作者：❄️固態二氧化碳❄️ (主頁)
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發表時間：2019年05月28日 12:33:57
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提示:文章比較長,想快速閱讀的可以直接從後面的色相表格處開始閱讀!

提前申明一句:本文並不否認RGB(RGI/RGV)和CMYK三原色,而是用RYB三原色改進軟件中常用的RGB(RGI/RGV)色相環,將RYB的三原色和三間色的分佈(每種顏色位置間隔60°)應用在色相環上,本質還是建立在RGB(RGI/RGV)發光系統的基礎上的。希望大家不要誤會!

RGI/RGV=Red,Green,Indigo/Violet
RYB=Red,Yellow,Blue
紅(Red):#FF0000(Hue=0°) 黃(Yellow):#FFFF00(Hue=60°) 綠(Green):#00FF00(Hue=120°) 藍(Blue):#0080FF(Hue=210°) 靛/藍紫(Indigo/Violet):#0000FF(Hue=240°)

紅綠靛/藍紫
紅黃藍
黑白灰

紅(Red):#FF0000(Hue=0°) 橙(Orange):#FF8000(Hue=30°) 黃(Yellow):#FFFF00(Hue=60°) 綠(Green):#00FF00(Hue=120°) 青/藍綠(Cyan):#00FFFF(Hue=180°) 藍(Blue):#0080FF(Hue=210°) 靛/藍紫(Indigo/Violet):#0000FF(Hue=240°) 紫(Purple):#FF00FF(Hue=300°)
黑(Black):#000000(Hue=undefined) 白(White):#FFFFFF(Hue=undefined) 灰(Gray/Grey):#808080(Hue=undefined)

寫這篇博文的動機

在美術,繪畫領域,用的最廣泛的色相環就是RYB(紅黃藍)色相環。將紅黃藍作爲三原色有着悠久的歷史,中國自古以來就有"青赤黃白黑"五正色的說法,除去黑白兩色,現在我們常說的紅黃藍,在古文中,就是寫作赤,黃,青(日語中至今還保留着這種寫法)。同時這五種正色也分別對應五行中的“木火土金水"。正如世間萬物由五行組成一樣,古人認爲由這五種基本顏色,可以組成各種各樣的顏色,組合得到的顏色被稱爲"間色"。
雖然現代科學研究表明,這三種顏色作爲三原色並不嚴謹,加法三原色(基於人眼)爲紅(R),綠(G),藍紫(I)(Indigo的簡稱,Indigo源自牛頓的七色說法(ROYGBIV),稱爲靛色),減法三原色(基於反射光)爲湖藍(C),玫紅(M),檸檬黃(Y)(見備註2,RYB不等於CMYK,兩者有一定的區別),但是由於其在藝術作品中被廣泛應用,有久遠的歷史,並且符合人類心理上的認知,比如在間色,互補色,以及顏色分佈等方面符合人的心理,因此它在藝術領域至今仍扮演者重要的角色,發揮着重要的作用。
比如說紅黃藍的三間色是橙綠紫,它們構成了六種基本顏色,即紅橙黃綠藍紫。在心理上,左邊三個顏色是暖色,而右邊三個顏色是冷色,冷暖色分佈比例正好是1比1,非常平均,左邊三個顏色與右邊三個顏色恰爲互補色,左暖右冷,正好形成了對比。而RGB(RGI/RGV)的三間色是黃色,青色(水色),紫色,六種基本顏色則分別爲紅黃綠青靛紫。青色和靛色都是介於兩種顏色之間的顏色,生活中並不怎麼常用,這六個顏色中,左邊的三個顏色和右邊的三個顏色不是嚴格的互補色,比如紅色對應的青色(水色),比綠色偏藍,紫色則對應成了綠色,但實際上應該是黃色,導致出現冷色對冷色的現象。因爲這六個顏色中,只有紅黃兩個顏色是暖色,其餘的四個顏色都是冷色,冷暖色比例爲2比1,十分不平衡,與心理學原理相悖。這也就證實了紅黃藍三原色符合心理認知這一觀點。

RGB三原色(嚴格地說是RGI,I
是Indigo,即靛色(紫藍色)(類似於顏料中的羣青),因爲RGB中的B偏向紫色一端,不是最正宗的Blue,也有把B稱爲V(Violet)的,即RGV,如果將靛色(RGI/RGV色相240°附近)的飽和度降低,可以發現其顏色明顯變紫,比如#8080FF和#6666CC)則是發光的三原色,這是考慮到人眼的視覺特性而設計的(後文會提到)。在電子圖像,計算機圖形領域,由於顯示器屬於物理光學設備,因此RGB(RGI/RGV)(紅綠靛/紅綠(藍)紫)(RGB(RGI/RGV)中的B(I/V)爲紫藍色,簡稱靛,是爲了與RYB中的,更正宗的藍色相區分)模型更加常見,這就導致了對應的RGB(RGI/RGV)色相環更加常見(如Photoshop之類的許多軟件的色環就是這樣設計的),而RYB色相環卻常常被忽略,但是真正符合人類心理學認知的色相環應該是RYB色相環,RGB(RGI/RGV)色相環存在很大的問題,那就是顏色分佈不均勻,在橙黃色區域範圍過於狹小,而在綠色和紫色區域範圍過大,也就是暖色區域小而冷色區域大(暖少冷多),與人類心理認知不符。這就造成了許多計算機領域的工作者對色相環,互補色認知的錯誤,也讓很多初學者進入了誤區。

