书城科普读物探究式科普丛书-五彩缤纷的光
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第4章 光色变化——光的物理现象(1)

第一节视觉“享受”——光与色的结合

1.光与视觉

社会生活经验证明,人们对色彩的认识与应用是通过发现光与色的差异,寻找它们之间的内在联系来实现的。在不断地实践和总结中,我们得出了一个最朴素也是最重要的结论:如果没有光就没有颜色。白天,人们能看到五色的物体,但是在漆黑无光的夜晚就会什么也看不见。只有当有灯光照明的情况下,物体及其色彩才可以看得见。

英国的科学家牛顿解开了光色之谜。17世纪后半期,牛顿为了提高刚发明不久的望远镜的清晰度,开始从光线通过玻璃镜的现象研究光色。1666年,他进行了着名的色散实验。

牛顿把一间房子关得漆黑,仅仅在窗户上开出一条窄缝。当太阳光射进来的时候,使它通过一个三角形挂体的玻璃三棱镜,结果他看到了“意外的奇迹”:在房子对面的墙上出现了一条七色组成的光带,这七种颜色的光按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序一色紧挨一色地排列着,像是雨过天晴时出现的彩虹。同时,牛顿为了进一步证明,又将七色光束再次通过一个三棱镜,在对面的墙上看到的则是还原成的白光。事实上,这条七色光带就是太阳光谱。

在牛顿之后,大量的科学研究结果告诉我们,色彩是以色光为主体的客观存在,而对于人眼来说,则是一种视象感觉。我们为什么会产生这种感觉呢?它源于三种因素,即光、物体对光的反射及人的视觉器官——眼睛。

一般来说,不同波长的可见光投射到物体上,一部分波长的光被吸收,另一部分波长的光则被反射出来刺激人的眼睛。经过视神经传递到大脑后,人便形成了对物体的色彩信息,也就是我们常说的“人的色彩感觉”。

2.眼见一定为实吗

俗语中“耳听为虚,眼见为实”的这种说法,是千百年来的经验之谈,被人们奉为真理。但是,人眼所见的就一定真实吗?答案是否定的。比如,在法庭上,对于一个人“没有其他辅助证据”的“亲眼所见”,法官们是不会承认的。

当然,我们不可否认的是,人的眼睛是感觉器官中最直接、最能反映事物原貌的,这一点已经无可置疑地被科学家们所证实,视觉观察的结果对于大脑判断最为重要。通常,人的大脑把视觉和触觉所获得的信息分开加以处理,而不是将它们联合起来,在感觉中,尽管某些时候触觉信息比视觉信息更可靠,但我们总不由自主地相信视觉。

那么,到底是什么原因在作怪,使人眼所看到的并不是事实呢?也就是自己亲眼看得真真切切的东西却可能并不是实际的情形呢?这是有一定科学根据的:

(1)人眼是有视觉限制的。

正常人的眼睛在接触到光线后,会产生视觉现象。但是,并不是一切光线都能使人产生视觉,因为人眼有它特殊的构造。因此,每一个正常人的眼睛,也可以说是很有“缺陷的”。

(2)人脑有时会把非现实的信息予以合理化,创造出自己的一套逻辑。

事实上,有时候你所看到的任何事情都不能去完全相信。研究人员发现,某些时候,你认为你正在做的事和你实际上正在做的事是不同的,因为它们会在大脑的不同部位显示,这就会让你产生错觉。

一位科学家创造了一个虚拟实境电视游乐器,并对猴子进行实验。结果显示,大脑时常可将非现实的信息予以合理化,创造出自己的一套逻辑。比如说,当你第一次戴上一副双焦点的老花眼镜时,会发现,手触摸到的周围环境和眼睛所看到的景象是不大一样的。之后,大脑渐渐地进行调整,视觉与触觉的差异才能消除。

(3)人的认识习惯往往会使他们忽略事物的真实面貌。

成语中“一见钟情”指的是人们第一次看到某一事物就很喜爱。

但这种对于事物的认识其实是十分模糊的、第一印象式的。通常,人对一件事物的认识,开始时只是对信号进行轮廓辨认和处理,对视觉信号进行模糊处理,也就是说只辨认主要特征。如辨认对象是大或小、是动是静,是男是女等等。这也说明,人在得到一个印象时,记存的并不是完整的印象,他首先是模糊扫描,然后才将其分成各种要素来记存。因此,任何一个人也无法真正还原一个事物的完整的印象,即使是眼光最敏锐、记忆最好的人。

