姚翔宇，黃麗娜，于 洋

1. 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079； 2. 武漢大學(xué)地理信息系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079； 3. 蘇州工業(yè)園區(qū)測繪地理信息有限公司，江蘇 蘇州 215000

分級(jí)設(shè)色作為專題地圖的常用表示方法之一，廣泛應(yīng)用于各類地圖的定量、定性數(shù)據(jù)可視化中。分級(jí)設(shè)色不但可以直觀地表達(dá)數(shù)據(jù)在地理空間中的分布與聯(lián)系，也可以結(jié)合其他可視化方法反映地理特征，增強(qiáng)可視化效果[1]。適宜的分級(jí)色設(shè)計(jì)可以使地圖具有良好的可讀性，有助于信息的高效傳遞。

1967年提出的視覺變量概念被認(rèn)為是符號(hào)化理論的開創(chuàng)性工作[2]，與其他幾種視覺變量相比，顏色在地圖的可讀性中占主導(dǎo)地位[3-4]。文獻(xiàn)[5]提出，地圖圖形的表達(dá)使可以被人眼能清楚區(qū)分的顏色顯著提升。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，地圖進(jìn)入了數(shù)字時(shí)代，探究適宜數(shù)字顯示條件的地圖分級(jí)設(shè)色方法，對(duì)優(yōu)化電子地圖表達(dá)、幫助用戶準(zhǔn)確快速獲取電子地圖信息均具有重要意義。

目前，地圖色彩設(shè)計(jì)仍主要基于制圖慣例與制圖者的主觀感受，如何設(shè)計(jì)出適合地圖表達(dá)的色彩配置方案一直是地圖學(xué)與可視化技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。文獻(xiàn)[6—7]從流行病地圖出發(fā)，測試了不同顏色組合對(duì)讀圖準(zhǔn)確性的影響以及讀圖者對(duì)它們的喜愛程度，并開發(fā)了用于輔助定量或定性數(shù)據(jù)可視化的在線網(wǎng)站。文獻(xiàn)[8]通過分析紅-綠色覺缺陷人群與正常色覺人群的讀圖準(zhǔn)確性與效率，推薦了適合兩種人群的地圖色彩設(shè)計(jì)指南。文獻(xiàn)[9]認(rèn)為等距的數(shù)據(jù)值應(yīng)該由差異相同的顏色表示，并提出一種生成具有最大色差的顏色圖的算法，其在RGB、色相、飽和度和亮度等方面均是單調(diào)的。文獻(xiàn)[10]建議在可感知的均勻色彩空間中使用具有規(guī)則差異的顏色圖，來產(chǎn)生可感知的均勻性。文獻(xiàn)[4]則認(rèn)為當(dāng)色相、明度的變化缺乏適當(dāng)?shù)囊曈X距離時(shí)，地圖的可讀性將出現(xiàn)問題。

國際照明委員會(huì)(CIE)于1931年推薦CIE1931RGB色彩空間以來，兩顏色間的視覺感知距離，即色差，已成為計(jì)算與預(yù)測人眼對(duì)顏色感知的衡量標(biāo)準(zhǔn)[11]。色差值與人眼感知的一致性也為地圖分級(jí)色適宜配色方案的定量研究提供了方法支持，可通過調(diào)整分級(jí)色各級(jí)間色差研究其與地圖功效性的影響規(guī)律。文獻(xiàn)[12—13]針對(duì)順序配色方案設(shè)計(jì)了視覺認(rèn)知試驗(yàn)，探究用于試驗(yàn)的幾組配色方案中，增加各級(jí)間色差或改變色差變化模式對(duì)讀圖準(zhǔn)確性的影響，在之后的研究中，又測試了增加順序或定性顏色方案間的色差與空間間隔對(duì)顏色區(qū)分的影響[14]。但由于色彩空間中顏色的分布并不均勻[15]，色差計(jì)算往往需要通過引入權(quán)重系數(shù)來修正，常用的計(jì)算公式有CIE1976 L*u*v*、CMC、BFD、CIE94、LCD、CIEDE2000等，其中CIEDE2000色差公式在色差感知預(yù)測與適用范圍方面的表現(xiàn)都最為優(yōu)秀[16-17]。

