第三章
色彩的视觉理论

第一节 眼睛

色彩的生成不仅需要呈现色彩实体的客观必备条件——光和物体，而且更需要感知色彩现象的主体生理机制——眼睛。因为只有借助一对正常的能够获取光的视觉接收器，人们才能准确而完整地体验到外部色彩世界的奇妙与美丽。为此，研究眼睛的生理构造、功能及其特性是十分必要的。

一、人眼的生理构造

人的眼睛近似球状体，前后直径为23～24mm，横向直径约为20mm，通常称为眼球。眼球是由屈光系统和感光系统两部分构成的，如图3-1所示。

1.眼球壁

眼球壁由三层质地不同的膜组成。

（1）角膜和巩膜

眼球壁的最外层是角膜和巩膜。角膜在眼球的正前方，约占整个眼球壁面积的1/6，是一层厚度约1mm的透明薄膜，折射率为1.336。角膜的作用是将进入眼内的光线进行聚焦，即使光线折射并集中进入眼球。巩膜是最外层中、后部色白而坚韧的膜层，约占整个眼球壁面积的5/6，厚度为0.4～1.1mm，也就是我们的“眼白”，它的作用是保护眼球。

（2）虹膜和脉络膜

虹膜、脉络膜和睫状体组成了眼球壁的中层。虹膜是位于角膜之后的环状膜层，它将角膜和晶状体之间的空隙分成两部分，即眼前房和眼后房。虹膜的内缘称为瞳孔，它的作用如同照相机镜头上的光圈，可以自动控制入射光量。虹膜可以收缩和伸展，使瞳孔在光弱时放大、光强时缩小，直径可在2～8mm范围内变化。

睫状体在巩膜和角膜交界处的后方，由脉络膜增厚形成，它内含平滑肌，功能就是支持晶状体的位置，调节晶状体的凸度（曲率）。脉络膜的范围最广，紧贴巩膜的内面，厚约0.4mm，含有丰富的黑色素细胞。它如同照相机的暗箱，可以吸收眼球内的杂散光线，保证光线只从瞳孔内射入眼睛，以形成清晰的影像。

（3）视网膜

这是眼球壁最里面的一层透明薄膜，贴在脉络膜的内表面，厚度为0.1～0.5mm。视网膜的分辨力是不均匀的，在黄斑区，其分辨能力最强。视网膜主要由三层组成（见图3-2）：第一层是视细胞层，用于感光，它包括锥体细胞和杆体细胞（见图3-3），是眼睛的感光部分，其作用如同照相机中的感光材料；第二层是双节细胞层，视细胞通过双节细胞与一个神经节细胞相联系，其作用是负责联络；第三层是节细胞层，专管传导。

锥体细胞和杆体细胞在整个视网膜上的分布如图3-4所示。杆体细胞大约有12亿个，均匀地分布在整个视网膜上，其形状细长，可以接受微弱光线的刺激，能够分辨物体的形状和运动，但是不能够分辨物体的颜色。杆体细胞对光线极为敏感，使我们能在微弱光（如月光、星光）下也能够观察到物体的存在。

在眼球后面的中央部分，视网膜上有一特别密集的细胞区域，其颜色为黄色，称为黄斑区，直径为2～3mm，黄斑区中央有一小窝，叫作中央窝，该处是视觉最敏锐的地方。黄斑距鼻侧约4mm，有一圆盘状为视神经乳头，由于它没有感光细胞，也就没有感光能力，所以称为盲点。

锥体细胞分布在视网膜的中央窝，其密度由中间向四周逐渐减少，到达锯齿缘处完全消失。锥体细胞在解剖学中呈锥形，是人眼颜色视觉的神经末梢，与视神经是一对一地连接，便于在光亮的条件下精细地接受外界的刺激，所以锥体细胞能够分辨物体的颜色和细节。大约700万个的锥体细胞密集在2°视场内，超出2°视场，则既有锥体细胞也有杆体细胞。所以在要求高清晰度、高分辨力的场合中，应该采用2°视场，使物像直对视轴，而其影像恰好聚焦在中央窝内。

