顏色的視覺心理學(xué)研究及其對藝術(shù)設(shè)計的影響

萬麗芳 向園

摘要：目的：在不同顏色的光照下，研究顏色恒常性等視覺心理現(xiàn)象及其對藝術(shù)設(shè)計的影響。大腦皮層對色適應(yīng)、顏色恒常性、色彩飽和度、色調(diào)的感知形成了顏色視覺，顏色的感知與人的心理、腦活動有關(guān)，藝術(shù)設(shè)計中很多現(xiàn)象涉及顏色視覺心理的知識。方法：采用非對稱顏色匹配的實驗心理學(xué)法，結(jié)合光學(xué)、顏色心理學(xué)，通過計算機(jī)利用孟塞爾色卡的光譜信息，模擬不同顏色，在紅、綠、藍(lán)、黃色光照背景下組成視覺刺激，要求觀察者在暗室中觀察視覺刺激物，對比不同顏色的光照背景進(jìn)行顏色匹配實驗。結(jié)果：光照變化后，人對物體色的感應(yīng)會在相應(yīng)變化的光照方向上進(jìn)行顏色色度偏轉(zhuǎn)，使物體色重新與其背景光照形成和諧的色彩關(guān)系。結(jié)論：顏色的心理感知規(guī)律被大量運(yùn)用到藝術(shù)設(shè)計領(lǐng)域，如建筑色彩、家居設(shè)計、電影、環(huán)境照明、繪畫、服裝設(shè)計及陳列等。了解顏色的視覺心理規(guī)律，有利于深入了解色彩如何在大腦中呈現(xiàn)，色彩給人帶來的心理感受，光照對色彩的影響，從而使設(shè)計師更好地根據(jù)環(huán)境運(yùn)用顏色變化規(guī)律，把握觀眾心理，達(dá)到色彩搭配和諧的目的。通過色調(diào)、色彩飽和度、色適應(yīng)、顏色恒常性等視覺實驗和色彩藝術(shù)研究，發(fā)現(xiàn)視覺科學(xué)和藝術(shù)的發(fā)展處于一個全息體之中，彼此之間有著深刻的影響和聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：顏色；恒常性；視覺心理學(xué)；藝術(shù)設(shè)計

中圖分類號：J063；J506 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2023）21-0-03

科學(xué)與藝術(shù)在人類歷史發(fā)展中呈現(xiàn)出一種全息的狀態(tài)，全息可以理解為一種互為映射、互相影響的狀態(tài)，本文主要以最新的腦視覺研究為實例，從色調(diào)、色彩飽和度、色適應(yīng)、顏色恒常性等視覺現(xiàn)象出發(fā)，討論視覺科學(xué)和藝術(shù)色彩如何相互影響、相互作用。

1 視覺系統(tǒng)

人的眼睛可以捕捉光感信息，光線穿過眼睛，入射到視網(wǎng)膜上，再通過視神經(jīng)將信號傳輸?shù)酱竽X。視網(wǎng)膜上有大量的光線接收器，即視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞，其中視錐細(xì)胞主要在明亮的環(huán)境下工作，有三種視錐細(xì)胞即L、M、S視錐細(xì)胞，主要分辨紅、綠、藍(lán)三個波段的色光。三色錐體是生物進(jìn)化過程中緩慢形成的，起初是為了分辨果實的顏色或天敵的顏色。視桿細(xì)胞主要在光線暗時起作用，它們無法分辨顏色，因而在暗環(huán)境下，人們通?？吹降氖菬o彩色的場景。大約有12.6億個光感細(xì)胞分布在視網(wǎng)膜上，其中600萬個視錐細(xì)胞分布在中央凹里。大量視錐和視桿細(xì)胞所產(chǎn)生的信號無法在短時間內(nèi)完整交給大腦反應(yīng)，因為大腦就像一個CPU，處理信號的能力是有限的，所以視覺信號會先經(jīng)過視神經(jīng)纖維的壓縮再傳輸給大腦，單個錐體細(xì)胞的信號重新相加或相減組合，通過對立色的方法處理壓縮信息，在感知階段表現(xiàn)為“亮—暗”“紅—綠”“藍(lán)—黃”輸出給大腦的視覺皮層［1］。

