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干货2024-02-21

上篇 | 将光学图案引入CMF设计，达到动态变色及立体化新高地





随着行业的不断发展，光学（Optics）图案（Pattern） 的融入将静态的CMF美学传播，拓宽到变色、动态和立体化的新高地。关于此主题性系列内容，笔者将分为三个大板块分别介绍：光学与色彩篇、微纳结构工艺篇、材料与图案设计篇。内容素材及技术支持来自CMF设计军团平台资深合作伙伴苏州印象，有想了解这家供应商的终端企业也可以联系军团工作人员帮忙引荐~~

本文是第一期：光学与色彩篇，主要分为两个部分：


一、光学讲解：控制光的表现形式来做设计

二、光学色彩呈现：微纳结构色介绍及应用




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一、光学讲解：控制光的表现形式来做设计


 


光学是什么？


光学（Optics），是一种能够通过视觉传递情感的电磁波 ，在可见光波长范围内能够被人们视觉所感受，它通常以一种有规则的物理方式进行传播，管控、管理光的色彩和方向的传播，是美学设计和工程设计需要携手应对的一大考题。



我们常见的光学现象有哪些？


01

光的反射


反射是最常见的光学现象
镜子是最常见、最规则的光学“器具”




反射还有漫反射、半反射、
选择颜色（波长）的反射、聚焦反射、
扩散反射、反射成像等
它是一种变化灵活、应用广泛、
设计调控手段非常丰富光管理手段




     

02

光的散射


光的散射是指光通过不均匀介质时
一部分光偏离原方向传播的现象



光通过大气层的水蒸气等颗粒
能够产生蓝天白云、艳丽晚霞
也能在雨后筑起美丽的彩虹
这些都是光的散射所造成的视觉现象


（丁达尔效应也是一种光的散射）

     

     

     

     

     

03

光的吸收


光是一种能量，能够被吸收转化
如果是完全吸收，那是理想的黑洞



实际上大多是部分吸收和选择性吸收
所以我们能够看到明暗、可以看到色彩
比如印刷，油漆喷涂
这也是我们最常用最擅长的光学调控方法



通过微纳结构设计
来调控光的部分（或全部）波长吸收或反射
产生结构色，表现色彩和明暗
这是最安全最环保的色彩表达方式

     

04

光的衍射


光在传播过程中遇到障碍物或小孔时
光将偏离直线传播的路径
而绕到障碍物后面传播的现象



在薄薄的载体上用一种狭缝或周期性光栅
可以调控改变光的传播方向
将混合波长（白光）进行分色、扩散



这是近些年来最流行的光学结构色设计

应用领域遍及无油墨印刷、安全防伪纹理装饰等领域


（光盘上的光的衍射）


05

光的折射


折射同样能够改变光线的传播方向
并在特定形状和折射率条件下产生色散

   
   


但是折射器件通常很难做到超薄
应用难度相对比较大
但是随着微纳加工技术水平的提高
大量的折射型装饰材料也不断的在涌现
更多的表现菲尼尔透镜
微透镜集成立体成像视觉效果

     

06

光的干涉


光在穿透非常薄的透明膜层时
在不同折射率界面会产生面和面的干涉
形成某种波长（颜色）的增强或减弱
出现彩虹膜色彩
自然现象多见于水中的油污、肥皂的泡泡



在设计应用中常常用两种不同折射率材料交替叠加而成
并通过镀膜材料选择、气体的渗入
膜层厚度的设计来决定所需要的颜色
已经广泛应用于穿戴装饰、化妆品包装、3C类电子消费用品





07

光的发散与汇聚


光通过规则弧形透明介质体
会发生发散或汇聚现象
这原本大多用于光学成像器件
具有一定的体积厚度
通常称之为几何光学



随着微纳加工技术的进步
能够将这种原本需要
一定体积厚度的光学原料元件
做成超薄的装饰性材料
应用领域非常宽广




     
以上便是常见的七种光的现象
除此之外
可以用于装饰光学传播现象还有很多
比如光波导、光偏振、光子晶体等
科学的进步
必将引领我们进入更神奇的视觉天地

如今

我们可以通过改变物体表面结构
控制光的表现形式
得到我们想要的微纳结构色
▼▼▼








以上案例均来自苏州印象，微纳结构色技术。微纳技术的发展能让我们更好的控光学，从而催生了新的颜色调控方法。改变物体颜色的手段，并不仅仅是局限于油墨印刷，通过物体表面的微纳结构，来让物体变得绚丽多彩，是一种安全、高效且独具特色的表现形式。




