人类眼睛能看到的色彩是可见光反射的结果。如图1所示，可见光是电磁波的一种，其波长范围为380~760nm，其中紫色光的波长最短，红色光的波长最长。

图1 电磁波谱

光学理论上的颜色和物理生理学有关，是由可见光（电磁能）经过周围环境的相互作用后到达人眼，并经过一系列的物理和化学变化转化为人脑所能处理的电脉冲结果，最终形成对色彩的感知。色彩感知的形成是一个复杂的物理和心理相互作用的过程，也就是说，人类对色彩的感知不仅由光的物理性质决定，也受到心理等因素的影响。另外，人类对色彩的感知也会受到周围环境的影响（陈为等，2013）。

色彩感知的生理基础是人眼，人眼的主要结构包括：角膜、瞳孔、晶状体、视网膜、中央凹和视神经等部分。人眼接收到的光线首先经过角膜和瞳孔到达晶状体，晶状体将光线聚焦在视网膜上，视神经再将视网膜上接收到的信息传输到大脑中，完成整个视觉信息接收的过程。其中，视网膜中包含三层主要的神经细胞（视杆细胞和视锥细胞、双极细胞、神经节细胞）以及两种连接细胞（水平细胞和无长突细胞）。

视杆细胞和视锥细胞是一种特殊的神经细胞，它们含有一种叫做视觉色素的感光化学物质，能对光线产生反应。视锥细胞主要分布在中央凹处，在亮光下起作用，产生色觉；而视杆细胞主要分布在中央凹的两侧，在暗光线下起作用，光敏感度较高，但分辨能力差，无法产生色觉。根据视锥细胞最敏感的波长，视锥细胞可分为短视锥细胞、中视锥细胞和长视锥细胞，分别对蓝色、绿色和红色光最为敏感。研究表明，三种视锥细胞在视网膜中的分布和敏感度不同，短视锥细胞覆盖的面积最大，但其敏感度最低。所以一般而言，面积较小的地图要素不宜渲染为蓝色。

色彩感知也是一种心理活动，心理学中有两种主要的色彩感知理论：三原色理论和拮抗理论。三原色理论由托马斯·杨（Thomas Young）于1801年提出，该理论认为颜色感知是光线对三种视锥细胞进行刺激的结果。如果只有一种视锥细胞收到刺激，那么人眼就能感知到这种颜色，例如，红光刺激长视锥细胞，使人感知到红色。而对于其他颜色的感知则是对三种视锥细胞进行成比例刺激的结果，例如，黄色的光会刺激绿色和红色的视锥细胞，使人感知到黄色。

拮抗理论是由埃瓦尔德·赫林（Ewald Hering）于1878年提出，该理论认为人眼对于色彩的感知是基于一个明-暗（黑-白）颜色通道和两种相对的颜色通道：红-绿颜色通道和黄-蓝颜色通道。每种颜色通道内的颜色相互对立，因此人眼无法感受到同一通道内的混合色（红-绿混合或黄-蓝混合），但可以感知到不同颜色通道内的混合色（红-蓝混合、红-黄混合等）。

虽然多年来两种理论的支持者一直在为拥护各自的理论而进行争辩，但客观而言，两种理论都可以很好地解释色彩感知的过程。三原色理论以三种视锥细胞的存在为理论基础，而来自于不同视锥细胞中的信息的组合方式也正是基于拮抗理论，两种理论相互补充，在解释人类色觉的复杂现象中都起到了重要作用（杨雄里，1996）。