颜色的本质

第一部份
 
David Klaff，英国
 
颜色是我们的生活中的一个基本元素，颜色与特定的感觉、感情和意义相关联。这些关联是我们生活的文化所赋予的，也是我们的个人体验所赋予的。颜色能够传达感情，引发情绪，影响精神，颜色具有感情影响力，可以令人高兴，也可以令人忧伤。我们看到事物在很大程度上是以我们对事物的感觉为基础的，因此，把看到颜色同“感受颜色”分开几乎是不可能的。所以，这些因素和影响力渗透到口腔医学中是自然而然的事情，牙科患者往往非常期待牙齿经过治疗后，不论是前牙还是后牙都能够自然美观。
 
尽管作为一个独立实体，颜色仅仅应该是获得美观的治疗效果的许多必要元素中的一种，然而，不协调的颜色对整体效果的破坏性可能比其它任何现存因素都大。正因如此，人们才会花费大量时间、精力和经费来研究现代美观修复材料的“颜色匹配”性。
 
对于口腔临床医生和技师来说，颜色的匹配和色度的选择始终是他们令人尊敬的职业中的一项主要且重要的挑战。然而，尽管颜色匹配非常重要，大多数教学机构却并没有给予重点和普及性的教育（图1）。颜色匹配没有成为医学教育课程的一部分，一个可能原因就是在医学所涵盖的所有领域内，颜色占据了一个独特的位置，理解和完成颜色匹配需要三个同等重要的元素。这些元素可以定义并分为科学理解、客观推断和主观判断。
 
科学理解包括理解光与颜色的基本特性与本质，理解自然颜色的物理和化学特性，也理解所研究的目标的物理和化学特性。在牙科学中，科学理解包括构成口腔的各种结构的解剖和生理。需要了解眼睛的解剖与生理，也需要了解大脑对颜色和图像的诠释（图2、3）。
 
 
 
客观推断包括了解大众对各种颜色的普遍感受，以及个体对各种颜色的特殊感受。这样的客观推断成为精神物理学、心理学、哲学、以及我们现代宗教的道德观的一部分，这是有科学根据的。尽管这些学科领域在文化和社会层面上是不同的，但是却都具有一个统一的建立、推理以及应用可预见的“发现”的模式。
 
在三个因素中，主观判断可能是科学性最小的一个，然而可能却是占据最主要位置的一个。要想获得尽可能完美的颜色匹配效果，应该以积极的、建设性的方式来训练主观判断。例如，在制作单个烤瓷冠时，有三个人参与：牙医、烤瓷技师和患者。每个人对颜色的看法不同，大家一致认可某一色度，才能成功完成烤瓷冠的制作。而获得一致认可的过程却是一个困难且艰辛的过程，有时候可能还会需要重新制作修复体。在一篇科学文献中讲述了不同性别和年龄的人对颜色刺激的不同反应，以及不同文化和宗教的人对颜色的不同反应。美观修复材料的制造商在不经意间也面临颜色准确匹配的挑战。他们能够制造出非常美观的材料，然而，在材料生产的过程中仍然缺乏一个整体的标准，而且不同批次的同一种材料常常具有完全不同的颜色特性。比色板仍然是记录颜色匹配的传统方法，可是大部分时候比色板并非完全合适，因为比色板的颜色同所选择的材料并不是一一对应的。
 
本文旨在让大家了解颜色的本性，为大家提供一种简单的图示技术，应用这种技术就能够消除在颜色匹配过程中的遇到很多不确定性（图4、5）。
 
颜色的本质
 
对颜色的现代理解来源于十七世纪艾撒克.牛顿发现了光的光谱性质。牛顿认为光是粒子束。他用棱镜做实验，实验表明白光可以分解为不同的单一颜色。现在我们知道牛顿的著名实验证明了这一点。光包含不同波长的能量。宇宙是一个充满正电荷与负电荷的电磁空间，电荷的不停振动产生了电磁波。每种电磁波拥有不同的波长和振动频率，它们一起组成了电磁光谱。我们能够看到太阳光中所包括的40％的颜色。因此，尽管白光看起来是无色、无形的，但是它却是由特定的颜色振动而组成，这些颜色不仅有波长，还有“微粒子结构”。
 
光的颜色
 
我们能够看见太阳光颜色的一个方法就是让光线通过棱镜。每一种颜色具有不同的波长，每种颜色波的振幅不同。当天空中的水滴成为天然棱镜时，就会形成彩虹。阳光穿过水滴，每一种不同的光线的振幅不同，就形成了彩虹。彩虹的颜色形成了一组光的八音阶，这就是“真实的色调”。红色是我们肉眼能够看到的波长最长的光，红色的振动频率也是最慢的。红色发散的电磁能量是温暖的、刺激的。紫色的波长最短，振动频率最快。紫色清凉、且有清洁作用（图6）。
 
