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粉筆與黑板的秘密–談色彩的視認性

「老師,可以不要用紅色粉筆寫嗎?我看不清楚。」這是在中小學常聽到的對話,我們總覺得紅色粉筆寫在黑板上不夠清楚,但紅色和綠色不是互補色嗎?應該要很清楚且明顯的,這其中到底有什麼奧秘呢?
 
 
 
「老師,可以不要用紅色粉筆寫嗎?我看不清楚。」這是在中小學常聽到的對話,我們總覺得紅色粉筆寫在黑板上不夠清楚,但紅色和綠色不是互補色嗎?應該要很清楚且明顯的,這其中到底有什麼奧秘呢?

要解開這個謎團先從色彩開始談起吧!牛津字典對色彩的解釋為,物體受光線照射,不被吸收而反射進入眼睛,呈現出物體的顏色,因波長的差異,產生紅、黃、綠、藍、紫……等色彩。色彩是由「R」紅色(長波長)、「G」綠色(中波長)及「B」藍色(短波長)三種不同的感光神經進行色光混合而顯色,因此我們稱RGB為色光三原色。色光的混合屬於加法混色(又稱正混合),光學上加法混色時二次色的亮度比合成它的二原色較為高,我們可以這樣推論:因三原色合成白光,所以任二原色混合,將合成2/3 的白光。因此,在加法混色中混色永遠會使亮度增強。依據上述概念,若某一色彩I其R、G、B含量比例分別為r、g、b,則方程式可寫為 I ≣ rR + gG +bB。因此每種顏色都會有自己的RGB值,而在電腦上,三個原色的顯示範圍分別由0~255表示,無色彩時為0,色彩最濃時為255,如紅色為(255,0,0)、綠色為(0,255,0)、藍色則為(0,0,255),黃色是由紅色及綠色混合而成,RGB值則為(255,255,0),橘色則由紅色和一半的綠色混合而成,故其RGB值為(255,127,0),而白色是全部三種原色的混合,故其RGB值為(255,255,255),黑色則為(0,0,0)。所以我們由RGB值即可知,紅色沒有G、B值而綠色沒有R、B值,因此互為補色。
任何色彩均具有三種基本的性質,稱為色彩三要素,即色相、明度、彩度三個向度。色相是指色彩的名稱,取決於可視光之波長,例如:紅、橙、黃、綠、藍、紫……。明度是指色彩明暗的程度,色彩會因為黑或白含量不同而產生明暗度不同之變化,當色彩中白色含量較多時,色彩的明度將提高,顏色也會愈淺。彩度是指色彩的飽和或純粹程度,每個色相中,不含其它雜色的「純色」是飽和度、純粹度最高的顏色,純色高的顏色我們稱之為高彩度,純度低的顏色則稱低彩度。
在圖片或文字中,要能夠「看清楚」更重要的因素是視認性 (legibility),視認性是指利用形狀或顏色形成鮮明可辨認的圖像。視認性佳表示物體可以很容易被辨認,而視認性探討的重點在於閱讀者獲取訊息的難易程度,不涉及閱讀者認知能力的高低。一般來說,在灰色背景下,色彩的視認性普遍不錯,其中,以白色、藍綠色、黃色的文字視認性最好,其次為綠色、藍色、紅色,最差為紫色。而視認性高的配色組合與其他樣本在相同距離下,判讀程度通常較佳,常見的紅綠兩種互補色就是視認性很低的組合,容易引起閱讀者的視覺疲勞和傷害。另外,紅藍配與藍綠配同樣是不理想的搭配組合。

回到粉筆與黑板的問題,傳統粉筆的主要成分是硫酸鈣 (CaSO4),但顆粒比粉塵大,吸進氣管會造成鼻、咽、喉不適,現今環保粉筆多採用碳酸鈣 (CaCO3)來取代傳統的硫酸鈣為原料,碳酸鈣是無毒物質,粉塵較少,可被人體正常代謝。彩色粉筆就是色料加上碳酸鈣或硫酸鈣製備而成,根據實驗分析,每支粉筆至少都有80%以上的碳酸鈣或硫酸鈣,然而這兩種化合物皆是白色粉末,所以粉筆顏色會深受硫酸鈣或碳酸鈣含量的影響。一般由三原色混合後所產生的顏色稱為正色,在探討對比色或互補色時皆以正色為主,但粉筆中含有大量的白色碳酸鈣或硫酸鈣,因此色彩的明度與彩度已大幅度產生變化。紅色粉筆在白色的碳酸鈣或硫酸鈣的影響下,會出現G、B值,已和正紅色僅有R值不同,而紅色與綠色的組合下,視認性原本就不高,當紅色粉筆出現G、B值後,與綠色黑板的RGB值更加相近,導致視認性更差,因此紅色粉筆在黑板上無法清楚顯色。

由圖1可知,相較於左邊的學生能夠清楚看到「視認性」三個字,右邊的學生對於黑板上的文字辨識則較吃力,這就是不同顏色在相同背景顏色上所造成的差異,也就是視認性的差異。而在圖2當中,為了與黑板顏色比較,色塊與色線區都是以正綠色為背景顏色。由比較結果來看,在色塊區部分,正紅色和正黃色都有相當好的視認性,而正綠色的綠色色塊則因和背景顏色相同,故無法辨識。色線區部分,正黃色依舊有相當好的視認性,但正紅色就較不佳,正綠色則一樣無法辨識。最後的彩色粉筆區是以粉筆書寫於黑板上的真實情況來看,我們可以發現,紅色粉筆的視認性非常不好,而黃色粉筆的視認性仍然很好,綠色粉筆在黑板上反而有不錯的視認性。由結果顯示,我們可以知道紅色粉筆在黑板上不清楚是因為視認性差的原因,與互補色並沒有直接的相關,下次可別再搞混囉!(本文由科技部補助「新媒體科普傳播:遇見無所不在的生活科學」執行團隊撰稿)

責任編輯:張尹貞
審校:張惠博
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