作為另一基于人類顏色視覺的顏色系統(tǒng)，Munsell顏色系統(tǒng)也成為許多研究的設(shè)色基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[18]基于Munsell色彩調(diào)和理論，提出一種與土地利用圖斑色彩調(diào)和的多色等高線配色方法，以改善專題圖配色效果。文獻(xiàn)[19]也以該理論為基礎(chǔ),提出實(shí)現(xiàn)地圖色彩快速選取的色彩調(diào)和算法，并建立了計(jì)算機(jī)輔助地圖色彩設(shè)計(jì)模型。

現(xiàn)有針對(duì)人眼的色彩感知或地圖分級(jí)設(shè)色方案的研究大多基于印刷、印染后的材料，面向數(shù)字環(huán)境的研究仍然較為缺乏。文獻(xiàn)[17]認(rèn)為，顯示器中色樣的辨色閾值高于印刷色樣，這在某種程度上說明人眼對(duì)顯示器中色樣的敏感程度沒有印刷品高。文獻(xiàn)[20]的一項(xiàng)關(guān)于數(shù)字交互地圖集與打印地圖集差異的研究也顯示，讀圖者在閱讀數(shù)字交互地圖集時(shí)效率和準(zhǔn)確性方面的表現(xiàn)更好，而打印地圖集在滿意度和感知方面的表現(xiàn)更好。因此，基于紙質(zhì)地圖的分級(jí)設(shè)色適宜性規(guī)律是否適用于電子地圖尚不明確，有待進(jìn)一步研究。

本文以面狀要素分級(jí)設(shè)色方案為研究對(duì)象，基于Munsell色彩調(diào)和理論，針對(duì)定量數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)各級(jí)間色差相等或變化的分級(jí)設(shè)色方案，并將其應(yīng)用到不同底圖中。通過開展視覺認(rèn)知試驗(yàn)，探究數(shù)字環(huán)境下不同色差模式的分級(jí)設(shè)色方案、圖斑面積均勻程度對(duì)顏色辨識(shí)的影響，以及色差值與色彩整體協(xié)調(diào)度的關(guān)系。

1 基本理論與方法

1.1 Munsell顏色系統(tǒng)與調(diào)和秩序

Munsell顏色系統(tǒng)為Albert H. Munsell創(chuàng)制的顏色分類與標(biāo)定系統(tǒng)，目前在國際上被廣泛采用。它建立在大量人類視覺感知試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，直觀地反映了人們對(duì)顏色的心理感受。Munsell以均勻劃定的色相(Hue)、明度(Value)、飽和度(Chroma)3個(gè)指標(biāo)來標(biāo)定顏色，并以這些指標(biāo)作為3個(gè)維度構(gòu)建了Munsell色彩空間，如圖1所示。

圖1 Munsell色彩空間Fig.1 Munsell color space

根據(jù)Munsell色彩調(diào)和理論，當(dāng)色彩在Munsell色彩空間中按一定軌跡分布時(shí)，這樣的色階被認(rèn)為在視覺上是協(xié)調(diào)的[18]。常用的調(diào)和秩序有垂直調(diào)和、徑向調(diào)和、圓周調(diào)和、對(duì)稱斜向調(diào)和、非對(duì)稱斜向調(diào)和、橢圓調(diào)和、螺旋調(diào)和等，其示意圖與3個(gè)維度的變化規(guī)律見表1和表2。