(4)传播通道中的“噪音”会影响到“眼睛所见到的景象”。

这里所指的眼见,其实是指你向别人描述的自己“亲眼看见的东西”,这时别人往往会把你描述的东西看作是事物的本来面目。

事实上,你所描述的与事物的本来面目之间,通常会出现某些偏差,有时候甚至相差很离谱,牛头不对马嘴。

(5)传统想法加上利害关系,使人们只想看到他们想要看的。

通常,人们对看不见、不能理解的一概不信,判断真伪的方法是要亲眼看到。实际上,这是传统的想法加上人们各自的利害关系蒙蔽了人的眼睛。传统的想法以及人们各自的利害关系往往会造成人一种心理上的麻痹,从而忽略了其实应该或可以注意到的因素。因此使人们看不见他们不想看到的,只看见他们想要看到的。这也是一种迷信,即迷信于自己的观念,这种固步自封的认识方法常常造成科学技术无法进步。

此外,人们看见室内的桌子、椅子等都是静止不动的,但是,物理学家却告诉我们,在这些物质的内部,电子、原子以及原子与原子之间无不时刻在运动着。

有时,对于事实上根本没有真正看清楚的事物,我们却认为自己确实看得一清二楚了。现代科学实验证明,人眼所能看到的光线,只是电磁波范围内极为有限的一部分,即可见光。正是由于上述种种原因,使“眼见并不一定为实”,常常会有一种视觉误差在里面。

第二节五光十色的来由-色彩原理

1.原色与补色

我们通常所说的日光就是白光,它是通过红、绿、蓝三色光的混合而成,这三色光就是摄影意义上的三原色。通过其不同比例的混合,可形成各种可见的颜色。如:红光和绿光混合,可得到黄色光;绿光和蓝光混合,可产生青色光;蓝光和红光混合,则得到的是品红色光。青、品红和黄这三色光分别是三原色光红、绿、蓝的补色光。

三原色和三补色两者之间的关系:

(1)从白色中减去某一原色,即可得到与其相对应的补色。

(2)每一种原色都是由两种补色组成,每一种补色都是由两种原色组成。自然景物反射了哪种色光,就会成为所反射色光的颜色,其余的光线则被吸收掉了。如红花在阳光下之所以呈现红色,因为它吸收了蓝色光和绿色光,反射了来自太阳的红色光,因而就呈现出红色。

2.色彩的特性

(1)冷与暖

人类根据视觉与触觉的经验,会对不同色彩有不同的冷暖感受。

如给人一种温暖的感觉的颜色是红、橙、黄,而青、蓝、紫则通常使人感觉到寒冷。据此原理,人们常把不同基调的彩色照片分为冷调和暖调。

(2)轻与重

生活中,深色、黑色等则让人容易想起岩石、钢铁等质量重的物质。浅色、冷色、白色常常会使人联想起烟雾、白云等质量很轻的物质。因此,轻重对比就是彩色摄影常用的众多表现手法中的一个。

(3)快与慢

人的眼睛对红、蓝、绿反应快,对紫、黑、白反应较慢,对于不同的色彩,人的眼睛的敏感程度不同。

(4)进与退

在人的视觉心理上,有些色彩如红、橙、黄,会给人一种“向前进、凸出”的感觉,这类颜色对人眼刺激强烈;而有的色彩如绿、蓝、紫则具有后退、凹进的感觉。拍摄者可利用色彩的这一特性使画面更加具有立体感、纵深感,强化空间感的表现。

(5)胀与缩

在有色光中,人眼看红、橙、黄会显得大,具有膨胀感;与相同大小的红、橙、黄相比,看青、蓝、紫则感觉相对较小,有收缩感。我们从黑白对比中可以发现,相同面积的黑会比相同面积的白显得小。

3.色彩三要素

色彩三要素又称为色彩三属性,即色别、明度、饱和度。

(1)色别

色别也就是摄影中所说的色相,是指不同颜色之间的差别,即不同颜色的表象和名称,如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等。不同的色别都可用光谱中的波长来标示,人的眼睛可分辨出的色别有180种左右。

(2)明度

明度是指色彩的明暗程度。一般在反光率相同的情况下,不同色别的明暗程度不同。如黄色光比红色光更明亮,而红色光则比青色光要明亮。

同时,同一色相在受光强弱或者物体对光的吸收、反射性能不同的情况下,会呈现不同的明暗变化和差异。

(3)饱和度

饱和度是指同一色别的纯净度和鲜明度的变化。从色光的角度而言,光的波长单一程度越高,饱和度就会越高。不同色别所达到的饱和度不同,一般情况下,红色的纯度可达到最高,绿色的则相对较低。同一色相深浅不同的颜色有不同的饱和度。黑白色光的渗入会导致饱和度和明度发生变化。通常,照明光线的性质、物体表面结构对光线吸收与反射的性能等等因素影响饱和度。

4.色彩的表现

彩色摄影表现的基本原则是尽可能地使色彩表现合理化、艺术化,真实化,它主要体现在以下几个方面:

