设计师该如何在游戏里运用颜色？一定要先了解这些

还记得一条裙子引发的色彩“世界大战”吗？有人说蓝黑，有人说白金。是什么造成了我们的脑内色差？

NExT美术设计师许倩，曾是独立游戏《影子里的我》制作人，现为《疑案追声》主美，作为一枚从业十多年的“老色胚”，工作之余开启了对UE4的研究之路，并从颜色分级（Color Grading）开始，系统地捋了捋色彩理论这棵大树，详尽地分享了对色差方面的思考。这不仅适用于游戏美术设计师，也适用于其他需要与图形和色彩打交道的设计师。

作为一个设计专业科班出生的人，对各种各样的色彩理论一定都不陌生。三原色、补色、间色、色相、饱和度、明度……各种大同小异的色彩理论课我们从小听到大，从入门到麻木。原本作为一个从业十多年的老油条，这些色彩理论已引不起我深究的兴趣了。然而最近偶然间被问到的一个问题，帮我从另一个角度打开了看待色彩理论的大门。

这个问题我从没细想过。对整个影视图形工业的“老色胚”们来说，笼统意义上的色彩管理就是色彩校正（Color Correction）和风格化（Color Grading）——先修复图像损失再对它进行风格调整。

大多数相关理论研究都来自于影视工业，游戏行业对此涉猎却非常少。少数几篇有关游戏行业Color Grading的论文都集中在 Tone Mapping和 LUT，和一些风格化后处理的研究上。但Color Grading 其实是个非常大的话题，它牵涉到视知觉、光学、材料学、数学、计算机图形学、美学和制造工业等多个学科知识。为解决 Color Grading 过程中产生的问题而衍生出来的研究，几乎串起了整个色彩理论知识的框架。

真开始系统地去翻看这些理论，就会发现一大堆计算机图形学术语扑面而来，HDR、LDR、辉度 、明度、Gama…… 我顺着这些术语存在的意义撸了撸色彩理论这棵大树，发现它们都指向了一个问题——如何获得符合工业标准的色彩？

其实在工业化生产还未发展起来的时代，人们对色彩的需求并非那么精准。RGB三原色概念的出现也就是70多年前的事，从古希腊时代到近代的漫长时光里，所有色彩对人们来说都是介于黑与白之间的深浅过渡，可以被人为制造出的色料都受限于自然存在，画家们是类似于化学家一般的存在。著名画家都有自己的独家颜料制作配方，文艺复兴时期木乃伊棕的消耗量差点让木乃伊绝迹。整个现代的色彩理论其实是在不断适应工业标准的道路上发展而来的。

广义上来说每个行业都有自己需要解决的色彩工业标准，但从核心需求上说它们又是相似的：

首先它必须可以被标准化，即可以被数学建模。于是数学家站了出来，建立了色彩模型、色彩空间、RGB、CMYK、色环、色相、饱和度、对比度、灰度、亮度……这样你就可以说给我一个 RGB（106,127,63），而不是比左手边第二颗牛油果的皮再亮一丢丢的绿。

其次它必须可以被批量生产，即没有色差。所以你必须解决各种由墨水材料、显示器、认知错乱和观看条件带来的误差问题，曝光、白平衡、Tone Mapping、色准、流明、白点、色彩空间、色卡……各种跨越了计算机图形学、材料学和视知觉的色彩理论和方法被创造了出来。

抛开美学角度来看，整个现代色彩理论系统的建立都是为了两件事：定义色彩和消除色差。

说起现代人类对色彩形成机制的认知发展，得从三个人说起：牛顿、歌德、叔本华。姑且称他们为差一点男团“牛德华”，因他们差一点发现了现代人所认知的色彩真相，这里我使用了“现代人所认知的真相”而非“真理”，因为，我们无法确定未来不会有人再发现什么推翻现代的认知理论。

1672年，牛顿在递交给皇家学会的报告中说：色彩是光的属性，白光里包含了不同种类的光，它们性质的不同导致了我们看到的色彩不同，我用棱镜证明给你看，看这美丽的七色光，我可以把白光劈开还能合成回去！

