为了更全面更科学更直观地表述色彩的概念,运用色彩及其构成规律,规范色彩的使用,需要把色彩三要素按照一定的秩序和内在联系,以立体而又有明确标号的方式排列到一个完整而严密的色彩表述体系中,这种表述的方法和形式称为色彩的“体系”这种体系借助三维的空间架构来同时表述出色相纯度和明度三者之间的变化关系,简称它为“色立体(表色体系)”

在18世纪的欧洲,色彩学家们就试图以客观的分类法,把色阶变化标准化,寻找巧妙的配色方法,以使色彩配置达到科学化这种尝试最早是二次元的结构,利用一个圆形或多角形来表达色彩的秩序和相互关系后来,由于色彩三属性的提出,逐渐形成了具有三度关系的立体模型,即色立体

色立体是将色彩依明度色相和纯度三种关系,系统地排列组织成一个立体形状的色彩结构其基本结构近似于地球仪,南北两极为垂直的轴线,是以明度为变化的中心垂直直轴,往上明度渐高,以白色为顶点,往下不同明度的灰等差顺次排列,最底端为黑色这一表明明暗的垂直轴称为无彩色轴,是色立体的中心轴,构成明度序列赤道上以无彩色轴为中心,将各色相依红橙黄绿蓝紫等差环列成一放射状的结构,构成色相环由色相环向内沿水平方向按等差纯度排列起来,愈接近明度轴,纯度愈低,愈远离明度轴,纯度愈高,构成了各色相的纯度序列这样,就把数以千计的色彩依明度色相纯度严格地组织起来,构成了色立体在这个色立体中,每一横截面可以标志出各色相在同明度时的纯度变化各纵剖面上则可以看到一对补色间的不同明度和纯度的变化色立体能使我们更好地掌握色彩的科学性多样性,使复杂的色彩关系在头脑中形成立体概念,为更全面地应用色彩搭配色彩提供理论根据

自1772年朗伯特(Lambert)的颜色金字塔形色立体出现后,各式各样的色立体随之产生色立体的建立,对于色彩研究的标准化科学化系统化及实际设计有着举足轻重的作用最具代表性的是美国的孟塞尔(A.H.Munsell)色立体(1905)和德国的奥斯特瓦德(W.Ostwald)双重圆锥形色立体(1916),以及综合以上两者优点的日本P.C.C.S色立体(1964)它们虽模型各异,却出自相似的原理

1)孟塞尔表色体系

孟塞尔色立体最早在1905年由美国著名色彩学家画家孟塞尔创立,1915年出版了《孟塞尔色彩图谱》一书1929年和1945年两度经美国国家标准局美国光学学会修订,从而成为目前国际上普遍采用的颜色分类与标定法该体系由色相明度纯度三属性构成,其色相环以红(R)黄(Y)绿(G)蓝(B)紫(P)为五个基本色

孟塞尔色立体的中心轴由非彩色构成,所以又称无彩轴依明度序列,上白下黑,分11阶段垂直放置从黑到白这11阶段的明度序列分别用N0,N1…表示有色彩则用与此等明度的灰色表示明度,用1/,2/,3/…表示以红(R)黄(Y)绿(G)青(B)紫(P)五色为基础,等距离地布列在周围再将它们五个的中间色相:黄橙(YR)黄绿(YG)青绿(BG)青紫(BP)红紫(RP)分别插入上述五色中间,这样首先有了具有10个基本色相的色相环然后,再进一步把这10个色相各自从1到10等距离划分为10个小格,这样总计共有100个小格,小格之间的色相存在着细微的渐变差异,最终形成了具有100个色相的孟塞尔色相环每一个基本色相两边中的小格,用1～10数字表示,比如1R,2R…10R,而各个基本色处于中间第5号,用5R,5YR,5Y…表示,也可以把它们概略地写成R,YR,Y…孟塞尔色相环属补色色环,色相环直径两端的色彩为互补色，如下图： 

把孟塞尔色相环水平放置(与无彩轴垂直),用直线把每一色相与无彩轴相连,即得该色相的纯度轴可以看出,越接近无彩轴,其色彩纯度越低;离无彩轴越远,纯度越高各色相能达到的最高纯度和明度是不同的,不同色相对应的最高纯度如下表所示： 

纯度以无彩轴处为零,用等间隔距离来划分纯度等级,每一等级用/0,/1,/2,…,/14表示最高纯度是纯红色(C=14)孟塞尔色立体中各基本色相(用H表示)的不同明度(用V表示)和纯度(用C表示)之间的对应关系如下表所示： 

这样,再扩展到所有100个色相,孟塞尔色立体就包含了几乎所有需要的色彩,每一色都可在这个色立体中找到它们相应的位置色立体标明了足够多的色彩,因为即使是经过专门训练的人也难以区分色立体上的相邻色再者,色相明度纯度的色标如果不是仅局限于整数(如任意位小数),那么就可以标示无限个色彩