然而,隨着計算機和網絡的迅速普及,這種計算機行業內的說法在書籍和網絡中廣爲流傳。網絡上的色環對比色,互補色基本上都是RGB(RGI/RGV)的版本,並不適用於色彩搭配。很多人對RYB和RGB(RGI/RGV)的色相環,互補色,傻傻分不清楚,而且人云亦云,自己不加任何思考,只要是書上的說法就認爲是權威的,沒有任何漏洞的,將某些所謂的專家,大師的話奉爲圭臬。這一點誤導了很多美術知識欠缺的人,同時也影響了部分美術,攝影行業的人,造成了很深的誤會。有些人,自以爲自己學了計算機,發光原理的相關的一點點知識,就到網上秀優越,寫文章解釋相關知識,殊不知這只是發光的原理,和美術中,心理學中的互補色大相徑庭,但是自己又不加思考,就把它們混爲了一談。計算機裏的光混色環,跟調色一點關係都沒有,這個色環也不適用於色彩搭配。我們不希望這種誤會持續發展下去,誤導了無知的新手小白,也希望喜歡設計的朋友們能對這一點有一個正確的認識。

因此,我們需要用一個更加合理的三原色和色相環代替RGB(RGI/RGV)色相環,而這個色相環,就是美術中的RYB(紅黃藍)色相環。找到了這個系統,下面我們需要做的就是找出它與RGB(RGI/RGV)系統的對應關係,也就是找到一個公式進行兩者之間的轉化,從而能定量地對RYB色相環進行描述,進而進入到實際應用中。

注:RYB色相環又名伊登色相環,它是由著名的美術和色彩學大師美國籍教師約翰斯·伊登(Johannes Itten,1888~1967)所著"色彩論"一書而來。它的設計特色是以三原色作爲基礎色相,這種色相環中每一個色相的位置都是獨立的,區分得相當清楚,排列順序和彩虹以及光譜的排列方式是一樣的。這些顏色相鄰間隔都一樣,共有6~12個互補色對,分別位於直徑對立的兩端,發展出12~24色相環。

引用:
在Photoshop裏因爲是光混,白色-紅色=青色,但不是說紅色跟青色是補色,它們只是在Photoshop和光混裏是補色,但是用在色彩搭配上並不是補色,紅色真正的補色是綠色。
來源:
攝影后期培訓“老師”用“假色環”黃藍不是補色|平面-攝影|教程|後期調色修圖教程 - 原創文章 - 站酷 (ZCOOL)

補充:現在廣爲流傳的RGB(RGI/RGV)色相環圖,在顏色的命名方面,也存在諸多問題(bug),問題如下:
1.300°對應的紫色寫成了"品紅"(備註1中會提到這個問題,品紅的真實色相在330°附近,而不是300°)。
2.210°和240°對應的顏色分別寫成靛色和藍色,事實上靛色應該排在藍色的後面。這可能是受到三原色藍的影響,三原色的藍(240°)並不是最正宗的藍,而是偏紫的靛色(紫藍色)(Indigo)。最正的藍色是210°的藍(Blue),240°則是靛色(紫藍色,飽和度降低後紫色更加明顯,比如#8080FF和#6666CC)。也就是說把這兩個顏色的位置搞反了。
3.270°對應的藍紫色(堇色)(Violet)寫成了紫色(Purple),這也是受到了"品紅"這個誤稱的影響(詳見備註1)。事實上270°的Violet是偏藍的紫色,也就是光譜中的那個紫色。而紫色(Purple)對應的是300°,也就是在1中說的被很多人誤稱爲了"品紅"的那個地方,而這裏對應的其實並不是"品紅",恰恰就是紫色(Purple)。

(其實現在三原色中的藍(靛色)用得已經比較少了,大多數都向蔚藍(Azure,也就是下面要介紹的RYB(紅黃藍)中的B(藍),RGI/RGV色相的210°,最正的藍)靠近了,證明大多數設計師心裏都清楚這一點。很久以前(比如DOS到95,98年代的軟件),由於技術原因,顏色位數有限,只能用顏色表裏的很少的顏色,很多顏色在數值上都只能湊整(顏色分量取的值很多時候都是0或255,RGI/RGV色相也基本上都是60的倍數),所以很多時候不得已,只能使用純色,導致計算機軟件裏的顏色單一,缺乏變化,且與實際有一定的偏差)

幾個基本概念

色相(Hue):色相是反映顏色種類的物理量,一般用字母H表示,單位是度(°),取值範圍一般是0°~360°(不包括360°),在本文中,將RGB(RGI/RGV)系統中的色相用大寫字母H表示,將RYB系統中的色相用小寫字母h表示

純色(Soild Color):顏色的三個分量只能爲0或最大值(一般是255),即三原色+三間色+黑白
RGI/RGV色相環八純色:紅黃綠青靛紫黑白
RYB色相環八純色:紅橙黃綠藍紫黑白
RYB色相環中的橙色,藍色比RGI/RGV色相環中的青色,靛色更加常用,RYB色相環的原色和間色比RGI/RGV色相環更符合人類對顏色的感知,因此更加合理。