表1 Munsell色彩調(diào)和秩序1Tab.1 Munsell color harmony order 1

表2 Munsell色彩調(diào)和秩序2Tab.2 Munsell color harmony order 2

試驗(yàn)基于螺旋調(diào)和秩序設(shè)色，以實(shí)現(xiàn)色相與明度按一定規(guī)律同步變化。這是因?yàn)橄鄬?duì)于紙質(zhì)地圖，色相變化的模式更適合電子地圖，但文獻(xiàn)[21]指出僅靠色相來排序顏色存在困難，且針對(duì)定量數(shù)據(jù)的分級(jí)設(shè)色方案通常會(huì)采用由淺色至深色漸變的模式，以對(duì)應(yīng)低值向高值的遞進(jìn)。螺旋調(diào)和秩序中色相與明度的變化關(guān)系見式(1)

(1)

式中，H0與V0指顏色變化前的色相角(角度值)與明度值；Δh指色相角變化量；H與V指顏色變化后的色相角與明度值。

1.2 CIEDE2000色差公式

(2)

式中

(3)

對(duì)于常用來描述視覺感受的明度L、飽和度C、色相角H這3個(gè)指標(biāo)，則可通過式(4)進(jìn)行數(shù)值換算

(4)

考慮到CIELAB色彩空間的非均勻性[15]，特別是對(duì)中、小色差的預(yù)測結(jié)果與目視實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大的差距[16,23]?，F(xiàn)有研究通常采用CIEDE2000色差公式計(jì)算色差。設(shè)兩顏色L1、C1、H1(L1、a1、b1)與L2、C2、H2(L2、a2、b2)的色差為ΔE00，則計(jì)算方法如式(5)所示[24]

(5)

式中

(6)

設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下配色，則

(7)

實(shí)際應(yīng)用中，顯示器大多采用RGB顏色標(biāo)準(zhǔn)，因此在數(shù)字制圖時(shí)選用RGB值設(shè)色能夠?qū)崿F(xiàn)更穩(wěn)定的色彩顯示效果。然而這一色彩模式基于色光混合的原理，不能直接反映人類視覺感知，若要基于RGB值計(jì)算色差，需要將其轉(zhuǎn)換到基于感知的CIELAB色彩空間。RGB值換算為Lab值的方法如式(8)所示

(8)

式中

(9)

(10)

2 試 驗(yàn)

本文側(cè)重于探究電子地圖中色相和明度同步變化產(chǎn)生的色差，以及圖斑面積均勻程度不同的底圖對(duì)地圖功效性的影響。由于紙質(zhì)地圖中顏色的明度變化更為容易，在分級(jí)設(shè)色時(shí)多用顏色的深淺變化來表示不同色級(jí)，現(xiàn)有針對(duì)地圖配色方案的研究主要基于明度變化。但比起飽和度與明度，人眼對(duì)色相的變化更為敏感[23]，這說明利用色相的變化進(jìn)行分級(jí)設(shè)色更具優(yōu)勢。另一方面，電子地圖多以RGB模式設(shè)色，更容易通過色相的變化區(qū)分各級(jí)，探究色相變化產(chǎn)生的色差對(duì)地圖功效性的影響具有一定意義。此外，現(xiàn)有研究多以形狀規(guī)則的色樣或圖斑面積均勻分布的底圖作為研究材料，以消除形狀或面積對(duì)顏色辨識(shí)的影響。但在實(shí)際應(yīng)用中，地圖圖斑大多面積不一，研究不同面積分布情況的地圖適宜的分級(jí)設(shè)色方案也是有意義的。

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

視覺認(rèn)知試驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖2所示。試驗(yàn)選取了3種圖斑面積均勻程度不同的底圖，基于Munsell調(diào)和秩序設(shè)計(jì)了7種不同色階，共形成21張?jiān)囼?yàn)圖，用于探究不同色差值與色差變化方式、圖斑面積分布情況對(duì)地圖辨識(shí)準(zhǔn)確性的影響規(guī)律，以及色差值大小對(duì)色彩整體協(xié)調(diào)性的影響。

