🎨色光混合模拟 - 加色减色、彩色光下的物体颜色、互补色残像
这是一个用真实光谱来讲颜色的实验台。在黑色舞台上拖动三盏聚光灯,重叠处按线性光强相加,看红 + 绿为什么是黄;在白光下叠放青、品红、黄滤光片,看减色混合并画出逐波长相乘后的透射光谱;选一个物体(红苹果、绿叶、牛仔布、香蕉等)和一种光源(日光、白炽灯、白光 LED、荧光灯、低压钠灯、单色 LED),用光谱乘积和 CIE 1931 色匹配函数算出看到的颜色,还能模拟眼睛的色适应。最后用互补色和残像实验收尾。
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如何使用色光混合与物体颜色模拟
- 1在「加色混合」里拖动三盏灯、调颜色和强度,读出重叠区和任意点的颜色
- 2在「减色混合」里拖动滤光片,并选择光源和叠放的滤光片看透射光谱
- 3在「物体在彩色光下」选物体和光源,对比日光下与该光源下的颜色及光谱
- 4在「互补色与残像」选一个颜色,查看互补色和主波长,再做残像实验
常见问题
- 为什么红光加绿光是黄色,而红颜料加绿颜料却发灰发黑?
- 色光是加色混合:两束光同时进入眼睛,红光刺激 L 视锥、绿光刺激 M 视锥,两者都被刺激时大脑感知为黄色,光越加越亮,红绿蓝等量相加得白。颜料和滤光片是减色混合:每种颜料吸收一部分光谱,只反射剩下的,混在一起时只剩各自都能反射的波段。红颜料主要反射长波、绿颜料主要反射中波,共同反射的很少,所以混合后又暗又浊。印刷用青、品红、黄作减色三原色,正是因为它们各自只吸收红、绿、蓝中的一种。
- 为什么在钠灯下红苹果看起来是暗褐色甚至黑色?
- 物体的颜色是“光源光谱 × 反射率”的结果。低压钠灯几乎只发 589 nm 一条黄光,红苹果在 589 nm 附近的反射率还不高,蓝绿段反射的光源里又没有,所以它只能反射很少的黄光,看起来暗而发褐。绿叶、蓝牛仔布在这个波长几乎不反射,就接近黑色。这也是钠灯照明下很难分辨汽车颜色的原因。白光 LED、荧光灯虽然看起来都是白色,但光谱不同,同一件物体的颜色也会略有差别,这就是显色性。
- “模拟色适应”选项是什么意思?
- 人眼在某种光源下待一会儿后会自动“白平衡”:在白炽灯下白纸看起来仍然是白的,这叫颜色恒常。关闭该选项时,工具像一台固定在日光白平衡的相机,白炽灯下的白纸会拍成橙黄色;打开后用 Bradford 色适应变换把光源白点映射到 D65,更接近人在现场的感受。对彩色单色光,色适应也无法恢复光源里没有的颜色。
- 为什么盯着红色看一会儿再看白纸,会看到青绿色?
- 长时间注视红色时,对长波敏感的 L 视锥持续受刺激而暂时“疲劳”,灵敏度下降。这时再看白色,M 和 S 视锥的响应相对更强,大脑就把白色解读成缺少红的颜色,也就是青色,这叫负残像。残像的颜色大致是原色的色光互补色。工具中的倒计时实验建议注视 20 秒以上,不要眨眼。
- 物体的反射率曲线是真实测量数据吗?
- 不是逐一实测的样品数据,而是按真实材料的典型形状构造的平滑曲线:例如绿叶在 550 nm 有小峰、700 nm 之后急剧升高(红边),牛仔布的靛蓝在蓝端和近红外反射较高,香蕉黄在 500 nm 以下吸收。它们足以正确演示原理和趋势,但具体色值会和某个实物略有出入。光源中的 D65 和白炽灯 A 采用标准光谱。
功能特点
- 逐像素线性光叠加的 RGB 聚光灯,可拖动、换色、调强度
- 滤光片相乘混合与逐波长透射光谱图,支持多种光源
- 11 种物体反射谱 × 9 种光源,CIE 1931 2° 观察者 1 nm 积分
- 可选 Bradford 色适应,演示颜色恒常与相机白平衡的区别
- 色光互补、RGB 反色、色相 +180° 对比,主波长与补色波长
- 带倒计时的互补色残像实验,触屏可用