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第二章 色彩的生理理论 |
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| 人气：6897 | 时间：2024年11月23日 |
第二章 色彩的生理理论
第一节人眼的生理与色彩视觉
所有的色彩视觉（包括色相、明度、纯度）都是建立在人的视觉器官的生理基础上的，所以研究色彩还必须了解视觉器官的生理特征及其功能。
1．人眼的构造及功能
眼球：人眼的形状像一个小球，通常称为眼球，眼球内具有特殊的折光系统，使进入眼内的可见光汇聚在视网膜上。视网膜上含有感光的视杆细胞和视锥细胞，这些感光细胞把接受到的色光信号传到神经节细胞，再由视神经传到大脑皮层枕叶视觉神经中枢，产生色感。眼球壁有三层膜组成。外层是坚韧的囊壳，保护眼睛的内部，称为纤维膜，它的前1/6为角膜，后5/6为白色不透明的巩膜，中层称葡萄膜（或血素层、血管层），颜色像黑紫葡萄，由前向后分为三部分：虹膜、睫状体和脉络膜。内层为视网膜，简称网膜。
角膜：眼球最前端是透明的角膜，它是平均折射率为1.336的透明体，俗称眼白，微向前突出，曲率半径前表面约7.7毫米，后表面约6.8毫米，光由这里折射进入眼球而成像。
虹膜：在角膜后面呈环形围绕瞳孔，也叫彩帘。虹膜内有两种肌肉控制瞳孔的大小：缩孔肌（即环形肌）收缩时瞳孔缩小；放孔肌（即辐射肌）收缩时则瞳孔放大，其作用如同照相机的自动光圈装置，而瞳孔的作用好似光圈。它的大小控制一般是不自觉的，光弱时大，光强时小。
晶状体：晶状体在眼睛正面中央，光线投射进来以后，经过它的折射传给视网膜。所谓近视眼、远视眼、老花眼以及各种色彩、形态的视觉或错觉，大部分都是由于水晶体的伸缩作用所引起。它像一种能自动调节焦距的凸透镜一样。晶状体含黄色素，随年龄的增加而增加，它影响对色彩的视觉。
玻璃液体：把眼球分为前后两房，前房充满透明的水状液体，后房则是浓玻璃体。外来的光线，必须顺序经过角膜、水状液体、晶状体、玻璃体，然后才能到达网膜。它们均带有色素，随环境和年龄而变化。
黄斑与盲点：黄斑是网膜中感觉最特殊的部分，稍呈黄色。色觉之所以有很大的个人差异与黄斑是有关系的，位置刚好在通过瞳孔视轴所指的地方，即视锥细胞和视杆细胞最集中的所在，是视觉最敏锐的地方。我们看到物体最清楚时，就是因为影像刚好投射到黄斑上的缘故，黄斑下面有盲点，虽然是神经集中的部位，但缺少视觉细胞，不能看到物体影像。
视网膜：视网膜是视觉接收器的所在，它本身也是一个复杂的神经中心。眼睛的感觉为网膜中的视杆细胞和视锥细胞所致。视杆细胞能够感受弱光的刺激，但不能分辨颜色，视锥细胞在强光下反应灵敏，具有辩别颜色的本领。在中央凹处之内，只有视锥细胞，很少或没有视杆细胞。在网膜边缘，靠近眼球前方各处，有许多视杆细胞，而视锥细胞很少。某些动物（如鸡）因视杆细胞较少，所以在微光下，它们的视觉很差，成为夜盲。也有些动物（如猫和猫头鹰）因视杆细胞很多，所以能在夜间活动。
视觉过程：入射光到达视网膜之前，是主要折射在角膜和晶状体的两个面上的。眼睛内部各处的距离都固定不变，只有晶状体可以突出外张，所以有聚像于网膜上的功能，这完全靠晶状体曲率的调整。如果起调节作用的睫状肌处于松弛状态，从远处射来的光线经折射后，恰好自动聚焦在网膜的感光细胞上。假如眼睛有病态，聚焦就落在较前方或较后方，落在网膜前面叫近视眼，落在网膜后方叫远视眼。正常人眼在观察近处物体时，可调节收缩睫状肌，使晶状体突出一些，这样由近处物体射来的光线，经晶状体凸出面的折射后，仍然可以汇集在视网膜上成像。由于凸出的曲率有限度，因而过于靠近眼睛的物体，它的成像不能落在视网膜上。水晶体的弹性随年龄的增长而减小，调节的本领也随着年龄的增长而降低，因此发生老年性远视。要使近处的物体落在网膜上，可用聚光镜将远处的光线收拢，方能使聚焦恰当地落到视网膜上，达到正常视觉。
视觉与年龄：视觉发生于出世后约一个月左右，大致一年以后即可对所有色彩具备完全感受能力。随年龄的增长（大约30岁开始）其效力日趋衰退（50岁以后特别明显）。
