姚湘，龍茜，陳淇琪，王美琪

【專題：高端裝備智能人機(jī)交互設(shè)計】

載人航天人機(jī)交互界面色彩設(shè)計方法研究

姚湘，龍茜*，陳淇琪，王美琪

（湘潭大學(xué)，湖南 湘潭 411105）

對載人航天人機(jī)交互界面的色彩設(shè)計方法流程進(jìn)行了梳理和分析。遵循“以人為中心”的設(shè)計原則，從色彩空間與模型、色彩設(shè)計與人因、航天色彩設(shè)計范圍、載人航天器色彩設(shè)計模型，以及載人航天器色彩設(shè)計與人因評價體系等方面，對載人航天器人機(jī)交互界面色彩設(shè)計方法流程體系進(jìn)行了探討。構(gòu)建了載人航天色彩設(shè)計模型，闡述了完整的載人航天色彩設(shè)計方法流程體系。針對載人航天人機(jī)交互色彩設(shè)計方法的研究為航天員在軌環(huán)境中的生活品質(zhì)及工作效能等相關(guān)領(lǐng)域的提高提供了有力支持，進(jìn)一步增強(qiáng)了航天領(lǐng)域色彩設(shè)計與人因工程的重要性。

載人航天；人機(jī)交互界面；色彩設(shè)計；人因工程

載人航天工程是當(dāng)今世界高新技術(shù)發(fā)展水平的集中展示，是衡量一個國家綜合國力的重要標(biāo)志[1]。隨著我國載人航天事業(yè)的不斷發(fā)展，航天員需進(jìn)行的信息加工越來越多，其中色彩是視覺感知信息最快的途徑[2]。載人航天環(huán)境充滿著各種應(yīng)激源，包括物理、生理、心理和人際關(guān)系等方面，如微重力、振動、噪聲、限制、隔離、工作單調(diào)與刺激等[3]。在特因環(huán)境下，宇航員的生理、心理，以及認(rèn)知功效都可能受到多種影響。

色彩作為視覺信息的重要組成部分，對人體的影響表現(xiàn)出多樣性與復(fù)雜性，其不僅產(chǎn)生視覺現(xiàn)象，還對情緒、心理、行為產(chǎn)生影響。經(jīng)大量研究發(fā)現(xiàn)，人機(jī)交互界面的色彩深深地影響著航天員的工作和生活。色彩可以幫助航天員提高自身的工作效率、調(diào)整身心狀態(tài)，使航天員更好地適應(yīng)航天特因環(huán)境，從而提升心理舒適度[4-7]]。在航天設(shè)計中，色彩是航天空間適居性設(shè)計非常關(guān)鍵的因素，其影響著空間環(huán)境的可居住性水平，對人的生理參數(shù)、認(rèn)知、執(zhí)行能力和心理因素的影響尤為深刻[8]。

目前，國內(nèi)外學(xué)界對人機(jī)界面的相關(guān)研究主要集中在人機(jī)界面空間布局上，以優(yōu)化作業(yè)人員的可操作性。本文重點關(guān)注載人航天人機(jī)交互界面色彩設(shè)計方法的研究，針對載人航天色彩設(shè)計的各步驟進(jìn)行總結(jié)分析，不僅為載人航天的色彩設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù)，也為制定空間環(huán)境與情感適居性支持方案提供重要參考。

1 色彩設(shè)計相關(guān)概念

1.1 色彩空間與模型

色彩空間又稱作色域，是用于表示和描述顏色的數(shù)學(xué)模型，通常是一個三維或更高維的空間。常見的色彩空間有RGB色彩空間、CMYK色彩空間、CIELAB色彩空間等[9]。不同的色彩空間適用于不同的應(yīng)用場景。例如：RGB色彩空間適用于電子屏幕；CMYK色彩空間適用于印刷[10]；CIELAB顏色空間是由國際照明委員會（CIE）制定的一種色彩模式[11-12],其涵蓋了人類色彩感知的整個范圍，且具有感知上的均勻性，而理論分析認(rèn)為CIELAB顏色空間是一種較適合用于圖像背景主色提取的顏色空間[13]。