圖2 視覺認(rèn)知試驗(yàn)設(shè)計(jì)Fig.2 Visual cognitive experiment design

通過網(wǎng)絡(luò)招募色覺正常、能夠熟練運(yùn)用手機(jī)的受試者。所有受試者均為自愿參與，且隨時(shí)可以選擇退出。據(jù)第46次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》，中國10～49歲網(wǎng)民共占73.8%，50歲及以上網(wǎng)民共占22.8%，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步向中高齡人群滲透，故未對(duì)受試者的年齡進(jìn)行限制。由于研究面向普通用戶，也未限制受試者的專業(yè)背景。

受試者需要在自己的手機(jī)中回答問卷。除去性別、年齡段、是否對(duì)分級(jí)設(shè)色熟悉等問題外，主要有3個(gè)部分的問題：①對(duì)照?qǐng)D例，選擇圖中標(biāo)出的一個(gè)圖斑在圖例中對(duì)應(yīng)的色級(jí)；②選擇圖中標(biāo)出的兩個(gè)圖斑對(duì)應(yīng)顏色的級(jí)差(絕對(duì)值)；③按順序選出7種色階中顏色過渡最為協(xié)調(diào)美觀的前3名。受試者可通過每一部分的簡介了解需要完成的任務(wù)。

前兩部分中，試驗(yàn)圖分別按圖斑面積均勻程度分為3組(共計(jì)6組)，每組試驗(yàn)圖亂序排列，這是為了避免受試者按固定的順序作答，從而使得到的答案更為可信。被標(biāo)記的圖斑也為隨機(jī)選擇的。另外，每張圖的答題時(shí)間存在限制，分別為15 s、25 s，若時(shí)間結(jié)束仍未回答，則會(huì)直接跳轉(zhuǎn)至下一題。這一時(shí)間限制較為充裕，因此受試者若在時(shí)限內(nèi)未能成功答題，則說明其較難得出一個(gè)肯定的答案。

2.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

本文采用離散系數(shù)衡量試驗(yàn)圖的圖斑面積均勻程度。離散系數(shù)是衡量一組數(shù)據(jù)離散程度的相對(duì)量，離散系數(shù)越大，則說明數(shù)據(jù)的離散程度越大，反之則越小。計(jì)算如式(11)所示

VS=σ/μ

(11)

式中，σ代表數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差；μ代表平均值。

試驗(yàn)選用面積均勻、面積較不均勻、面積不均勻的3類底圖，如圖3所示。其包含的圖斑總數(shù)均為173，但圖斑面積均勻程度不一致，圖斑面積的離散系數(shù)分別為0,0.6,1.0。

圖3 試驗(yàn)的3類底圖Fig.3 Three types of basemaps

2.3 分級(jí)設(shè)色方案設(shè)計(jì)

考慮到電子地圖設(shè)色通常采用RGB值，且試驗(yàn)圖的顏色應(yīng)適應(yīng)盡量多設(shè)備的顯示水平，色階中所有顏色的RGB值均由Munsell值轉(zhuǎn)換到sRGB色域(標(biāo)準(zhǔn)RGB色彩空間)后得出，用于試驗(yàn)圖設(shè)色；LCH值則由此RGB值換算得出，隨后代入CIEDE2000色差公式計(jì)算色差。試驗(yàn)共采用7組色階，每組均分為7級(jí)，與文獻(xiàn)[25]評(píng)估的八大地理期刊中出版的彩色量化地圖所使用的分級(jí)數(shù)中位數(shù)一致，也在預(yù)試驗(yàn)中體現(xiàn)了較好的辨識(shí)效果。有5組色階各級(jí)間色差相等，分別為2,4,6,8,10；另兩組各級(jí)間色差變化，分別為遞增(ΔE00=2,4,6,8,10,12)與先增大后減小(ΔE00=4,8,10,10,8,4)。第1至7級(jí)對(duì)應(yīng)的圖斑數(shù)由自然裂點(diǎn)法計(jì)算得出，分別為14,24,24,30,32,30,19。