冷色和暖色(Cool/Cold Color & Warm Color):
冷色(Cool/Cold Color):使人感到寒冷,涼爽,平靜,空曠,開闊,通透的顏色,往往使人產生後退感。主要包括綠色,藍色,紫色,有時也包括黑白灰,因爲自然界中天空,海洋,森林,水,冰,雪等透射的光傾向於這些顏色(在物理上它們主要吸收低頻光(紅橙黃光),反射高頻光(藍紫光)),而它們總是與寒冷或涼爽相關聯。在物理上,冷色指頻率較高的光,或者對應着較高的色溫。
暖色(Warm Color):使人感到熾熱,溫暖,激烈,熱烈,亦或是柔和,厚重的顏色,往往使人產生前進感,或是親切感。主要包括紅色,橙色,黃色,棕色(褐色/咖啡色),有時也包括偏暖(偏棕偏黃)的黑白灰,因爲自然界中太陽,火焰,熔岩,血液,大地,泥土等傾向於這些顏色(在物理上它們主要吸收高頻光(藍紫光),反射低頻光(紅橙黃光)),而它們總是與熾熱,溫暖,或是穩重相關聯。在物理上,暖色指頻率較低的光,或者對應着較低的色溫。
中性色(Neutral Color):介於暖色和冷色之間的顏色,有時指黑白灰,也有時指黃綠色,或者紫紅色。它們通常不會直接給人寒冷或溫暖的感受,需要根據其他顏色的搭配來判斷冷暖傾向,在不同的環境下,會呈現出不同的屬性。

互補色(Complementary Color):色相差爲180°的兩個顏色
美術界公認的三對互補色:紅↔綠橙↔藍黃↔紫 (左邊是暖色,右邊是冷色)
RYB色相環的互補色與之正好相符,而RGI/RGV色相環則偏差較大(紅↔青藍橙黃↔藍(唯一的相符) 黃↔藍紫(大致相符) 綠↔紫)

下面兩點許多的人都容易混淆,一定要注意區別!
光學互補色(Optical Complementary Color):RGB(RGI/RGV)色相環上色相差爲180°的兩個顏色,兩者疊加後可以得到白色,吸收其中一種顏色物質會呈現出對應的另一種顏色,如:紅↔青(綠藍),橙~金黃↔藍,檸檬黃↔藍紫,綠↔紫,春綠~玫紅
美術互補色(Artistic Complementary Color):RYB色相環上色相差爲180°的兩個顏色,也可簡稱爲互補色(Complementary Color),視覺反差最大的兩種顏色,常運用於藝術設計和色彩搭配中，如:紅↔綠,橙↔藍,黃↔紫

聲與光的物理學原理
聲音是一種機械波(Mechanical Wave),它有振幅(響度),頻率,音色等屬性,其中的頻率決定着聲音的高低,頻率越低,音調越低,聽起來越有熱情,雄渾,粗獷而強壯的感覺(有時候也稱爲暖聲),頻率越高,音調越高,聽起來越有清涼,空虛,尖而細小的感覺(有時候也稱爲冷聲)。人耳對聲音的感知存在一個範圍,頻率在20~20000Hz之間,超過這個範圍便聽不見,如果頻率低於20Hz,則稱爲次聲波(Infrasound),如果頻率高於20000Hz,則稱爲超聲波(Ultrasound)。
與聲音類似,光波是一種電磁波(Electromagnetic Wave),它也有振幅(強度),頻率,不同的頻率決定了光線顏色的不同,頻率越低(色溫越低),感覺越溫暖,頻率越高(色溫越高),感覺越寒冷。(色溫指顏色對應的黑體輻射中黑體的溫度,與頻率成正比,不是感知上的冷暖溫度)。人眼對光波的感知也存在一個範圍,頻率在330~810THz之間,超過這個範圍就不可見,頻率低於330THz爲紅外線(Infrared),高於810THz則爲紫外線(Ultraviolet)。
類似於音樂中的音高(Pitch),反映了聲音的頻率高低,美術中的色相(Hue),反映的就是顏色的種類,也就是與之等價的可見光的頻率高低。
有關聲音和光的冷暖感的詳細介紹,可以參見我的一篇博文:
鏈接:(原創)[心理感想]聲音也有溫度和冷暖?無處不在的聯覺,談談我所認爲的聯覺,色彩、聲音與溫度冷暖之間的通感,色彩和聲音的冷暖 - 固態二氧化碳的博客 - CSDN博客

可見光譜,光的顏色與波長,頻率,色相對應關係表

可見光顏色	紅(Red)	橙(Orange)	黃(Yellow)	綠(Green)	青/綠藍(Cyan/Greenish Blue)	藍(Blue)	靛/紫藍(Indigo/Purplish Blue)	藍紫(光譜紫/堇色)(Violet/Bluish Purple)	紫(正紫)(Purple)
中心波長 λ(nm)	660(極限900)	600	580	530	490	470	435	415 (極限370)	N/A
中心頻率 f/ν(THz)	450(極限330)	500	520	560	610	640	690	720 (極限810)	N/A
色相(RGB/RGI/RGV) H(°)	0	30	50	120	180	210	240	270 (極限285)	300
色相(RYB) h(°)	0	60	105	180	210	240	270	285 (極限292.5)	300

←波長增加,頻率降低,色調變暖

波長減少,頻率升高,色調變冷→

電子設備中的RGB(RGI/RGV)(Red,Green,Indigo/Violet)三原色發光系統中的三原色波長分別是660nm,530nm,435nm,頻率是450THz,560THz,690THz,對應的顏色是紅色(Red),綠色(Green),靛色(紫藍色)(Indigo/Violet)