隨著科學(xué)的發(fā)展，20世紀(jì)初，象征主義、表現(xiàn)主義和立體主義藝術(shù)家質(zhì)疑學(xué)院派自然主義的有效性，他們通過心理學(xué)和X光式的分析，力圖使自己的繪畫能夠透過表面來揭示本質(zhì)［2］。畫家塞尚曾經(jīng)勸告年輕畫家，以球體、椎體和圓柱的觀點(diǎn)去觀察自然，在組成圖畫上，應(yīng)該永遠(yuǎn)不忘那些基本的實體形狀。而大腦的工作方式似乎也符合塞尚的繪畫理論，視覺系統(tǒng)會把復(fù)雜的圖形分解成簡單的形狀，直至簡化到不同方向的線段及不同的色彩。事實上，人類視覺信號的處理由大腦皮層的不同區(qū)域負(fù)責(zé)。跟人們想象的不一樣，視覺信息不是整體被傳送到大腦中再顯示的，而是被分解為物體的形狀、顏色、運(yùn)動、方向等不同的信息，這些信息具有不同的振動頻率，分散在大腦的不同位置分別進(jìn)行處理加工，人類最終看到的圖像是這些不同位置信息的合成。對于大腦如何合成這些不同位置的信息，人類目前尚未研究透徹。視覺皮層大概在人后腦勺的位置，顏色信息最初主要在大腦皮層V1區(qū)、V2區(qū)、V4區(qū)處理，運(yùn)動信息在V1區(qū)、V2區(qū)和V5/MT區(qū)域處理。顏色的色調(diào)和飽和度產(chǎn)生于V4區(qū)，最終大腦會把形狀、運(yùn)動、顏色、紋理等信息合成人們看到的現(xiàn)實世界的樣子。視覺系統(tǒng)完成了從圖像解構(gòu)到合成的過程。

畢加索的著名油畫作品《小提琴和葡萄》，將小提琴分解成了很多互不連接的混雜形狀，有不同形狀、不同紋理、不同顏色的結(jié)構(gòu)，即描繪了多點(diǎn)觀看同時表現(xiàn)的形態(tài)。隨著視覺腦科學(xué)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)畢加索的藝術(shù)創(chuàng)作和思考方式與人類大腦的工作模式高度相似，大腦也是將圖像先解構(gòu)成不同信息然后再重組的。細(xì)觀藝術(shù)史和科學(xué)史的發(fā)展，藝術(shù)和科技在每一個時代都可以互相映射出彼此的形象，從文藝復(fù)興到工業(yè)革命，繪畫藝術(shù)從寫實和自然風(fēng)格到抽象和風(fēng)格化，科學(xué)也在經(jīng)歷從現(xiàn)象到本質(zhì)的過程，從宏觀的力學(xué)發(fā)展到微觀的量子力學(xué)。因此，可以說科學(xué)和藝術(shù)的發(fā)展處于一個全息體中。

2 色適應(yīng)、色調(diào)、色彩飽和度在大腦中的反應(yīng)

色適應(yīng)是影響顏色視覺的重要因素，長時間注視某種鮮艷的顏色后，人們會感到色彩的鮮艷度慢慢降低，這種現(xiàn)象即視覺的色適應(yīng)。人眼適應(yīng)某一色光后，觀察另一物體的顏色時，不能立即獲得客觀的顏色印象，而帶有原色適應(yīng)形成的補(bǔ)色成分。隨著神經(jīng)分子細(xì)胞學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展和細(xì)化，Johnson（2008）發(fā)現(xiàn)了猴子大腦視覺皮層V1區(qū)存在一些對顏色敏感的雙極性和單極性神經(jīng)細(xì)胞，這些視覺細(xì)胞會產(chǎn)生色適應(yīng)的效果。當(dāng)單極性細(xì)胞對紅色光反應(yīng)時，會誘發(fā)對綠色的反應(yīng)，而綠色恰巧是紅色的補(bǔ)色，并且綠色反應(yīng)的幅度值比紅色低，說明補(bǔ)色的能量比原色弱。每時每刻都存在色適應(yīng)，不同時刻的適應(yīng)色會相互疊加，人們看到物體色的時候，其補(bǔ)色會同時在大腦中產(chǎn)生。大腦中有一些對顏色敏感的單極性細(xì)胞，這種細(xì)胞只對一種單純的顏色有反應(yīng)。而大多數(shù)雙極性細(xì)胞有方向選擇性（Johnson，2008），它們可以識別色彩的形狀和邊界。日常的光照下，物體色和適應(yīng)色會在視網(wǎng)膜上同時疊加，補(bǔ)色有抵消一部分原物體色的效用，間接達(dá)到了過濾中和背景光照的效果，色適應(yīng)的作用就是將眼睛對顏色的感覺拉回到日光線的白點(diǎn)附近，保持對顏色恒常的感覺。物體色和色適應(yīng)補(bǔ)色恰好符合我國古代陰陽學(xué)說的理論，物體色代表陽，色適應(yīng)補(bǔ)色代表陰，只有陰陽平衡，才能保持人類對色彩感知的平衡。藝術(shù)設(shè)計中補(bǔ)色運(yùn)用其實是一種調(diào)節(jié)大腦視覺細(xì)胞反應(yīng)平衡的重要方法，歷史上有很多擅長用補(bǔ)色的藝術(shù)家，如梵高、馬蒂斯、大衛(wèi)·霍克尼，補(bǔ)色搭配是一種美的規(guī)律，也是一種平衡的規(guī)律，可以給人帶來寧靜和舒適的感覺，它與大腦視覺細(xì)胞的反應(yīng)規(guī)律是一致的。