二、光学色彩呈现：微纳结构色介绍及应用





颜色的定义是什么？

颜色（Color）是一种视觉效应，是通过眼、脑和我们的生活经验所产生的一种对光的效应，我们肉眼所见到的光线，是由频率范围很窄的电磁波产生的，不同频率的电磁波表现为不同的颜色，对色彩的辨认是肉眼受到电磁波辐射能刺激后所引起的一种视觉神经的感觉。





色彩是一种语言，一种信息，一种情感的共鸣，
人类自诞生以来，就对色彩充满了喜爱。
早在公元前4万多年
祖先们就开始用加热黄土
研磨有色矿石或植物等原始方法
制成五颜六色的颜料绘制壁画



那么

色彩在设计中为何如此重要？





1.色彩的关联功能


   
色彩具有高度的情绪化和象征性关联特征。在设计中正确运用色彩，可以起到舒缓使用者情绪、唤起顾客生动记忆的功能。思维将色彩和情绪进行关联，这种关联是各个方面的，比如文化、地理和经历，除了与记忆关联以外，色彩还具有象征性符号的关联功能。    






2.色彩的标识功能


   
色彩可以标识一个人、一个公司或者一个组织。对于有强留名牌观念的公司，色彩的运用非常重要。就像蓝色的礼物包装盒配上白色的丝带就是Tiffany的标志；当色彩对比强烈、饱和度高、属于基础色或者合成色时往往具有极高的辨识度，可以与其他品牌进行区分。    






3.色彩对产品的直接影响


 

 
 


正确使用色彩，在设计中有魔法一般的效果。我们可以通过颜色来伪装和掩饰物体的三维形态。用颜色来弱化形状或突出形状。  

  
同时，我们也可以用色彩突出物体的材质，例如，抛光金属能产生光泽感，让人有华美的视觉效果。  

  

 



5.色彩的心理暗示


   
色彩是和心理学挂钩的，在自然欣赏、社会活动方面，色彩在客观上是对人们的一种刺激和象征；在主观上又是一种反应与行为。色彩心理透过视觉开始，从知觉、感情而到记忆、思想、意志、象征等，其反应与变化是极为复杂的。    


所以色彩是具有感情的
能让人产生联想，让人感到冷暖。
在色彩搭配中，
设计师把握好色彩的冷暖对比，明暗对比
面积对比，混合调和，明暗调和等
就能够保持画面的均衡和色彩的条理性



在生物体系中，主要的颜色来源有两大类

色素色和结构色


1

色素色


色素色又称化学色，在日常生活中非常常见,在大自然中我们常见的颜色，都是由物体的性质决定的，就是对光线的选择性吸收的能力。没有被吸收的光线到达观察者，我们就看到这个物体的颜色。




2

结构色


结构色又称物理色。结构色现象在自然界中并不少见，比如蓝色的天空源自瑞利散射，水面上油渍的颜色源自薄膜干涉，彩虹源自折射等等。





很多颜色鲜艳的生物，也通过结构色来实现信息的传递。例如变色龙，就是例如身上的微结构通过微调反射光的原理来覆盖自身，达到五彩斑斓及非常有光泽的外观效果，以此来做伪装。




还有自然界中的的甲虫，它的背部表面是如此的有光泽和金属质感，光学效果非常明显，其实是靠其壳体表面的细微结构纹理，通过对光的折射、反射等来实现的各种颜色。




那么
什么是微纳结构色？


微纳结构色？

根据T/CAB CSISA 0025-2019标准 3 术语和定义，结构色 structural colour 又称物理色，通过光波与微纳结构作用（如折射、衍射、反射、散射和共振等）产生的有别于色素着色的光泽色彩。



微纳结构色有什么特点？


1. 可变色性


   
在不同的光照角度下可以发生颜色的改变，这是结构色的第一大特点，也是区分结构色或油墨颜料色彩的重要区别，多用于安全防伪领域，也多见于目前时尚流行的手机、穿戴、汽车等CMF装饰行业。
   

   


 

2. 动态变化


   
动态变化普通油墨印刷所难以实现的，光栅结构色具有反射角度选择调控能力，可以根据设计需要达到令人匪夷所思的动态变化效果，也称为DOVID（动态颜色光变），菲涅尔圆光栅具有透镜成像作用，能产生类似“猫眼”的转动效果。    

