浅谈 CSS 颜色模块与色彩学

W3C 的 CSS 工作组发布 CSS 颜色模块(CSS Color Module Level 4)首份公开标准工作草案已经有一年之久了,你可能无法想象 CSS 中这一个 colorbackground-color 等属性包含了色彩学多少基本知识。色彩学广泛运用于美术、计算机图形学、机器学习、心理学等学科中,这次我们就来假借 CSS 颜色模块来窥见其一斑。

(因本人水平有限,如有描述不当的地方,希望大家指出)

已命名颜色(Named Colors)

字如其名,就是有公认名字的颜色。具体颜色名称引用请见 W3C 网站:

https://www.w3.org/TR/SVG/types.html#ColorKeywords

/* CSS 引用已命名颜色时不可以使用引号 */
.font-aqua {
    color: aqua;
}

灰度(gray)

从最暗黑色到最亮的白色的灰度,中间根据采样的级数可能分为 8 bits、16 bits 等。(注意灰度图像与黑白图像的区别)

网页设计时可能可以加上透明度参数。

.font-gray-1 {
    color: gray(50%);
}

三原色光 模式(RGB)

又称 RGB颜色模型红绿蓝颜色模型,是一种加色模型,将红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三原色的色光以不同的比例相加,以产生多种多样的色光。(且三原色的红绿蓝不可能用其他单色光合成)

三原色光
三原色光

目前市场上主要有两种 RGB 类色彩空间:

  • sRGB,standard RGB,是惠普和微软公司于1997年共同开发的标准色彩空间,应用范围更广泛,因为绝大多数的数码图像输入输出设备(如:数码相机、数码摄像机、扫描仪、打印机、投影仪等)和软件都默认支持sRGB标准,同时它也是为平面设计师而设计的标准。

  • Adobe RGB,由 Adobe 公司于 1998 年推出的色彩空间,较之 sRGB 有更宽广的色彩空间范围,层次较丰富,但色彩饱和较低,多用于印刷行业。sRGB 色彩空间是 Adobe RGB 色彩空间的子集。(注意 色彩空间色域 的区别)

在页面设计时,RGB 颜色标记方式主要有四种:

  • RGB(0~255, 0~255, 0~255)

  • RGBA(0~255, 0~255, 0~255, 0~1),第四位 A 表示透明度(Alpha)

  • #RRGGBB,6 位有效 16 进制数表示法(6 digits hex),每两位从 00~ff (或 FF)表示三色中的一种从 0~255 的强度,每个颜色通道有 8bit数据,所以这个属于真彩 24bit

  • #RGB,即 3 位有效 16 进制表示法(3 digits hex),每一位从 0~f(或 F)表示三色中的一种颜色的强度

    • 注意这不是 Web 安全色,Web 安全色仅有 6 * 6 * 6 = 216 (种)
  • #RRGGBBAA,8 digits,类比以上标记法,多出的 AA 表示透明度,这种表示法在安卓等平台早就实现了,这次 CSS 草案也将其纳入范围内,并且已经在火狐浏览器上得到支持(此文撰写时,谷歌浏览器好像还并不支持)。

  • #RGBA,类比以上标记法,不再赘述。

/* RGB */
.font-aqua {
    color: rgb(0, 255, 255);
}

/* RGBA */
.font-aqua {
    color: rgba(0, 255, 255, 1);
}

/* 6 digits HEX */
.font-aqua {
    color: #00ffff;
}

/* 8 digits HEX only for firefox */
.font-aqua {
    color: #00ffffff;
}

/* 3 digits HEX */
.font-aqua {
    color: #0ff;
}

/* 4 digits HEX */
.font-aqua {
    color: #0fff
}

印刷四分色 模式(CMYK)

彩色印刷时采用的一种套色模式,利用色料的三原色混色原理,加上黑色油墨(由于颜料达不到理想的纯度,所以用 CMY 模式混合无色彩的灰、黑很困难,便增加了一个专门的黑色通道,同时为了不与蓝色 B 混淆缩写使用 K),共计四种颜色混合叠加,形成所谓“全彩印刷”。四种标准颜色是:青色(Cyan),洋红色(Magenta),又称为‘品红色‘,黄色(Yellow),黑色(blacK)。

网页设计时将其标记为:device-cmyk(0~1, 0~1, 0~1, 0~1),可能还会加上透明度 Alpha,每种原色的强度可用 0~1 的数字表示也可以用百分比表示。