当然,这对于实际应用已无任何意义孟塞尔色立体用“色相(H)明度(V)纯度(C)”的标记来表述色彩,其表述方法是H.V/C如5Y6/5即表示色相为5Y明度为6纯度为5的色彩孟塞尔色立体用这样的方法来表示某一具体的色彩是很科学的它的最大优点是无论何人何地,只要根据其表示符号即可配制出相当准确的色彩来,这就避免了单用眼睛观察所产生的偏差及文字叙述的困难

但由于各色的纯度不同,因此色立体不是完全规则的球体如果用一个垂直于无彩轴的平面来剖切这个球体,得到的是同明度不同纯度不同色相的各种色彩如果用一个包含无彩轴的平面来剖切色立体,可得到以无彩轴为分界线的成互补关系的两组同色相不同纯度和不同明度的许多色彩

孟塞尔色立体是从心理学的角度,根据人的视觉特性制定出来的色彩分类和标定系统但由于当时条件所限,孟塞尔颜色样品等级在编排上不完全符合视觉等距的原则,因此这个色系也存在着一定的缺陷目前国际上采用的,是对上述色系进行了修正的“孟塞尔新标系统”

2)奥斯特瓦德表色体系

奥斯特瓦德色立体由德国物理化学家诺贝尔化学奖获得者奥斯特瓦德创立,1933年他出版了《色彩的科学》一书奥斯特瓦德色相环以黄(Y)橙(O)红(R)紫(P)群青(UB)绿蓝(T)海绿(SG)以及叶绿(LG)8种为基本色相,将每一基本色相分为3等份(以123为标号,其中2为代表色相)以组成24色相环该色相环按谱色顺序作逆时针排列,但又按顺时针方向自黄至叶绿将各色以1～24编号标定奥斯特瓦德色立体的明度中心轴共分8级,以acegilnp8个字母标定,每个字母表示特定的含白量和含黑量,如下表所示： 

以明度轴为底边作一等腰三角形的等色相面,以明度为轴心旋转一圈即形成奥斯特瓦德色立体,如下图所示： 

等色相面上角W表示纯白,下角BL表示纯黑,外角表示纯色,三角形上半部分为明色,下半部分为暗色色彩的表达方式是“色相/含白量/含黑量”,每一色彩的纯色量 含白量 含黑量=100%例如,14pn即表示色相面编号为14的蓝色,查表可知,其含白量符号p为3.5%,含黑量符号n为94.4%,蓝色量则为100%-3.5%-94.4%=2.1%,因而该色为深藏青色

在色三角中,a与pa连接线(及其平行线)上各色含黑量相等,成为等黑系列;p与pa连接线(及其平行线)上各色含白量相等,成为等白系列;与中心轴平行的纵线上各色纯度相等,成为等纯度系列;不同色相面上同一色区的各色其含白含黑含纯色量相等,因而为等色调系列，如下图：

3)日本色彩研究体系

日本色彩研究体系(P.C.C.S)是日本色彩研究所制定的色立体体系色相以红橙黄绿蓝紫6个主要色相为基础,并调成24个主要色相,标以从红到紫的序号,如下图所示： 

其间分9个阶段的灰色,纯度与孟塞尔体系相似色的表示法是色相明度纯度其特点是用圆内的虚线三角形和实线三角形来分别代表三色为色光三原色和颜料三原色

在上图中记号1为红2为黄调的红3为橙红4为橙5为黄调橙6为黄橙7为红调黄8为黄9为绿黄10为黄绿11为黄调绿12为绿13为蓝调绿14为蓝绿15为绿调蓝16为蓝17为紫调蓝18为紫蓝19为蓝调紫20为蓝紫21为紫22为红调紫23为红紫24为紫调红此色相环又叫等差色环,因为它比较侧重等色相差的感觉

1965年,日本色彩研究所研究的色彩体系不仅有24色相环,还有1248色相环,被称为“完全的补色色相环”由于参照了孟塞尔表色体系,同样可以归纳为10个颜色的色相环日本色彩研究体系主体的明度值参照了孟塞尔表色体系,但为9级,白在最上端,黑在最下端,中间配置等差的灰色7级,整个明度阶段依序为1.0、2.4、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5、8.5以及9.5等数值,如下图所示： 

日本色彩研究体系的纯度分为11个色调,如下表所示： 

彩色阶段由无彩色到纯色共分为9个阶段,彩色记号都加上“S”(Saturation,纯度的缩写),以便与孟塞尔表色体系区别日本色彩表色法是以色相明度纯度的顺序表色的如2R-4.5-9S,2R表示色相,由色相环得知为红色,4.5表示稍低的明度,9S表示最高的纯度,本颜色为纯红色日本色研表色体系的最大特征是加入色调的概念一般在色彩的三要素中,色相比较容易区别,而明度和纯度则较难区别,因此,日本色研表色体系将明度的高低和彩度的强弱并在一起考虑,便有了调子的产生日本色研体系把无彩色分为5个色调,即白(White)明度阶段为9.5,色调的缩写为W;浅灰(Light gray)为8.5及7.5,简称LTGY;中灰(Meium gray)为6.55.5及4.5,简称MGY;暗灰(Dark gray)为3.5及2.4,简称DKGY;黑(Black)的明度为1,简称BK