顏色可說是繪畫的基礎之一,如何定義色彩以及色彩之間彼此的關係,一直都是物理學、視覺和美術傳統千百年來必討論的主題。色彩三原色,應該是人類感知到色彩後,會接觸到的第一個理論學說。自從國小上了美術課,紅黃藍基本三原色、補色概念就此深植我們每個人的腦海中。往後畫畫的日子裡,只要到了上色的階段,就會依循從色輪發展出的色彩理論來做配色、調色。

一直到研究所,修了資工的程式影像處理,才讓我從另一個角度來理解色彩模式的發展和流派。再後來到了德國時,重新開始畫水彩,翻閱了很多理論資料,加上自己多次的實驗,我發現了一個很嚴重的水彩調色問題——

為什麼紅黃藍三原色總是只能調出髒髒的咖啡色?

色環是什麼?能吃嗎?

過時的伊登十二色環

想必只要有上過小學自然或美術課的同學,一定都看過下面這張圖。
這是伊登12色色環,是傳統美術領域中,只要學習到色彩理論的時候,一定會提出來講的概念。這個色環模型呢,是1920年代的一個瑞士表現主義畫家兼美術教育者約翰·伊登,為了教學提出的概念。他當時任教於鼎鼎大名的德國包浩斯藝術建築學校,這座學校知名到什麼程度呢?即使到現在,他們對現代建築學的影響仍然非常深,以至於「包浩斯」這個名詞已經不單指學校,而是成為了某一種建築流派或者風格的代名詞。扯遠了,約翰伊登當時身為包豪浩斯的核心成員,在學校裏頭教授「型態課程」,並且出版了一本著作《色彩的藝術》,十二色環這個概念便是在這本書裡首次被他給提出來。裡頭列出了一些想法。

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重點包括:

伊登十二色色環,錯的拜託不要記
  • 紅黃藍是三原色,無法由其他顏色調製成
  • 由兩個三原色調成的是二次色,為另外一個三原色的補色(例:紅+黃調出橘;是深藍的互補色)
  • 二次色再與一次色相混,可混出三次色(橘+黃=橘黃、橘+紅=橘紅)
  • 三個原色、三個二次色、以及6個三次色,可以組成一個圓。其中,三原色的位置可以構成一個正三角形;而二次色位置則正好構成與三原色相反的另一個正三角形。
  • 位於色環對面的顏色為該色的補色。(例:黃色對面是紫色,則黃為紫的互補色)

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就是這些概念,對接下來一百多年的藝術界及藝術教育界影響深遠。

不過補色和原色這些名詞其實並不是伊登首先提出的。若要追本溯源,無可避免的,還是要提到每個美術生最痛恨的——

光學物理:色彩的加法

早在17世紀,22歲的牛頓便透過三稜鏡,將一束白色自然光分離成一連串連續的彩色光譜,發現了色散現象。

牛頓在1704年出版了《光學》,他將光分為七個顏色:紅橙黃綠藍靛紫,正好對應七個音階。

那麼問題來了——

如果要組回白光,最少需要多少色光呢?

牛頓大大

這裏就要講解一下人體的生理構造:

原色的數量取決於視網膜中有幾種辨色細胞

1802年,英國物理學家楊格發現混合紅(R)綠(G)藍(B)三個顏色的光,可以組成白光,所以她就推論——人眼有三種感光細胞。原來只要三種色光,依照不同的比例混合,便可以組成我們能夠看見的色彩,所以對人眼來說,色光三原色便是RGB紅、綠、藍。相反的,卻沒有任何色光可以組成這三個色光。因此,這三個色光便被稱為原色

所以,色彩的加法混色原則便是

【我們看見的顏色=所有射進眼中的光線的疊加】

只要把紅色和藍色光疊加在一起並射入你的眼睛,你就會看見洋紅色;而把紅色光跟綠色光疊加在一起,我們則會看到黃色。

所謂的顏色,只不過是電磁波世界其中一小小段人眼可見的範圍!

題外話,所謂原色的概念,完全是基於人的生物機制而產生的名詞。由於人的眼睛有三種錐狀細胞,分別可感知紅、綠、藍三種波長的電磁波,所以由這三種波長的電磁波便能組成所有人眼視覺可見的色彩。所以對每種生物來說,原色的數量都不一樣,完全取決於該生物的眼球構造,像鳥類多半都具有四種感色細胞,因此對於他們來說,就有四種原色

所以啊,只要是任何自主發光的顯示器都是依照這個「光的三原色」原理來設計的。例如電腦螢幕,他們透過同時發出綠光(540nm)和紅光(690nm),來讓你覺得你看到了580nm單一波段的黃光,但其實你看到的是兩種波段合起來的複合光。雖然其中一點黃光範圍的電磁波都沒有,卻會產生見到黃光的感覺,神奇吧!你會看到「顏色」,並非光本身的特性,而是這個波長的電磁波進入受器(眼睛的錐狀細胞)後,由大腦告訴你的感受。

這邊要提醒一下,我們在上面所提到的RGB色彩模型,是專指「光」的色彩加法原理,也就是說只有在我們看到自體發光的物體時,才能使用加法原理。但是在日常生活中所見幾乎都是不會自體發光,而是反射光線而被我們看見的物體,這時候我們又是如何看見他們的顏色的呢?