从光学观点出发，视网膜是眼光学系统的成像屏幕，它是一凹形的球面。视网膜的凹形弯曲有两个优点：①眼光学系统形成的像有凹形弯曲，所以弯曲的视网膜作为成像屏具有适应的效果；②弯曲的视网膜具有更宽广的视野。

2.眼球内容物

眼球的顾光系统除角膜外还包括眼球内容物（晶体、房水和玻璃体），它们的一个共同特点是透明，可以使光线畅通无阻。

（1）晶体

晶体又名水晶体或晶状体，是有弹性的透明体，位于视网膜和玻璃体之间，通过悬韧带和睫状体连接。性质如同双凸透镜，其作用如同照相机的镜头。它能够由周围肌肉组织调节厚薄，根据观察景物的远近自动拉扁减薄或缩圆增厚，对角膜聚焦后的光线进行更精细的调节，保证外界景物的影像恰好聚焦在视网膜上。在未调节的状态下，它前面的曲率半径大于后面的曲率半径，折射率从外层到内层为1.386～1.437。

（2）房水

角膜与晶体之间充满了透明的液体——房水，折射率为1.336。房水由睫状体产生，充满于眼球房（角膜和虹膜之间）和眼后房（虹膜和晶体之间），它的功能是营养角膜、晶体及玻璃体，维持眼睛的内压。

（3）玻璃体

晶体的后面是透明的胶状液——玻璃体，内含星形细胞，外面包以致密的纤维层。它的折射率约为1.336。由角膜、虹膜、房水、晶体和玻璃体等共同组成了一个接收光线的精密的光学系统。

二、眼睛成像原理

人眼的作用类似于照相机，成像原理如图3-5所示。外界物体反射的光线，进入眼睛后经角膜、水晶体、玻璃体等屈光系统的屈折和会聚，在视网膜上成为一个清晰的图像。屈光系统类似于照相机的镜头。瞳孔随着入射光线的强弱可自动收缩与放大，以控制光线的入射量，它的作用相当于一个可变光圈。脉络膜吸收乱散的杂光，类似于暗箱的作用。视网膜则相当于感光片。人的眼睛对于不同距离的物体，在视网膜上都能形成一个清晰的图像，那是因为水晶体能自动调节。正常人的眼睛，在适当的照度下，观看250mm距离的物体最清晰而且不费力，因此把这个距离称为明视距。

第二节 色彩的视觉生理现象

一、视觉的两重功能

人的视觉器官完成一定视觉任务的能力叫作视觉功能。人眼视网膜上的锥体细胞和杆体细胞有着不同的视觉功能。

1912年，冯·凯斯（J.Von Kries）提出了视觉两重功能学说。他认为视觉有两种功能：一种是视网膜中央的“锥体细胞视觉”，又称“明视觉”；另一种是视网膜边缘的“杆体细胞视觉”，又称“暗视觉”。这一学说由生理研究得到证明：一些昼视动物，大多能分辨颜色。鸟类的视网膜中只有锥体细胞，而无杆体细胞；而夜视动物一般只能区分明暗，不能分辨颜色。爬虫类的视网膜中只有杆体细胞，而无锥体细胞。这种不同的视觉功能是在长期的昼夜交替的生物进化过程中形成的。

由于视觉的两重功能，人眼对不同的波长的感受性是不同的。同样功率的辐射在不同的光谱位置表现为不同的明亮程度。为了确定人眼对不同波长的感受性，人们通过实验测定人眼观察不同波长达到同样明度时需要的辐射能量，得到明视觉与暗视觉的相对能量曲线，如图3-6所示。

明视觉曲线表明：在400nm和700nm两个波段，人眼感受性很低，而在555nm处，人眼感受性最高。这一曲线代表着在明视觉条件下，锥体细胞的颜色视觉功能。

暗视觉曲线表明：在400nm处感受性较低，感受性最高处在510nm波段，最低处在700nm处。

从这两条曲线可以看出：明视觉与暗视觉的最大感受性处在光谱的不同位置。在光亮条件下，锥体细胞对黄绿色（555nm）最敏感；在较暗条件下，杆体细胞对蓝绿色（510nm）最敏感。