可见光谱以外的光
 
可见光谱的两侧有许多我们肉眼看不见的波长的光。紫外线仅靠着紫色，在紫外线以外，电磁光线的振动频率越来越快，波长越来越短，其中包括X线和g射线。
 
在可见光谱的另一侧，紧靠红色光的是红外线。与红光一样，红外线也具有温暖的作用，但是红外线散发的热量更为集中；红外线灯就是利用红外线的这种特性制作的。在红外线以外，电磁光的波长越来越长，振动频率越来越慢，其中包括无线电波。
 
人类识别颜色需要依靠光、反光的物体以及观察者的眼睛和大脑。自己发光的物体的颜色叫做自发光色，这种颜色可以是天然的，也可以是人工的。被照亮的物体的颜色叫做物体颜色，通过反射光或散射光而显现。光波(大约400– 700 nm)携带的能量刺激人类视网膜的受体，形成颜色刺激。这就产生了三种基本颜色：
 
400-500 nm =蓝色
 
500-600 nm =绿色
 
600-700 nm =红色
 
在自然界中遇到的所有颜色均可通过这三种波长的光以不同的强度组合而再现：
 
100 % =白光
 
0 % =黑色
 
50 % =灰色（图7）
 
色彩轮和互补色
 
如果我们把所有这些颜色绕着一个环排列起来，就会得到一个色彩轮。观察这个色彩轮我们可以看出，某些颜色是相互对应的：每一种颜色均有一种互补色或对立色，这样，在颜色环中就有三对互补对。如同磁铁的正、负极相互吸引一样，互补色也相互吸引。图8显示了红、绿、蓝三原色与三种基本光线青、紫和黄之间的关系。
 
色彩温度
 
颜色与温度有着密切联系。颜色T0用绝对温标（Kelvin)表示。颜色T0越高，这种颜色就越靠近蓝色，颜色T0越低，这种颜色就越靠近红色。中午的太阳是5.000° Kelvin（图9、10）。
 
描述颜色
 
颜色至少可以用三种不同方式来描述：
 分光光度计可以形容一种颜色的物理特征（如，一个表面在不同光波下的光谱反射系数）。
 比色法可以说明与某种颜色相匹配的物体。
 芒塞尔（Munsell）系统可以描述颜色看起来是什么样的。
 
芒塞尔色系
 
这种系统是由美国人AH Munsell于1905年提出的，1943年进行了修订。这个系统说明了颜色的三种属性：H（色调）、C（色度）、和V（亮度）。牙科中的颜色匹配就是基于这个系统的。Munsell为每一种属性都用可见的、统一的步骤确定了数值范围。
 
色调 色调是一种我们可以区分红色和绿色、蓝色和黄色等颜色的属性。
 
Munsell把红、黄、绿、蓝和紫称为主要色调，并以等距离把它们放置于色彩轮上。他在这些主要颜色之间插入五种中间色调：
 黄红
 绿黄
 蓝绿
 紫蓝
 红紫
 
这样就共形成了十种色调。
 
亮度 亮度说明一种颜色的深浅：亮度值的范围是从纯黑色的0到纯白色的10。黑色、白色和介于黑白之间的灰色都属于中性色，是没有色调的。有色调的颜色称为彩色（图11）。
 
色度 色度是指一种颜色与同一亮度的中性色之间的差异程度。色度低的颜色有时称为浅色，而色度高的颜色可被描述为高度饱和、很深的或强烈的颜色。
 
芒塞尔色彩空间
 
色调、亮度和色度是各自独立变化的，颜色可以排列到三维空间。中性色所在的垂直线称为中性轴。黑色在底部，白色在顶端，各种灰色在中间。色调围绕中性轴，显示于多个角度，色度与中性轴垂直，向外发散（图13）。
 
CIE XYZ
 
1931年，CIE开发了XYZ颜色系统，也叫做“标准颜色系统”。一种颜色的红色组分沿着X轴（横轴）延伸，绿色组分沿着Y轴（纵轴）延伸。每种颜色均位于一个特定的点上，沿着相应的平面向左侧移动时，颜色的光谱纯度逐渐降低。在这个系统中未考虑在内的是亮度。
 
CIE L*A*B *
 
在以测定热量法测量颜色时，三维系统是根据距离区分颜色的。a轴从绿色（－a）延伸至红色（＋a）；b轴从蓝色（－b）延伸至黄色（＋b）。亮度（I）从底部向顶端逐渐增加（图14）。
 
彩色与非彩色
 
非彩色是白色、黑色和黑白色之间的灰色。这些色彩没有色调和饱和度。彩色就是我们感觉到有“颜色”的所有颜色，白色、黑色、或灰色以外的所有颜色。
 
自然牙的颜色
 
在描述自然牙的颜色时，我们发现了两个另外的颜色属性。我们发现颜色除了色调、色度和亮度三个属性，还有乳光和荧光。对前面三种属性的定义与Munsell所做的基本相同，但是每种属性还可进一步说明：