2．色彩的视觉理论
赫尔姆霍兹的三色学说认为人眼视网膜的视锥细胞含有红、绿、蓝三种感光色素。当单色光或各种混合色光投射到视网膜上时，三种感光色素的视锥细胞不同程度地受到刺激，经过大脑综合而产生色彩感觉。如：当含红色素的视锥细胞兴奋时，其他两种视锥细胞相对处于抑制状态，便产生红色感觉；当含绿色素的视锥细胞兴奋时，其他两种视锥细胞相对处于抑制状态，便产生绿色感觉；如果含红、绿两种视锥细胞同时兴奋，而含蓝色视锥细胞处于抑制状态，此时产生黄色感觉；三种细胞同时兴奋时，则产生白色感觉；三种细胞同时抑制则产生黑色感觉；三种细胞不同程度地受到刺激时，则产生红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色感。如果人眼缺乏某种感光细胞，或某种感光的视锥细胞功能不正常时，就会产生色盲或色弱。
赫林的对立色彩学说也叫四色学说。1878年他观察到色彩现象总是成对发生关系，因而认定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，光的刺激破坏白-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，即含有白色，所以每一颜色不仅影响其本身视素的活动，而且也影响白-黑视素活动。根据赫林的学说，三种视素的对立过程的组合产生各种颜色感觉和各种颜色的混合现象。
第三种说法是：在人眼视网膜的视锥细胞中有一种感光蛋白和三种感色蛋白，光照感光蛋白使其破裂，产生神经脉冲传到大脑皮层使我们有了光的感觉，这样就完成一个视觉过程。三种感色蛋白分别吸收红、绿、紫的色光，使其感色蛋白破裂产生脉冲传到大脑皮层，使我们感到某种颜色。这种蛋白破裂之后，需要在1/16秒之内再重新合成，有的破坏了之后不能及时合成，使其感觉迟钝，或感觉其他颜色，这就是某种色的色弱。有的人根本看不到某种色，这就是说他缺少某种感色蛋白，这就是色盲。色弱的人，对物体色知觉的第一印象是正确的，但由于他对于某种色光刺激后，破裂的感色蛋白不能及时合成再去接受继续刺激，继续产生色知觉。这时处于它相对应的那种蛋白十分活跃，因而使他产生一种对应色的色知觉。所以色弱的人迟钝的色知觉总是该色的补色。
第二节色彩的错觉与幻觉
物体是客观存在的，但视觉现象并非完全是客观存在，而在很大程度上是主观的东西在起作用。当人的大脑皮层对外界刺激物进行分析、综合发生困难时就会造成错觉；当前知觉与过去经验发生矛盾时，或者思维推理出现错误时就会引起幻觉。色彩的错觉与幻觉会出现一种难以想象的奇妙变化。美术工作者在从事美术实践时常常会碰到以下几种情况：
1．视觉后像当视觉作用停止之后，感觉并不立刻消失，这种现象叫视觉后像。
这种后像一般有两种：
a、正后像：如果你在黑暗的深夜，先看一盏明亮的灯，然后闭上眼睛，那么在黑暗中就会出现那盏灯的影像，这种叫正后像。日光灯的灯光是闪动的，它的频率大约是100次/秒，由于眼睛的正后像作用我们并没有观察出来。电影也是利用这个原理，所以我们才能看到银幕上物体的运动是连贯的。
b、负后像：正后像是神经在尚未完成工作时引起的。负后像是神经疲劳过度所引起的，因此其反应与正后像相反。当你在阳光下写生一朵鲜红的花，观察良久，然后迅速将视线移到白
[注例]：斑马的保护色与其他动物的保护色不同，其他动物一般将自身的色彩尽量接近所生长的环境色，使对方难以辨认。而斑马则采用同时对比时的错视和视觉后像效果来保护自己。原理是：当斑马在快速飞奔，使追逐捕捉它的狮子在观看时，由于同时对比的错视作用，身体的前一个视觉印象还没有消失时，身体已经飞奔出，使狮子不能正确判断斑马的位置，所以往往捕空。这是它保护自身的方法。