1.2 色彩設(shè)計與人因

色彩設(shè)計是空間環(huán)境適居性設(shè)計的重要內(nèi)容，色彩經(jīng)由視覺產(chǎn)生心理聯(lián)想或生理反應(yīng)，對人的心理、情感、健康及視覺功能等均有較大影響[14-16]。在長期空間飛行的特殊環(huán)境下，載人航天器色彩設(shè)計對乘員的影響主要體現(xiàn)在生理、心理及認(rèn)知功效三個方面。

1）在生理上，色彩作為視覺信息的重要組成部分，通過人的眼睛對光產(chǎn)生視知覺反應(yīng)，從而在大腦中產(chǎn)生特殊的感覺。色彩不僅產(chǎn)生視覺現(xiàn)象，也對人體產(chǎn)生多樣性與復(fù)雜性的影響。研究表明[17-19]，色彩變化會對表面皮膚電反應(yīng)（GSR）、腦電圖（EEG）、心率、呼吸率、血壓等生理反應(yīng)存在關(guān)聯(lián)的方面產(chǎn)生影響[20]。

2）在心理上，色彩可以影響人的情緒、精神和心理活動。在生活或者工作環(huán)境中，不同的色彩會對人類產(chǎn)生不同的情緒影響。從色彩心理學(xué)的內(nèi)容來看，色彩心理被定義為人從對色彩的視覺感受轉(zhuǎn)變?yōu)樾睦砀惺艿恼麄€過程。色彩會對人體心理感受產(chǎn)生直接作用，人在不同色彩的刺激下，由于主觀心理因素而對某種色彩產(chǎn)生帶有感情的心理變化和活動，主要包括：輕重感、冷暖感、空間感[21]。此外，色彩也可以對人體心理產(chǎn)生間接反應(yīng)，也就是色彩具有一定的聯(lián)想性，會讓人聯(lián)想到相關(guān)事物[22]。

3）在認(rèn)知功效上，色彩在信息可視化中是一種重要的編碼元素，具有較強(qiáng)的可編碼性、良好的識別度和區(qū)分度。色彩編碼在航空航天、空中交通等工業(yè)領(lǐng)域的人機(jī)交互界面設(shè)計中具有關(guān)鍵作用。大量研究證實了色彩屬性（如色相、明度和飽和度）在前景和背景選擇、信息重要性排序，以及視覺顯著性方面的認(rèn)知效果和影響，為人機(jī)交互界面的色彩編碼提供了指導(dǎo)依據(jù)，有助于實現(xiàn)更高效、更直觀、更美觀的界面設(shè)計[23-29]。

1.3 航天器色彩設(shè)計范圍

航空航天中的美學(xué)在很大程度上與整個航天器中涉及人類互動的部分有關(guān)。因此，航天器色彩設(shè)計的范圍基本上包含航天器所有的內(nèi)部部分。在太空環(huán)境中，色彩設(shè)計的重要性體現(xiàn)在航天器的不同功能區(qū)域，如工作區(qū)、生活區(qū)和休息區(qū)，需要考慮航天員的心理和生理需求。例如，對于生活（居住）艙室，考慮到這是航天員休息和睡眠的地方，色彩設(shè)計應(yīng)選擇簡單、和諧的顏色，避免紛亂、艷麗的色調(diào)，以創(chuàng)造寧靜舒適的環(huán)境。圖1為天和核心艙不同功能的分區(qū)展示。

圖1 天和核心艙不同功能分區(qū)

在上述不同的艙室中，要進(jìn)行色彩設(shè)計的公共部位是地板、天花板、接口板、機(jī)架、柜面等。NASA在2001年給出的規(guī)范文件《國際空間站內(nèi)部配色方案》[30]中定義了將在所有美國加壓元件內(nèi)部使用的配色方案。這些方案建議適用于空間站的所有可居住元素?？偨Y(jié)該規(guī)范中實驗艙、生活艙、節(jié)點艙和觀測艙中的配色方案，可以得出艙室內(nèi)配色基本以白色為主，藍(lán)色為對比色，明度較高、彩度較低、可擴(kuò)大視覺空間。而不同艙室的接口板配色基本各不相同，以便航天員在空間站中快速地定位。由此可知，對于同一部件或區(qū)域，在不同的功能需求下，其配色也隨之有所不同。對色彩的研究在改善航天器單調(diào)的視覺環(huán)境過程中起著關(guān)鍵作用，同時也獲得了定位、寬敞性、方向性和識別性方面的功能作用。