之所以選擇紅,綠,靛作爲發光的三原色,是因爲人眼內有三種視錐細胞,分別對低頻(紅色),中頻(綠色),高頻(藍紫色)光波敏感,任何頻率的光射入人眼後都會變成這三種細胞的響應程度,進而感覺到不同的顏色。比如強度爲2的,頻率爲450THz的紅光,和強度爲1,頻率爲560THz的綠光共同射入人眼後產生的三種視錐細胞的響應,與強度爲3,頻率爲500THz的橙光產生的三種視錐細胞的響應是相同的,所以人感覺到的顏色也是一樣的,因此對於人而言,這兩種光線幾乎是等價的。所以我們可以用三種光線不同比例的混合,來代替不同頻率的單色光,在硬件方面,設計起來也更加方便。
(這裏有一個細節要注意,對高頻敏感的視錐細胞感受的顏色是藍紫色(頻率約690THz),而不是比較正宗的藍色(蔚藍色)(頻率約640THz),所以RGB(RGI/RGV)中的B(I/V)用的是靛色(偏紫色)(690THz),而不是正宗的藍色(640THz))

下面進入正題

在美術,繪畫領域,用的最廣泛的色相環就是RYB(紅黃藍)色相環,然而,在電子圖像,計算機圖形領域,RGB(RGI/RGV)(紅綠靛/紅綠(藍)紫)模型更加常見,導致對應的RGB(RGI/RGV)色相環更加常用,而RYB色相環卻常常被忽略,但是真正符合人類心理學認知的色相環應該是RYB色相環,這就造成了許多計算機領域的工作者對色相環,互補色認知的錯誤,也讓很多初學者進入了誤區。

RGB三原色(嚴格地說是RGI,I是Indigo,即靛色(紫藍色)(類似於顏料中的羣青),因爲RGB中的B偏向紫色一端,不是最正宗的Blue,也有把B稱爲V(Violet)的,即RGV,如果將靛色(RGI/RGV色相240°附近)的飽和度降低,可以發現其顏色明顯變紫,比如#8080FF和#6666CC)是計算機發光的三原色,符合物理光學原理,然而,RGB(RGI/RGV)色相環存在很大的問題,那就是顏色分佈不均勻,在橙黃色區域範圍過於狹小,而在綠色和紫色區域範圍過大,與人類心理認知不符。
此外RGB(RGI/RGV)色相環的互補色(色相差爲180°的兩個顏色)也存在問題,紅色的互補色爲青色(綠藍色,水色)(真實的互補色是綠色),而紫色的互補色爲綠色(真實的互補色是黃色)。

爲了改善這一問題,改用美術中常用的RYB三原色設計色相環(更符合心理學原理),其中的B修正到RGB(RGI/RGV)中色相爲210°的位置(#0080FF),也就是把Indigo修正爲最正宗的Blue,RYB三原色分別對應RYB色相環的0°,120°,240°的位置(對應RGB(RGI/RGV)色相分別爲0°,60°,210°),三間色則爲OGP(Orange,Green,Purple),位於RYB色相環60°,180°,300°的位置(對應RGB(RGI/RGV)色相分別爲30°,120°,300°)。
此外,在RGB(RGI/RGV)色相20°~40°之間的顏色(橘紅色向橙黃色過渡),變化速度較快,幅度較大,因此將RGB(RGI/RGV)色相環中的20°(硃紅色,橘紅色)和40°(琥珀色,橙黃色)的位置分別對應RYB中的30°和90°的位置,而不是純粹按照線性變化分別對應40°和80°的位置。

根據以上理論,可以得到RGB(RGI/RGV)與RYB色相對應表格,進而推出RGB(RGI/RGV)與RYB色相轉化公式。

RGB(RGI/RGV)與RYB色相對應表

RGB(RGI/RGV)色相 H(°)	RYB色相 h(°)	對應顏色	備註(RYB)	冷暖性	互補色冷暖性	互補色(RYB)	互補色RYB色相 h̄(°)	互補色RGB(RGI/RGV)色相 H̄(°)
0	0	紅色/赤紅(Red)	原色	暖色	冷色	綠色(Green)	180	120
10	15	猩紅(Scarlet)	四次色	暖色	冷色	春綠(Spring Green)	195	150
20	30	硃紅(Vermilion)	三次色	暖色	冷色	青色/水色(Cyan/Aqua)	210	180
30	60	橙色(Orange)	間色(二次色)	暖色(暖極)	冷色(冷極)	藍色/蔚藍(Blue/Azure)	240	210
40	90	琥珀色(Amber)	三次色	暖色	冷色	靛色(Indigo)	270	240
50	105	金色(Gold)	四次色	暖色	冷色	堇色/藍紫色/紫羅蘭色(Violet)	285	270
60	120	黃色/檸檬黃(Yellow/Lemon)	原色	暖色	冷色	紫色(Purple)	300	300
75	135	酸橙色/亮黃綠/檸檬綠(Lime)	四次色	中性色	中性色	紫紅色(Fuchsia)	315	315
90	150	黃綠色(Chartreuse)	三次色	微冷	微暖	玫紅(Rose)	330	330
105	165	偏黃的綠(Harlequin)	四次色	冷色	暖色	緋紅(Crimson)	345	345
120	180	綠色(Green)	間色(二次色)	冷色	暖色	紅色/赤紅(Red)	0	0
150	195	春綠(Spring Green)	四次色	冷色	暖色	猩紅(Scarlet)	15	10
165	202.5	薄荷綠(Mint Green)	五次色	冷色	暖色	偏橙的紅(Orange-Red)	22.5	15
180	210	青色/水色(Cyan/Aqua)	三次色	冷色	暖色	硃紅(Vermilion)	30	20
195	225	天藍(Sky Blue)	四次色	冷色	暖色	偏紅的橙(Red-Orange)	45	25
210	240	藍色/蔚藍(Blue/Azure)	原色	冷色(冷極)	暖色(暖極)	橙色(Orange)	60	30
240	270	靛色(Indigo)	三次色	冷色	暖色	琥珀色(Amber)	90	40
255	277.5	羣青(Ultramarine)	五次色	冷色	暖色	偏橙的黃(Orange-Yellow)	97.5	45
270	285	堇色/藍紫色/紫羅蘭色(Violet)	四次色	冷色	暖色	金色(Gold)	105	50
300	300	紫色(Purple)	間色(二次色)	冷色	暖色	黃色/檸檬黃(Yellow/Lemon)	120	60
315	315	紫紅色(Fuchsia)	四次色	中性色	中性色	酸橙色/亮黃綠/檸檬綠(Lime)	135	75
330	330	玫紅(Rose)	三次色	微暖	微冷	黃綠色(Chartreuse)	150	90
345	345	緋紅(Crimson)	四次色	暖色	冷色	偏黃的綠(Harlequin)	165	105
(360)	(360)	(紅色/赤紅(Red))	(原色)	(暖色)	(冷色)	(綠色(Green))	(180)	(120)

