[译] 色彩理论极简史

本文译自 《Programming Design Systems》 中的 A short history of color theory 章节。

在本书介绍的所有主题中，专注讲解色彩理论的这一部分可能是最复杂的部分。尽管对色谱的基本理解很容易讲解，但是色彩理论是个近乎无限复杂的主题，其根源是科学和艺术。因此，以一种既适用于艺术史又适用于科学真理的方式来学习色彩构成是一项艰巨的任务，而且我看到许多设计师在最基本的问题上苦苦挣扎：黄色是原色吗？哪些颜色组合是和谐的？蓝色的真正互补色是什么？

有关色彩理论历史的这一章，我会着重回顾该领域关键人物的成就和不足，希望能够帮助回答其中的一些问题。在这个简短的介绍中，我对两个不同但又相关的领域之间的冲突特别感兴趣，这两个领域都在“色彩理论”一词下运作：艺术色彩理论，它关注美术中色彩组合产生的视觉效果；科学色彩理论，它通过越来越复杂但精确的色彩模型来描述色彩的特性。本章内容是接下来几章的基础，我坚信设计师深入理解这一历史过程，对于他们做出正确颜色决策是至关重要的。

已知的关于颜色的最早理论可以在 On Colors 中找到，这是古希腊时期的一篇短文。最初人们认为是亚里士多德所撰，但如今广泛认为是其逍遥学派（Peripatetic school）成员所写。基于对颜色在自然界中的行为表现的观察，文章认为所有颜色都存在于介于黑暗与光明之间的光谱中，并且四种原色来自四个元素：火、空气、水和土地。在今天看来，这似乎很怪异和充满臆断，但在当时这些观察也能说得通：植物在地面以上是绿色的，根部是白色的，因此颜色必然来自太阳。同样，干枯的植物也会失去鲜艳的色彩，因此水也能提供色彩。这个理论是几个世纪以来颜色理论家如何使用颜色建立宇宙一般理论的典型代表。尽管理论错误，On Colors 中有一系列重要发现，例如“黑暗根本不是一种颜色，而只是没有光” [1] – 这一发现是通过观察云层随着其变厚而逐渐变暗而推导出来的 [2]。

就像在其他科学领域一样，艾萨克·牛顿（Isaac Newton）在1704 年出版的第一版《光学》（Opticks）中，完全重新定义了有关光的行为的传统理论。牛顿不再把光看成是虚空的颜色（Rather than seeing light as a void of color），而是发现白光是整个色谱范围内所有颜色的组合。他的实验基础是一个广为人知的现象：将白光透过棱镜时，该光会分解为色谱中的多种颜色。牛顿发现他可以重新组合这些光谱色，再次将它们变成白光。

牛顿还发现，如果将色谱中的第一种颜色（红色）和最后一种颜色（紫色）混合，会产生洋红色，这是彩虹中不存在的超光谱色。这促使他将色谱图包裹成一个圆形，开启了使用基本形状表示颜色之间关系的传统。牛顿使用了圆形，因为通过指向两种颜色之间的中间颜色可以预测两种颜色的混合结果。牛顿色环上的颜色彼此之间距离是非对称的，因为牛顿希望圆上有七种颜色——一周中的确切天数和一个八度中的音符数 [3]。

牛顿的色环使用七种颜色，映射到音乐中从D音开始的一个八度

与牛顿对色彩做科学解释相比，德国诗人沃尔夫冈·冯·歌德（Wolfgang von Goethe）的《色彩理论》（Theory of Colors ，1810）致力于以人为本的色彩感知分析。通过一系列测量眼睛对某些颜色的反应实验，歌德创造了有史以来最著名的色环。该色环具有三种原色——洋红色、黄色和蓝色——他认为可以通过这三种原色混合出光谱中的其他颜色。

歌德色环，原色包含品红色、黄色和蓝色

这本书在许多方面与牛顿的理论背道而驰，歌德认为不是光而是棱镜才是造成色彩创造的原因，黑暗也并不是缺少光。尽管牛顿最终赢得了关于光的本质的争论，但歌德的作品对我们而言也很重要，因为它着重于色彩对人类的认知影响。他对残像（after-images）和视错觉（optical illusions）的研究特别有趣，对后来的约翰·伊登（Johannes Itten）和约瑟夫·亚伯斯（Josef Albers）[4] 的作品产生了深远的影响。