著名的色散实验

皇家学会回信：我信你个大头鬼……又不是你一个人会玩棱镜。

是的！牛顿并不是第一个分开彩虹的人！在牛顿之前，许多人都曾演示过太阳光通过棱镜的色散现象，但解释都不正确。最早用数学描述彩虹现象的是法国哲学家笛卡尔，不过他认为色散是白光受到了环境影响产生的偏差。

当时大家普遍相信亚里士多德的观点，认为：色彩是介于黑白之间的过渡，黄是比白深一点的黑，蓝是比黑浅一点的白，而至高无上纯净的白是无法被合成的。至于牛顿对7种基色的定义，其实是因为这符合了炼金术里七种金属、七种步骤、一周七天的文化。因此，七色彩虹只具有文化层面的意义，和物理学没啥关系。牛顿这样的理论在当时并未被广泛认可，但引起了巨大争论。

以至于一百年后抓住了Bug 的诗人歌德依然跳出来表示：我反对！这是对至高无上的光的亵渎！色彩是光的事件和痛苦，发生在光屈服于昏暗模糊的媒介，并被反射性表面吸收的时候。说人话就是：色彩是被暗化的光，因在环境中经历了不同的能量损耗而呈现了不同的色相。

这其实符合了亚里士多德式的大众认知，于是年轻的哲学家叔本华举手说到：Interesting，歌德同志说得很有启发性，但我再强调一点，色彩的成因是视网膜的反应或作用——白色是视网膜的全力反应，黑色是来自视网膜的不作为。补色成对出现，红绿各占一半带宽，黄紫的比例则是3:1。

但问题是，叔本华是哲学家，靠思维构建整个宇宙，没有生物学证据。这个证据后来被生物学家赫里补上了，他表示：视觉活动有三种模式，每种模式都有两个对立状态。这件事后来被证明是正确的，我们的确有红绿蓝三种视觉识别模式，且每种模式都对应了紧张与放松两种状态。

争论到了这个阶段，人们对视觉形成的认知就差一点点了。让我们用一个未来人的视角还原一下要点：

1802年，医生兼物理学家托马斯·杨提出了影响后世的三原色理论——所有颜色都可通过红、绿、蓝三色的混合产生，三者比例不同，颜色就不同，奠定了色彩理论的基础。他还用双缝干涉实验证明了光是一种波，并测量出了七种光的波长。

是的，提出三原色的并非名气更大的牛顿牛爵爷，而是他的CP——聪明的富二代托马斯·杨。

一个世纪后，托马斯·杨的创造性见解被德国物理学家兼生理心理学家赫尔姆霍兹进一步发挥。赫尔姆霍兹假设人眼中存在三种接收器（按现在的说法是三种视锥细胞），分别对不同波长的色光敏感或吸收不同波长的色光。三种接收器受到的刺激比例不同，色觉就不同。他还假设了每一种接收器的敏感特性曲线，由此算出具有任何一种能量分布的色光所引起的三种接收器的输出信号大小。这一理论现被称为杨—赫尔姆霍兹三原色说(或三色素说)。

现在，生物学家对眼睛的研究向我们揭示了三原色的秘密：我们之所以能看见色彩，是因为在视网膜中心存在着三种感知特定波长的视锥细胞，分别对短、中、长三种特定波形敏感，眼睛接收了这些特定波长的信息，然后大脑将它们转译成颜色进入认知系统，这就是红绿蓝，以及由此而衍生出的千变万化的色彩世界。现在的液晶显示器使用的就是这个原理——通过调节红绿蓝三色光的输出来显示色彩。

1960年代生物学家用实验证明了“动物的色彩视觉是经由三种感光素进行的”。同一时期，物理学家麦克斯韦发现三原色的选择可以不同，适当的三原色可以增加所能配出颜色的范围，即后来的色域概念。所以我们现在熟知的 RGB 色彩模型和色彩空间，也是近代才产生的概念，并衍生出一系列工业化的显色标准。

