陳默 沈麗燕 柴惠芳

摘 要：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了人們生活的進(jìn)步，同時(shí)也使人們面對(duì)更多的信息和數(shù)據(jù)，因此，信息設(shè)計(jì)變得更加重要，如信息圖表和數(shù)據(jù)可視化。在信息數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)中，色彩是強(qiáng)大的輔助表現(xiàn)工具，其可以用來(lái)編碼定性或定量參數(shù)和數(shù)據(jù)。而如何將色彩原理運(yùn)用到信息數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)中，是設(shè)計(jì)者們較為感興趣的話題。

關(guān)鍵詞：信息數(shù)據(jù)可視化；色彩原理；色彩模型

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）23-0014-03

Application of Color Principle in Visualized Graphic

Design of Information Data

CHEN Mo SHEN Liyan CHAI Huifang

（Information Technology Center， Zhejiang University，Hangzhou Zhejiang 310028）

Absrtact： The development of science and technology promotes the progress of people's lives， but also makes people face more information and data. Therefore， information design becomes more important， such as information charts and data visualization. In the visualization design of information data， color is a powerful auxiliary expression tool， which can be used to encode qualitative or quantitative parameters and data. How to apply the color principle to the visualization design of information data is an interesting topic for designers.

Keywords： information data visualization；color principle；color model

色彩是信息數(shù)據(jù)可視化圖表設(shè)計(jì)中的重要維度之一，其具有喚起認(rèn)知和情感的能力。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，為可視化圖表設(shè)計(jì)選擇合適的顏色可能會(huì)引發(fā)特定的情感，提高人機(jī)交互的效果。本文將探討色彩與用戶之間的關(guān)系，研究用戶對(duì)可視化圖表設(shè)計(jì)中色彩運(yùn)用的促進(jìn)作用，并總結(jié)色彩原理在信息數(shù)據(jù)可視化圖表設(shè)計(jì)中的使用規(guī)律。

1 信息數(shù)據(jù)可視化圖表設(shè)計(jì)和色彩認(rèn)知

1.1 信息數(shù)據(jù)可視化概論

近年來(lái)，人們對(duì)信息數(shù)據(jù)可視化的興趣激增。在某種程度上，由于廉價(jià)的、無(wú)處不在的數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，因此，信息數(shù)據(jù)可視化已經(jīng)成為探索和解釋科學(xué)、醫(yī)學(xué)、人文，甚至人們?nèi)粘Ｉ钪挟a(chǎn)生的數(shù)據(jù)的常用媒介。隨著為研究人員和學(xué)者創(chuàng)建的視覺(jué)分析工具的數(shù)量和類型的快速增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)可視化成為正確理解數(shù)據(jù)信息的最好方法。信息數(shù)據(jù)可視化使用靜態(tài)的或者動(dòng)態(tài)的可視化數(shù)據(jù)表示來(lái)講述一個(gè)故事或傳達(dá)一個(gè)想法，并且通過(guò)各種各樣的途徑（包括新聞媒體、博客和藝術(shù)）在公共空間中傳播[1]。

1.2 色彩認(rèn)知

在數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)中，顏色是吸引用戶閱讀最強(qiáng)大的武器之一，但圖表配色常常讓設(shè)計(jì)師很頭疼。筆者在設(shè)計(jì)色板時(shí)，也遇到了類似的問(wèn)題。這里的色彩指的是可視化圖表設(shè)計(jì)中的分類色板。分類色板是通過(guò)不同的顏色區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)象，且不代表任何特定語(yǔ)意。

人們對(duì)色彩的認(rèn)知不僅僅是低層次的感知。人類將顏色劃分為多個(gè)逐步提升的抽象層次。對(duì)與顏色相關(guān)的語(yǔ)言和語(yǔ)義范疇的研究稱為色彩認(rèn)知。

2 色彩原理模型

2.1 RGB模型

混合紅、綠、藍(lán)三種顏色來(lái)表現(xiàn)各種顏色的方式稱為RGB色彩模型。所有顏色混合在一起就變成白色，完全沒(méi)有顏色的狀態(tài)就變成黑色。RGB顏色模型最早是由托馬斯·楊在1802年提出的理論，并在1850年由赫爾曼·馮·赫姆霍爾茲進(jìn)一步發(fā)展成為楊格-赫姆霍爾茲三色色覺(jué)理論。RGB顏色空間通過(guò)RGB三個(gè)顏色通道的變化以及其相互之間的疊加來(lái)得到各式各樣的顏色的。紅綠藍(lán)是最常用的色彩空間為加型色彩空間，相關(guān)設(shè)備基于三原色原理，通過(guò)紅、綠、藍(lán)3種顏色描述其他顏色[2]。