近些年，研究人員做了很多關(guān)于猴子的視覺實驗，而猴子和人類的基因最接近，借此可以間接了解人類大腦是如何產(chǎn)生顏色的。研究人員讓猴子坐在顯示器前一邊喝著飲料，一邊觀看不同的色彩刺激信號，同時在其腦部插入一個電極，記錄猴子在觀看不同顏色時大腦的反應(yīng)。研究顯示，不同的顏色會按照光的振動頻率，在猴子的大腦視覺皮層中依次排布。實驗還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)顏色飽和度提高的時候，猴子大腦皮層V4區(qū)的視覺細(xì)胞放電量會增加，當(dāng)飽和度降低的時候，大腦皮層V4區(qū)的放電量會減少。這項研究可解釋人們在觀看梵高和莫蘭迪的作品時大腦反應(yīng)的差異。梵高作品高飽和度的色彩會使觀眾大腦視覺細(xì)胞的放電量升高，容易讓觀眾產(chǎn)生興奮和視覺疲勞，而莫蘭迪則喜歡用一些低飽和度的顏色來表現(xiàn)畫面，讓人感到平靜和治愈，因此現(xiàn)在的家居和服裝設(shè)計經(jīng)常使用莫蘭迪色系。

色彩可以調(diào)節(jié)腦視覺細(xì)胞的興奮度，并影響觀者的情緒，如快餐店喜歡用明亮的紅色裝飾以加快人們進(jìn)食的速度；醫(yī)院為了緩解患者的沮喪情緒要盡量避免使用黑色，可以增加明快的色彩來調(diào)節(jié)患者的情緒；兒童更喜歡高飽和度和明亮的色彩，這些色彩更容易讓人集中注意力。

3 顏色恒常性

顏色恒常性是人對顏色的一種感知能力，這種能力不隨光照變化而變化，可以保持恒定，也就是說，人們通?？梢圆皇墉h(huán)境光的影響而認(rèn)知事物的顏色。顏色恒常性是人類在適應(yīng)生活環(huán)境的過程中慢慢形成的，使人對日常光照引起的顏色變化不過于敏感。色適應(yīng)現(xiàn)象和更高級的腦皮層的顏色計算能力被普遍認(rèn)為是顏色恒常性的主要原因。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光照顏色改變時，視覺皮層V1區(qū)、V2區(qū)、V3區(qū)相對應(yīng)的腦細(xì)胞會跟著改變，但是V4區(qū)一些與顏色相對應(yīng)的細(xì)胞并不會跟著改變，由于這部分細(xì)胞對顏色的變化沒有反應(yīng)，所以科學(xué)家猜測其可能是顏色能保持恒常的原因之一。顏色恒常性是研究不同光照下人們對顏色變化的感知，由于涉及光照環(huán)境，因此顏色恒常性經(jīng)常同藝術(shù)設(shè)計創(chuàng)作發(fā)生聯(lián)系，很多畫家為了實現(xiàn)畫面和諧，采用光源色統(tǒng)一畫面的方法，如巴爾蒂斯、莫蘭迪用色時都與光源色進(jìn)行了調(diào)和，使畫面有了統(tǒng)一的主色調(diào)，環(huán)境色會反射出光源的色彩，形成和諧統(tǒng)一的畫面。