纸上，这时你会发现白纸上有一朵与那朵红花形状相同的绿花。这种现象在生理上解释为：当人们观看红色光持久时红色视锥细胞产生疲劳，要保持这种不变的红色印象，在视网膜上映有红花的这个区域的视锥细胞的感红蛋白，只有大量红光才能继续激起它们产生红色信息。当你将视线迅速移到白纸上，白纸上反映到视网膜上原红花影像的那个区域中的白光中所含的那部分红光，其量不能激起这个区域疲劳过度的红色感色蛋白的迅速合成，也就是不能激起那个区域红色视锥细胞产生红色信息，而恰恰在这时，原在这个区域一直处于抑制状态的那部分绿色视锥细胞在仅有白光中的那部分绿色光的刺激下格外活跃，所以这个区域给人的印象是绿色的。当然这种现象瞬间即消失了。这种负后像色彩错觉一般都是补色关系的，如：红-绿、黄-紫、橙-青紫。黑与白也同样会产生这样的现象，其原理相同。
2．同时对比同时对比是指眼睛同时受到色彩刺激时，色彩感觉发生相互排斥现象。刺激的结果使相邻之色改变原来性质的感觉向对应方面发展。当我们用色彩构图时，同一灰色在黑底上发亮，在白底上变深；同一灰色在红底上呈现绿味，在绿底上呈现红味，在紫底上呈现黄味，在黄底上呈现紫味；同一灰色在红、橙、黄、绿、青、蓝、紫不同底色上呈现补色感觉。红与紫并置，红倾向于橙，紫倾向于青；红与绿并置，红显得更红，绿显得更绿；各种相邻的色在交界处，对比表现得更为强烈。
由此可见，色彩同时对比可得如下规律：
a、亮色与暗色相邻，亮色更亮，暗色更暗；灰色与艳色并置，艳色更艳，灰色更灰；冷色与暖色并置，冷色更冷，暖色更暖。
b、不同色相相邻时，都倾向于将对方推向自己的补色地位。
c、补色相邻时，由于对比作用，各自都增加了补色光，色彩的鲜艳度同时增加。
d、同时对比效果，随着纯度增加而增加，相邻之处，即边缘部分最为明显。
e、同时对比作用只有在色彩相邻时才能产生，其中如果一色包围另一色效果更为醒目。
对同时对比的效果可以采取适当的方法将其加强或抑制。
加强的方法：
a、提高色彩的纯度；
b、使对比色建立补色关系；
c、运用面积对比。（即色彩集中而不分散）
抑制的方法：
a、改变纯度，提高明度；
b、破坏互补关系；
c、采用间隔、渐变的方法；
d、缩小面积对比关系。如：橙地上配青灰能扩大同时对比作用，橙地上配黄灰能抑制同时对比作用。
3．色彩的膨胀与收缩感
“色像差”简称“色差”。通过实验可以得知各色光均有不同的“色像差”。当复色光（如白光）经过透镜折射后所成像的边缘呈彩色模糊现象，这是由于透镜材料对各种色光的折射律不同所致，故透镜对各种色光的焦距也就不同（如钻石的折光效果），而成像的位置与大小又决定于焦距的位置（即远近），所以，色像差有位置色差（亦称“纵向色差”）和放大色差（亦称“横向色差”）两种。设取一狭缝S为白光源，并先后用红紫两滤色片遮住，则因玻璃对紫光的折射率比红光大（因其光波短于红光），紫光像的位置比红光接近于透镜（位置色差），而紫光像的大小比红光小（放大色差）。人的眼球中的透光的水体、晶状体与玻璃体也是一种透射材料，当光透射时，同样有不同的折射率，焦距也有远近之差。如上所述，一般情况下，波长短的冷色光往往在视网膜前成像，而且较波长长的暖色光呈像小。波长长的暖色光往往在视网膜后呈像，而且较波长短的冷色光呈像大，故波长长的红橙色有迫近感与扩张感，而波长短的蓝紫色有远逝感与收缩感。
由于各种不同波长的光，通过眼晶状体聚焦点并不完全在一个平面上，视网膜上的影像的清晰度就有区别。光波长的暖色影像似焦距不准，具有一种扩散性，因此模糊不清；光波短的冷色影像具有一种收缩性，就比较清晰。用赫林的学说去解释是：红色起破坏作用，刺激强烈，脉冲波动大，自然有一种扩张感。而绿色起建设作用，脉冲弱，波动小，自然有收缩之感。所以我们平时注视红色时，时间一长就感到边缘模糊不清，有眩晕感。这就是破坏的原因；当我们看青、绿色时感到冷静、舒适、清晰，眼睛特别适应，这就是建设的作用。维吾尔族最喜爱在刷墙的白灰中加入少量的蓝绿色，医生总是让眼疾病人多看绿色，也就是这个道理。
色彩的膨胀与收缩感，不仅与波长有关，而且与明度有关。同样粗细的黑白条纹，其感觉上白条纹要比黑条纹粗；同样大小的方块，黄方块看上去要比蓝方块大些。设计一个年历的字样，在白底上的黑字需大些，看上去醒目，过小了就太单薄，看不清。如果是在黑底上的白字，那么白字就要比刚才那种黑字要小些，或笔画细些，这样显得清晰可辨，如果与前面那种黑字同样大，笔画同样粗，则含混不清。某省地质馆有个板面上的文字说明，用黑色胶片，刻制黄色透光字，可能设计时是按黑字白底的效果设计的，布局饱满，笔画粗壮，但刻出来以后，由于字的透光效果，字就显得拥挤，笔画不清。这就是黄色在黑色底上面膨胀的原因。