二、光谱光视效率

人眼对不同光波的视觉感受性也可以从明视觉和暗视觉的光谱光视效率函数曲线图3-7中看出。所谓光谱光视效率函数或视见函数是指光谱不同波长的能量对人眼产生感觉的效率。在图3-7中， V （ λ ）表示明视觉的光谱光视效率曲线，数据如表3-1所示， V ′（ λ ）表示暗视觉的光谱光视效率曲线。 V （ λ ）或 V ′（ λ ）的相对值，代表等能光谱波长 λ 的单色光所引起的明亮感觉程度。在等能光谱照射下，能区分出人眼不同波段的视觉感受性的不同。

如图3-7所示， V （ λ ）代表等能光谱波长λ的单色辐射所引起的明亮感觉程度，故又可称为相对光谱感受性。这条曲线是在较高照度条件下，测得的中央凹的光谱感受性能。一切光的度量，也就是评价光或照度的单位都必须依靠这条曲线。光度计接收器的光谱灵敏度也要符合这条曲线，才能与人眼的视觉特性相一致。

明视觉曲线 V （ λ ）的最大值在555nm处，即可见光谱上波长为555nm的黄绿部位最明亮，趋向光谱两端则显得发暗。暗视觉曲线 V ′（ λ ）的最大值为510nm，即在510nm处最明亮。整个 V ′（ λ ）曲线相对于 V （ λ ）曲线向短波方面推移，而且长波的可见范围缩小，短波的可见范围略有扩大。明视觉曲线 V （ λ ）适用于大约1nit以上的亮度条件，暗视觉曲线 V ′（ λ ）适用于0.001nit以下的亮度。在它们两者中间的亮度，称为中间视觉，既有锥体细胞又有杆体细胞在工作。

为了衡量各不同波长的光在视觉上所产生的明亮效果，还引入了一个与相对光谱能量分布函数 S （ λ ）不同的物理量即光通量，用 Ф _v （ λ ）表示。光通量与相对光谱能量分布函数 S （ λ ）的关系可用公式表示为

Ф _v （ λ ）= K ₁ · V （ λ ）· S （ λ ）　（3-1）

式中， K ₁ 为常数。

在整个可见光谱区的光通量可由下式计算：

式中， K 为调整因数。

因380～400nm和700～780nm区域波长对眼睛不敏感，可忽略不计，故常取400～700nm为可见光区间。

三、视觉生理现象

视觉在感受外部色彩信息的过程中，除接收信息外，还会给予一定的生理机能反应与调整，这对于人们正常地感知、利用色彩，特别为今后有效地创作色彩都具有特殊的意义。

（一）视觉适应

1.颜色适应

当我们从只有白炽灯的房间到只有日光灯的房间时，起初觉得两个房间的灯光色彩有差异，但时间长了就不知不觉习惯下来，感觉没有区别了，这种过程对视觉来说，就叫作颜色适应。

2.距离适应

人眼能够识别一定区域内的形体与色彩，这主要是基于视觉生理机能具有调整远近距离的适应功能。眼睛构造中的晶状体相当于照相机中的透镜，由于晶状体能够自动改变厚度，所以能使影像准确地投射到视网膜上。例如，在远观某处物体的形与色时，晶状体形状因拉平而变薄，导致曲度改变，焦距拉长；在近看某处物体的形与色时，晶状体形状则会自动加厚，促使曲度扩大，焦距缩短。因此，在晶状体的自动调节作用下，人眼能够在一定的视域内轻易地辨别形体与色彩。可是如果超过这一生理视域限度，视觉识形辨色的灵敏度就会减弱，甚至发生视错现象。

3.明暗适应

在黑暗的房间里，电灯骤开的瞬间，人眼会什么也看不清，稍过片刻（大约0.2s以后）便形色皆明了。从暗到明的这个视觉适应过程叫作明适应；夜晚，从灯光明亮的大厅走到较暗的室外，刹那间眼前会一片漆黑，过一会儿才慢慢辨认出道路、树木……这种从明到暗的适应过程叫作暗适应。暗适应过程需5～10min的时间。人眼这种独特的视觉现象，主要是通过类似于照相机光圈的器官——虹膜对瞳孔大小的控制来调节进入眼球的光亮，以适应外部明暗的变化。光线弱时，瞳孔扩大；光线强时，瞳孔缩小。