印刷四分色
印刷四分色
/* CMYK */
.font-aqua {
    color: device-cmyk(0, 0, 100%, 0);
}

CSS 颜色模块的草案是这么愉快地决定啦,但是毕竟只是草案,这种颜色表示方式似乎暂时并没有浏览器实现。

此外,从三原色光模式可以转换成印刷模式,印刷品仍然可以再转换成三原色光模式显示。但一件印刷模式的图片转换成三原色光模式显示,再转换成印刷模式就会造成色彩的畸变,两件印刷品的颜色会有区别。所以如果商业应用需要颜色非常精确时,不要使用转换的方法。而且,印刷四分色模式向三原色光模式转换时,需要经过一个中间三分色模式的变化,将黑色版的因素去掉。

  • 从四分色向三原色转换

转换成三分色

然后再转换成三原色光

  • 从三原色向四分色转换

先转换成三分色 CMY

否则,再转换成四分色

HSV、HSB 和 HSL

H hue, 色相
S saturation, 饱和度
L lightness, 亮度
V value, 明度
B brightness, 明度

可见,HSV 和 HSB 色彩空间模型指的是同一个,而 HSL 与前者有些区别。

- 色相

又被称为色调,是色彩的首要特征,是颜色等效光谱峰值的位置,但并非所有色相都在光谱上,比如说色谱是带状,而色相是首尾相连的环状,所以比色谱多出一段连接红色端和紫色端的洋红色片段。

0 度 / 360 度 红色
60 度 黄色
120 度 绿色
180 度 青色
240 度 蓝色
300 度 品红色
/* 色相环角度转 RGB */
function hueToRgb(t1, t2, hue) {
  if(hue < 0) hue += 6;
  if(hue >= 6) hue -= 6;

  if(hue < 1) return (t2 - t1) * hue + t1;
  else if(hue < 3) return t2;
  else if(hue < 4) return (t2 - t1) * (4 - hue) + t1;
  else return t1;
}

- 饱和度

指色彩的纯度,越高色彩越纯,低则逐渐变灰,取 0-100% 的数值。(100% 时颜色饱和度最好)

- 亮度和明度

  • 亮度 Lightness,指颜色从全黑到全白 。(50% 为原来的颜色,100% 为白色)
亮度-Lightness
  • 明度 Brightness(或 Value),指颜色从全黑到颜色能维持最大饱和度的亮度。(100% 为原来的颜色)
明度-Brightness

与 RGB 模型的笛卡尔直角坐标系不同,HSV(色相,饱和度,色调)在概念上可以被认为是颜色的倒圆锥体(黑点在下顶点,白色在上底面圆心),HSL 在概念上表示了一个双圆锥体和圆球体(白色在上顶点,黑色在下顶点,最大横切面的圆心是半程灰色)。

HSV 或 HSB 倒圆锥体
HSL 球坐标系(没找到柱坐标系,感觉球坐标系也蛮形象的)
/* HSL */
.font-aqua {
    color: hsl(180, 100%, 50%);
}

/* HSLA */
.font-aqua {
    color: hsl(180, 100%, 50%, 100%);
}


/* HSV */
.font-aqua {
    hsv(180, 100%, 100%);
}

- 与 RGB 间的转换关系

/* HSL 转 RGB */
function hslToRgb(hue, sat, light) {
  if( light <= 0.5 ) {
    var t2 = light * (sat + 1);
  } else {
    var t2 = light + sat - (light * sat);
  }
  var t1 = light * 2 - t2;
  var r = hueToRgb(t1, t2, hue + 2);
  var g = hueToRgb(t1, t2, hue);
  var b = hueToRgb(t1, t2, hue - 2);
  return [r,g,b];
}

HWB

HWB 是另一种以色相(Hue)为基础的色彩模型,加上白色(White)的的程度,黑色(Black)的程度这两个参数,可以使其比饱和度和亮度更容易让人理解。

/* HWB,可能有第四位表示透明度 */
.font-aqua {
    color: (180, 0%, 0%);
}

- 与 RGB 之间的转换关系

function hwbToRgb(hue, white, black) {
  var rgb = hslToRgb(hue, 1, .5);
  for(var i = 0; i < 3; i++) {
    rgb[i] *= (1 - white - black);
    rgb[i] += white;
  }
  return rgb;
}

YUV

YUV 是一种颜色编码方法,由辉度(Luma),色度(或浓度,Chroma)来表示,其种类较繁,且草 CSS 颜色模块草案中并为提及,故不再占用篇幅了。

- YUV 转 RGB

还有

此外还有 LAB、LCH、YIQ、CIE 等色彩模型,因为CSS 颜色模块中并为提及,就不在此处赘述,感兴趣的可以自行查阅其他资料。

lab2lch


参考

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