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发表于 2008-06-18 22:07 | Tags 标签:, , ,

无意中在煎蛋上看到一篇关于色彩体系历史的文章。由于最近频繁与人讨论颜色问题,对此类话题多少有些敏感,本人的考证瘾立即被勾了起来,遂查阅若干资料,作成此文。

Federal Standard 595

联邦595标准色卡扇

本人最早接触到的色彩体系,除了在计算机中所见的RGB、CMYK、HSB等系统之外,还要数美国的联邦595标准(Federal Standard 595,简称FS)。当初是从一本很老的《航空模型》杂志上得知了这个东西,记得那篇文章的作者还称,国外一些资深modeler往往常备FS色卡,参观博物馆时即可随时翻开与实物比对,提高模型涂装的准确性。看后是顿生羡慕,不过毕竟FS色卡对于本人来说那是天价,况且这还不是一次性投资,为保证色彩标准,保养麻烦不说,隔上三年五载还必须要更新一回。于是干脆仿效之,不管用到什么品牌什么颜色的涂料,都会顺手刷上一张纸卡备案,其中也免不了有若干FS色(准不准确另说)。现在这些卡片在本人的工具箱里堆得乱七八糟,只是至今没有派上过一次用场。

后来有些“开窍”,也知道了不能过分相信博物馆展品的颜色,谁晓得战后它们被整修成什么样子了?再说了,搞不好战时的颜色就已经因为种种原因而不能做到统一了,缩小到模型上,略略做下偏差,微小的差异也就可以忽略不计了。当然作为参考,标准的色彩体系也不是一无是处,至少可以找个基准点,不至于让偏差太离谱不是?好在现在有网络版色表备查,于本人的需求来说,色卡实物也就没有多大的必要了。

闲话少说,先从FS系统的沿革谈起。当下应用的FS标准,全名是Federal Standard 595B - Colors Used in Government Procurement,也就是联邦595B标准暨政府采购用色。这一体系可以追溯到二战,建立它的目的很实际:让武器的生产承包商准确了解涂装标准的要求。解决方案就是,用数字来表示不同的颜色,并将每种颜色与代码一起印成色卡,分发给生产者。

同一时期,各国也因类似的目的建立了各自的军用色彩体系。如德国的航空器标准色是RLM(Reichsluftfahrt Ministerium,德意志航空部)系统,亦是以数字标明颜色;日本的色彩系统是用字母和数字共同表示,其中字母表示色类,随后的数字表示该类中的第几种颜色;英国的体系采用的则是名称而非数字进行色彩区分。下面的照片是二战期间日本海军飞行器采用的色卡,该标准起源于1938年,是当年工业色彩体系的实例。按史料记载,该体系中应有17类54种颜色,不过图中的册子似有缺页:

Temporary Specification No.117 Additional Volume

色彩体系不论是采用数字还是名称来指示颜色,其实都是有前提的:人眼所感受的色彩,是物体的物理特性、周边环境与人的神经系统(乃至个人的文化背景、人生经历等)共同作用的结果,有很大的主观成分。如果要制定确切的色彩体系,必须忽略人与人之间感知能力的差异,只考虑单纯的物理因素,并且认为色彩可以量化。不过对于标准化工业生产以及研究工作来说,这是必需的:可以跨越文化背景以及个体差别,更准确地传递色彩信息。这一条,既是色彩体系建立的目的,也是让FS等标准在战后风行的一大原因。

事实上,虽然早在毕达哥拉斯时代,人们对此就有了一些概念,真正意义上的色彩体系还是起源于近代科学与工业兴起的17、18世纪的。为构建合理的体系,对色彩进行排序编目,需要考虑数目合适的颜色种类,以及适宜的排列方式。总的顺序一般是根据彩虹光谱,从红端到紫端。17世纪如此,今天的FS、CIE等多数标准亦不例外,只是如RLM这样的系统,编号方式着实诡异。考虑其应用范围狭窄,颜色数目也极为有限,暂且不予追究。至于二战时期的英国色彩标准,本人也没有考证过,不能妄言。