這就要講到「色彩的減法原則」了。

色彩的減法理論

我們之所以可以看見一朵紅色的花,是因為當白色日光照射他時,花朵吸收了綠色和藍色的光線,只反射紅色光線進入我們眼中,我們才得以覺得他是紅色。

而綠葉,則是因為其吸收了藍光與紅光,反射綠光進入我們眼中,所造成的感受。這便稱為「色彩減法理論」。

所以「色彩的減法混色」就是

【我們看見的顏色=白光-物體吸收的光線】

根據色彩減法原則推導出的CMY色彩模型。可以看到,CMY正對面正好就是RGB,你也可以說他們互為補色。

透過色彩的減法原理,便可推導出,我們平常在畫畫所使用到的三原色,分別是

▸從白光當中吸收了紅光,反射藍光與綠光的青色顏料(Cyan)

▸從白光當中吸收了藍光,反射紅光與綠光的黃色顏料(Yellow)

▸從白光當中吸收了綠光,反射藍光與紅光的洋紅色顏料(Magenta)

因為色彩的減法混色,都是在印刷、紡織、噴漆、繪畫中使用的,所以我們稱它為「色料三原色」或「顏料三原色」CMY。

而身為色料三原色的青、品紅與黃,正好可以與色光三原色的紅綠藍組成完整的色環,組成一個等角六角型,並互為彼此的補色。

好了,說了那麼多理論知識,我們來個隨堂考👇

紅色綠色會變什麼顏色呢?

如果你還是反應不過來,基於小時候老師用伊登色環教你的色彩概念,你會毫不猶豫的脫口而出:黑色!

錯了!還不給我去罰寫一百遍,伊登色環是有問題的!

我們都知道,在電腦8byte色域中,(R, G, B)三個通道值域為[0,255]。0表示完全沒有這個顏色,而255則表示這個通道能量全開。所以(255,0,0)就代表正紅色。而(0,255,0)則是完全的綠色。

於是,把顏色數值化後,我們就可以非常容易的計算出,紅色(255,0,0)與綠色(0,255,0)的混合,是(127.5,127.5,0),是個暗沉的黃色來著。

還是聽不懂嗎?我們來看個圖吧👇

左邊繪製了「色彩加法」的概念;而右邊則繪製了「色彩減法」的概念。
(手繪原圖概念:光學物理博士陳柏翰;重新繪製:我)

如上圖所示,色彩加法告訴我們,紅綠藍三色光同時進入眼睛,在視覺裡,是同等於看見白色的。而右方的色彩減法,發生情況為當我們看到非自體發光物體時的表現,我們之所以看到紅色顏料,是因為紅色顏料吸收了其他波長的光線。因此,當紅色顏料和綠色顏料混合,綠色顏料將大部分紅色顏料本來該反射的紅光吸收掉了,而紅色顏料也將大部分綠色顏料原本該反射的綠光吸收掉了,就只剩一點點綠色波長和紅色波長會被反射,那此時人眼就會看到相當暗沈的黃色,也就是俗稱偏黃的咖啡色啦。

到現在,我們得到一個結論

會主動發光的物體,適用於色彩的加法混合原則,而其中的色光三原色是紅綠藍(也就RGB色彩系統)。而自己不會發光,而是靠反射外界光線來讓我們看見的物體,適用於色彩的減法混合原則,而其中的色料三原色是青、洋紅、以及黃色(也就是CMY色彩系統)。

但是等等,還有一個問題沒解決!講了半天,一開始提到的那個伊登十二色跑去哪了呢?

所以所謂的「紅黃藍」三原色又是哪來的?