（二）视觉阈值

两种刺激必须有一定量的差别，差别未达到定量以上，则无法区别异同，此定量就叫阈值。未到达阈值为相同，超过阈值为不同。

眼睛无法分辨速度过快、面积过小、距离过远的物体，如飞逝的炮弹、水滴中的微生物，以及在万米高空看地面的人等，其形色是难以分辨的。

任何现象在未达到阈值以前都被认为相同、消失、无法分辨。视觉的这种现象，为色彩的空间混合、网点印刷、电影、电视、录像、杂技等提供了生理上的理论根据。为我们对色彩的夸张与省略、统一与抽象提供了依据。

第三节 色彩的视觉理论

对于颜色视觉理论的探讨，最早可追溯到1756年由罗蒙诺索夫在《关于光的起源和色彩新理论》一文中首先提出人眼有接受不同颜色的三种器官，为色觉三原论奠定了基础。

典型的颜色理论是结合客观现象发展起来的。主要有两大学派：一个是杨-赫姆霍尔兹的三色学说，另一个是格林的对立学说。前者是以颜色混合的物理学规律为依据，后者则是从视觉现象出发。两个学说都能说明大量事实，但都存在着不能圆说的地方。近代的颜色理论就是在这两个学说的基础上统一和发展起来的。

一、三色学说

1807年，托马斯·杨与赫姆霍尔兹根据红、绿、蓝三原色光混合可以产生各种色调及灰色的色彩混合规律，假设在视网膜上存在三种神经纤维，每种神经纤维的兴奋都能引起一种原色的感觉。当光线作用在视网膜上，虽然同时引起三种纤维的兴奋，但由于光的波长不同，其中一种纤维的兴奋特别强烈。例如，光谱中长波段的光同时刺激红、绿、蓝三种纤维，但红纤维的兴奋最强烈，就有红色感觉。中间波段引起绿纤维最强烈的兴奋，就有了绿色的感觉，短波段能引起蓝色的感觉。当光线刺激同时引起了三种纤维强烈兴奋的时候，就产生白色感觉。

当发生某一颜色感觉时，虽然一种纤维兴奋最强烈，但另外两种纤维同时兴奋，也就有三种纤维在活动。所以每种颜色都有白光成分，即有明度感觉。

1860年，该学说又被补充认为：光谱色混合中，混合色是三种纤维按特定比例同时兴奋的结果。

对光谱的每一波长，三种纤维都有其特有的兴奋水平，产生相应的色觉，如图3-8所示。

红、绿两种纤维同时兴奋引起黄色感觉；红、蓝两种纤维同时兴奋引起品红色感觉；绿、蓝两种纤维同时兴奋引起青色感觉。此学说现称为杨-赫姆霍尔兹学说，或称三色学说。

根据该学说，负后像是神经纤维疲劳的结果，眼睛注视绿色一定时间，绿纤维被激起活动，当眼睛转到另一个中性灰色或白色的背景时，绿纤维因过度疲劳，在短暂的时间内不发生反应，这时只有红和蓝两种纤维对白光中的红色和蓝色起反应，所以得到了绿色的补色，即品红色的负后像。

三色学说的主要缺点是不能圆满地解释色盲现象。他们认为色盲者是缺少一种纤维，或甚至缺少所有三种纤维造成的。因此，按照这个学说，至少应该有三种色盲即红色盲、绿色盲和蓝色盲，他们可以单独存在。但是根据色盲的事实，几乎所有红色盲的人同时也是绿色盲者。因为缺少一种纤维是不可能有白色感觉的，但是事实并非如此，色盲者同样也有明度或白色感觉，而且还有黄色感觉，这显然是矛盾的，他们无法解释。

