朱海紅,夏　夢

(武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430079)

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基于紅綠色覺異常人群的路況地圖色彩設(shè)計研究

朱海紅,夏夢

(武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430079)

近年來，隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展，機動車數(shù)量急劇增長，導(dǎo)致全國各地交通堵塞日益嚴重，由此衍生出的安全和環(huán)境問題也愈發(fā)突出。所以，實時掌握路況信息，可有效提高道路使用率，減少因為交通擁堵而引起的能源消耗和環(huán)境污染。路況地圖，就是在交通地圖上標示主要交通要道的路況信息。包括擁堵、緩行、暢通以及是否有發(fā)生突發(fā)事故、施工等信息[1]，以地圖的形式展示，方便出行用戶。例如百度路況地圖，如圖1(a)所示，用戶可以在出門之前根據(jù)路況圖實時顯示的路況信息，選擇一條最佳、最快捷的出行路線。

色覺是視覺功能的一個基本而重要的組成部分，是人類視網(wǎng)膜錐細胞的特殊感覺功能。正常人視覺器官能辨識波長380~760 um的可見光，由紫、藍、青、綠、黃、橙、紅7色組成。色覺異常包括色盲和色弱兩大類，色盲是指辨色能力消失，色弱是指對顏色辨認能力降低。紅綠色覺異常即部分視覺異常，不能區(qū)分紅色和綠色，看成兩色調(diào)：長波(紅、橙、黃、綠)部分為黃色，短波(青、藍、紫)部分為藍色。據(jù)統(tǒng)計，紅綠色覺異常人群占世界總?cè)藬?shù)的8%[2]。由于他們在色彩辨識方面存在缺陷，在閱讀一般地圖時，有時不能清晰分辨顏色，致使不能正確獲取地圖上傳遞的信息，如圖1(b)所示。地圖上借助顏色想要傳遞的一些情感和信息也不能很好的被他們所感知。因此通過明度對比實驗，將適當(dāng)?shù)拿鞫葘Ρ纫氲貓D色彩中，設(shè)計出帶有感情色彩、所有人群均可無障礙識別的路況地圖，對于提高地圖使用效率、滿足不同人群信息和色彩情感需求具有重要作用。

本文采用HSB顏色模型，通過明度對比實驗，分析紅綠色覺異常人群對于各級明度差的感受，并將明度對比結(jié)果應(yīng)用于路況地圖中，使得路況信息可以清晰地表示，并起到警示作用，制作出所有人都可以無障礙識別的路況地圖。

(a)正常視覺中的路況圖

(b)紅綠色覺異常視覺中的路況圖圖1　百度實時路況地圖

1色彩象征

色彩是客觀存在的物質(zhì)現(xiàn)象，它是我們面對色彩時所產(chǎn)生的即時印象-視覺感受以及由視覺感受所引起的心理感受[3]。除了色彩本身固有的物理屬性外，色彩研究的另一個重要領(lǐng)域關(guān)注的是色彩在人們心理感受方面產(chǎn)生的作用[4-6]。不同的國家和民族往往有不同的特點，由于歷史背景的不同，使得每個民族對于某些色彩的象征意義的理解不同[7]。對于中國人而言，紅色象征著吉祥、喜慶、熱情，也可用于警示關(guān)注或危險，交通信號燈中表示“停止”的紅燈也是這種特征的應(yīng)用；綠色象征著新生命、和平、安全，或者作為緊急出口、前進信號。黃色象征著高貴、財富，有很高的注目性，也常用來警告危險或提示注意[8]。