選用人眼更敏感的色相有助于人們對(duì)顏色的辨識(shí)與信息的準(zhǔn)確獲取。文獻(xiàn)[23]認(rèn)為人眼對(duì)CIELAB顏色空間中一、二象限的色寬容度明顯高于三、四象限，即比起暖色調(diào)，人眼對(duì)冷色調(diào)更敏感；文獻(xiàn)[26]認(rèn)為人類視覺對(duì)綠色更敏感。色階中的首個(gè)顏色通常較為淺淡，因此選用明度較高的淺綠色作為起始顏色，并通過色相角增加與明度降低的方式逐漸向藍(lán)色、深紫色的方向變化。起始顏色的色值參考顯示器中色相角為144°至180°的綠色的辨色閾值(ΔE00=1.05)，這是色相為綠色時(shí)，人眼恰能分辨顏色差異的最小色差[27]。通過計(jì)算一些Munsell空間中能夠轉(zhuǎn)化為RGB值的淺綠色與對(duì)應(yīng)明度的中性灰的色差，最終選用最接近的5G9/4(RGB：185,238,216)作為起始顏色。試驗(yàn)圖的示意圖見圖4、圖5。各組色階的具體色值見附錄。

圖4 各級(jí)間色差相等Fig.4 Scales with same color distance between classes

圖5 各級(jí)間色差變化Fig.5 Scales with changing color distance between classes

2.4 數(shù)據(jù)處理方法

試驗(yàn)主要運(yùn)用相關(guān)分析(Pearson相關(guān)性)、非參數(shù)檢驗(yàn)(Kruskal Wallis檢驗(yàn))等統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，它們?cè)诟鱾€(gè)領(lǐng)域中均被普遍使用。其中，Pearson相關(guān)性通常用于評(píng)判等距或等比隨機(jī)變量間的相關(guān)特性，需要數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，因此需要事先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行K-S檢驗(yàn)；Kruskal Wallis檢驗(yàn)通常用于檢驗(yàn)多個(gè)獨(dú)立樣本的分布是否存在顯著差異。

另外，為了保證分析結(jié)果的可靠性，回答時(shí)長小于全部問卷平均回答時(shí)間的一半，或未回答的題目多于全部題目50%的問卷將被剔除，不參與后續(xù)分析。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

本文首先分析了受試者對(duì)同一底圖中7組色階的辨識(shí)準(zhǔn)確性，包括辨識(shí)單個(gè)顏色與辨識(shí)兩顏色色差；隨后分析了相同色階不同底圖辨識(shí)結(jié)果的差異性；最后對(duì)色差與色彩協(xié)調(diào)程度的關(guān)系作出推斷。試驗(yàn)的假設(shè)如下：

(1) 增加各級(jí)間色差會(huì)提高辨識(shí)準(zhǔn)確性。

(2) 色差先增大后減小的色階將導(dǎo)致更好地辨識(shí)準(zhǔn)確性。

(3) 相同色階下，底圖圖斑面積分布不均勻時(shí)，辨識(shí)準(zhǔn)確度將受影響。

(4) 色差增大會(huì)導(dǎo)致色彩協(xié)調(diào)程度降低。

3.1 數(shù)據(jù)整理與信效度分析

本次試驗(yàn)有效問卷共490份，其中男性204人、女性286人，約占總?cè)藬?shù)的41.6%與58.4%。有64.3%左右的受試者為18～25歲，26～40歲的人群占27.0%，41～60歲的人群占7.8%，只有0.4%與0.5%為61歲以上或18歲以下。受試者被要求回答自己對(duì)地圖分級(jí)色的熟悉程度。約69.3%的受試者表示完全不熟悉，15.5%與15.2%的受試者表示對(duì)地圖分級(jí)色熟悉或不熟悉但曾參與過相關(guān)測試。