   


 

立体感


   
结构色立体可分为微纳结构衍射立体成像和微纳结构反射立体成像，衍射立体成像传统方式就是全息，近年来随着数字光刻技术的发展，以全息技术原理为基础，设计产生具有立体感图像的衍射光栅条纹结构，不但能体现实物3D，还能设计虚拟的空间多维旋转场景。    

   
这种衍射立体成像具有一定的视场限制，而且需要单个小发光点照明才能获得最佳效果，优点的景深大，可动态，以及还原物体的真实彩色。    

    
 

 
如此独特的特点
让结构色在设计中非常具有个性化
这和微纳结构色的类型
有密不可分的关系
那么

微纳结构色的类型有哪些？

#1

■ 光栅结构

光栅结构通常采用激光直写、全息干涉、离子/电子束光刻、数控加工（CNC）等方法制备。光栅线条间距通常在几微米甚至几百纳米量级，通过调控光栅周期、角度、深度、折射率、占空比等参数，实现对光的衍射、散射作用形成结构色。

   


#2

■ 多层薄膜干涉

第二种结构色的产生机理是光在多层薄膜中发生干涉， 多层薄膜是由两种折射率不同的物质交替叠加而成。

   


#3

■ 光子晶体的排列

第三种结构色是由光子晶体 造成的，所谓光子晶体就是由两种折射率不同的物质周期性排布形成的微观结构。比如孔雀羽毛的结构色来自羽毛内部的光子晶体结构。

   


现如今

微纳结构色的运用场景非常广泛
由于其独特性
在各个领域都能看到它的存在
▽

No.1 微纳结构色包装  
任何一个产品都离不开包装，任何一个包装也都离不开印刷，而过度印刷往往与绿色环保相悖，有些甚至是有害的。而结构色是一种基于表面微纳结构产生的光的反射、折射、衍射、散射等现象。    

   
   

 
微纳结构色可以用来表达图像文字的色彩、反差、动态、立体等信息。
    

    
这种微结构承载在玻璃、塑料乃至金属板材上，可以局部或全部代替传统油墨印刷工艺。它不仅具有科技、时尚、环保、低成本等优势，同时可以让纹理更加精细、丰富和灵活多变。    

    
这不仅仅是一种技术层面上的突破，更重要的是一种观念上的变革。    

   
   
（微纳结构色包装）  

  
除了包装，穿戴行业也有很多微纳结构色的案例。无论是包包还是鞋子，各大品牌都相继推出了结构色系列。    

    
 

 
结构色天生的未来感，在设计领域非常受欢迎，它可以象征过去，也可以代表未来。赛博朋克和Y2k风格同样可以驾驭。    

    
 

    
不仅如此，还有很多人选择了运用微纳结构来装饰爱车，做成车衣的皮肤让车身整体在阳光下五彩斑斓，十分耀眼。    

    
 

No.2 光学信息防伪加密  
由于微纳结构本身是通过类似半导体工艺制成，具有较高的图文分辨能力，因此可以写入非常细小的文字，字符高度可达20微米，精度比普通印刷精度提高了十倍，所以常用于防伪加密。    

    
   

   
利用光学干涉记录衍射再现的特性，我们可以在防伪、结构色、表面装饰等多方面领域进行应用。结构色可以作为一种非常特殊的加密信息存储方式，可以通过控制光的不同波长输出和投射转化，把图像或文字存储到一个玻璃片上，由于每一个像素都是纳米级的，保存的信息会非常丰富。    

 
 

 
No.3 其他功能应用  
我们常见的夜间交通反光标牌，也都是运用的结构色来实现的。它可以随着车辆由远及近可观察到不断变化的反光颜色，起到提示警醒的作用。    

    
   

 
除此之外，还有很多场景，例如交警警服、雨衣、环卫工人服饰的反光条、具有交互式变色和闪烁功能的交通信号标牌，在很大程度上，保证了人们的安全。    

    
   

 
这种无需色素的色彩表达方式正是微纳结构色的魅力所在。具有饱和度高、永不褪色、颜色可控等神奇特性注定让结构色拥有更多的设计空间。  

   


本文来自微信公众号“CMF设计军团号”（ID：cmfjuntuan）。大作社经授权转载，该文观点仅代表作者本人，大作社平台仅提供信息存储空间服务。

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