2 載人航天器人機(jī)界面設(shè)計方法與色彩設(shè)計方法研究

為了貫徹“以人為中心”的設(shè)計理念，本文綜合馬斯洛層次需求[31]、“以人為中心”的設(shè)計[32-33]、用戶體驗設(shè)計[34]、系統(tǒng)設(shè)計[35-37]等理論，總結(jié)出了一套載人航天人機(jī)交互界面工業(yè)設(shè)計的設(shè)計方法與流程，包含：任務(wù)立項、概念開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、評估、改進(jìn)六個階段，主要開展載人航天器的色彩設(shè)計模型框架及流程方法探索。

2.1 載人航天器色彩設(shè)計模型構(gòu)建

人的色彩感覺信息由光源、彩色物體通過眼睛和大腦通道進(jìn)行傳輸。這些因素使人類能夠感知色彩，同時也是人類對色彩做出準(zhǔn)確判斷的先決條件[38]。色彩是光、人類視覺系統(tǒng)，以及心理屬性的綜合體現(xiàn)。在載人航天器中，人員與航天器之間的色彩交互主要涉及：視覺空間與人眼的適配性、控制器與顯示器的配色方式、助力措施和設(shè)備的顏色設(shè)置、信息獲取與效率、安全顏色類型、照明顏色要求、艙內(nèi)各操作界面的顏色匹配性等方面。

通過深入分析航天員在載人航天器中的視覺感知過程、影響乘組人員認(rèn)知行為的因素及其作用機(jī)制，本文構(gòu)建了載人航天器色彩設(shè)計模型，該模型包括體驗層次中的色彩設(shè)計機(jī)制、人因工程中的色彩設(shè)計機(jī)制，見圖2。這一結(jié)構(gòu)梳理了在載人航天器色彩設(shè)計中，如何考慮視覺感知和人因工程以實現(xiàn)功能性、美觀性和用戶體驗的統(tǒng)一。

2.1.1 色彩交互的體驗層次

體驗層次中的色彩設(shè)計機(jī)制包括三個子要素：本能層的色彩設(shè)計要素、行為層的色彩設(shè)計要素和反思層的色彩設(shè)計要素。

2.1.1.1 色彩交互的本能層次

本能層次源于人的感官，包括視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺交織而成的外部世界的情感體驗，使人具有感性的個性[39]。色彩感知通過視覺系統(tǒng)進(jìn)行加工。從色彩感知過程中的生理加工和心理加工兩個方面分析，建立本能層次的色彩感知過程模型。在載人航天器內(nèi)部界面中，本能層次的色彩設(shè)計更加關(guān)注乘組人員對不同界面的色彩偏好，以達(dá)到緩解孤立和單調(diào)的目的。基于對色彩偏好的評價，將人的偏好需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計，強(qiáng)調(diào)用人的感覺進(jìn)行設(shè)計，使人產(chǎn)生直觀和主觀的心理反應(yīng)，通過創(chuàng)造令人愉悅、舒適的視覺環(huán)境和界面來滿足乘組人員的需求。

圖2 載人航天器色彩設(shè)計模型

2.1.1.2 色彩交互的行為層次

在色彩交互中的行為層次是指附著在界面/產(chǎn)品上的色彩在實用和功能方面能否優(yōu)化人與產(chǎn)品間的交互體驗[40]。在行為層次的色彩設(shè)計中，關(guān)注色彩配置在視覺感知、空間尺寸、穩(wěn)定性、識別性和功能性方面對乘組人員的影響。這樣做的目標(biāo)是優(yōu)化與航天器內(nèi)部界面交互的體驗，幫助乘組人員在進(jìn)行任務(wù)活動時快速、準(zhǔn)確地實現(xiàn)他們的行為目的和任務(wù)，提高操作可靠性和效率。