二、四色学说

1878年，赫林观察到颜色现象总是以红-绿、黄-蓝、黑-白成对发生的。他假设了颜色的对立学说，又称四色学说。

四色学说假定视网膜中存在三对视素：白-黑视素、红-绿视素、黄-蓝视素。这三对视素的代谢作用包括建设（同化）和破坏（异化）两种对立的过程。

光刺激破坏白-黑视素，引起神经活动，产生白色感觉；无光刺激时，白-黑视素便重新建设起来，所引起的活动产生黑色的感觉。同理，对红-绿视素：红光起破坏作用，绿光起建设作用；对于黄-蓝视素：黄光起破坏作用，蓝光起建设作用，如表3-2所示。

因为各种颜色都有一定的明度，即含有白光的成分，所以每一种颜色不仅影响其本身视素的活动，而且也影响了白-黑视素的活动。

三对视素的代谢作用，如图3-9所示。 x — x ′轴线以上是破坏作用，以下是建设作用。曲线 a 是白-黑视素的代谢作用；曲线 b 是黄-蓝视素的代谢作用，曲线 c 是红-绿视素的代谢作用。曲线 a 的形状表明了光谱饱和色的亮度成分，它在黄绿处最高，说明了黄绿色是光谱上最明亮的颜色。

当补色混合时，某一对视素的两种对立过程（破坏和建设）形成平衡，因此，不产生与该视素有关的颜色感觉。但是各种颜色都有白色的成分，所以能引起白-黑视素的破坏作用，从而产生白色或灰色感觉。同理，当所有颜色都同时作用到各种视素时，红-绿、黄-蓝视素的对立过程都达到平衡，而只有白-黑视素的活动，所以就引起白色或灰色的感觉。

对负后像的解释是：在外来颜色停止刺激时，与此颜色有关的视素的对立过程开始活动，因而产生原来颜色的补色。

当视网膜一部分正在发生某一对视素的破坏作用，其相邻部分便发生建设作用，从而引起同时对比。

色盲是由于缺乏某一对视素（红-绿或黄-蓝）或两对视素的结果。这一解释与色盲常是成对出现（即红-绿色盲或黄-蓝色盲）的事实是一致的。当缺乏两对视素时，便产生全色盲。

赫林学说最大的缺点是对三原色光以不同比例混合能产生光谱中的各种颜色这一现象不能很好地说明，而这一物理现象恰恰是现代色度学的基础。

三、色彩视觉理论的现代发展——阶段学说

三色学说和四色学说，曾对立了一个多世纪，一度三色学说曾占优势，因为它实用意义比较大。

然而由于新的实验材料的出现，人们对于这两种学说有了新的认识，每一学说只是对问题的一个方面获得了正确的认识，两者并不是不可调和的，通过两者的相互补充才能对颜色的视觉获得较全面的认识。

现代视觉生理学发现，在视网膜中确实存在三种不同颜色的感受器，即感受蓝光的锥体细胞、感受绿光的锥体细胞和感受红光的锥体细胞。每种锥体细胞具有不同的光谱敏感特征，如图3-10所示。上述的发现有力地支持了三色学说。

还有一些研究发现，有一类细胞对可见光谱的全部色光都发生反应。而在视网膜深处的另外一些细胞对红光发生正电位反应，对绿光发生负电位反应，还有的细胞对黄光发生正电位反应，对蓝光发生负电位反应。因而在视觉神经系统中可以分出三种反应：光反应（ L ）、红-绿反应（ R - G ）、黄-蓝反应（ Y - B ）。

红-绿反应又分为：

+ R 、- G （红兴奋、绿抑制）；

+ G 、- R （绿兴奋、红抑制）。

黄-蓝反应同样也分为：

+ Y 、- B （黄兴奋、蓝抑制）；

+ B 、- Y （蓝兴奋、黄抑制）。

这四种对立的感光细胞很符合赫林的四色学说。因此可以认为：在视网膜上的锥体细胞是一个三色机制，视觉信息在大脑皮层视区的传导通路中变化成四色机制，如图3-11所示。

颜色视觉过程可分为几个阶段：第一阶段，视网膜上有三种独立的锥体感色物质（锥体细胞），它们有选择性地吸收光谱不同波长的辐射，同时又能单独产生黑和白的反应。在强光作用下产生白的反应，在外界无光刺激时是黑的反应；第二阶段，神经兴奋由锥体感受器向视觉中枢的传递过程中，这三种反应又重新组合，最后形成三对“对立”性的神经反应，即红或绿、黄或蓝、黑或白的反应。色彩视觉过程的这种设想，称为阶段学说。

