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你被老师教的红黄蓝三原色误导了多少年?

已有 1070 次阅读 2019-9-11 21:31 |系统分类:科普集锦


  接触美术,最早认识的便是色彩理论。当时老师就直截了当地告诉我们,三原色就是红、黄、蓝。

  用这三种颜色的颜料,就能调出各种各样不同的颜色。而将这三种颜色同时混合,我们还会得到黑色的颜料。

  

  但后来你还会发现,有人说三原色是红、绿、蓝,也有人说三原色是青、品红、黄。所以你说的三原色,究竟是什么三原色?

  其实,三原色分两种,一种是美术三原色,另一种则是色光三原色。

  美术三原色是指青、品红、黄,颜料越混合颜色越深,被称为减消型原色;而色光三原色则为红、绿、蓝,颜色越混合却会越亮,也叫叠加型原色。

  

  美术三原色混合示意,青色(cyan)、品红色(magenta)、黄色(yellow)

  

  色光三原色混合示意,红色(red)、绿色(green)、蓝色(blue)

  但看了这个答案,问题不但没得到解决,反而让人更加混乱了。

  我们之前学的美术三原色红、黄、蓝是怎么回事了?难道是教科书写错,老师教错了吗?另外,这美术三原色和色光三原色又是怎么确定?

  

  为了不造成混乱,我们先来捋一下光的原理,好帮助理解这两种三原色。从本质上来说,我们能看到东西是因为看到了光。而光是一种电磁波,人眼能感知的大约只有400nm至700nm范围内的电磁波。这部分电磁波谱也被我们称为可见光谱。

  

  人类可见光范围

  当可见光入射到我们双眼的视网膜上,视锥细胞就会被激活,并将信息传播给大脑。人类视网膜上共有三类视锥细胞,也被称为三色视觉。

  而视锥细胞中的视蛋白能通过探测不同波长的电磁波,感知红、绿、蓝三种颜色。按照吸收光谱不同,视锥蛋白可以进一步分为长波敏感视蛋白(红)、中波敏感视蛋白(绿)和短波敏感视蛋白(蓝)。如果进入人眼的是波长较长的650nm的光,那么大脑就会产生红色的视觉。

  

  所以说,我们能看到的颜色其实是生物概念的,而非物理概念的。像鸟类就是四色视者,它们眼中的四种视锥细胞。除了红色、绿色、蓝色以外它们还能看到人类看不到的紫外线。

  

  从左往右:人类看到的、只有紫外线视觉看到的、鸟类看到的。图片来源:Klaus Schmitt, Weinheim, Germany

  早在17世纪,23岁的牛顿就有一个革命性的发现了。利用墙上的小孔,他把室外的阳光引入室内,并入射在自制的三棱镜上。

  经过三棱镜的折射,阳光被分解为一道连续的彩色光谱。而这便是著名的色散现象。

  

  从那时候起,人类就开始寻找色光中的原色了。而所谓原色,正是指不能透过其他颜色混合调配而得出的“基本色”。

  当时,牛顿就率先将自然光分成七种单色光。而这也成了约定俗成——彩虹是由赤橙黄绿青蓝紫这七色组成的。但从科学的角度来说,我们并不能说一道彩虹就是七色的,它其实是一道连续的光谱。这也是我们亲眼见到彩虹时,却总是数不对颜色的原因之一。

  

  试着数数彩虹有多少种颜色吧

  一开始,牛顿是将这道光谱分成11种颜色的。但他很快就把11改成了7,原因可能7刚好对应着7个音阶,以及炼金术中的7种金属和7个步骤。所以说,这个决定是比较顺手拈来的。

  其实,只要你能用肉眼能分辨相邻两色之间的差异,这个连续的光谱,分成7种单色或是11种单色,又或是几十种单色都是可行的。

  

  炼金术中的“7”

  在之后,经过多次实验牛顿还发现了一个重要规律。当混合红、绿、蓝这三种颜色时,就能得到白光。而且,这三种颜色还可以调配出各种颜色,但其他的颜色却无法调配出这三种颜色。

  这与科学家两百年后探知的人类三种视锥细胞对颜色的敏感度也是一致的。而这也对应着我们所说的光学三原色。

  不过,在现实生活中更多的是复合光。与颜料调色类似,我们的视觉系统能综合这些接受到的各频段的波长和比例,最后形成对复杂颜色的感知。

  

  那问题来了,颜料中红、黄、蓝三原色又是怎么来的?其实问题就出自于我们双眼感知事物的方式。我们所存在的世界,可分为两种物体。一种是自身可以发光的,另一种则自身不能发光的。

  例如最大的光源便是太阳,另外电脑屏幕、手电筒等通电了也能自行发光。这些光入射到我们眼内,我们便能感知颜色。

  我们在电视画面中看到的五颜六色,就是由光学三原色混合调配而成的。此外,在电脑里我们也一直用RGB(Red、Green、Blue)这三个数值的大小来标识颜色。

  

  那么,我们要怎么看到那些自身不发光的物体?这就需要依赖物体对光线的反射了。

  例如一朵红花之所以为红,正是因为它们吸收绿色和蓝色范围内的光谱,并反射红色的光谱。

  