表中每個相鄰顏色之間RGB(RGI/RGV)色相和RYB色相對應函數關係均爲線性關係

RGB(RGI/RGV)與RYB色相轉化公式
記RGB(RGI/RGV)色相爲H(°),RYB色相爲h(°)

RGB(RGI/RGV)色相(H)轉RYB色相(h)
$h =\left\{ \begin{aligned} & \frac{3}{2}H & (0≤H<20) \\ & 3(H-20)+30 & (20≤H<40) \\ & \frac{3}{2}(H-40)+90 & (40≤H<60) \\ & H-60+120 & (60≤H<120) \\ & \frac{1}{2}(H-120)+180 & (120≤H<180) \\ & H-180+210 & (180≤H<240) \\ & \frac{1}{2}(H-240)+270 & (240≤H<300) \\ & H & (300≤H<360) \end{aligned} \right. % =\left\{ \begin{aligned} & \frac{3}{2}H & (0≤H<20) \\ & 3H-30 & (20≤H<40) \\ & \frac{3}{2}H+30& (40≤H<60) \\ & H+60 & (60≤H<120) \\ & \frac{1}{2}H+120 & (120≤H<180) \\ & H+30 & (180≤H<240) \\ & \frac{1}{2}H+150 & (240≤H<300) \\ & H & (300≤H<360) \end{aligned} \right.$
RYB色相(h)轉RGB(RGI/RGV)色相(H)
$H =\left\{ \begin{aligned} & \frac{2}{3}h & (0≤h<30) \\ & \frac{1}{3}(h-30)+20 & (30≤h<90) \\ & \frac{2}{3}(h-90)+40 & (90≤h<120) \\ & h-120+60 & (120≤h<180) \\ & 2(h-180)+120 & (180≤h<210) \\ & h-210+180 & (210≤h<270) \\ & 2(h-270)+240 & (270≤h<300) \\ & h & (300≤h<360) \end{aligned} \right. % =\left\{ \begin{aligned} & \frac{2}{3}h & (0≤h<30) \\ & \frac{1}{3}h+10 & (30≤h<90) \\ & \frac{2}{3}h-20 & (90≤h<120) \\ & h-60 & (120≤h<180) \\ & 2h-240 & (180≤h<210) \\ & h-30 & (210≤h<270) \\ & 2h-300 & (270≤h<300) \\ & h & (300≤h<360) \end{aligned} \right.$
美術(RYB)互補色在計算機(RGB(RGI/RGV))中的計算方法

記某顏色的RGB(RGI/RGV)色相爲H(°),RYB色相爲h(°),其美術(RYB)互補色的RGB(RGI/RGV)色相爲H̄(°),RYB色相爲h̄(°)

根據互補色的定義,有
$\overline{h} =\left\{ \begin{aligned} & h+180 & (0≤h<180) \\ & h-180 & (180≤h<360) \end{aligned} \right.$
現在我們要尋找的是原始色和它的美術互補色在計算機色相中的關係,即H和H̄的關係