將色彩的象征意義融入到地圖色彩的設(shè)計中來，對于提高地圖符號的認知效果，滿足不同人群色彩情感需求具有重要作用。既然地圖色彩主要是用來表現(xiàn)制圖內(nèi)容，設(shè)計地圖符號顏色時必須考慮如何提高符號的認知效果。有明確色彩特征的對象，一般可用與之相似的顏色，如藍色表示水系等[9]。因為紅色象征著警示、綠色象征著前進信號，以百度地圖為例，如圖1(a)所示，原圖中用紅色表示擁堵路況信息，綠色表示暢通路況信息，黃色系表示道路。而紅綠色覺異常人群不能區(qū)分紅色和綠色，嚴重的紅綠色盲會把它們看成深黃色[2]。因為路況信息是覆蓋在交通網(wǎng)上表示，容易與路況信息進行混淆，并且，路況信息設(shè)色在紅綠色覺異常人眼中也不能起到顯著警示的視覺效果，如圖1(b)所示。由于黃色常用來警告危險或提示注意，滿足路況圖中對擁堵路況信息表達的認知效果，而且不同程度的色覺異常人群均能識別黃色，所以用黃色表示擁堵路況信息。

2面向色覺異常人群的色彩實驗

2.1　實驗人員和實驗過程

本實驗通過網(wǎng)絡(luò)選取了26位色盲測試者。先對其進行色覺測試，確定是否為色盲以及是何種色盲類型，其中，女性3人，男性23人。紅色覺異常8人，綠色覺異常10人，紅綠色覺異常8人。再針對本文研究問題進行測試。采用網(wǎng)上制作問卷發(fā)放的方式。問卷設(shè)計遵循以下原則：所設(shè)問卷符合客觀實際情況；所設(shè)計的問卷避免其他禁忌和敏感的問題；盡量保持問句表述的科學(xué)性[10]。

2.2　色彩明度對比實驗

2.2.1　實驗設(shè)計

明度在色彩搭配中占有重要地位，色彩的層次與空間關(guān)系主要依靠色彩的明度對比來表現(xiàn)。若只有色相和飽和度的對比而無明度對比，圖案的輪廓就會難以辨認；尤其是對于色覺異常人群來說，他們本身對于一部分色相識別的靈敏度不高，嚴重的色覺異常者甚至無法識別某些顏色。雖然Noriaki Suetake等[11,12]已經(jīng)研究過關(guān)于紅綠色覺異常人群的明度修改方案，但是目前還沒有學(xué)者研究關(guān)于紅綠色覺異常者對不同明度等級的感受。

對于正常視覺者而言，在明度軸上3級差以內(nèi)的明度對比，其視覺效果模糊不清；3~5級差別的明度對比視覺效果平和；大于5級差的明度對比，視覺效果刺激，會產(chǎn)生刺眼的感覺[13]。明度差異越大，越醒目，引人注目，但是過大又會讓觀察者覺得刺眼生硬，影響地圖的觀賞性。為研究對于紅綠色覺異常人群來說明度對比的感受是否同正常視覺一樣，我們需要進行明度對比實驗，通過實驗找出合適的明度對比范圍值，使得明度對比足夠大，色覺異常人群既能夠無障礙地識別地圖，又能夠起到一定的警示作用，并且不能過大，否則會使地圖配色太過刺眼生硬，影響地圖美感。

紅綠色覺異常人群可以識別的顏色有限，為了減少他們識圖的困難。不同于原圖同時在路況圖中標有嚴重擁堵、擁擠、緩行和暢通4種路況，這次實驗只會在路況圖中標有擁堵。既可以為紅綠色覺異常人群提供基本的路況信息，也可以使得地圖清晰容易辨別。所以明度對比實驗只針對表示擁堵的黃色。

明度對比實驗從清晰度和觀賞性兩個方面進行。實驗中會出現(xiàn)如圖2的樣本，其中數(shù)字的顏色與框內(nèi)為不同明度的黃色，分別測試紅綠色覺異常人群對于明度每個級差之間的感受。首先，對于清晰度實驗而言，如果測試者能夠準確讀出圖中數(shù)字(圖中數(shù)字隨機出現(xiàn))，那么測試者可以區(qū)分出兩種顏色；其次，對于觀賞性而言，會設(shè)置選擇題，讓測試者根據(jù)自己的主觀感受，選擇兩者顏色對比是否刺眼、合適、模糊，從而完成觀賞性的判斷。