即便牛顿和歌德的色环看起来彼此矛盾，但它们在某种程度上都是正确的，因为它们说明了不同材料中的颜色行为。牛顿描述了光谱颜色如何混合包括白色在内的大多数可见颜色，这是正确的，因为光以加法方式混合：组合不同颜色的光最终会产生白光。（注：光源色反映的是光谱色中所缺少的光波颜色的补色。既然没有缺少可见光波长，就没有补色，就是白色。） 歌德描述的是三种原色如何混合包括黑色在内的大多数可见颜色，这也是正确的，因为颜料以减色方式混合：混合不同颜色的颜料通过减少光波最终会产生黑色颜料。（注：颜料不发光，看到的颜色其实是没被吸收而被反射出来的光的颜色。所以颜料吸收的颜色就是我们看到颜料颜色的补色。如“颜料青色C= 白色 - 红色R = 绿色G + 蓝色B”）

RGB 加法混色

CMY 减法混色（Cyan青、Magenta品红、Yellow黄）

为了创建统一的颜色表示法（就像五线谱那样），艺术家们开始将光谱描述为3D实体。托比亚斯·梅耶（Tobias Mayer）的色三角是一个很好的例证，在其著作 Affinity of Color Commentary 中可以找到，于其逝世后的1775年出版。梅耶试图准确定义人眼可以看到的所有颜色的数量，这促使他增加另一个维度来表示每种颜色的亮度变化。梅耶使用绘画用的三种传统原色（红色、黄色和蓝色）绘制三角形的三个角，并通过混合相对位置的颜色将角连接起来。与传统的色环不同，他通过将不同亮度的三角形叠放创建了该三角形的许多变体。这样就可以通过颜色在3D空间中的位置来定义颜色，这一技术至今仍在使用。梅耶最终未能创建具有感知步调统一（perceptually uniform steps）的颜色模型，因为他不了解人眼的不规则之处 [5]。

Tobias Mayer 色三角

德国画家菲利普·奥托·朗格（Philipp Otto Runge）采用相同的方法创建了自己的色谱球形表示法，发表在 Color Sphere （1810年） 手稿中。朗格色球的两个极点为黑色和白色，极点之间分布为色带。但是，与之前的其他颜色表示法一样，该模型无法区分亮度和饱和度，这意味着所得模型的颜色强度几乎没有变化。该球体与梅耶色三角具有相同的问题，因为感知步调并不统一（as the steps were not perceptually uniform）[6]。

菲利普·奥托·朗格（Philipp Otto Runge）彩色球

米歇尔·欧仁·谢弗勒尔（Michel Eugène Chevreul） 尝试在他的色彩半球系统中解决此问题（1839年）。他混合颜色时不再关注所用颜料的数量，仅凭感觉来选择正确的配比。受歌德作品的启发，谢弗勒尔使用残像（after-images ）测试混色的有效性。当一个人长时间盯着一个绿色正方形看，然后再看向白色墙壁时，会出现一个洋红色的正方形。这是因为眼睛中的绿色感光细胞疲劳所致，基于此谢弗勒尔在他的模型中建立了互补色 [7]。

Michel Eugène Chevreul 色半球

1900年代初，美国画家阿尔伯特·亨利·孟塞尔（Albert Henry Munsell）创造了最具历史意义的色立体。像许多前辈一样，孟塞尔想要创建一个具有感知步调统一（ perceptually uniform steps）的模型，尽管他是一名画家，但他的方法却非常科学：他使用了人类测试对象和发明了一系列机械仪器来创建这个非常精确的模型。孟塞尔色彩系统的一个重要特点是，他将色彩空间划分为三个新的维度：色相（Hue）决定颜色的类型（红色、蓝色等），值（Value）决定颜色的亮度（浅色或深色），色度（Chroma）决定颜色的饱和度（颜色的纯度）。至今我们在RGB颜色模型的某些表示形式中仍然使用这些维度。

艾伯特·亨利·孟塞尔（Albert Henry Munsell）色树（1943）

孟塞尔一开始是将其颜色排列在一个球体中，但他发现“为了迁就所选形状（如金字塔、圆锥或立方体），再加上缺乏正确的测试，造成了许多关于颜色关系的错误描述。” [8]。从本质上讲，孟塞尔意识到他的色立体必须具有不规则的形状才能适应他的颜色。理由其实很简单。低亮度颜色其饱和度介于0和100%之间的可见颜色要少得多（亮度为零的颜色只有一个黑色）。同样，某些色相比其他色相具有更大的可见范围。红色与白色混合出的可见颜色要比黄色与白色混合出的要多，因为黄色是较浅的颜色。孟塞尔颜色系统的另一个重要特点是，他更喜欢使用数学语法而不是颜色名称来表示颜色在颜色空间中的位置。这与我们今天在编程语言中定义颜色的方式没什么不同。孟塞尔的色彩体系也有其缺陷和矛盾之处，但它设法以前所未有的方式将艺术与科学联系在一起，至今仍是许多艺术院校的基础课程内容。