在載人航天器內(nèi)部環(huán)境中，行為層次的色彩設(shè)計需要重點考慮以下幾個方面：（1）考慮航天器特點，如狹小、擁擠、隔離等極端環(huán)境要素，通過色彩設(shè)計營造一個平靜、涼爽、有秩序的環(huán)境；（2）優(yōu)化空間感，利用色彩規(guī)律創(chuàng)造具有深度感和寬敞感的視覺效果；（3）增加穩(wěn)定性，通過合理的顏色搭配增強(qiáng)室內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定感；（4）優(yōu)化識別性，通過統(tǒng)一和規(guī)律的配色區(qū)分不同功能設(shè)備，并采用鮮明的色彩對比強(qiáng)化操作和標(biāo)識識別能力；（5）功能化配置，根據(jù)不同功能區(qū)域或艙室創(chuàng)造定制化顏色方案。

2.1.1.3 色彩交互的反思層次

在色彩交互中的反思層次通常被定義為高層次的色彩情感化。高層次的色彩情感化關(guān)注色彩所賦予載體的情感、體驗、內(nèi)在含義，以及設(shè)計理念。在載人航天器色彩設(shè)計中，考慮協(xié)調(diào)性、品牌化、民族和國家文化特性、風(fēng)格與符號等因素，旨在為乘組人員創(chuàng)造具有審美意義且符合期待的艙內(nèi)體驗，也反映航天器所屬國家和民族的文化特征和形象[41]。

在反思層次的色彩交互中，需要重點考慮以下幾個方面。

1）協(xié)調(diào)性：在航天器內(nèi)部界面上統(tǒng)一和協(xié)調(diào)各個顏色載體和元素。

2）品牌化：建立與航天器品牌相符的視覺效果和色彩配方。

3）民族和國家文化特性：使航天器內(nèi)部環(huán)境色彩與乘組人員的文化背景相協(xié)調(diào)。

4）風(fēng)格和符號：通過色彩搭配表現(xiàn)獨特的主題、風(fēng)格和時代感。

2.1.2 色彩設(shè)計與人因工程

人因工程中的色彩設(shè)計分別包含以安全、高效、舒適為目標(biāo)的設(shè)計要素[42-44]。在載人航天器中，提高乘組人員長時間飛行的心理適應(yīng)能力、穩(wěn)定性和可靠性已成為航天工效學(xué)研究熱點[45]。航天器設(shè)計師需要創(chuàng)造出沒有視覺障礙的航天器環(huán)境。通過深入分析航天器艙內(nèi)活動工效學(xué)要求指標(biāo)，挖掘出色彩設(shè)計中的主要研究包括：報警和故障應(yīng)急的安全色彩設(shè)計；提高工作效率的高效色彩設(shè)計；優(yōu)化環(huán)境適居性的舒適色彩設(shè)計，具體如下。

1）報警和故障應(yīng)急的安全色彩設(shè)計：在航天器內(nèi)部設(shè)計中，色彩在航天器安全研究中的占比很低。絕大多數(shù)報警和故障應(yīng)急界面設(shè)計沒有積極考慮色彩。通過顏色和應(yīng)急相關(guān)的文獻(xiàn)可知，顏色會影響警告的顯著性和記憶，從而影響遵從行為和傳達(dá)的危險程度[46-47]。盡管各國對警示顏色的適當(dāng)使用有明確的規(guī)定，但航天器內(nèi)部標(biāo)識往往不符合這些標(biāo)準(zhǔn)，其主要的問題是在產(chǎn)品警示中使用了不協(xié)調(diào)的顏色。此外，顏色與書面警告在人的認(rèn)知過程中并不一致，這種情況會影響警示信息的傳播和人們對警示的遵守。

2）提高任務(wù)效率的色彩設(shè)計：顏色對工作效率的影響已被廣泛認(rèn)可，環(huán)境顏色可顯著影響任務(wù)表現(xiàn)和效率[48-52]。自載人航天開始以來，航天員任務(wù)表現(xiàn)的調(diào)查與評價一直是各國航天員訓(xùn)練中心的研究重點。尋找最佳訓(xùn)練方法以提高人類在太空中的表現(xiàn)已成為載人航天任務(wù)的重要干預(yù)措施。