圖2　明度對比實驗中的測試圖樣

2.2.2　實驗結(jié)果及分析

為了保證問卷調(diào)查結(jié)果的可信度和有效性，有必要考察所設(shè)計的問卷是否符合要求，涉及到問卷的可信度與有效度的分析問題。調(diào)查問卷的精髓是可信度和有效度，任何問卷調(diào)查都需要進行可信度和有效度的檢驗評價[14]。

可信度是指問卷調(diào)查結(jié)果的具有穩(wěn)定性的程度[15]，本文采用的是Cronbachα系數(shù)進行信度分析[16]。系數(shù)的大小是在[0,1]之間波動，系數(shù)越大說明測試結(jié)果越可靠[17]。

分析結(jié)果如表1和表2所示，清晰度實驗的信度值為0.793，觀賞性實驗的信度值為0.782，均大于0.7。根據(jù)Kline[18]描述的不同等級的系數(shù)對應(yīng)不同調(diào)查結(jié)果的內(nèi)部一致性可知，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性“相當(dāng)好”，兩個實驗的信度都在可信程度范圍內(nèi)，可以引用調(diào)查問卷的測試結(jié)果進行相關(guān)的分析和研究。

表1　清晰度的α值

表2　觀賞性的α值

有效度(也稱效度)是指調(diào)查問卷測試結(jié)果的正確程度，即測試結(jié)果與測試目標的符合程度。效度越高表示測試結(jié)果越能代表所要測試對象的實質(zhì)特性[15]。本文中采用的是顯著性檢驗中的T檢驗法進行效度分析。對清晰度和觀賞性進行效度分析結(jié)果，如表3所示。

表3　紅綠色覺異常人群清晰度、觀賞性明度對比的效度表

估計總體參數(shù)落在某一區(qū)間內(nèi)可能犯錯誤的概率為顯著性水平，用α表示；1-α為置信度或置信水平，表明了區(qū)間估計的可靠性。顯著性水平的值越高，置信度就越低，也就是說原假設(shè)越有可能被拒絕。在本文中，我們將顯著性水平(α)定為0.01，若P大于α，則接受原假設(shè)，否則拒絕假設(shè)[19]。

根據(jù)明度對比效度表的結(jié)果可得到以下結(jié)論：在清晰度明度對比實驗中，1~9級的明度級差均接受假設(shè)。也就是說，1~9級的明度級差在紅綠色覺異常人群眼中均表現(xiàn)出統(tǒng)一的傾向性，即就清晰度而言，紅綠色覺異常人群與正常視覺人群沒有顯著性差異，均可以識別。在觀賞性明度對比實驗中，除了明度級差為2級和5級時拒絕假設(shè)，其余明度差值均接受假設(shè)。也就是說，9個明度對比實驗中只有明度級差為2級和5級沒有表現(xiàn)出統(tǒng)一的傾向性，即明度差值1，3，4，6，7，8，9對于紅綠色覺異常人群與正常視覺人群沒有顯著性差異，而2級和5級與正常視覺相對差異顯著。將實驗結(jié)果進行整理后可得出紅綠色覺異常人群對于黃色每個明度對比級差的視覺感受，如表4所示。

表4　明度對比實驗結(jié)果

由明度對比實驗結(jié)果，我們可以推論：紅綠色覺異常的人群在明度對比感受上和正常視覺者確實存在差異。在明度對比清晰度上，紅綠色覺異常人群對于明度差值1~9級均表現(xiàn)出統(tǒng)一的傾向，即跟正常視覺者一樣，都可以正常識別，符合紅綠色盲可以識別黃色的特性。在明度對比觀賞性上，紅綠色覺異常人群對于明度差值1，3，4，6，7，8，9級的感受與正常視覺者一樣，1級明度差表現(xiàn)為模糊，3，4級明度差表現(xiàn)為視覺舒適，7，8，9級明度差表現(xiàn)為視覺刺激，會產(chǎn)生刺眼的視覺效果，而2級和5級明度差與正常視覺人群存在顯著性差異，這可能是因為他們相對于正常視覺者對于明度的變化更加敏感。