20世纪初期的许多欧洲艺术运动都对艺术的主观体验产生了浓厚的兴趣，尽管德国的包豪斯学校是一所致力于研究艺术、设计和建筑现代方法的学校，但该校出版了两本关于色彩与知觉的重要著作：由约翰·伊登（Johannes Itten） [9] 撰写的《色彩的艺术》（The Art of Color）和 约瑟夫·亚伯斯（Josef Albers） [10] 撰写的《色彩的互动》（Interaction of Color ）。

作为马兹达斯南教（Mazdaznan）的信徒（注：古代拜火教和基督教相结合而产生的一种神秘宗教，创立于19世纪末，在那时候欧洲颇为流行。日本汽车企业马自达（Mazda）的名字也是来源于此。），伊登的艺术观在很大程度上受其精神信仰的影响。严格素食后，他以与学生一起进行有节奏的呼吸训练以帮助他们充分发挥创造力而闻名[11]。在他看来（就像歌德一样），色彩的主观体验才是重要的，他的书着重于探索如何将色彩组合起来以激发观者的感觉。伊登作品的核心观点是存在七种色彩对比，艺术家必须掌握它们才能评判其色彩选择的效果。这些对比中有些很简单，例如当不同亮度的颜色彼此相邻出现时存在明暗对比，或者将不同色相的颜色一起使用时可以看到的色相对比[12]。设计师仍可以使用这些观察来指导颜色的决策，因为它们为我们提供了一种颜色分类的方法以及系统化思考如何使用它们。伊登甚至使用了与朗格色球极为相似的RYB色球来帮助解释这些想法。伊登的其他对比似乎比较随意，例如他的同时对比定律（simultaneous contrast）指出某些特定颜色一起使用时会产生特定视觉效果。伊登经常利用自己的主观经验来建立色彩与感知的广义理论，如下文所示。

“对于很多问题的解决方案，客观考虑要胜过主观偏爱。因此，可以用浅绿和蓝绿色调装饰肉类市场，从而使各种肉看起来更新鲜和更红。[...] 如果商业设计师将咖啡包装设计为带有黄色和白色条纹，或者意大利面包装带有蓝色波尔卡圆，这些设计是错误的，因为这些形式和颜色特征与主题冲突。约翰·伊登 [13]

在这里，伊登对调色板的个人偏爱导致对颜色与主题的不必要的严格概括。谁说在设计食品标签时不能使用黄色条纹或蓝色圆点？

约瑟夫·亚伯斯（Josef Albers）是伊登在包豪斯学校的学生，他在《色彩互动》（Interaction of Color，1963年）中采用了更具示范性的方法。亚伯斯使用不透明的彩色纸片，展示了色彩的高度动态性，特别是人类如何根据周围颜色来感知色彩的。亚伯斯没有尝试建立颜色行为的统一理论，而是描述了学生如何重复这些实验以自己体验颜色。这使得《色彩的互动》一书成为了色彩构成的最重要和最经久不衰的书籍之一。下图是他最著名的例子之一，两个小方块分别放置在两块彩色背景上，观看者会自然地误认为小方块的填充色是对面方向的背景色，而实际上它们颜色是完全相同的。

这两个小方块的颜色实际上是相同的

如上所示，我们的艺术史充满了关于原色性质的争论，这部分是由于对减色和加色模型的混淆所致。众所周知，很难用深色颜料调出黄色，这也是为什么歌德以及一些艺术家将黄色视为一种“纯”颜色，它与色谱中的其他颜色不同。今天我们知道，原色的概念实际上是一个相当随意的概念，对颜料而言并不存在“纯”原色之类的东西。任选三种颜色都可以混合出光谱的子集，只是某些原色可以混合出更大范围的颜色，但是在减色模型中是不可能混合出整个可见色谱的。

“结论是 [...] 原色只是有用的假想。它们要么是色彩视觉（color vision）数学模型中使用的虚构变量，要么是在使用灯光、颜料、染料或油墨混色时采用的不完美但经济的折衷方案。” 布鲁斯·麦克埃沃伊（Bruce MacEvoy）[14]