對(duì)圖片題部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行信效度分析，結(jié)果見表3。原始數(shù)據(jù)的許多項(xiàng)中存在缺失值(受試者在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未回答)，近一半的數(shù)據(jù)在分析時(shí)會(huì)被剔除，因此在這項(xiàng)分析中用相鄰幾項(xiàng)的平均值替換了數(shù)據(jù)中的缺失值。

表3 問卷數(shù)據(jù)信效度分析Tab.3 Reliability and validity analysis of questionnaire

3.2 色差對(duì)顏色辨別的影響關(guān)系

各級(jí)間色差相等時(shí)，色差與正確率的關(guān)系如圖6所示。從總體趨勢來看，對(duì)于各級(jí)間色差相等的5種色階，隨著色差增大，辨別單個(gè)顏色與兩顏色級(jí)差的正確率均有上升的趨勢。對(duì)它們的相關(guān)分析也證實(shí)了這一點(diǎn)，由表4可知，每組的正確率與色差值均具有較高且顯著的正相關(guān)關(guān)系。另外圖6(a)中，各級(jí)間色差為2的色階辨識(shí)單個(gè)顏色的正確率明顯低于其他相同色階，這可能是因?yàn)槠鋵?duì)應(yīng)的題目為圖片題部分的第一題，受試者可能需要一些時(shí)間反應(yīng)。該題規(guī)定時(shí)間內(nèi)未回答的人數(shù)(120人)也顯著高于其他題目(最高34人)，符合之前的推測。

圖6 各級(jí)間色差相等，色差與正確率的關(guān)系Fig.6 Relationship between color distance and correct rate

表4 各組相關(guān)分析結(jié)果Tab.4 Related analysis results of each group

各級(jí)間色差變化色階的正確率如圖7所示。與前5種色階相比，各級(jí)色差逐漸增大的色階正確率大多較低。圖斑面積分布較不均勻、辨識(shí)兩顏色色差時(shí)，這一色階的正確率異常的高，可能是因?yàn)閷?duì)應(yīng)的題目中被標(biāo)記的兩圖斑顏色相同，而比起辨識(shí)兩個(gè)不同顏色的差距，人眼可能更容易識(shí)別兩個(gè)相同的顏色。色差先增大后減小的色階正確率大多為本組最高，甚至超過了各級(jí)間色差均為10的色階。另外從整體上看，面積不均勻、辨識(shí)兩顏色色差的正確率略低于其他組。這可能是因?yàn)樵摻M為第2部分的最后1組題目，較長的答題時(shí)間會(huì)使受試者感到疲憊，從而逐漸降低答題效率與準(zhǔn)確度。

圖7 各級(jí)間色差變化的正確率Fig.7 Correct rate of scales with changing color distance

3.3 圖斑面積均勻程度對(duì)顏色辨別的影響關(guān)系

將每道題的正確率按圖斑面積分布均勻程度分為3組，利用Kruskal Wallis檢驗(yàn)，探究面積分布情況不同時(shí)正確率分布是否有顯著差異。無論是辨識(shí)單個(gè)顏色還是兩顏色色差，3組正確率分布情況的差異并不顯著，即圖斑面積分布情況對(duì)顏色辨別的準(zhǔn)確性影響并不顯著，見表5。這一結(jié)果表明，色差對(duì)分級(jí)色辨識(shí)的影響可能占主要地位，且該影響規(guī)律在不同面積分布情況的圖中依然適用。