其实，对于世界真相的认知除了科学技术，还一直受限于我们的语言和文化。

语言学家将各种古籍中对颜色的描绘进行统计，发现古人对光明和黑暗的描写最多，其他颜色出现的次数则成断崖式下降。关于黑和白的词语最先出现，接下来是红，黄，绿。古人对于蓝色的认知最晚也最差，很多文化中都出现蓝色、绿色傻傻分不清的语意表达。语言学家普遍认为，如果我们不能为一个颜色指定一个称呼，对这种颜色分类的感知就会受到影响，而有些语言对于色域的划分是截然不同的。

比如，在所罗门群岛的比利尼西亚语，就将色谱简单地分为白色、暗色和红色三种，蓝绿属于暗色，黄橙则属于红色。语言是否能塑造感知？如果没有关于色彩的词汇，我们是否就不能看出它们的差异？这在科学界尚未达成共识。但可以肯定有关色彩的语言极具欺骗性，对于色彩的记忆极易出现偏差，尤其是那些难以用语言描述的颜色。大脑将眼睛接收到的讯号处理成认知可以解释的信息呈现给我们。所以独立于认知之外的真相，或许我们永远也无法知道了。

知道了色彩理论的一些硬知识，我们可以聊一聊为什么会有脑内色差。你有没有怀疑过，我们眼中的世界其实并不一样？当你在跟别人争论某款颜色的口红好不好看的时候，你们看见的可能真不是一种颜色。

思考下这个问题，色彩是一种客观物理现实，还是一种主观认知感受？它存在于我们大脑之外还是大脑之内？白云真的是白色，苹果真的是红色吗？

视知觉研究的发展让人类认识到了一个不能细想，一细想三观就碎裂的真相——如果色彩来自于大脑对光的波长的解读，某种意义上说色彩并非是真实存在的物理属性，它只存在于大脑之内，是由我们的认知创造出来的。没有观察者就没有颜色，外面的世界只有光：波长不同、频率不同的光。

既然色彩是一种主观认知，那真存在完全独立于人类感知之外的客观世界吗？它与我们感知到的世界真相一样吗？

千百年来哲学家为此争论不休，世界是物质的，世界是意识创造的……

我不知道确定的答案是什么？但起码可以明确的一点是，色彩是由每个人的眼睛和大脑一起创造的，个体的差异性一定会影响我们对色彩的判断。

除人类以外，几乎所有的哺乳动物都是二色视者。在早期恐龙称霸的世界里，弱小的哺乳动物们只能在夜间和黑暗角落里苟且偷生，这使得它们的视觉逐渐进化为更好适应低光环境的蓝绿视觉，就像夜视摄像机一样，帮助它们在黑暗中获得更全面的地形信息，从而存活下来。

但人类是特别的，有种说法认为人类的猿猴祖先由于采集野果，逐渐从绿色视锥中突变出了一种能更好识别野果的红色视觉，从而让绝大部分现代人类成为了三色视觉生物。

为什么说绝大部分呢？

因某部分X染色体变异，让视锥产生了变化，丢失了一部分色彩，这样的人就是生活中常称的色盲或色弱。最早发现这件事的人是英国化学家道尔顿，他本人就是一名红绿色盲。有一天他在路边商店里看见了一双低调奢华有品味的棕红色袜子，决定买下来送给妈妈。这双袜子引起了全家人的争论，他妈妈和姐姐都认为这是一双极为鲜艳的樱桃红袜子，而在他和自己的兄弟眼中，这种暗沉的棕红绝算不上鲜艳。

作为一个三维生物，我们对于二维、一维色觉眼中世界的样子是可以想象的，但高维色觉又是怎样的？存在四维或更高维度的色觉吗？

1/12的男性患有色觉障碍，这远远多于女性（1/200）。还有一个不那么鲜为人知的真相——12%的人类女性是潜在的四色视觉者。因为这种只发生在X染色体上的变异而发展出了第四种视锥细胞，而他们的子女大概率会出现色盲问题。如果你是色盲，那么你可能拥有一个超级色觉而不自知的妈妈。但这多出来的第四种视锥对我们辨别色彩究竟能起多大作用，它需要经过后天训练才能充分发挥吗？其实很难说，也很难用实验去证明，毕竟我们无法完全还原别人眼中的世界，而自己眼中与众不同的世界又极易被忽略。