根據前面的公式,有
$\overline{h} =\left\{ \begin{aligned} & \frac{3}{2}H+180 & (0≤H<20) \\ & 3H-30+180 & (20≤H<40) \\ & \frac{3}{2}H+30+180& (40≤H<60) \\ & H+60+180 & (60≤H<120) \\ & \frac{1}{2}H+120-180 & (120≤H<180) \\ & H+30-180 & (180≤H<240) \\ & \frac{1}{2}H+150-180 & (240≤H<300) \\ & H-180 & (300≤H<360) \end{aligned} \right. % =\left\{ \begin{aligned} & \frac{3}{2}H+180 & (0≤H<20) \\ & 3H+150 & (20≤H<40) \\ & \frac{3}{2}H+210& (40≤H<60) \\ & H+240 & (60≤H<120) \\ & \frac{1}{2}H-60 & (120≤H<180) \\ & H-150 & (180≤H<240) \\ & \frac{1}{2}H-30 & (240≤H<300) \\ & H-180 & (300≤H<360) \end{aligned} \right.$
最後可以得到
$\begin{aligned} \overline{H} & =\left\{ % \begin{aligned} & \frac{2}{3}\overline{h} & (0≤\overline{h}<30\ ,\ 120≤H<180) \\ & \frac{1}{3}\overline{h}+10 & (30≤\overline{h}<90\ ,\ 180≤H<240) \\ & \frac{2}{3}\overline{h}-20 & (90≤\overline{h}<120\ ,\ 240≤H<300) \\ & \overline{h}-60 & (120≤\overline{h}<180\ ,\ 300≤H<360) \\ & 2\overline{h}-240 & (180≤\overline{h}<210\ ,\ 0≤H<20) \\ & \overline{h}-30 & (210≤\overline{h}<270\ ,\ 20≤H<40) \\ & 2\overline{h}-300 & (270≤\overline{h}<300\ ,\ 40≤H<60) \\ & \overline{h} & (300≤\overline{h}<360\ ,\ 60≤H<120) \end{aligned} \right. \\ % & =\left\{ \begin{aligned} & 2(\frac{3}{2}H+180)-240 & (0≤H<20) \\ & 3H+150-30 & (20≤H<40) \\ & 2(\frac{3}{2}H+210)-300 & (40≤H<60) \\ & H+240 & (60≤H<120) \\ & \frac{2}{3}(\frac{1}{2}H-60) & (120≤H<180) \\ & \frac{1}{3}(H-150)+10 & (180≤H<240) \\ & \frac{2}{3}(\frac{1}{2}H-30)-20 & (240≤H<300) \\ & H-180-60 & (300≤H<360) \end{aligned} \right. % =\left\{ \begin{aligned} & 3H+120 & (0≤H<20) \\ & 3H+120 & (20≤H<40) \\ & 3H+120 & (40≤H<60) \\ & H+240 & (60≤H<120) \\ & \frac{1}{3}H-40 & (120≤H<180) \\ & \frac{1}{3}H-40 & (180≤H<240) \\ & \frac{1}{3}H-40 & (240≤H<300) \\ & H-240 & (300≤H<360) \end{aligned} \right. \\ % & =\left\{ \begin{aligned} & 3H+120 & (0≤H<60) \\ & H+240 & (60≤H<120) \\ & \frac{1}{3}H-40 & (120≤H<300) \\ & H-240 & (300≤H<360) \end{aligned} \right. \end{aligned}$
這就是美術(RYB)互補色在計算機(RGB(RGI/RGV))中的計算公式

大家應該都看出來了,化簡之後的公式形式十分簡潔,因爲有幾段區間的函數表達式完全一樣而合併了。究其原因,就是因爲RYB色相環和互補色設計得十分對稱,所以十分合理。
RGI/RGV色相[0°,60°]區間爲紅橙黃(暖色)區間對應的美術互補色的RGI/RGV色相區間是[120°,300°]區間,即綠藍紫(冷色)區間,互補色剛好一一對應。[0°,60°]區間按照變化速度分成了三段,分別爲[0°,20°](紅橙色),[20°,40°](橙黃色),[40°,60°](黃色),對應的[120°,300°]區間按照變化速度也分成了三段,分別爲[120°,180°](綠-青藍色),[180°,240°](青藍-靛紫色),[240°,300°](紫色),也剛好一一對應。所以這三段區間在公式中化簡後的形式就一樣了,於是就可以合併爲一段了。剩下的(60°,120°]區間(黃綠區間,暖色向冷色過渡),對應的則是(300°,360°]區間(紫紅區間,冷色向暖色過渡),也剛好是對應的。
因此這就是RYB互補色設計得十分合理的體現。這使得原來的八段(四段對四段)函數也因此變成了四段函數(兩段對兩段),從而簡化了計算量,大大方便了計算。

RGI/RGV色相環上的暖色區間爲[320°,64°),冷色區間爲[80°,304°),中性色區間爲[64°,80°)和[304°,320°)。
RYB色相環上的暖色區間爲[320°,124°),冷色區間爲[140°,304°),中性色區間爲[124°,140°)和[304°,320°)。
暖色區間和冷色區間在RGI/RGV色相環上的跨度分別爲104°和224°,暖色區間明顯窄於冷色區間,分佈不均衡。而暖色區間和冷色區間在RYB色相環上的跨度均爲164°,分佈十分平均。這也是RYB色相環的優點之一,即顏色分佈均勻。

將以上公式寫成C語言函數,代碼實現如下

#include <math.h>

float RGI2RYBh(float H)
{
    H=fmodf(H,360.0); //浮點數取餘,將角度標準化到[0°,360°)區間
    if(H<20.0) return H*1.5;
    else if(H<40.0) return H*3.0-30.0;
    else if(H<60.0) return H*1.5+30.0;
    else if(H<120.0) return H+60.0;
    else if(H<180.0) return H/2.0+120.0;
    else if(H<240.0) return H+30.0;
    else if(H<300.0) return H/2.0+150.0;
    else return H;
}

float RYB2RGIh(float h)
{
    h=fmodf(h,360.0); //浮點數取餘,將角度標準化到[0°,360°)區間
    if(h<30.0) return h*2.0/3.0;
    else if(h<90.0) return h/3.0+10.0;
    else if(h<120.0) return h*2.0/3.0-20.0;
    else if(h<180.0) return h-60.0;
    else if(h<210.0) return h*2.0-240.0;
    else if(h<270.0) return h-30.0;
    else if(h<300.0) return h*2.0-300.0;
    else return h;
}

float RGIcomple(float H)
{
    H=fmodf(H,360.0);                   //浮點數取餘,將角度標準化到[0°,360°)區間
    if(H<60.0) return H*3.0+120.0;      //暖色區間
    else if(H<120.0) return H+240.0;    //暖色-冷色區間
    else if(H<300.0) return H/3.0-40.0; //冷色區間
    else return H-240.0;                //冷色-暖色區間
}