  同理,一件白色T恤之所以是白色,原因则是它能直接反射太阳的光。而黑色之所以为黑色,则是因为吸收了大部分的太阳光。

  理论上来说,只要吸收掉所有的入射光,人类就无法看到该物体的存在了。2014年时,有科学家就研究出了一种可吸收99.956%入射光线的材料,打造出了目前世界上最黑的材料。

  

  右边为最黑的材料,吸收了绝大部分的入射光线

  而颜料本身也是不发光的,它们显色的原理也是反射光线。因此,颜料的三原色也必须可以对应吸收红、绿、蓝这三种光学三原色。事实上,美术的三原色与色光三原色就互为补色。

  如果用电脑中的RGB值表示,光学阵营中,红色的RGB值应该为(255,0,0)。那么它在美术阵营中对应的原色则为(0,255,255),这颜色正是青色。另外,光学中的绿(0,255,0)和蓝(0,0,255)则对应着美术中的品红(255,0,255)和黄(255,255,0)。

  

  据此,我们最后也得出了美术的三原色为青色、品红色、黄色。而美术的三原色也被称为消减型原始,混合这三种颜色的颜料会得到更暗的颜色。

  

  好的,奇怪的事情又发生了。我们从小学的颜料三原色不该是红黄蓝吗?到这这里怎么又变成青品黄了?

  这实际上是一个历史遗留问题,由知识的迭代引起。在过去,研究美术三原色和光学三原色的并非完全是同一批人。而更重要的是,当时人们对光学以及对人眼的生理特征了解得也不够深入。

  

  Jacob Christoph Le Blon

  还记得牛顿当时做的色散实验吗?他在1704年就出版了那道七色光谱。正是受牛顿实验的启发,艺术家Jacob Christoph Le Blon根据经验也开发出了属于颜料的三原色,也即我们所知的红、黄、蓝三色。他发现这三种颜色,可以调配出绝大多数人们想要的颜色。

  而在这之后,红黄蓝便成了美术三原色被世人所认同,甚至流传至今。

  

  Le Blon在书中描述的三原色模型

  但在那个年代,别说是Jacob Christoph Le Blon了,就是牛顿都还未完全搞清楚颜料三原色和光学三原色的真正区别。

  而随着技术的发展,科学家才根据人眼的生理特征,也即对红、绿、蓝光线敏感的特性,确定了美术的三原色应该为青色、品红色、黄色,并广泛应用于印刷业。例如,事实已经证明,品红加黄就能调出大红色,但用旧的美术三原色,却无法调出品红色;青加品红可以得到蓝色,但蓝色怎么混合都无法得到纯正的青色等。

  只是有些教科书,没能跟上知识更新的速度,仍采用着过时的红黄蓝美术三原色。

  

  那为什么这种过时的美术三原色还能流行这么久?事实上,三原色的选取其实是可以任意的。而不同的三原色选取,也只是能调配出的颜色丰富度的问题。

  此外,说三原色可以混合创造出任何色彩也是不对的。因为无论如何谨慎地选择三原色,都很难创造出所有的色彩。

  或许正是这个原因,旧的美术三原色才得以流传,并难以引起大众的觉察,毕竟用红黄蓝三色颜料能调配出的颜色就已经不少了。

  

  同样,在色光三原色选取的历史上也有一些著名的例子。查看历史显示,最早的彩色电视显像管是英国工程师贝德利在1928年发明的,由红、绿、蓝三种颜色组成。

  但在电影史上,最早的彩色影片其实要比1928年还早上20年。第一部用于商业目的的彩色影片,是1908年的8分钟短篇《A Visit to the Seaside》。而这些彩色影片都是基于一套名为kinemacolor的双色电影系统,只有红色和绿色两种原色,而不是三色。

  

  kinemacolor双色成像系统

  

  《A Visit to the Seaside》画面

  另外,1904年法国卢米埃尔兄弟就发明了彩色相机技术,并推出了一款Autochrome胶片。

  但在1907年量产时,他们所选的三原色,其实是橙色、绿色和紫色,也没有红绿蓝这三原色什么事。

  

  1908年的Autochrome照片

  从现代的角度来看,人眼中的三类视锥细胞对应的波长其实也是一个较为宽泛感受范围。不过,类似这种混乱的原色选取,落实到现实生活中就会出现很多麻烦。所以在1931年CIE(国际照明委员会)就制定了统一的标准,规定光学三原色的特定波长:蓝色为438.8nm,绿色为546.1nm,红色为700nm。

  最后做一个小调查,你上学时学到的美术三原色是 【红黄蓝】还是【青品黄】?

*参考资料

丁 红,周新雅,周行,陈昊然.初中物理各版本教材“三原色”内容分析[J].教学与管理.2019.3.20

饶进,王振英.从物理与美术色彩的呈现原理分析三原色[J].中学物理教学参考.2018.1
MICHELLE KONSTANTINOVSKY.Primary Colors Are Red, Yellow and Blue, Right? Well, Not Exactly.Howstuffworks.2019.07.02
http://stephenwestland.co.uk/youtube/understandingcolour.htm
Primary color;CMYK color model;RGB color model;RYB color model;Jacob Christoph Le Blon.Wikipedia
Jacob Christoph Le Blon's Systems of Three-Color Printing and Weaving.Sarah Lowengard





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1 印大中

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