(1)色彩的基调:即画面色彩的基本色调,也指画面色彩的基本倾向及它所给予人的总体印象,有暖色调和冷色调两种。

(2)色彩的对比:指色彩的多样性、差异性与矛盾。它有明暗对比、色相对比、互补色对比三种。

(3)色彩的和谐:指整个画面的色彩配置,既统一、谐调,又完美悦目。与对比的效果相反,色彩的和谐表现得柔美、优雅,不是给人以强烈的色彩刺激。它以平静和美的色调唤起人们的审美感受,有同类色和谐、类似色和谐、消色和谐三种。

(4)色彩的呼应:指当画面中有一大块某种色彩时,同时又有一小块相同的色彩来呼应,便可使画面产生均衡感和一致性,从而让人感觉到画面的和谐、谐调。

(5)色彩的感情:大自然中,每种不同的色彩都会给人们不一样的感受与联想。比如看到金黄色,人们就会产生丰收、胜利等情感上的联想。通常我们把这种由于色彩的感觉而引起的情感上的联想称为“色彩的感情”。一般来说,人们对色彩的认识、喜爱有很大的差异,因为人们生活的环境、习俗、国家和民族是不同的。如中国人认为黄色象征高贵,但西方人却厌恶黄色。用不同感情的色彩来配置画面,使色彩显示其真正的魅力,已成为连结人们心灵的纽带。

(6)色温与色温平衡

实际生活中,当我们仔细观察,就会发现,一块黑铁被加热时,颜色会随加热温度的变化而发生变化。首先它由黑变红,然后再由红变黄,直至最后变白、变蓝。从这一现象中,人们便可知道,可以利用温度的数值来说明光源的色成分,因为一定的温度和色光之间存在着某种相对应的关系。

第三节摄影——各种光线的运用

摄影是一门与光学紧密相连的学科。因此,在拍摄过程中,我们应懂得在各种光线条件下的用光原理。

从光源的种类来看,一般可将其分为两大类,自然光和人造光。

一般来说,自然光线是摄影的主要光源,是可变的,会随着天气、一天中时间的变化而变化。因此,在摄影的过程中要注意在这些环境下的拍摄。

1.天气多变-各种天气条件下的拍摄

人们一般把多变的天气分为晴、阴、多云、雨、雪、雾等几大类,在各种不同的天气里,景物随着天气的变化而变化。天气不同,阳光的照射情况不同,因此景物也会产生相应的变化,直接影响拍摄和表现景物的效果。

(1)晴天的拍摄

晴天里,阳光照射在景物上,景物会产生明显的受光面和背光面,同时随之产生清晰的投影。随着太阳位置的变化,景物的受光面情况也会随之发生变化,即受光角度和受光范围会发生相应的变化。这个时候,景物受光情况的变化可分为顺光、侧光、逆光和顶光以及晴天阴影下几种。

①顺光拍摄

顺光时,光线来自景物正前方,其受光均匀,受光面积最大。一般来说,在顺光情况下被摄景物受光均匀,曝光比较容易把握,可采用平均侧光的方法,这能使被摄物体正确感光。同时,在顺光下拍摄的彩色片,色彩鲜艳、饱和度高,颜色能得到较好地还原。也就是说,利用顺光拍摄,特别容易表现被摄物的质感。

不过,我们从专业拍摄的角度来看的话,顺光的表现力不是太强,因而其拍出的片子缺乏三维空间感,大多属两维平面。

②侧光拍摄

侧光时,光线来自被摄景物的侧面,一侧受光,另一面处在阴影之中。它是摄影中最常用的一种光线。其优点是:一、能很好地表现被摄景物的清晰轮廓。二、能较好地表现立体感和空间深度感。

三、有利于影调和反差层次的表现。其缺点是它不能较好地表现被摄物细部的质感。

③逆光拍摄

逆光的光线来自被摄物的侧后方或后方,能够生动强烈地表现出空间深度感和立体感,但是在景物层次的表现上较差。

④顶光拍摄

顶光是指来自被摄景物顶部的光线,如正午时的阳光。在正午时,光线强烈,景物中突出的部分在顶光的情况下,会在凹处产生投影,明暗反差较大,影调对比生硬。正午,不是摄影的好时段,摄影时,一般应避免顶光拍摄。通常只有在需要用其表现被摄景物轮廓时,才用这种光线。

⑤晴天阴影下的拍摄

晴天阴影下的光线来源于广大苍穹和环境景物的反光,因此,在晴天阴影下,无论从哪个角度拍摄,曝光都不会有太大变化,因为景物的受光基本上是均匀的。晴天阴影下的光线柔和,因为是散射光,景物基本没有明暗面的区分。