问题

色相为什么是一个环?紫色和红色的波长相差最多,为什么能连接到一起?

回答
色相之所以是一个环,并非偶然,而是源于我们眼睛感知色彩的生理机制以及色彩在物理世界中的规律性。我们通常看到的彩色光谱,就像一道彩虹,从红到紫,这其实是可见光按照波长由长到短排列的顺序。红光的波长最长,大概在700纳米左右;而紫光的波长最短,大约在400纳米左右。

你可能会觉得,既然红光和紫光的波长相差最大,它们之间应该最不相似,为什么会出现在色相环的两端,并被认为是连接在一起的呢?这里面的学问,跟我们人眼内部的“色彩解码器”——视锥细胞——有着密切的关系。

我们知道,人眼中有三种类型的视锥细胞,它们对不同波长的光最为敏感:一种主要对红光敏感(L锥细胞),一种对绿光敏感(M锥细胞),还有一种对蓝光敏感(S锥细胞)。当光线进入眼睛时,会刺激这三种视锥细胞,产生不同的电信号。大脑接收到这些信号后,会根据它们强弱的组合来“翻译”成我们感知到的具体颜色。

有趣的是,我们感知中的“紫色”并非由单一波长的光直接产生。我们看到紫色,是因为当红光和蓝光同时以一定的比例进入眼睛时,大脑会将这种混合信号解读为紫色。试想一下,如果你同时用红光和蓝光去照射一个物体,我们看到的就会是紫色。

而色相环的形成,正是基于这种感知上的连续性和混合性。在可见光谱中,红光确实是波长最长的一端,而紫光是波长最短的一端。但是,人的视觉系统并没有一个硬性的界限说“光谱到这里就结束了,后面的颜色完全不一样”。相反,当从光谱的紫端向光谱的红端过渡时,我们感知到的色彩变化是渐进的。

更关键的是,如前所述,紫色是红光和蓝光混合的产物。色相环的设计,恰恰是为了体现这种“色彩的循环”和“色彩的混合”。想象一下,如果你沿着光谱从红到紫一路看过去,你会发现,从红到黄,再到绿,再到青,再到蓝,再到紫,这个过程是连续的。而当我们感知到紫色时,它的“蓝色”成分来自于光谱的蓝端,而它的“红色”成分,虽然不是直接来自光谱的红端,但由于我们的视觉系统对红光敏感的细胞在看到紫色的“红色”部分时也会被激活,所以紫色在感知上与红色产生了联系。

更形象地说,你可以把色相环看作是我们大脑对世界色彩进行编码的一种“简化地图”。这张地图不是严格按照物理波长来绘制的,而是更多地考虑了我们“看”到什么,以及这些颜色之间是如何相互关联、相互混合的。

当我们在色相环上看到红色和紫色并列,并被一条线连接起来时,这并非意味着它们在物理波长上“距离最近”,而是强调了它们在人类色彩感知中的“连续性”和“互补性”。紫色之所以出现在色相环的尽头并连接到红色,是因为它是红光和蓝光混合的颜色,而红光和蓝光在光谱的两端,它们之间的过渡,以及它们与其他颜色(如绿色、蓝色)混合形成的色彩,构成了一个连续的、封闭的循环,这就是色相环之所以是环状的根本原因。它是一种以我们视觉感受为核心的色彩组织方式,而非单纯的物理波长排列。

网友意见

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色相环为什么是一个环,因为是人为创造的嘛

为了防止有人没耐心看完,先把题主的疑问直接解答了:

Q:为什么要把基本色相这么摆放成一个环?

A:因为这样放非常直观。想找对比强烈的就找对角线,想找三种和谐的搭配就找等边三角形。如果是色品图就没那么直观了,除非买显示器用来测试色域。

Q:色相是如何渐进的形成一个环?

A:颜色之间是可以随便混合的呀……比如RGB颜色混合的计算公式是

颜色值=(65536*Red)+(256*Green)+(Blue)。不要说红色和紫色能渐变过渡了,你做渐变色的时候不也是选择两种颜色然后一拉就出来渐变效果了嘛。
Q:为什么红色和紫色看起来很接近波长却相差很远?

A:因为色相混合不是计算波长标量的。真的要用波长计算的话也是将一种颜色分为主波长和补色波长然后根据色调角来判断。

图上为CIE色品图。只有外面一圈弧形的边缘上的点才是纯的光谱色,其余的全是混合色。计算方法请参考陈焕庭, et al. "发光二极管主波长的优化计算方法." 计量学报 4 (2007).

看了楼上的回答,有一个原因我也赞同,就是你觉得和红色比较接近的紫色其实是紫红色,也就是位于直线边缘上的点。真正的紫色是最左下角的那个点的颜色,即380nm波长的颜色。

找了一张实物图,明显是可以看出是由于两个平面之间有缝隙产生的色散:

蓝色外边才是真正的光谱紫色,对比一下红色还觉得接近不?
以下是详细介绍

色相环基本上都是把几种基本色相摆放在一个环上,然后两两混色产生二级色、三级色等等。基本色相有很多种,通常都是根据不同的色彩模型,比如RGB、CMYK、HSV等等。

例如三原色模型:

首先把红、黄、蓝这样摆:

然后基本色相之间两两混合

然后再两两混合

得到


可以无限细分下去。

以上是以红黄蓝作为基本色相得到的色相环。

如果是以红蓝绿为基本色相,则得到的色相环是这样的:

如果是以太阳光谱里面那七种颜色作为基本色相(其实是八种)则得到的是

然后还可以根据明度不同画出更复杂的

或者按照饱和度不同也可以画出另一种

这一套体系是德国化学家奥斯特瓦尔德弄出来的,因此称奥斯特瓦尔德颜色体系,这个环也叫奥斯特瓦尔德色相环,常规是4对基本色相,24个色环,按照太阳光谱顺序排列,也就是题主你给出的那张图。

图片来自网络,懒得画了

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1.为什么紫色与红色能渐近:

看看21P与2R,色感的差异是很大的。为什么能渐近,是因为在中间插入了4个紫色成分逐渐减少、红色成分逐渐增加的色相块。实际上,将色相环的几个主色相块取出打散随意放置,中间插入渐变色块(插入数量需要适当调整),也会是渐近而毫无违和感的,只是这样制作出来的色相环无法覆盖需要表征的所有色相值。原因见下面。

2.为什么做成一个色相环

以NTSC的色彩三角形,就更容易理解,沿三角形三边行走,可以取得对应的色相块。色相环也是以一种更为简化的方案来表征颜色在NTSC色彩空间中的分布。

色相、色饱和度(彩度)、亮度(明度),这三者定好以后,人眼看到后的色感基本确定。有时候觉得颜色不同,并非色相不同,而是其它两者不同。

色相由光谱即波长的强度分布决定

色饱和度由色彩与白光的相对分量决定

亮度由全波长强度的积分决定

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想了想还是撤销重定向,重新回答一下。

首先参考这个问题:

为什么红色和紫色波长相差最大,但看起来却是相近的?

在回答完这个问题后,我经过进一步的思考和查证,得到了更进一步的结论。

这个问题的关键即在于:

色相的不同是因为不同光的波长不同

这个观点是错的。

准确的说,色相的不同是因为对不同的视锥细胞的刺激程度不同

所谓的波长不同的颜色,是指单一波长的纯色,单一波长的纯色并不是我们所能看到的所有颜色。事实上自然界绝大多数颜色都不是纯色,即不是由单一波长所呈现的颜色,而是多个不同的波长的可见光所呈现的颜色。


所以,色相和波长并没有必然的联系

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