五色学说见第八章。五色学说从色彩心理出发研究色彩之间的关系。

第四节 视错觉及应用

色彩视错（又叫色彩视觉错误），指人眼在感应外部色彩世界时经常体验到的一种“无中生有”的知觉状态，也称之为“视觉谎言”。具体表现在眼睛感受的色彩效果（心理上的真实）与客观存在的色彩实体（物理上的真实）之间存在着一定的差距。究其生理根源，是人的眼睛和大脑皮层对外界刺激物的判断遭到阻碍而导致的一种特殊视觉现象。所以说，视错现象的发生，并非客观色彩本身的“谬误”，而纯为人的视知觉“先天不足”所致。由于色彩具有这种不一致性，故色彩应用者有机会去创造某些别具情趣的色彩意象。人类长期形成的视觉经验启示我们，只要客观世界存在着因色彩对比因素而引发的色彩相互作用现象，色彩视错状态就无法被杜绝。由于有些视错的知觉方式早已在人们的头脑中“顺理成章”，假使将它们“拨乱反正”，或许还会适得其反，并不被人们所认同。视知觉的这一欺骗性作用也恰是其一大特色。因此，在色彩构成中，学会怎样巧妙地驾驭视错，“将错就错”地创作出既可以预见又能诱导出符合视觉美感规律的作品，就成为研讨这种视觉现象的中心课题。

视错觉的产生除以生理特征为前提条件外，还与物理因素、心理反应等密切相关，并且各具特点。

一、残像性视错

残像性视错，指人眼于不同时间段内所观察与感受到的色彩对比视错现象。从生理学的角度讲，物体对视觉的刺激作用停止后，人的色觉感应并非全部立刻消失，其映象仍然暂时存留，这种现象称为“视觉残像”或“视觉后像”。视觉残像形成的原理是因为神经兴奋所留下的痕迹而引发的，是眼睛连续注视所致，所以又被称为“连续对比”视错。残像性视错分为正残像和负残像两类。

（一）正残像

正残像，亦称“正后像”，是连续对比中的一种色觉视错现象。它是指在停止视觉刺激后，视觉依旧暂时保留原有物色映象的状态，也是神经亢进有余的产物。例如，凝视红色，移开红色后，眼前还会感到有红色浮现。通常，残像暂留时间在0.1s左右。大家喜爱的影视艺术就是依据这一视觉生理特征创作完成的，如把每秒24个静止画面连续放映时，眼睛就可以体验到与生活中的运动节奏相对应的动感情境，产生栩栩如生的感受。

（二）负残像

负残像，又称“负后像”，是连续对比中的又一种色觉视错现象。它是指在停止物体色的视觉刺激后，视觉依然暂时残留与原有物色成补色映象的视觉情形。通常，负残像的反应强度同凝视物色的时间长短有关，即持续观看时间越长，负残像的转换效果越突出。例如，当久视红色后，将视觉迅速移向白色时，看到的并非白色而是红色的心理补色——绿色。又如，久视红色后，再转向绿色时，则会觉得绿色更绿等。据国外科学研究成果证实，这些视错现象都是因为视网膜上锥体细胞的变化造成的。例如，赫林认为视网膜上存在着三对互为补充的感光蛋白元，即红与绿、黄与蓝、黑与白。当其中一种感光蛋白元由于受外界刺激而进入兴奋状态时，与之相对应的蛋白元就会被抑制，随后便会引发两者间的兴抑转换。如此运动，即导致了负残像视错状态的不期而至：当人们持续凝视红色后，把眼睛移向白纸，这时红色感光蛋白元因长久兴奋后引起疲劳而转入抑制状态，故此时处于亢进状态的绿色感光蛋白元就会以逸待劳，“乘虚而入”，于是通过生理的自动调节作用，白色就会隐约地呈现绿色的映象，否则反之。另外，黄与蓝以及黑与白的残像产生的机理如出一辙。总之，心理补色现象是视觉器官对色彩有协调与适用的要求。所以，凡能满足这种条件的色彩或色彩关系，多能使人取得生理与心理上的平衡体验。