4 顏色恒常性的實驗

為了解不同光照下人對顏色的感覺有何不同，顏色恒常性如何作用，有何規(guī)律，筆者在顏色視覺心理學(xué)實驗基礎(chǔ)上，結(jié)合光學(xué)，跨學(xué)科研究不同光照下顏色恒常性的顏色匹配實驗。實驗是觀察者在暗室條件下完成的，實驗中觀察者坐在顯示器前，兩眼中間被一張黑色隔板隔開，左眼和右眼分別只能看到左右兩邊對應(yīng)的視覺刺激物，如圖1（b）所示。實驗采用的是非對稱顏色匹配方法（Asymmetric color matching），圖1（c）是視覺刺激圖在D65光源和紅色光源下的效果，左邊是D65標(biāo)準(zhǔn)日光光照下的色彩效果，右邊是紅色光照下的色彩效果。實驗過程如下：根據(jù)左邊日光（D65）下中心小方塊（參照色塊）的顏色，觀察者被要求將右邊紅色光照下的中心小方塊（待調(diào)色塊）調(diào)節(jié)成想象中紅色光照下應(yīng)有的顏色。參照色塊的12種顏色從孟塞爾色卡中選擇，分別是：5R5/6，2.5YR5/6，10YR5/6，7.5Y5/6，5GY5/6，2.5G5/6，10B5/6，7.5PB5/6，5P5/6，2.5RP5/6，10RP5/6，以及灰色。光照背景圖案由300個橢圓隨機(jī)疊加組成，顏色隨機(jī)選自孟塞爾色系中的彩度6、明度5色環(huán)。這些顏色通過孟塞爾的標(biāo)準(zhǔn)光譜模擬計算在顯示器上顯示，顯示器經(jīng)過色度儀標(biāo)定，色度誤差不超過3%。一共有15名色覺正常的觀察者參加實驗，年齡分布在18～25歲。實驗?zāi)M了紅、綠、藍(lán)、黃、D65五種顏色光照的背景，觀察者根據(jù)D65日光光照下參照色塊的色彩，想象調(diào)節(jié)在紅、綠、藍(lán)、黃四種顏色光照下待調(diào)色塊的顏色。

圖1（a）為顏色恒常性實驗用到的顯示器。圖1（b）表示顏色恒常性實驗在暗室中進(jìn)行，觀察者坐在距離顯示器900 mm的位置，觀察視覺刺激物。圖1（c）為D65（左）和紅色（右）光照下的視覺刺激物。

5 實驗結(jié)果

在顏色恒常性的配色實驗過程中，首先把握的原則是保持顏色和諧，中心待調(diào)色塊的亮度和顏色與周圍環(huán)境搭配時不能顯得過于突兀，需要使顏色融入大背景中，在配色時需要同時考慮亮度的和諧、色調(diào)的和諧、飽和度的和諧，匹配色彩的過程本質(zhì)上是一個復(fù)雜的大腦計算過程。參加實驗的觀察者經(jīng)過一個月每天一次每次兩個小時的顏色恒常性配色實驗之后，普遍對顏色在不同光照下的變化更加敏感，也逐漸熟悉配色的規(guī)律?？梢钥闯?，觀察者調(diào)節(jié)紅色光照下的色彩時，會將原來的顏色朝著紅色軸線的方向做一些定向的改變，使新調(diào)節(jié)的顏色都偏紅一些。同樣，在綠色、黃色、藍(lán)色光照下，觀察者會按照相應(yīng)光照顏色的方向進(jìn)行特定角度的偏轉(zhuǎn)變化。不同光照下的顏色恒常性實驗，不僅受到色適應(yīng)的影響，還受到腦部更高級的顏色計算能力的影響。實驗結(jié)果表明，不同光照下人的顏色恒常性計算能力不一樣，經(jīng)實驗測得顏色恒常性的大小順序依次為：綠色＞紅色＞黃色＞藍(lán)色光照，說明紅綠光照下人更容易區(qū)別光照顏色，計算出顏色的變化，黃藍(lán)光照下顏色區(qū)別難以分辨。