3）舒適色彩設(shè)計：在人因工程學(xué)中，舒適（或稱安逸）是一種身體或心理上的輕松感。顏色在環(huán)境中的應(yīng)用可以影響居住者的生產(chǎn)力、自我滿意度、整體舒適度和情緒[53-55]。在類似航天器內(nèi)部環(huán)境的一些封閉艙室中的顏色研究表明，人在不同的色彩環(huán)境或彩色照明環(huán)境中會產(chǎn)生不同的視覺和熱舒適性。

通過考慮這些關(guān)鍵方面可知，采取專門的色彩設(shè)計策略有助于優(yōu)化載人航天器中乘組人員的操作交互和體驗，最大限度地提高安全性、效率和舒適度。

3 載人航天器色彩設(shè)計與人因評價流程體系

秉承“以人為中心”的設(shè)計理念，以載人航天任務(wù)需求為導(dǎo)向，載人航天器色彩設(shè)計總體分為“三模塊、三節(jié)點、十二活動”的迭代式閉環(huán)設(shè)計流程。其中，三個核心模塊分別為：任務(wù)分析與色彩定位、航天人因測試、色彩設(shè)計與評估；三個關(guān)鍵節(jié)點包含：色彩設(shè)計定位、色彩設(shè)計策略、色彩設(shè)計歸檔；十二活動包含：航天任務(wù)需求分析、視覺感知能力需求分析、色彩設(shè)計需求分析、色彩設(shè)計目標(biāo)等，總體流程見圖3。

3.1 任務(wù)分析與色彩定位

以載人航天任務(wù)需求為導(dǎo)向，運用工業(yè)設(shè)計相關(guān)方法，對每個航天任務(wù)下的色彩需求進(jìn)行分析。依托色彩心理學(xué)、航天員視覺感知能力要求、色彩調(diào)和等色彩領(lǐng)域相關(guān)原理對任務(wù)分區(qū)下的色彩需求進(jìn)行整理，并得出色彩定位，為色彩設(shè)計做理論依托。

3.1.1 任務(wù)需求分析

航天員在執(zhí)行空間飛行任務(wù)時需要完成一系列復(fù)雜且精細(xì)的任務(wù)。根據(jù)國外載人航天實踐經(jīng)驗，航天員的空間飛行任務(wù)可分為四個方面：航天器系統(tǒng)運行管理任務(wù)、航天員生活與工作管理任務(wù)、載荷試驗與管理任務(wù)、交會對接與出艙活動任務(wù)[56]。這些任務(wù)涵蓋了航天器運行監(jiān)督、航天員生活健康管理、實驗設(shè)備操作與管理，以及艙外活動等多個方面的內(nèi)容。

在載人航天器色彩設(shè)計任務(wù)之前，分析航天員任務(wù)是至關(guān)重要的。它可能影響航天器色彩設(shè)計任務(wù)的成敗和航天員安全。首先，需確定總?cè)蝿?wù)目標(biāo)和基本內(nèi)容。然后將任務(wù)分解為具體操作。為了對每項工作和具體操作進(jìn)行分工，需要對人與人、人與機(jī)器之間的狀況和需求做出剖析。同時，需要對完成任務(wù)有影響的環(huán)境因素及人的身心狀態(tài)進(jìn)行剖析。最后，明確每一個作業(yè)的措施、步驟，以及時間，同時提出有關(guān)操作人員的挑選和訓(xùn)練的標(biāo)準(zhǔn)。

通過對各項航天任務(wù)的剖析，以滿足載人航天任務(wù)目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，便可以對色彩實施初步設(shè)計，進(jìn)而產(chǎn)生多種色彩方案以進(jìn)行選擇。這樣的分析和設(shè)計將有助于提高航天器色彩設(shè)計方案的合理性，以確保任務(wù)的順利進(jìn)行和航天員的安全。