二、膨缩性视错

膨缩性视错，指人眼在关注两块面积相等的色彩对象时，对其大小感觉截然不同而形成的色彩视觉错误现象。

就色彩的膨胀与收缩感觉而言，它的成因包含了物理上的色光现象和生理上的成像位置两个方面。通过研究光的性质得知，各种色彩的波长有长短之别，红色波长最长，紫色波长最短。而眼睛的晶状体类似一个不完善的透镜，当不同色光通过晶状体时有不同的折射率，它们通过晶状体而聚焦在不完全相同的平面上，短波的紫光焦点最近，长波的红光焦点最远，如图3-12所示。由于人眼晶状体自动调节的灵敏度有限，所以不同波长的光波在视网膜上的映象就有了前后位置上的差异。例如，光波长的红、橙、黄等色，在视网膜的内侧成像，而光波短的绿、蓝、紫等色，则在视网膜的外侧成像，以致造成了前者各色显得比实际位置离眼睛近一些，后者各色给人远一些的视错印象。一般情形下，暖色具有膨胀、扩展、前进、轻盈的感觉，而冷色则富于收缩、内敛、后退、沉重的意味。从广义上讲，探讨色彩的膨缩感，其实也就揭示了冷暖感、进退感和轻重感等的视错现象，因为上述内容在视错生发原理上是大同小异的。在协调与运用色彩的膨缩感等规律进行色彩设计中，法国红白蓝三色国旗的色彩表达最具经典性。该旗帜的最初色彩匹配方案为完全符合物理真实的三条等距色带，可是这种色彩构成的效果，远看时总使人感到三色间的比例不够统一，即白色显宽，红色适中，蓝色显窄。后在有关色彩专家的建议下，把三者面积比例调整为33∶30∶37的搭配关系。至此，法国国旗不但体现出符合视觉生理等距离感的特殊色彩效果，并给人以庄重神圣的精神感受。

除色相具有鲜明的膨胀与收缩性视错的效果外，色彩的深浅、鲜浊也同样富有上述特质。例如，将等量面积的白色形状与黑色形状放置于相互衬托的背景中去时，则黑底上的白色明显使人感觉大于白底上的黑色。据说，中国人喜爱的围棋，在日本其黑子要比白子面积略大一些，这便是生产者考虑到了黑色的收缩性问题，从而通过明度视错作用致使二者产生了大小相同的视觉观感。将这一特点沿用到纯度色彩对照中也同样适用。比如同为面积相等的红色相，饱和度高的红色绝对给人大于饱和度低的红色的感受。

由此可见，色彩的膨缩性视错现象的形成是多元的，渗透到了构成色彩诸要素的各个领域。因此，设计者在应用色彩时，就应结合色彩对象的不同性质而对其予以有针对性的艺术创意方见成效。

利用色彩视错现象，可以解释“两小儿辩日”中的“太阳”在不同时间给人的大小远近不同感觉的现象。

两小儿辩日。一儿曰：“我以日始出时去人近，而日中时远也。”一儿曰：“我以日初出远，而日中时近也。”一儿曰：“日初出大如车盖，及日中则如盘盂，此不为远者小而近者大乎？”一儿曰：“日初出沧沧凉凉，及其日中如探汤，此不为近者热而远者凉乎？”（摘自《列子·汤问》）

上述自然现象主要是由色彩错觉造成的。早晨，日光斜射，通过大气层时折射角度大，色散现象明显，如图3-13所示，蓝紫光波长短，折射后损失较多，红光折射角度小，通过大气层后达到 A 点（早晨的位置），因此，早晨的日光呈现红色。而中午人们在 B 点处接受日光的直射，日光折射损失较小，呈现白色。

由于色彩错觉，红色对视觉有迫近和扩张的感觉，所以早晨的太阳显大；又因为早晨日光中的蓝紫光经折射后，能量损失较多，使得达到 A 点时日光的能量减小较多，所以中午的日光比早晨的日光温暖。