2.2 CMYK模型

由青、品紅、黃三色的粒子互相混合表現(xiàn)色彩的方式稱為減色組合，通常都會(huì)加入黑色油墨，并稱為CMYK色彩，適用于印刷工業(yè)。在工廠中，用高分辨率的打印設(shè)備輸出本地制作的文件，原理等同于減去油墨本身的顏色。1719年，Jacob Christoph Le Blon申請(qǐng)了第一個(gè)實(shí)用的三原色復(fù)制過(guò)程的專利，其實(shí)際上使用了一個(gè)類似于CMYK的RYBK顏色模型。

2.3 RYB模型

歌德（Johann Wolfgang von Goethe）于1810年發(fā)表的《色彩理論》（Theory of Colors）一書(shū)被認(rèn)為是對(duì)RYB顏色理論的第一個(gè)基本總結(jié)。RYB：紅、黃、藍(lán)，構(gòu)成了標(biāo)準(zhǔn)藝術(shù)家色輪中的原色三合一模型。Johannes Itten于1973年提出的RYB顏色模型在藝術(shù)教育中廣泛使用，其中紅色、黃色和藍(lán)色被定義為減色法三原色。Gossett和Chen于2004年提出了一種基于三原色之間三線性插值的RGB顏色空間到RYB顏色空間的轉(zhuǎn)換方法。然而，這些轉(zhuǎn)換方法是不可逆的[3]。

2.4 CMYKOG模型

色彩學(xué)上除了以上三種色彩模型，有時(shí)還會(huì)開(kāi)發(fā)其他顏色模型來(lái)支持特定的輸出設(shè)備，如六色印刷工藝（CMYKOG模型）：青色、品紅、黃色、黑、橙和綠。

3 色彩術(shù)語(yǔ)

3.1 色彩模型+色域=色彩空間

色域是指在特定環(huán)境中可以精確表示顏色的子集。sRGB色域設(shè)備（如移動(dòng)電話）的色域是灰色的，外面的部分表示可用的全部顏色范圍[4]。

例如：RGB模型+色域=色空間，與RGB顏色空間的色譜比較，此圖像顯示sRGB、Adobe RGB和ProPhoto RGB顏色空間。CMYK顏色空間被標(biāo)記類似于特種紙。

3.2 曼塞爾顏色體系

阿爾伯特·曼塞爾色彩系統(tǒng)是指色相、明度和純度之間的關(guān)系。19世紀(jì)90年代末和20世紀(jì)初，阿爾伯特·曼塞爾提出3D色彩空間。色相是指5種主色調(diào)：紅色、黃色、綠色、藍(lán)色和紫色。明度是指底部為黑色（值0），頂部為白色（值10），一般理解為顏色的明暗關(guān)系，類似素描中表現(xiàn)的形式，即黑白灰的關(guān)系。純度是指從每個(gè)薄片的中心呈放射狀測(cè)量。較低的色度值不那么純凈，更像柔和的粉彩。純度可以理解為色彩的鮮艷程度。

3.3 潘通色卡的顏色體系

潘通色卡是當(dāng)今交流色彩信息的國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，潘通配色系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)化顏色體系的代表。由分配號(hào)指定的1114色如“PMS 3527 CP”來(lái)定義一個(gè)具體的顏色。CMYK彩印過(guò)程有效地再現(xiàn)了潘通顏色的一個(gè)特殊子集。大多數(shù)潘通集無(wú)法用CMYK進(jìn)行模擬，并且超出了CMYK的范圍。2001年，潘通開(kāi)始將其專有系統(tǒng)翻譯成RGB值。潘通工作室應(yīng)用程序?yàn)榕送伾峁﹕RGB、CMYK和十六進(jìn)制值。

潘通工作室APP成為應(yīng)用色彩理論的標(biāo)桿。如今，使用潘通工作室移動(dòng)應(yīng)用程序檢查數(shù)字圖像的配色方案，以影響印刷媒體。這款應(yīng)用的基本版本在iOS平臺(tái)上是免費(fèi)的。