进行各种色彩设计时，为了达到各种色块在视觉上的一致，就必须按色彩的膨胀和收缩规律进行调整。据说法国国旗的红、白、蓝三色条纹，开始设计宽度完全相等，但当升到空中后，感觉显得不等了，为此专门招集色彩学家们共同研究，最后才知道这与色彩的膨胀感和收缩感有关，当三色比例调整到红35、白33、蓝37时，才感到宽度相等了。
4．色彩的前进与后退感
例一：在黑暗的舞厅中心旋转的玻璃反射球反射出红、黄、蓝、紫四色光点好像是在太空中运行的星际，我们可以发现，在这四色光点中，红、黄光点似乎近些，而蓝、紫光点似乎远些。
例二：清晨，太阳只照在雪山顶上，其他山林均处于冷灰色的晨雾之中，此时橙黄色的雪山顶显得格外近，结构清晰可辨。此时写生，万不可被这种前进感所迷惑，否则，雪山就无法推远。待太阳完全升上天空，所有的山林大地均被阳光普照，此时再看雪山，一下子被推得很远很远，此时的远近才是正确的感觉。
即便是中午看雪山，雪显得十分明亮，洁白明净，但在写生时也不可用纯白去写生，需加冷色，因为雪山离我们很远很远，在这之间有大量的空气和水分子，只要与其他景物比较即可发现。这就是色彩的透视。
例三：全山石先生带领研究生一行数人赴乌拉斯坦写生。全老师指着远处山坡上一块盛开的油菜花地对学生们说：“你们看，那块油菜花地多么鲜艳，与周围环境对比是那样强烈，但又与环境是那样和谐。但你们万不可被这种现象所迷惑，如果不经过分析处理，一味地凭感觉在画面上涂上一块柠黄，那它肯定会立即跳出画面，显得不协调。”这指的正是色彩的前进与后退。从生理学上讲，人眼的晶状体的调节，对于距离的变化是非常灵敏的。但它总是有限度的，对于长波微小的差异无法正确调节，这就造成波长长的暖色，如红、橙等色在视网膜上形成内侧映像。波长短的冷色，如蓝、紫等色在视网膜上形成外侧映像，从而使人产生暖色好像前进，冷色好像后退的感觉。
综合起来，色彩的前进与后退感、膨胀与收缩感有如下规律：
色彩在生理上、心理上的前进与后退感，膨胀与收缩感，对于使用色彩有很大影响。如：要使狭小的房间显得宽敞些，可以用后退色--浅蓝色刷墙；为了使景物背景退远些，可选择冷色；为了使近处景物突出些，可用暖色，这就是色彩的透视。即近暖远冷，近艳远灰，近实远虚。
5．色彩的易见度在白纸上写黄字不醒目而写黑字醒目--明度对比强，易见度高；明度对比弱，易见度低。另外，光线弱，易见度低；光线过强，有眩目感，易见度也差；色彩面积大易见度高，色彩面积小易见度低。如果当两组光源与形相同时，形是否能看清楚，则取决于形色与背景色的明度、色相、纯度上的对比关系，其中明度对比最强的对比作用最大，对比强的清楚，弱的模糊。
对比强的色有：黄/黑、白/黑、黄/紫、蓝/白、绿/白、黄/蓝……
对比弱的色有：黄/白、绿/青、黑/紫、灰/绿……
根据色彩学家测定：在不同色彩的背景上涂上5毫米直径大小的色点，它的可见距离是：
日本左藤亘宏认为：
黑色底可见度强弱次序：白→黄→黄橙→黄绿→橙；
白色底可见度强弱次序：黑→红→紫→紫红→蓝；
蓝色底可见度强弱次序：白→黄→黄橙→橙；
黄色底可见度强弱次序：黑→红→蓝→蓝紫→绿；
绿色底可见度强弱次序：白→黄→红→黑→黄橙；
紫色底可见度强弱次序：白→黄→黄绿→橙→黄橙；
灰色底可见度强弱次序：黄→黄绿→橙→紫→蓝紫。
掌握了这些规律，对设计有指导作用。
思考题：
①在识别色彩中应该注意哪些视觉生理影响？
②怎样运用色彩视觉中的错视原理，来加强色彩的感染力？
③为什么色彩有膨胀、收缩、前进、后退感？
作业：
①同一灰色在红、绿、黑、白、黄、蓝各色底上的同时对比视觉效果作一构成。
②用一组冷色与暖色的膨胀与收缩，前进与后退的视觉效果作一构成。
③将左藤亘宏对不同色彩在不同底色的对比强弱次序构成在六幅图内，试看其对比效果作一构成。