美国加州一位名为康塞塔．安迪科的女性画家，是被实验室认证的四色视觉者，我们可以通过她的画去想象她眼中的世界。据说因为她能看到更多细微的色彩变化，仅凭外观就可以分辨一个人的健康状况。甚至能清晰地看见自己脸上的毛细血管，无法忍受不化妆就出门。相比于普通人的100万（RGB通道各100）级色彩分辨摄像头，四色视觉者将色调分辨能力提升到了1亿级别。但女性这由红色视锥上变异来的第四种橙黄视锥并非真正的第四色觉，因为我们还是只能看见可见光谱以内的信息。而鸟类和昆虫却拥有不一样的第四色觉，那就是紫色视锥细胞，这使它们能看见紫外光谱以外的世界。

世界在不同观察者眼中的样子是不一样的，比如一朵花在昆虫眼中看，是下面这个样子的。它们能准确地找到花蕊的位置，从而更容易地采到花蜜。以下照片只是科学家们经过推测和特殊技术来模拟的四色视觉眼中世界的样子，而世界真实的样子已经超出了我们可以理解和想象的范围。

然而不同维度的色觉功能却是相同的——帮助我们识别需要的信息。如果猫狗真的不能看到色彩，它们失去的是什么？是一种最有效率的辨别维度。我们为了适配所需要的情报，在万年进化中发展出了不同的色觉维度，只为了能够识别周围环境中的有效信息，生存下来。所以说颜色是一件性命攸关的大事。

广告和零售商们发现，人们对于一个产品的潜意识印象会在90秒内产生，认知一个商品是按照色彩、形状、数字、文字的顺序产生的，这个印象62-90%来源于色彩。

色彩和形状是我们最主要的视觉信息来源，情绪欢快的人一般容易对色彩起反应，而心情抑郁的人容易对形状起反应。心理学家们倾向认为色彩是感性的，而形状是理性的。我们是在主动地理解形状，而色彩更多是一种被动的直接体验。

我们可以容易且稳定地识别出的颜色不超过六种，即三原色+它们的补色，即使我们能看出不同色彩之间的差别，但稳定地靠语言传递和记忆某种色彩就变得力不从心了。而且色彩很容易受环境影响而改变，光源强度和环境光的稍稍改变都会让我们看到的色彩不一样。所以比起颜色，形状会是更好的传达信息的手段，它本身具有清晰的特征更易抗拒环境变化。

比如在交互设计中，我们就需避免单纯使用红色或绿色作为按钮是否可用的信息提示，因这样的信息在色觉障碍者的眼中是无效的。

在弱光或强光显示下，一些细微的色彩细节会显著地丢失或改变，色温也能改变色彩整体的显示效果，除非你能精准地控制每一个用户的显示器，否则在我们与用户之间的色彩信息传达一定会存在偏差。

随着年龄增长，同样的紫色很可能看起来会越来越蓝，这是我们的视网膜老化变黄造成的原因。

2/3的视锥细胞对于长波更为敏感，使得人类对于暖色系的识别度高于冷色系。在语言学中红黄也是先于蓝绿出现在人类的语言系统中的。

从这些例子都能看出，色彩是多么不稳定的一种属性。

在宽广的光波频谱分布中，渺小的人类能看见的只是非常狭窄的一段，称之为可见光谱的区域。在人类漫长的进化过程中，对其他频段我们选择了视而不见。大脑以外的世界其实并不存在恒定的颜色这一属性，有的只是一段波长，我们对于波长的解释成为了色彩。