測試:
RGI2RYBh(20.0) 返回30.0
RGI2RYBh(30.0) 返回60.0
RGI2RYBh(64.0) 返回124.0
RGI2RYBh(168.0) 返回204.0
RGI2RYBh(210.0) 返回240.0
RGI2RYBh(260.0) 返回280.0
RGI2RYBh(340.0) 返回340.0

RYB2RGIh(60.0) 返回30.0
RYB2RGIh(102.0) 返回48.0
RYB2RGIh(128.0) 返回68.0
RYB2RGIh(190.0) 返回140.0
RYB2RGIh(210.0) 返回180.0
RYB2RGIh(228.0) 返回198.0
RYB2RGIh(265.0) 返回235.0

RGIcomple(340.0) 返回100.0
RGIcomple(0.0) 返回120.0
RGIcomple(10.0) 返回150.0
RGIcomple(20.0) 返回180.0
RGIcomple(30.0) 返回210.0
RGIcomple(40.0) 返回240.0
RGIcomple(60.0) 返回300.0

總結

RGB(RGI/RGV)色相環存在的問題:
1.純藍色不正宗,RGB(RGI/RGV)的純藍並不位於藍色色相的中心(RGI/RGV色相210°附近),而是偏向紫色一端,按照牛頓的七色說法,實際上應該是靛色。如果將靛色(RGI/RGV色相240°附近)的飽和度降低,可以發現其顏色明顯變紫,比如#8080FF和#6666CC
(其原因是人眼中對高頻光波敏感的視錐細胞所感受的顏色是藍紫色(頻率約690THz),而不是正宗的藍色(頻率約640THz)。而RGB(RGI/RGV)爲光學原理,需要照顧到人眼的視覺感受,所以其中的B(I/V)採用的是偏紫的靛色而不是純正的藍色)
2.顏色分佈不均勻,在橙黃色(暖色)區域範圍過於狹小,而在綠色和紫色(冷色)區域範圍過大,與人類心理認知不符
3.互補色存在問題。在RGB(RGI/RGV)色相環中,紅色的互補色爲青色(綠藍色,水色)(真實的互補色是綠色),而紫色的互補色爲綠色(真實的互補色是黃色)

RYB色相環特點:
1.顏色分佈比較均勻
2.互補色符合人類的心理認知
3.顏色分佈對稱,如:
①以紅色爲中心,330°爲玫紅色,0°爲紅色,30°爲硃紅色 (RGB(RGI/RGV)中分別爲玫紅色,紅色和橙色)
②以黃色爲中心,105°爲金色(黃略偏橙),120°爲黃色,135°爲酸橙色(黃略偏綠)
③以藍色爲中心,210°爲青色(藍+綠),240°爲藍色(蔚藍),270°爲靛色(藍+紫) (RGB(RGI/RGV)中分別爲藍色,靛色和堇色)
④以紫色爲中心,285°爲堇色(藍紫色),300°爲紫色,315°爲紫紅色 (RGB(RGI/RGV)中270°,300°,330°分別爲堇色,紫色和玫紅色。270°(堇色)關於紫色對稱的位置,330°,是玫紅色,而並不是紫紅色)

備註

1.網頁中標準紫色RGB爲(128,0,128) (#800080 對應RGB色相300°),是一種深紫色,如果將明度提高,變成(255,0,255) (#FF00FF 對應RGB色相300°),則得到偏亮的紫色,也可以叫紫色(Purple)。而品紅(Magenta)最初的含義是一種化學染料的名稱,其名稱源於意大利一次獨立戰爭(1859年)的地名,這種染料呈玫紅色,也就是現在印刷業中常用的CMYK系統中的顏色之一,其色值爲(228,0,127) (#E4007F 對應RGB色相327°),是一種玫紅色(Rose)。
而有的人把亮紫色稱爲"品紅",但是事實上這種所謂的"品紅"與最初含義的品紅,也就是和化學和印刷業中的品紅相去甚遠,有明顯的差異,並非真正意義上的品紅,實際上是一種誤稱。#FF00FF與網頁中的紫色(#800080)具有相同的色相,因此屬於紫色的一種。如果非要將兩者區分,則可以將#FF00FF稱爲「亮紫」(Light Purple)。在一般情況下,#FF00FF完全可以稱爲紫色(Purple),沒有任何問題,但是稱爲"品紅"會感覺十分突兀,違和感很強。(這也是我第一次看到"品紅"這個名字的時候感到比較奇怪的原因,因爲我覺得它一點也不紅,而是非常的紫,很標準的紫。而且明明可以用一個字描述的顏色,非要用兩個字表示,有種捨近求遠的感覺。後來瞭解了CMYK了以後才知道,真正的品紅是CMYK裏面的那個,那纔是真正的"紅",而這個所謂的"品紅"(事實上是紫色)只不過是一個誤稱,一個以訛傳訛的叫法罷了。當初這樣叫的人,估計是爲了偷懶,把RGB裏的二次色和CMYK直接對應了起來,殊不知RGB裏的二次色實際上是CPY,而並非CMY。所以我平時說#FF00FF的時候都會說成紫色,或者Purple,簡稱P)
此外,有的地方把#FF00FF稱爲Fuchsia也是一種誤稱,因爲表中Fuchsia對應的是紫紅色,也就是#FF00BF(對應RGB色相315°),並非#FF00FF(紫色,Purple)。
所以,真正意義上的Purple是#FF00FF,Fuchsia是#FF00BF,Magenta是#E4007F。