这些发现已深深地集成到我们每天使用的设备中。台式打印机和其他基于颜料的打印设备，它们利用的是减法混色原理，行业标准是使用基于CMY颜色模型的三种颜色：青色、品红和黄色。现在我们知道使用这组特定颜色的油墨可以混合出可接受范围的颜色。打印机其实还包含黑色油墨，因为这些原色不能混合出纯黑色，并且使用黑色还能节省昂贵的彩色油墨。专业打印机为了获得更好的颜色精度，会具有更多的墨盒。作为数字打印技术的领导者，爱普生在其 UltraChrome®HDR 中使用了十种颜色的油墨。

计算机屏幕和其他基于光的显示设备，它们利用的是加法混色原理，行业标准是基于RGB颜色模型，每个像素具有三个原色：红色、绿色和蓝色。这三种颜色可以混合出可见光谱中可接受范围的颜色，颜色的确切数量取决于显示器的质量以及计算机显卡的质量。如今，数字设计工具都允许设计师基于这三种原色的组合来定义颜色。RGB 和 CMY 颜色模型的一个特别之处是，即使它们的原色不同，但它们的互补色是相同的。

加法混色 RGB 和 减法混色 CMY 的互补色相同

今天人们已经对颜色的科学本质达成了共识，同时也认为人类对色彩的体验也是一种高度复杂和主观的现象。人们普遍认为不可能创建一个有关色彩和谐（color harmony）的简单、预测性理论，这是歌德和伊登所信奉的方法。许多因素决定了你对特定色彩组合的反应，包括性别、年龄、情绪、个人背景以及当前的社会趋势[15]。从某种意义上说，这对于一些有志向的设计师是一种解脱。一方面，将他们从一些不必要的讨论中解脱出来，类似哪个色环具有“正确”互补色的讨论。另一方面，由于不存在一个简单的算法来找出和谐颜色，学生们别无选择，只能靠自己的眼睛。

以上这些艺术家和科学家们将自己的职业生涯倾注在模型创造上，以帮助其他艺术家在色彩构成上做出明智决策，在阅读了他们的理论后，应该清楚地看到，当今的设计师与色彩的交互方式（拾色器）仍有许多不足之处。The color picker is as omnipresent as it is broken：在过去的十年中，拾色器没有任何重大变化，无法对色谱提供有意义的视觉表示，即使这样的模型已经存在了300多年。拾色器使用一个矩形区域一次只能显示单个色相，设计师无法直观的看出所选颜色之间的关系，甚至无法理解感知统一（perceptually uniform）颜色模型与非统一模型的差异。结果是整个色彩理论的历史在现代设计工具中被忽略了，这意味着它也被学生所忽略。

本书并不局限于研究数字设计工具。在以下各章中，我们将研究色彩模型、色彩空间以及代码中生成颜色方案（color scheme）的技术。为了避免与之前的人们犯同样的错误，这些章节将不再试图提出一种统一理论，来解答在哪种场景下使用哪种颜色最合适。相反，我们将了解调色板并学习如何查看不同颜色组合的效果，希望能为学生们今后的实践打下扎实的理论基础。

1. Loeb Classical Library (1936) Aristotle’s Minor Works, p. 7. London
2. Gottschalk, H. B. (1964) The De Coloribus and Its Author, p. 59-85. Hermes 92. Bd..H. 1: JSTOR. Web. 11 Jan. 2017
3. Ball, Philip (2003) Bright Earth: Art and the Invention of Color, p. 25. University of Chicago Press
4. Sloane, Patricia (1967) Colour: Basic Principles New Directions, p. 28-30. Studio Vista
5. Lowengard, Sarah (2006) The Creation of Color in Eighteenth-Century Europe New York, para. 129-139, Columbia University Press)
6. Ball, Philip (2003) Bright Earth: Art and the Invention of Color, p. 48. University of Chicago Press
7. Ball, Philip (2003) Bright Earth: Art and the Invention of Color, p. 175-176. University of Chicago Press
8. Munsell, A.H (1912) A Pigment Color System and Notation, pp. 239. The American Journal of Psychology. Vol. 23. University of Illinois Press
9. Itten, Johannes (1973) The Art of Color: the subjective experience and objective rationale of color. Van Nostrand Reinhold
10. Albers, Josef (1963) Interaction of Color. Yale University
11. Droste, Magdalena (2002) Bauhaus, p. 25. Taschen
12. Itten, Johannes (1970) The Elements of Color, p. 33-44. Van Nostrand Reinhold
13. Itten, Johannes (1970) The Elements of Color, p. 26. Van Nostrand Reinhold
14. MacEvoy, Bruce. Color Vision Handprint : Colormaking Attributes. N.p., 1 Aug. 2015. Web. 11 Jan. 2017.
15. O'Connor, Zena (2010) Color Harmony Revisited, p. 267-273. Color Research and Application. Volume 35, Issue 4