表5 不同面積分布情況的正確率差異性Tab.5 Difference in correct rate of different area uniformity

3.4 色差與色彩協(xié)調(diào)程度的關(guān)系

在問卷第3部分，受試者依次選出主觀上顏色過渡最協(xié)調(diào)美觀的前3種色階。為衡量色階的協(xié)調(diào)程度，對(duì)每一色階所獲第1名、第2名、第3名的票數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算，依次取權(quán)重為50%、30%、20%，計(jì)算總得分。每一色階對(duì)應(yīng)的得分見圖8，利用多項(xiàng)式曲線擬合，可知隨著總色差增加，存在主觀上色彩協(xié)調(diào)性逐漸降低的趨勢。因此在設(shè)計(jì)分級(jí)設(shè)色方案時(shí)，需盡量避免過大的色差間隔，因?yàn)樽x者可能會(huì)認(rèn)為圖中顏色過渡不太協(xié)調(diào)，影響地圖的美觀感受。在這一點(diǎn)上，先增大后減小的色差變化方式非常值得推薦，在總色差相近的情況下，它的正確率基本比其他幾種色階要高；也就是說，它可以在總色差相對(duì)較小的時(shí)候達(dá)到較高的顏色辨別準(zhǔn)確性水平，而相對(duì)較小的總色差也意味著較高的色彩協(xié)調(diào)性。

圖8 每一色階的總色差與得分Fig.8 Color distance and score of each scale

3.5 討 論

分析受試者辨識(shí)色彩的準(zhǔn)確性可知,各級(jí)間色差相等時(shí)，色差值與辨識(shí)單種顏色或兩顏色級(jí)差的準(zhǔn)確性呈正相關(guān)關(guān)系，且先增大后減小的色階比起其他幾種色階更適合用于分級(jí)設(shè)色。這一結(jié)果與文獻(xiàn)[12—13]對(duì)僅有明度變化的顏色方案的試驗(yàn)結(jié)果一致，說明明度與色相同步變化時(shí)色差對(duì)顏色辨識(shí)的影響規(guī)律與僅明度變化時(shí)相近。文獻(xiàn)[12]推測CIEDE2000色差公式比起區(qū)分明度，更適合于區(qū)分色相，因此比起僅明度變化的色階，明度與色相同步變化的色階可能更適合利用CIEDE2000色差公式進(jìn)行色差計(jì)算；且比起僅色相變化的色階，明度與色相同步變化的色階由于存在顏色深淺與數(shù)值高低的指向關(guān)系，更適合表示定量數(shù)據(jù)。同時(shí)，由于色階本身是基于Munsell調(diào)和秩序設(shè)計(jì)的，更容易使用戶產(chǎn)生和諧的視覺感受。

通過檢驗(yàn)不同底圖讀圖準(zhǔn)確性的分布差異，試驗(yàn)探究了圖斑面積均勻程度對(duì)色彩辨識(shí)的影響，這一部分的結(jié)果與最初提出的假設(shè)不一致。由于色彩具有收縮或擴(kuò)展的特性，不同面積色彩的對(duì)比效果會(huì)隨面積對(duì)比增大而增強(qiáng)。但試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明圖斑面積均勻程度對(duì)顏色辨識(shí)準(zhǔn)確性的影響并不顯著，這可能是因?yàn)樵囼?yàn)底圖的圖斑面積分布總體而言仍然較為均衡。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)還表明，隨著色階總色差增大，試驗(yàn)圖的色彩協(xié)調(diào)性可能存在下降的趨勢。各級(jí)間感知差距擴(kuò)大后，人眼可能更傾向于將注意力放在突出的個(gè)體上，而不是將它們視為一個(gè)整體，從而感到色彩協(xié)調(diào)性降低。過大的色差也可能導(dǎo)致色階中某些顏色過于深或明亮，從而影響圖中點(diǎn)、線要素或注記等的正常辨識(shí)。

試驗(yàn)也存在一定的局限性：

(1) 試驗(yàn)雖然采用了圖斑面積均勻程度不一致的幾種底圖，但它們與實(shí)際應(yīng)用中圖斑面積分布不均勻的底圖還存在一定差距。一些特定類型的地圖，例如土地利用類型圖等，不同圖斑面積差異更明顯，形狀也更不規(guī)則，圖斑之間還可能存在包含等拓?fù)潢P(guān)系。在圖斑分布情況更復(fù)雜的底圖中，試驗(yàn)得出的圖斑面積分布情況對(duì)顏色辨別的影響規(guī)律是否適用尚不明確。

