图形化公式（公式化的颜色）

又是一个炎炎夏日，正是时尚出街的季节，走在路上的你可能会注意到那些五彩缤纷的发色，它们有着各种好听的名字：柠檬黄，雾霾蓝，热辣粉……人们好像总是习惯于联想相同色的物品或者通过是一种感觉来命名颜色。那你能否想象，颜色这种“通感”，其实也是可以用理性公式来表述的呢？奥斯特瓦尔德颜色系统（Ostwald Color System），又称奥氏色立体（Ostwald’s Color Solid），便是最具代表性的颜色系统之一。

奥氏色立体三维彩色模型 Ostwald's Color Solid, 图片来自wiki

说起颜色系统，想必按照思维惯性大家会觉得创造它的人是一位艺术家，然而奥斯特瓦尔德（Wihelm Ostwald）却是一位化学家。他于1909年因在催化剂的作用、化学平衡、化学反应速率方面的研究有突出贡献而获得了诺贝尔化学奖，也被视作现代物理化学的创始人之一，艺术与绘画是他的业余爱好。尽管奥斯特瓦尔德在科学领域已达到了绝大多数人一生都无法企及的高度，他却坚持认为，退休后创建出的颜色测量理论才是自己“有幸完成的最高成就”。

奥氏色立体三维模型 Ostwald's Color Solid, 图片来自wiki

奥斯特瓦尔德可不是头脑一热才去研究色彩理论。许多化学家其实都是色彩大师，无论是色彩的合成还是天然染料和颜料的分析，都需要化学专业的学生掌握一些色彩理论的基本知识；而艺术恰恰也是奥斯特瓦尔德“化学”生活的起点之一，儿时的他，正是在制作油画、粉彩、烟花以及摄影的时候被化学所吸引的。

通过绘画，奥斯特瓦尔德注意到，颜色及其相互之间的和谐与平衡其实是不曾被量化记录的，这种困难为他运用科学公式创造颜色奠定了基础。在与美国画家孟塞尔（Albert H. Munsell）会面并看到他的“色彩图集”（color atlas）后，奥斯特瓦尔德受到启发，开始研究并开发出了自己的色彩分类系统。

奥斯特瓦尔德颜色系统 黄蓝纵截面, 图片来自wiki

1917年，由奥斯特瓦尔德编写的第一版颜色系统图集/色谱《Die Farbenfibel》（The Color Primer）正式出版。在这个系统中，他认为所有颜色都可以通过“黑（B——black）“，“白（W——white）”和“纯色（F——full color）”三种成分按照一定的面积比例混色得到，即W B F=100%。所以在描述一个特定颜色时，不再需要使用模糊的、主观性极强的形容词，只要给出三种变量的具体数值就可以了。这种不必完全依靠视觉调配颜色，较为科学的定量化方法，使得整个系统秩序严密，在配色时极为方便。

色相环, Die farbenfibel, 1921, Wilhelm Ostwald, 图片来自wiki

奥氏色立体在三维空间中是一个圆形底座的双锥体而不是球体。奥斯特瓦尔德将纯色、理想黑和理想白作为三个顶点建立了“等色相三角形”，黑白边是这个色彩空间中最重要的坐标，以其为固定中心轴改变色相，也就是三维意义上旋转三角形能得到一个上下左右皆对称的双锥体。基于此，色立体的纵截面便是由两个“等色相三角形”组合成的菱形，每一面上它们的纯色顶点都是一组对比色，在横截面的圆形色相环上彼此相对。这个系统中的色相环，是由红色、黄色、绿色和蓝色四个基础色，及它们的四个中间色橙色、紫色、黄绿色和蓝绿色，最后再各自分成三个色，共计24色；而从顶部/北极的白色到底部/南极的黑色共有八个值（明度），用小写字母代替；剩余区域的颜色按照固定的黑白纯色比例混色，将通过纯色数字在前，明度字母在后的编号表示。

“等色相三角形”混色比例示意图, 图片来自wiki

奥斯特瓦尔德的色彩学说提供了一种极简而科学的，兼备描述性与实用性的理论。它最大的优点就是各色相除代表纯色的数字外，位置编号均相同，容易记忆和说明。这一套关于色彩标准的理论在艺术界受到了同时期的风格派（De Stijl）和包豪斯（Bauhaus）的热烈欢迎；而在他去世后不久，就有不少后续者着手改良了这套系统，使其在第二次世界大战期间完备后成为了德国彩色系统的主流范式。

奥氏色立体680色实物模型 Ostwald's Color Solid, 1918, 图片来自wiki

它的局限性也在使用中慢慢凸显出来。擅长使用严格的定量实验研究方法与数学表达形式的奥斯特瓦尔德，对颜色也是基于基本法则与秩序展开系统建构，但这其实是一种极端理性和理想化的方式，某种意义上忽略了部分人的视觉习惯和心理感知。奥氏色立体的结构存在着一些缺陷：不同的色相在完全同比例混合黑白后，实际所得出的颜色尽管编号与位置均相同，视觉上感知到的明度与彩度/饱和度（心理颜色元素）多少存在着出入；而三角形的结构也限制了每个明度的最高彩度，自然界的彩色异常丰富，很多鲜艳颜色都超出了这个三角形的色域范围，在这种体系下调色无法体现这一部分，很容易误导使用者。因此它只适用于建筑、常规工业品等不需要大量鲜艳色的行业，印刷、纺织服装等对鲜艳色需求量大的行业，一般不用这种结构的色立体色卡。

尽管随着现代更明亮的新染料及颜料的出现，奥斯特瓦尔德颜色系统的结构难以适应和扩展，已被更广泛使用的孟塞尔颜色系统和瑞典 NCS（自然色彩系统）所取代。但在几何学与数据传达的精准应用方面，它仍然是色彩现代化的重要科学表征，被视为当今色彩系统的早期蓝图。

奥氏色立体实物模型 Ostwald's Color Solid, 图片来自温莎牛顿官网

Reference:

https://www.northernarchitecture.us/architecture-rendering/the-ostwald-color-system.html

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/vision/colsys.html#c3

https://www.wilhelm-ostwald-park.de/en/biografie

https://www.cooperhewitt.org/2018/05/09/the-chemistry-of-color/

https://zhuanlan.zhihu.com/p/356008553

来源：科学艺术研究中心

撰文：Ivy

编辑：谦、yrLewis