6 討論

顏色恒常性總是與光照聯(lián)系在一起，在繪畫、電影、建筑、室內(nèi)設(shè)計中也經(jīng)常會考慮不同光照的影響。最早強(qiáng)調(diào)在不同光照下光影變化的人是法國印象派畫家莫奈，在印象派之前，很少有畫家關(guān)注不同時刻下同一景物呈現(xiàn)出的光影變化，人們都習(xí)以為常地生活在自己顏色恒常的認(rèn)知狀態(tài)中，而莫奈徹底打破了顏色恒常的認(rèn)知常規(guī)，他認(rèn)為色彩是時時刻刻隨著陽光變化的，他在不同的季節(jié)和光照下反復(fù)畫一些相同的景物，如睡蓮、教堂、干草堆，給人們留下了深刻的印象。設(shè)計作品在不同光照下呈現(xiàn)出的色彩有明暗、冷暖的區(qū)別。以建筑為例，設(shè)計師需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓庹仗攸c(diǎn)去設(shè)計建筑的色彩，在陰雨天較多的地區(qū)和晴天較多的地區(qū)觀察相同的色彩，會給人帶來不同的感覺，在陰雨天多的地區(qū)，色彩會偏向暗淡，因此可以增加一些明亮的、鮮艷的點(diǎn)綴色進(jìn)行補(bǔ)充［3］。同樣，室內(nèi)設(shè)計也需要考慮光源的色彩，飯店的光源采用暖色溫時，容易讓人產(chǎn)生浪漫溫馨的感覺，而商場的燈光需要接近日光的顏色，以便讓顧客更好地分辨服裝的顏色。為了表達(dá)不一樣的情感，電影導(dǎo)演也會使用不同色溫的光源進(jìn)行照明，如電影《僵尸新娘》為了營造僵尸帶來的恐怖陰冷的氣氛，影片整體都采用青灰色的照明效果。

大學(xué)色彩構(gòu)成的實踐教學(xué)過程中，學(xué)生普遍存在無法正確地根據(jù)光照繪制物體反射出的色彩的情況，學(xué)生通常會忽略光照的影響，直接表現(xiàn)大腦中物體本身的固有色，這些色彩缺乏統(tǒng)一的（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）光源色，通常是割裂的、毫無聯(lián)系的，組合在一起時無法形成和諧的色彩效果。因此，在色彩訓(xùn)練的教學(xué)環(huán)節(jié)，可以通過顏色恒常性實驗來調(diào)整學(xué)生對色彩的認(rèn)知，通過實驗反復(fù)比較不同光源下的色彩反應(yīng)和變化，幫助學(xué)生樹立良好的色彩秩序認(rèn)知，更好地融合光、藝術(shù)設(shè)計與心理感覺。

7 結(jié)語

藝術(shù)是由心靈創(chuàng)造的，再由心靈和心靈的鏈接產(chǎn)生共鳴，心靈的各個層面都與藝術(shù)有關(guān)，包括個人感知、社會、文化各方面。對顏色產(chǎn)生感覺是人類心靈的一個共有特征，也對藝術(shù)設(shè)計產(chǎn)生影響。本文研究了顏色恒常性的視覺心理實驗，通過光譜數(shù)據(jù)模擬了紅、黃、藍(lán)、綠四種不同光照下的顏色背景，觀察者對比不同顏色的光照背景進(jìn)行顏色匹配的恒常性實驗，研究發(fā)現(xiàn)光照變化后，人對物體色的感應(yīng)會在相應(yīng)變化的光照方向上進(jìn)行一定角度的色度偏轉(zhuǎn)，使物體色重新與其背景光照形成和諧的色彩關(guān)系，并且人在四種光照下的顏色恒常性是不相同的，對于靠近日光的藍(lán)色光照，人眼不容易識別出顏色變化。經(jīng)過顏色恒常性的實驗訓(xùn)練，觀察者對調(diào)配顏色更加敏感，更容易得到協(xié)調(diào)的顏色搭配。本實驗的不足之處在于，所采用的顯示器的色域面積不足以覆蓋人眼可以識別顏色的全部范圍，因此實驗結(jié)果也會受到限制，將來可以采用色域面積更大的顯示器測試顏色恒常性，以得到更好的實驗效果。

參考文獻(xiàn)：

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