2.3　路況地圖色彩明度對比實驗

色彩明度對比在表現(xiàn)地圖內(nèi)容中起著及其重要的作用，涉及到地圖的清晰感、節(jié)奏感、層次感、空間感[20]。而且色彩的明度漸變是視覺排序的基本因素，可以使用色彩明度的漸變對比來表示地圖中的數(shù)量等級[9]，例如降水量預(yù)報圖用一組明度由大到小的藍色色階表示水量由小到大。

路況地圖樣本選用北京市交通圖作為配色實驗地圖。交通網(wǎng)是各種交通運輸路線的總稱。它包括陸地交通、水陸交通、空中交通等幾類。在路況地圖中只包括陸地交通，表示的是陸地交通的路況信息。因為數(shù)據(jù)的限制，只能提供主要公路的路況信息。路況信息是用不同顏色的實線覆蓋在交通網(wǎng)上來表示。

針對紅綠色覺異常人群的路況地圖設(shè)計中，在原有交通圖的基礎(chǔ)上，利用明度對比實驗得出適當(dāng)明度級差范圍來制作路況圖的實驗樣圖。由于路況圖是重點反映各地交通路況信息，因此需要重點突出路況信息，在地圖明度對比實驗中，道路符號設(shè)色的明度均小于路況信息設(shè)色的明度。在明度對比實驗結(jié)果中，對于紅綠色覺異常人群來說，3級和4級明度級差既可以清晰地傳遞信息，也不會引起紅綠色覺異常人群視覺上刺眼、生硬等的不適感，而2級和5級黃色明度級差對于他們來說，與正常人群的視覺感受具有顯著性差異，但是因為地圖內(nèi)容豐富，地圖表現(xiàn)的元素很多，所以識別地圖色彩的差異比識別普通色塊的差異更復(fù)雜，所以把2級和5級明度也加入路況圖明度對比實驗中。如圖3所示，圖中列出部分實驗圖，分別為2到5級明度級差對比配色圖。

對色覺異常人群色彩明度對比設(shè)色進行調(diào)查，如圖4和圖5，經(jīng)統(tǒng)計分析可知：

1) 對于2到5級的明度對比地圖路況設(shè)色而言，紅綠色覺異常測試者均能無障礙地識別路況信息。

2) 對于3級明度對比地圖路況設(shè)色而言，82.1%的紅綠色覺異常測試者認為路況設(shè)色合理、明度對比度夠大，可以滿足清晰度，能夠很容易識別。同時，明度對比也沒有過大，讓人覺得刺眼。而對于4級明度對比地圖路況設(shè)色，84.6%的認為路況設(shè)色合理。

3) 對于2級明度對比地圖路況設(shè)色而言，56.9%的紅綠色覺異常測試者認為其設(shè)色合理，既能清楚地識別出路況信息，又使圖中的路況顏色比較顯著，引起注意，且不會造成刺眼的不適感。然而，有將近40%的紅綠色覺異常測試者認為，雖然可以無障礙地識別，但是設(shè)色過于模糊，識別有點難度；對于5級明度對比地圖路況設(shè)色而言，93.6%的紅綠色覺異常測試者認為路況設(shè)色合理。僅僅只有5.12%認為地圖配色刺眼，引起不適。2級明度級差與明度對比實驗結(jié)果相同，依然沒有表現(xiàn)出統(tǒng)一的感受傾向，而5級明度級差與明度對比實驗結(jié)果不同，可能是因為地圖表達的內(nèi)容更豐富，干擾紅綠色覺異常觀察者對于明度對比感受的因素過多，從而造成結(jié)果差異。