(2) 試驗(yàn)涉及的色相均為冷色調(diào)(綠-藍(lán)-紫)，選用這一色調(diào)是因?yàn)槿搜蹖?duì)其更敏感，但實(shí)際較少在分級(jí)色中采用這些色相的搭配，且試驗(yàn)圖設(shè)色時(shí)只基于螺旋調(diào)和秩序，其他色相、其他調(diào)和秩序的色彩辨識(shí)規(guī)律還有待研究。

(3) 由于問卷全部通過網(wǎng)絡(luò)收集，受試者所用顯示器的分辨率、顏色顯示條件可能不同，且無法得知受試者是否獨(dú)立答題或期間存在中斷，但也驗(yàn)證了試驗(yàn)圖在不同顯示條件下的適用性與穩(wěn)定性。

(4) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源較為單一，僅來自問卷，雖然試驗(yàn)樣本量較大(有效樣本490份)，試驗(yàn)結(jié)果在一定程度上也體現(xiàn)了客觀性，但仍然可能存在一定程度的主觀影響。眼睛的運(yùn)動(dòng)可以反映大腦處理信息的過程[28]。利用眼動(dòng)裝置獲取受試者讀圖時(shí)的注視、掃視、瞳孔大小等數(shù)據(jù)，分析其掃視路徑、響應(yīng)時(shí)間、讀圖負(fù)擔(dān)等，從而分析其視覺認(rèn)知策略與規(guī)律，是如今視覺認(rèn)知試驗(yàn)常用的方法，例如文獻(xiàn)[29]設(shè)計(jì)眼動(dòng)試驗(yàn)研究遙感影像底圖中AOI的搜索效率與準(zhǔn)確性；文獻(xiàn)[30]利用眼動(dòng)試驗(yàn)探究用戶在2D與3D地圖中的認(rèn)知策略差異。因此需要設(shè)計(jì)眼動(dòng)試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，使結(jié)論更加客觀。

4 結(jié) 論

本文基于色差，設(shè)計(jì)了一系列分級(jí)設(shè)色方案，并開展視覺認(rèn)知試驗(yàn)探究數(shù)字環(huán)境下分級(jí)設(shè)色適宜的色差模式。試驗(yàn)結(jié)果表明，各級(jí)間色差相等時(shí)，色差值增大能夠提高讀圖準(zhǔn)確性；各級(jí)間色差遞增的模式不利于顏色辨識(shí)；色差先增大后減小的模式值得推薦，它們大多在同組中正確率最高，甚至高于各級(jí)間色差均為10的色階。圖斑面積分布的均勻程度對(duì)顏色辨識(shí)準(zhǔn)確性的影響并不顯著。色階的總色差值與色彩過渡的協(xié)調(diào)性可能呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。這些結(jié)論為分級(jí)設(shè)色設(shè)計(jì)提供了一些可行的參考意見，既要使讀圖者能夠準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)、區(qū)分圖中的顏色，又需要盡量考慮地圖整體的色彩協(xié)調(diào)性。先增大后減小的色差變化方式是值得推薦的，它可以在總色差相對(duì)較小、色彩協(xié)調(diào)性較高時(shí)產(chǎn)生良好的讀圖準(zhǔn)確性。

試驗(yàn)還存在部分內(nèi)容有待完善，3.5小節(jié)中也提到一些局限之處,據(jù)此提出對(duì)后續(xù)研究的展望：①探究更復(fù)雜的底圖、不同色相、不同色彩調(diào)和秩序下的色彩辨識(shí)規(guī)律，以驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)論的普適性；②進(jìn)一步研究相同色差下，基于不同色彩調(diào)和秩序設(shè)計(jì)的色階是否有同樣的辨識(shí)效果；③設(shè)計(jì)眼動(dòng)試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，增強(qiáng)結(jié)論的客觀性。