3.1.2 視覺感知能力變化

以往的研究從人與系統(tǒng)之間的交互過程出發(fā)，將航天員的作業(yè)能力需求劃分為如下三方面，見圖4。

1）感知能力：借助人的感知器官，實現(xiàn)對外界環(huán)境及機(jī)器系統(tǒng)狀態(tài)的感知，涉及人的視覺、聽覺、觸覺等方面。

圖3 載人航天器色彩設(shè)計與人因評價流程

圖4 空間飛行中人作業(yè)能力需求

2）信息處理能力：借助人的認(rèn)知決策能力對所獲取的信息進(jìn)行分析判斷，形成操作決策，主要包括知覺、注意、記憶、決策等能力。

3）操作能力：根據(jù)形成的決策，驅(qū)動人的肢體、發(fā)聲器官等形成對外界的操作或交流，涉及人體參數(shù)和生物力學(xué)特性等[57]。

本研究團(tuán)隊在此部分主要討論航天員在特因環(huán)境下的視覺感知能力特性。視覺是人類主要感知外部信息的途徑，對辨別物體的形狀、大小、顏色等屬性，以及判斷物體在空間中的方向、距離、位置等方面具有重要作用。此外，視覺也是人類進(jìn)行空間導(dǎo)向、有效行走和活動的主要支持。鑒于航天任務(wù)中經(jīng)常面臨復(fù)雜的場景、非合作性目標(biāo)，以及各種未預(yù)料到的情況，當(dāng)前的系統(tǒng)自主性尚不能完全勝任所有任務(wù)，因此需要人的介入。在這種情境下，航天員的能力特質(zhì)顯得尤為關(guān)鍵。色彩在航天員執(zhí)行任務(wù)時的信息傳遞中扮演著重要的角色，采用高對比度的色彩設(shè)計能夠有效提升人的注意力和警覺性。因此，開展載人航天器色彩設(shè)計研究，需要根據(jù)航天操控任務(wù)需求，尤其與視覺相關(guān)的能力需求，構(gòu)建或模擬操控環(huán)境，根據(jù)特因環(huán)境對視覺的感知能力要求和約束制定相應(yīng)的指標(biāo)與規(guī)范[58]。

3.1.3 色彩設(shè)計需求

運用工業(yè)設(shè)計相關(guān)分析方法，分析不同的航天任務(wù)操作所涉及的艙室區(qū)域及操作流程特點，并結(jié)合航天員視覺感知能力特性，綜合兩者進(jìn)行航天器色彩設(shè)計需求分析，針對不同艙室區(qū)域分析不同色彩的需求。

首先，需要對色彩設(shè)計涉及的空間艙段區(qū)域（如工作區(qū)、科研實驗區(qū)、鍛煉區(qū)、睡眠艙等）進(jìn)行基礎(chǔ)的用戶行為調(diào)研，以全面了解航天員在這些區(qū)域內(nèi)的基本操作。其次，運用同理心，從航天員的角度感知操作過程中的細(xì)節(jié)及其遇到的痛點，并詳細(xì)記錄設(shè)計思路。在此階段，可以初步考慮通過優(yōu)化色彩設(shè)計解決航天員部分痛點問題。通過采用多種調(diào)研方法（如問卷調(diào)查法、訪談法、生活經(jīng)驗感受法、觀察法、桌面研究法等）分析航天員在特定任務(wù)情景下的操作過程和痛點。最后，根據(jù)航天員在特殊環(huán)境下視覺感知能力特性的變化，綜合分析總結(jié)航天員在特定任務(wù)情境中的色彩設(shè)計需求。這樣的分析和設(shè)計考量將有助于提高航天員在執(zhí)行任務(wù)過程中的操作效率和舒適度，從而確保任務(wù)的成功進(jìn)行和航天員的安全。

3.1.4 色彩設(shè)計目標(biāo)

在航天器色彩設(shè)計中，通過對上一步的色彩設(shè)計需求進(jìn)行提煉與思考，以安全、舒適、高效這三個航天工業(yè)設(shè)計的總體目標(biāo)為中心，針對不同功能分區(qū)提出具體的色彩設(shè)計目標(biāo)。本研究團(tuán)隊圍繞這三個總體目標(biāo)，提煉出三大主要目標(biāo)：色彩功能性目標(biāo)、色彩舒適性目標(biāo)和色彩體驗性目標(biāo)。