還記得我們高中時化學中檢驗二氧化硫的方法嗎?就是把氣體通入品紅溶液,觀察是否褪色,因爲二氧化硫具有漂白性。還有高中生物裏的醋酸洋紅液和改良苯酚品紅染液(低溫誘導染色體加倍實驗中的),它們的作用都是給染色體染色的。如果你親自做過實驗,就知道這些溶液的顏色是什麼了,它們和印刷業中的品紅顏色十分相似,然而和#FF00FF卻完全不像。這也就印證了我剛纔的說法,這實際上是一種誤稱,而並非化學中的,真正意義上的品紅染料的顏色。

2.RYB(紅黃藍)不等於CMYK,切記切記!雖然兩者均爲減法混色原理,但CMYK是印刷採用的四原色,其中的C是青色(湖藍色)(與RGB(RGI/RGV)中的00FFFF(青色,藍綠色,水綠)有一定的差異),M是品紅(玫紅色),與純正的藍色和紅色有所出入。而RYB是美術中使用的三原色,R是大紅(赤紅),B是蔚藍,也就是最純正的紅色和藍色。兩者最主要的區別在於其二次色,CMYK中玫紅+黃色=大紅,玫紅+湖藍=靛色(藍紫),而RYB中紅+黃=橙,紅+藍=紫,有明顯的區別。CMYK更符合印刷紙張的化學和光學特性,因此在印刷和化工行業被廣泛採用。而RYB相比CMYK和RGB(RGI/RGV)更符合人類心理學上對顏色(原色,二次色,互補色)的認知,因此在美術和藝術領域大行其道,被藝術家廣泛採納。

3.本文中的RYB(紅黃藍)並非指減色系統的顏料紅黃藍,本質上仍然是建立在計算機的RGI/RGV(紅綠靛)發光系統上的。RYB指的是將紅,黃,藍三原色放置在色相環上三等分點的位置,三原色之間進行平滑漸變,組成色相環,從而達到和美術減法色顏料構成的RYB色相環相同的效果

附表1:RYB十二色相環顏色表(常見稱法用正體表示)

RYB色相 h(°)	顏色	代碼	RGB(RGI/RGV)色相 H(°)	備註
0	紅色/赤紅(Red)	FF0000	0	原色
30	硃紅(Vermilion)	FF5500	20	三次色
60	橙色(Orange)	FF8000	30	間色(二次色)
90	琥珀色(Amber)	FFAA00	40	三次色
120	*黃色/檸檬黃(Yellow/Lemon)*	FFFF00	60	原色
150	黃綠色(Chartreuse)	80FF00	90	三次色
180	綠色(Green)	00FF00	120	間色(二次色)
210	青色/水色(Cyan/Aqua)	00FFFF	180	三次色
240	*藍色/蔚藍(Blue/Azure)*	0080FF	210	原色
270	靛色(Indigo)	8080FF(0000FF)	240	三次色
300	紫色(Purple)	FF00FF	300	間色(二次色)
330	玫紅(Rose)	FF0080	330	三次色
(360)	(紅色/赤紅(Red))	(FF0000)	(360)	(原色)

(注:"靛色"一行中括號內的值爲原RGB(RGI/RGV)中的值(0000FF),括號外的數值是修正後的值(8080FF),這是爲了保持從藍色到紫色過渡過程中明度的平滑漸變。在修正之前,從藍色到紫色過渡的過程中會出現先變深,再變淺的現象,與視覺感知不符)

附表2:RGB(RGI/RGV)十二色相環顏色表(常見稱法用正體表示,灰色備註代表與RYB色相環不相符的原色/間色)

RGB(RGI/RGV)色相 H(°)	顏色	代碼	RYB色相 h(°)	備註
0	紅色/赤紅(Red)	FF0000	0	原色
30	橙色(Orange)	FF8000	60	三次色
60	黃色/檸檬黃(Yellow/Lemon)	FFFF00	120	間色(二次色)
90	黃綠色(Chartreuse)	80FF00	150	三次色
120	綠色(Green)	00FF00	180	原色
150	春綠(Spring Green)	00FF80	195	三次色
180	青色/水色(Cyan/Aqua)	00FFFF	210	間色(二次色)
210	藍色/蔚藍(Blue/Azure)	0080FF	240	三次色
240	靛色(Indigo)	0000FF	270	原色
270	堇色/藍紫色/紫羅蘭色(Violet)	8000FF	285	三次色
300	紫色(Purple)	FF00FF	300	間色(二次色)
330	玫紅(Rose)	FF0080	330	三次色
(360)	(紅色/赤紅(Red))	(FF0000)	(360)	(原色)

RYB,RGI/RGV十二色相環效果圖

RYB十二色相環

RGI/RGV十二色相環

(原創)用紅黃藍RYB色相環(伊登色相環)代替RGB(RGI/RGV)色相環

寫這篇博文的動機

幾個基本概念

下面進入正題

總結

備註

(原創)用紅黃藍RYB色相環(伊登色相環)代替RGB(RGI/RGV)色相環

(原創)[短小精悍系列]RGB(RGI/RGV)顏色明度(亮度)計算公式 (又稱灰度公式,彩色照片轉黑白照片時能派上用場)

#FF00FF(255,0,255)應該是紫色,把#FF00FF稱爲“品紅”(“洋紅”)是一種誤稱

[概率論]圖像裏的“白噪聲”——電視機搜不到臺時雪花斑點的形成原因

計算機圖像處理入門基礎知識——色域，色彩空間和色彩管理

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