各种颜色最为直观的排列方式当然是彩虹条带,不过单纯一道彩虹并不能提供更多的信息,难以作为标准推行。所以更好的方式是颜色表,标有颜色名称,方便比对和配色。一个例子是Richard Waller受瑞典出版物启发而公布的《简单色与混合色表》,共列出了119种颜色,由浅至深排列,于1686年发表,旨在为自然哲学家描述自然界时提供一个标准。使用者只需将实物与色表对比,就可以知道所观察对象的颜色名称了。同时,对于商业与艺术领域来说,Waller的色表也是实用的工具。

Richard Waller's Basic Chart

图片来源:"A Catalogue of Simple and Mixt Colours with a Specimen of Each Colour Prefixt Its Properties," in Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol. 6 for the years 1686 and 1687

类似的是德国自然历史学家Jacob Christian Schaeffer以及德国地质学家Abraham Gottlob Werner各自创立的体系,都有研究的目的:前者的目的是保证Schaeffer本人著作的插图颜色准确,后者则主要用于矿物化石等物的描述。

下一个进展是将具体事物与色彩分离开来,不能过分依赖用自然界的事物来描述色彩。18世纪中叶,天文学家兼地图学者Tobias Mayer提出的色彩三角形是其中的代表。Mayer正是红黄蓝三原色之说的提出者,三角形所表现的也是色彩混合的观点,三个顶点分别由三原色占据,之间是各种过渡色。至于三角形的边长,Mayer认为,在两种颜色之间,人眼只能分辨出12个色阶,因此纯色三角形的每边设有13种颜色。

在全套的Mayer色表中,色彩三角形应有多个。除纯色外,其他三角形的亮度逐渐增大或减小,每边颜色的数目也越来越少,直到黑白。这样的体系中一共有819种颜色。由于三角图可以编码,倒也符合标准化的需要。

Mayer本人是否完将色表完成已无从考证,德国物理学家Georg Christoph Lichtenberg随后却是按照Mayer的方法建立了自己的色表。很快Lichtenberg就发现,以纯色为基础加深颜色并不容易,而且仅仅由三种基础色调出所有色彩也是个技术活,所以对于某些颜色(如紫色和粉色),他也偷了一回懒,直接把现成的颜色拿来。同样是因为操作上的困难,Lichtenberg的色表每边只有7种颜色,而不是设想中的13种,如下图所示:

Mayer's Color Triangle

图片来源:From Tobias Mayer, Tobiae Mayeri. . . Opera inedita: Vol. I. Commentationes Societati Regiae scientiarvm oblatas, qvae integrae svpersvnt, cvm tabvla selenographica complecten. Trans. and ed. Georg Christoph Lichtenberg. Goettingen, 1775, plate III.

实现色物分离的另一条途径是色环,肇始于牛顿,简单说来就是把棱镜折射得到的彩虹排列成圈,如下面这个1708年的例子:

color circles

图片来源: [C. B.] Traité de la peinture en mignature (The Hague, 1708).

color circlescolor piramid

三角形也好,色环也罢,比起单纯的色表,可以更好地表现颜色之间的关联。接下来,是将色表与其结合,让使用更加方便。Mayer三角形已经初具类似功能,色环的完善则是英国昆虫学家Moses Harris的功劳。他以三原色为基础,利用同心圆环标示色彩,色环径向色相相同但亮度不同(上左,图片来源: From Moses Harris, The Natural System of Colours . . . (London, [1766]).)。至于黑色,在Harris的系统中是以三原色混合来表示的。后来的研究者认为,这就是现代标准色彩体系的雏形。再过渡到三维,就是德国人Johann Heinrich Lambert的三维色彩金字塔(上右,图片来源:Johann Henrich Lambert, Beschreibung einer. . . Farbenpyramid. . . (Berlin, 1772).)、Philipp Otto Runge的色彩球、法国人Michel Eugène Chevreul的色彩半球等等。它们也可以看作是Munsell等现代体系的前身,后者可以用三维坐标的形式给出每种颜色的色相(环向)、饱和度(径向)和明度(轴向)的完整信息。

Munsell Color System

Munsell体系的色彩表示示意,由美国艺术家Albert H. Munsell在19世纪末20世纪初提出。当代Munsell体系共有10种色相、11种明度以及最多至20种的饱和度(依色相和明度而不同)。

与Munsell体系异曲同工的三坐标系统还有德国的Ostwald体系与日本的色彩研究所体系等,具体表示方法和色阶数有所差别。而瑞典的斯堪的纳维亚色彩研究所则提出了以心理感受为基础的自然色系统。