所以，色彩是一种只存在于感知中的属性，是我们对于物体反射回的波长信息的解读。比起“我看见了蓝色的天空”更准确的说法应该是，“我蓝色地看见了天空”。

莫奈这幅著名的日出，因画活了那颗冉冉升起的太阳而备受赞誉。问题来了，为什么静止的图像会给人动态的心理错觉呢？

因为不仅仅眼睛对于色彩和明度的接收是分开的，人脑对于色彩和明度的处理也是分开的。它们分别走了两条不同的通路：

背侧通路——负责加工深度、空间及运动信息，即空间信息

腹侧通路——负责加工颜色、物体识别信息，即内容信息

明度信息是与空间、运动和位置信息的判断相连的，而色彩提供的更多是物体识别与性状信息。所以同等明度的太阳和云彩被眼睛接收到以后，经过初级视觉皮层的处理来到高级视觉皮层后，色彩与明度信息走了两条通道，而只有负责处理色彩的腹侧通路，感知到了不同信息，这让负责空间运动信息的背侧通路感到困惑，从而造成了直觉上太阳有一种冉冉升起的美感错觉。

全网皆知的裙子之争本质是色彩恒常问题。简单说就是无论在何种灯光环境下，你的大脑都能认出我妈是我妈，而不是我看见了一个绿色的妈妈、红色的妈妈，还有一个鹅黄色有着蓬松头发的妈妈。我们看见的都是一样的颜色，而对色彩的识别发生在大脑处理之后。能够看到正确颜色的人，只是大脑白平衡做得好，自动帮你脑补出裙子在正常光照下的本色。

用一张图就可以很好地解释色彩恒常的发生，上图右侧草莓没有一个像素是红色的，然而几乎所有人都觉得看见了红色的草莓。它的发生是由于大脑使用了错误的环境光参考系来定义场景中的色彩。所以我们会因为大面积出现了青绿色，而对青绿色采取了自动调整为环境标准中性色的判断，让场景中的草莓看起来有了偏红的错觉。

我们见过黄绿、蓝绿，但你见过红绿吗？为什么不存在又红又绿的颜色？

除了三原色说，黑林（Ewald Hering）提出了另一种颜色理论——拮抗理论(opponent-process theory)，简称四原色说。他提出人眼对光反应的视觉的基本单位是成对组织的，红、绿、黄、蓝四种原色，与黑、白共成三对，在光波影响下起作用。每一对的两个要素如红与绿、蓝与黄，其作用相反，具有拮抗作用，表现是其中一个停止作用，另一个就激活。红色举手喊我知道了，绿色就陷入沉默。所以你不可能看见又红又绿的颜色，因为它们不会同时举手。

互补的颜色永远不可能被同时感知，我们不能看到发一点点绿的红，也看不到黄黄的蓝。

右侧玛丽莲梦露式图形时常出现在各种“有趣的视觉测试”文章中，长时间盯着这个图像你会看见一个反向的图像——由于视觉疲劳而产生的视觉残相就是来自于拮抗理论的证明。注视着黑绿图像，会让这两种视觉模式产生疲劳，开始放弃工作。当眼睛挪开时就出现了这两种颜色的拮抗色，白与红的画面。

写了这么多，其实只想告诉你一件事，下次再同别人争论某个颜色好不好看的时候，记得你们争论的可能并非同一个颜色，因为感知性色差无可避免，而且可能比你以为的更大。

在认知色彩这条路上，写满了各行各业顶级学者响当当的大名。很多现在看来简短普世的理论，更是经多位科学家共同迭代才发展至今。近代随着计算机和产品工业的出现，有更多人加入了色彩理论研究行业，为这颗大树添枝加叶：计算机图形学家、材料学家、数学家、艺术家甚至心理学家和文化学者......

虽说没必要事无巨细地去了解色彩知觉和神经机制，但那些有助于我们理解色彩理论的普遍常识，却经常受到忽视，造成很多关键性概念被误用。本文，看起来是在说色差，其实是在说那些易被忽略的色彩理论硬知识。这些理论知识不仅适用于游戏设计师，也适用于任何需要与图形、色彩打交道的设计师。