先說結論,其實這完全是因為知識傳播的不對等所造成的。在當時,研究色彩三原色與光學色彩理論的人,並不是同一群人,你也知道有些學藝術的人就是因為理科不好,而理科宅就是不太會畫畫嘛。再來,當時的人對於光學還有人眼辨色的原理也還沒有這麼了解。

於是許多畫家便依照長久累積下來的經驗、以及老師的傳承,歸納出紅黃藍作為色彩三原色的理論。

時間回到牛頓發現色散原理後沒多久,在1725年,一位德國畫家Jacob Christoph Le Blon便受牛頓的啟發,根據經驗推出了屬於顏色的三原色,即是我們現在所熟知的紅黃藍模型。他發現,根據這三種顏色可以調配出人們想要的大部分顏色。此外,這也是有歷史原因的,以前的顏料並不如現在這麼輕易可得,色彩種類也沒有這麼豐富,因此,因此一向珍貴的硃砂與藍色代表色——群青顏料,便成了畫家心中的原色了。

美術繪畫領域中的色彩概念,就是從這裡開始成形的。

昂貴a硃砂以及要橫渡海洋才能得到的深邃群青色。比起鳥鳥的洋紅跟不藍不綠的刺眼天青色,這兩個顏色是不是美多了,是我也要支持他們作為三原色。(請別問我黃色去哪了,黃色真的刺眼到我不想討論)

讓我們來到另一邊。印刷產業隨著技術的發展,以及眾多藝術家投入嘗試,終於在1906年,Eagle Printing Ink Company便第一次使用了CMYK四色印刷法來進行套印。接著,1920年,伊登才出版了他的《色彩的藝術》。事實證明,早在伊登提出他的色環理論之前,業界早已知道較正確的CMYK色彩系統並應用在各個領域中了。

使用紅黃藍作為三原色,到底有什麼問題?

所以用紅黃藍作為色彩三原色到底有什麼問題呢?一開始我們說過,原色最初的定義,是指用這些顏色,便能調製出其餘任何一個顏色(雖然這是錯的啦)。而使用CMY這三個顏色,可以調製出最豐富的色彩;但若使用紅黃藍作為三原色,你雖然能夠調出很鮮豔的橘色,但卻會調出很濁的紫色和綠色。使用品紅(Magenta)和黃色(Yellow),可以調出大紅(Red),但卻無法使用紅黃藍系統調出品紅來。

傳統伊登色相環就像是個不成比例的時鐘

除此之外,這個色輪所有色相的顏色並不成比例,就像時鐘鐘面上有一堆數字聚集在同一個角落,從紫色到綠色這段色彩間距是非常小的;相反的,從黃色到紅色這段色彩,間隙卻非常大,大約整整拉伸了兩倍的弧度。原因大概是因為我們眼睛對紅色到黃色這段色彩差異感受比較敏感,對藍紫色卻比較不敏感。而且,從人類開始畫畫以來,暖色調(紅橙黃)的顏料選擇一直都比冷色調(藍紫綠)更為繁多。

既然在印刷界和攝影的領域,在一百年前都已經知道青-洋紅-黃三原色能調配出最豐富的色彩,那為什麼傳統美術還是使用紅黃藍三原色來做調色呢?很簡單,就是因為習慣。青色和洋紅並不符合我們從小就習以為常的紅黃藍色彩概念[2],紅黃藍、紅配綠的口訣多好記;相較之下,青-品紅-黃也太拗口了吧XD。

再來,符合CMY原色的化學原料,也是一直到最近才有,據《色彩與光線》這本書所言,鎘黃(淺)PY35、喹吖啶酮红(PR122)、酞菁藍(PB17)算是最接近的顏料,但後兩者畢竟是有機顏料,是比較透明的,所以如果你喜歡不透明感的話,他們效果就差強人意了。

儘管如此,世界上並沒有任何一種三原色,能夠調配出所有的色彩。之所以CMY會廣泛被大眾使用,是因為透過這三種顏色,可以使調色豐富度最大化而已。基本上,只要是在色環上,任何一個最外圍的原主色,都有同等資格當作原色。可想而知,也並沒有一個色相是次等的、或合成的。綠色、橘色、與紫色的階層,就與黃色一樣重要。

現今使用電腦數值化計算所繪製出的漸層色輪

而所謂紅黃藍三原色的出現,其實更偏向是人類的經驗總結,是歷史遺留問題,但卻並不科學精確。老師教紅黃藍三原色只是因為出於繪畫領域長期下來的習慣,但不代表這個習慣是對的。我們學習美術三原色,都是為了要使用繪畫顏料嘛。所以要學,就要從正確的CMY色環開始學起。

事實上,根據我在國中當美術老師的朋友消息,現在的國中美術課教材,已經將傳統的伊登紅黃藍色環換成較為正確的CMY色環了,所以我們一起努力把舊的習慣改掉,建立正確的色彩觀念吧!

目前較通用的Yurmby色環。把RGB三色分別置於CMY三色之間,正好組成一個六角形。

Youtube影片

參考資料

[1]《色彩與光線》,詹姆士・葛爾尼
[2] 谜之三原色:你说的三原色究竟是哪三种颜色?

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