(a)明度級差為2

(b)明度級差為3

(c)明度級差為4

(d)明度級差為5

4) 如圖可知，73.1%的紅綠色覺異常測試者認為5級明度對比路況設(shè)色更符合他們的要求，可以很容易地識別路況信息，不會產(chǎn)生視覺不適感，比如說模糊或者刺眼。

圖4　路況圖測試結(jié)果一

圖5　路況圖測試結(jié)果二

從交通路況圖的統(tǒng)計結(jié)果可以看出：將明度對比變化應(yīng)用于紅綠色覺異常人群的路況地圖設(shè)色時，明度級差對比為3，4，5級的時候，路況圖設(shè)色效果較好，既可以輕松地識別路況信息，也不會引起紅綠色覺異常人群視覺的不適感；而低于3級的明度對比，雖然可以識別路況信息，但太過模糊，識別困難，而且不會起到醒目、引人注意的視覺效果；而大于5級的明度對比，會使得紅綠色覺異常人群觀察地圖時有刺眼生硬的視覺感受。5級是最適合用來對路況圖進行設(shè)色的明度級差。

3結(jié)束語

本文以色盲、色彩象征相關(guān)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合地圖表達和明度對比感受的相關(guān)知識，從色覺異常人群的辨色特點出發(fā)設(shè)計路況地圖，通過調(diào)查問卷的形式分析紅綠色覺異常人群對黃色明度對比的視覺感受，完成了紅綠色覺異常人群對于黃色各明度級差對比感受的劃分。通過明度對比實驗，可知紅綠色覺異常人群對于黃色明度級差設(shè)色為3級和4級的感受更舒服，對于級差大于5的明度對比覺得刺眼、生硬。將結(jié)果應(yīng)用于路況地圖進行設(shè)色實驗驗證，得出地圖中合適的明度對比級差，設(shè)計出紅綠色覺異常人群眼中層次分明的路況地圖。在明度對比實驗中，只針對黃色進行了明度對比調(diào)查分析，后續(xù)仍需對其他色彩的明度對比進行研究。

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[責(zé)任編輯：王文福]

摘要：紅綠色覺異常人群對于明度變化的感受比正常視覺者更加敏感，可以彌補色相辨別的缺陷。通過針對黃色明度對比實驗得出紅綠色覺異常人群對明度對比各等級的視覺感受，找出對紅綠色覺異常人群既可以容易識別又不會覺得刺眼的明度對比范圍。實驗結(jié)果引入地圖設(shè)色，結(jié)合色彩象征意義，做出紅綠色覺異常人群和正常人群通用的路況地圖。在路況信息清晰表達前提下，盡可能保留色彩象征意義，并保證地圖的觀賞性。通過路況地圖色彩明度對比實驗制作出紅綠色覺異常人群既能無障礙識別又帶有警示象征意義的路況地圖。

關(guān)鍵詞：紅綠色覺異常；路況圖；色彩象征；明度對比

The Road Condition Map Color Design aiming at Red and Green Color Vision Impaired PeopleZHU Hai-hong,XIA Meng

(School of Resources & Environmental Science, Wuhan University, Wuhan 430079, China)

Abstract：Compared with the normal vision people, the red and green color vision impaired people are more sensitive to brightness contrast, which can remedy the defect of hue distinguish. Through the yellow brightness contrast experiment, this paper conclude the visual perception of each scale brightness contrast for those people. The brightness contrast range that those people can easily identify and do not feel dazzlingly bright. The experimental results are provided with the color design of map, combined with color symbolism, and the universal road condition map is designed for red and green color vision impaired people and normal vision people. On the premise of traffic information being expressed clearly, the color symbol is kept, through brightness contrast experiment a universal road conditions map is proposed.

Key words：red and green color vision impaired; road conditions map; color symbol; brightness contrast

作者簡介：朱海紅(1964-)，女，副教授，博士.

基金項目：國家自然科學(xué) (41271458)

收稿日期：2015-09-11

中圖分類號：P283.1

文獻標識碼：A

文章編號：1006-7949(2015)12-0001-06