4 色彩原理在信息數(shù)據(jù)可視化圖表設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1 主色和輔助色色彩和諧原則

圖1是浙江大學(xué)校園網(wǎng)建設(shè)的情況，數(shù)據(jù)展示了2012—2017年用戶上網(wǎng)總流量。筆者在色輪上選取1個(gè)主色，在主色對(duì)面選取另外2個(gè)主色的對(duì)面色，稱為輔助色。其中，主色為檸檬黃，輔助色為藍(lán)色和紫色。由這3個(gè)顏色創(chuàng)作的數(shù)據(jù)圖表，主色黃色在中間起到了凸顯的作用，這得益于主色和輔助色之間的利用，整體色調(diào)也是很和諧的。

4.2 間隔色的色彩和諧原則

圖2是浙江大學(xué)2012—2017郵箱容量和郵件數(shù)量情況。筆者在色輪中選擇2個(gè)相隔的顏色，用于圖表中的效果如圖2所示，帶黃色和紅色的色調(diào)，視覺(jué)上屬于暖色調(diào)，看起來(lái)很舒服。

4.3 互補(bǔ)色的色彩和諧原則

圖3是浙江大學(xué)2012—2017年運(yùn)維服務(wù)現(xiàn)場(chǎng)處理工單平均時(shí)長(zhǎng)情況。在色輪中選取2個(gè)主色，這2個(gè)主色分別互補(bǔ)，位于色輪的對(duì)面，在色輪的第二圈選取這2個(gè)顏色的低明度的顏色。設(shè)計(jì)一個(gè)二維條形圖，這個(gè)設(shè)計(jì)的互補(bǔ)在色調(diào)的運(yùn)用中起到了關(guān)鍵作用。

4.4 三界色色彩和諧原則

三界色是指三位一體的顏色。這3種顏色在色輪上相距的位置正好相等。圖4是浙江大學(xué)知源網(wǎng)2014—2017年統(tǒng)一搜索資源量。利用三界色（青色、品紅、黃）的色調(diào)，這樣的取色可以讓代表的3個(gè)元素在色彩純度上區(qū)分開(kāi)來(lái)，能讓人一眼很直觀地看到分別代表的元素的變化和位置關(guān)系。

4.5 四角色色彩和諧原則

四角色是指選取的4種顏色在色輪上的距離相等。2011—2017年浙江大學(xué)校園卡建設(shè)中校園卡賬戶變動(dòng)圖的設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖5），利用了四角色的取色原則，選取了黃色、藍(lán)色、綠色和洋紅所組成的色調(diào)。仔細(xì)觀察，四角色原則就是運(yùn)用了兩次互補(bǔ)色原則，在元素多的情況下使用同樣能達(dá)到很和諧的色調(diào)效果。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究了色彩理論的基礎(chǔ)和色彩模型，以及這些方法如何應(yīng)用于建立有效的可視化數(shù)據(jù)圖表。此外，還定義了顏色和諧，并演示了顏色和諧在案例研究中的應(yīng)用，介紹了潘通配色系統(tǒng)和曼塞爾色相系統(tǒng)。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代下，可視化設(shè)計(jì)越來(lái)越重要，色彩是可視化圖表設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要元素，如何運(yùn)用色彩原理去指導(dǎo)可視化的設(shè)計(jì)不能被忽略。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，希望設(shè)計(jì)師和可視化設(shè)計(jì)者及時(shí)總結(jié)用戶的反饋，結(jié)合色彩原理不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)，從而促進(jìn)和提升可視化方案的設(shè)計(jì)，增加用戶的體驗(yàn)感。

參考文獻(xiàn)：

[1] Dur B [I] U. Data Visualization and Infographics In Visual Communication Design Education at The Age of Information[J]. Journal of Arts and Humanities，2014（5）：39-50.

[2]張康，Ammeraal L，王長(zhǎng)波.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[3]Sugita J， Takahashi T. Paint-like Compositing Based on RYB Color Model[J].Acm Siggraph ACM，2015（9）：1.

[4]Krauskopf J，Williams D R，Heeley D W. Cardinal Directions of Color Space[J]. Vision Research，1982（9）：1123.