三、同时对比视错

同时对比视错，指人眼在同一空间和时间内所观察感受到的色彩对比的视错现象。即眼睛同时接受到迥然有别的色彩刺激后，使色觉遭遇到正确辨色的干扰而形成的特殊视觉状态。正如伊顿指出的：“这种同时出现的色彩，绝非客观存在，而只是发生于眼睛之中，它会引起一种兴奋的感情和强度不断变化的充满活力的颤动。”

基本规律：在同时对比时，毗邻色彩会改变或失掉原来的某些物质属性，并戏剧性地向对应的方面做同化或异化的转换，特别在色彩交接处表现得尤为突出，从而使彼此连接的色彩由于相互的影响与作用而展示出富有跳跃之感的新的视觉效果。一般来说，色彩对比关系越强烈，其异化性的视错效果越显著。例如：

①当明度各异的色彩参与同时对比时，明亮的颜色显得更加明亮，黯淡的颜色更加黯淡；

②当色相各异的色彩进行同时对比时，邻接的各色会偏向于将自己的补色残像推向对方，如红色与黄色搭配，眼睛时而把红色视为带蓝紫味的颜色，时而又把黄色视为带绿味的颜色；

③当互补色作为同时对比的因素时，由于受对比作用的影响，双方均展示出鲜艳饱满的色彩魅力，如红色与绿色组合，红色更红，绿色更绿，在对比过程中，红与绿都得到了充分的肯定及强调；

④当纯度各异的色彩同时对比时，饱和度高的颜色将会更加艳丽夺目，饱和度低的颜色则相对黯然失色；

⑤当冷暖各异的色彩参加同时对比时，冷色让人感到非常冷峻消极，暖色令人觉得极为热烈生动；

⑥当有彩色系与无彩色系的颜色进行同时对比时，有彩色系颜色的色觉稳定，无彩色系的颜色则明显倾向于有彩色系的补色残像，如红色与灰色并列，灰色会自动呈现绿灰的效果。

另外，当色彩的对比关系不够鲜明时，其同化性视错特征就会应运而生。例如，在对两块拥有共同蓝色素的蓝色与绿色做构成时，绿色中的黄味在被加强之际，它的蓝味被明显同化。所以这样的色彩匹配，最容易生发和谐静谧的调和效果。同化性视错的另一种表现形式是由小于人眼正常感知视觉物象的锥体细胞（直径4.9nm）所规范的。例如，当短而小的色点或细而长的色线被叠置于不同色相面上时，便会发生显著的色彩同化现象。例如，当在红底上布满黄色圆点或线条时，通过视觉生理机制的中和作用，即会使人产生明度及色相介乎于二者之间的橙色错觉等。

总之，色彩对比在艺术创作中最突出的造型魅力，就是它能够利用人眼的生理缺陷使彼此孤立的颜色不仅相互联系，而且还能够相互丰富，从而使整个色彩组合仿佛在“歌唱”。

四、深度错觉及应用

在平面上绘制立体图形，可能出现深度不明确的图形，会感受到图形的前后或上下深度的倒转，如图3-14所示，这种视错觉即深度错觉。

现实的立体物体，是以平面的形式反映在视网膜上。视觉系统强迫地将一个平面的图形感知为一个立体的图形。然而，在视网膜上，不同的立体物体可能会有相同的平面图像。这时，视觉系统就将平面图形感知为其中一个立体图形，但也可能会感知为另一个立体图形。同时，你的大脑在某个时间只能感觉到一种图像，而不可能同时感觉到两种图像。这一点跟“知觉模糊”类似。

视觉心理学家Richard Gregory指出：当人注视一个用金属丝做成的立方体时，很难自发产生深度知觉的翻转。这是因为用两只眼睛看，能够产生两眼视差，利用两眼视差就可以产生比较准确的深度知觉，而不发生翻转。如果闭上一只眼，那么将失去深度的信息而产生知觉的翻转。

利用深度错觉设计的暨南大学包装工程标志及含义，如图3-15所示。