至于前文提到的FS之类主要面向印刷、纺织、涂料乃至军工等行业的工业标准色彩体系,情况又有所不同。究其根源,只知道英国的标准系统源于1930年,加拿大的标准源于1944年,现行德国标准源于1944年,不过最早一种的起源时间地点却是没有考证到,搞不准二战又是这些体系产生与完善的催化剂。为携带与使用方便起见,这类体系的色表一般都做成扇形或手册形式(参见文章开头的FS色卡扇),而非可以更好地反映颜色关系的立体结构或是几何形状。另一点与偏重研究性质(甚至是为满足个人研究需要)的色彩体系不同的是,为便于推广,工业体系除了需要确定每种颜色,还有一条针对色表大批量制造的要求:颜色的稳定性,至少同一批次乃至不同批次之间的色表,色差不能与定义色偏离过大,否则标准也就失去了意义。这是以印刷、涂料等技术的进步为前提的。

再说说红绿蓝光谱三原色衍生体系的问题。红绿蓝三原色之说是由英国医生Thomas Young最早提出的,同时他也率先提出了三种感光细胞的设想,并在20世纪中叶得到了证实。但麦克斯韦在1860年的研究表明,并不存在能够覆盖可见光所有色调的三原色,只是由于红绿蓝三色的波长差异比较大,能较好地近似而已。到了1920年,关于三原色的定量实验奠定了数值表示RGB的基础,不过为了顺利表现所有颜色,有时红色要取负值。国际照明协会则在1931年制定了让所有数值均取正的三参数(明度参数Y以及色彩平面坐标x与y,分别表示从绿到红以及从蓝到黄)CIE标准体系,历经数次修订,一直沿用至今。这一体系比Munsell的系统更精确,还可以从辐射谱能量分布的角度来讨论光源的性质。下面这张马蹄图就是CIE体系的色彩平面:

CIE chromaticity diagram

上图中的白色三角形就是RGB三色能覆盖的色域了,也是通常三基色显示器的色域。对于显示器的色彩系统,没有必要诉诸CIE体系,最直观的当然就是RGB,以红绿蓝的亮度值来表示。而在图象处理软件中,往往还可以使用HSB(色相—饱和度—亮度)体系和针对印刷的CMYK(青—洋红—黄—黑)体系等等。当然,涉及显示技术的行业标准还是五花八门的,本文就不去考证那么多了。

最后多说两句FS 595体系。该体系中,每种颜色均由5位数字表示。其中第一位表示光泽程度,1是光泽,2是半光泽,3是亚光。第2位表示色类,从0至8,依次表示褐、红、橙、黄、绿、蓝、灰、其他(紫、金属色、黑、白)以及荧光色。最后3位数则根据反射率而递增。这一体系是1959年引进的,当时完全更新了之前的TT-C-595系统(颜色以4位数表示)。随后的1968年与1989年,FS体系又作了两次较大规模的改动,分称FS 595A与FS 595B。现在所用的是FS 595B体系,共有613种颜色,是在1994年敲定的。去年,FS的第三次修改获得通过,颜色增加至650种。FS 595C标准有望在今年正式采纳。

Pantone Matching System

Pantone配色标准色卡,又一个工业色彩体系的实例

FS之外,当下比较流行的尚有德国的RAL、美国的Pantone配色等其他工业用色彩体系,另外在网络上也看到过一些关于中国色彩系统的信息。不过作为非业内人士,估计今后本人是很难深入接触这些东西了。只是拜业余爱好之赐,对FS和RLM体系多少还有些概念。至于本文,专业人士请尽情拍砖好了,只是希望不要把本人砸扁。

末了亮一亮未来几个月内要用到的两种FS色,谁能由此猜出本人要开工什么东西了?

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10 Responses to “色彩体系小考”

  1. yami说道:

    末了亮一亮未来几个月内要用到的两种FS色,谁能由此猜出本人要开工什么东西了?
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    地震预警系统。

  2. 桔子帮小帮主说道:

    那个《简单色与混合色表》好漂亮。那个时候mix的过去式还没被同化成mixed。
    曾经听过一个人讲画,补色的应用,很神奇。

  3. 伊森噶德说道:

    Tomcat?

  4. Arael说道:

    红-白,红白机?

  5. [...] Melipal 《色彩体系小考》 [...]

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