指正常光源下“物體固有的物理性質”所產生的顏色。

光的作用和物體的特性是構成物體顏色的兩個不可或缺的條件。它們相互依存,相互制約。只強調物體的特性而否定光源色彩的作用,物體的色彩就成了無水之源;只強調光源色彩的作用,不承認物體的固有特性,這就否定了物體色彩的存在。同時,在使用“固有顏色”壹詞時,要特別註意不要誤解為物體的顏色是固定的。這種偏見,就是研究光與色的關系,做色彩素描必須克服的“固有色彩觀念”。

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