1）功能性目標(biāo)：航天器系統(tǒng)合理的色彩設(shè)計可降低飛行員對色彩的混淆，增強(qiáng)對關(guān)鍵飛行信息的注意力，顯著提高飛行安全性[58]。NASA的一項實驗研究了顏色亮度的差異作為身體方向的線索，有效地通過色彩設(shè)計提高了航天員的視覺空間定位感知能力。因此，筆者提出航天器色彩功能性目標(biāo)，利用色彩的對比度、色差、亮度、飽和度等屬性，為提高航天員視覺功效、在軌作業(yè)能力的績效，以及更好地完成空間作業(yè)任務(wù)而服務(wù)。

2）舒適性目標(biāo)：色彩作為視覺信息的重要組成部分，對人體具有多樣性與復(fù)雜性的影響，包括情緒、心理及行為上的影響。航天器設(shè)計應(yīng)有效利用色彩設(shè)計的情感調(diào)控功能，調(diào)整航天員的情緒，改善工作效率，改善空間居住質(zhì)量，并為制定空間環(huán)境與情感適居性支持方案提供參考[59]。

3）體驗性目標(biāo)（文化與用戶體驗）：由于色彩受到世界地域因素影響，如政治、氣候、文化，人們對不同色彩的喜好與禁忌有所不同，使得常見色彩在不同國家象征的意義有所不同[60]。因此，航天器色彩設(shè)計需要兼顧不同國家及地區(qū)的航天員對色彩的喜好與禁忌。在設(shè)計時，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整航天器內(nèi)部的色彩標(biāo)準(zhǔn)，以增強(qiáng)航天員的文化與用戶體驗感受，創(chuàng)造富有文化地域性和個性化的艙室色彩空間，以便航天員進(jìn)行在軌作業(yè)與居住。

綜上所述，航天器色彩設(shè)計應(yīng)在滿足安全、舒適、高效三個總體設(shè)計目標(biāo)的基礎(chǔ)上，綜合考慮航天員在不同功能分區(qū)的需求，形成具體的色彩設(shè)計目標(biāo)，從而為航天員創(chuàng)造一個符合需求的空間艙室環(huán)境。

3.2 航天人因測試

航天人因測試為載人航天器色彩設(shè)計理論研究階段，其目的是研究不同色彩的生理和心理影響作用，從而選擇滿足航天員安全工作和舒適生活的色彩區(qū)間進(jìn)行設(shè)計。在載人航天器色彩設(shè)計中，人因測試的內(nèi)容有色彩績效、生理心理影響、主觀體驗、安全性等，測量的方法有主觀測量法、生理測量法和行為測量法。載人航天人因測試流程包括：明確色彩設(shè)計條件、建立色彩樣本庫、模擬仿真、指標(biāo)測量與評估四個活動。

3.2.1 明確色彩設(shè)計條件

以色彩設(shè)計定位為基礎(chǔ)，來明確色彩設(shè)計的前提條件，其中包括色彩構(gòu)成因素和色彩設(shè)計規(guī)范兩部分內(nèi)容，為后續(xù)的方案提供設(shè)計平臺和設(shè)計規(guī)范。

3.2.1.1 明確色彩構(gòu)成因素

目的是確定能夠傳遞色彩信息的組件。載人航天器由不同的組件構(gòu)成，組件所構(gòu)成的視覺環(huán)境存在于人的前、后、上、下、左、右等所有目光能及的地方，由真實的空間和表面，以及帶有各種形狀、肌理和色彩的材質(zhì)構(gòu)成。色彩通過這些組件對人的視覺感知產(chǎn)生影響。因此，無論是空間環(huán)境的色彩設(shè)計，還是人機(jī)界面的色彩設(shè)計，都需要明確色彩設(shè)計所涉及的組件。

在分析色彩構(gòu)成因素中，首先根據(jù)航天任務(wù)需求和色彩設(shè)計定義，明確需要進(jìn)行色彩設(shè)計的組件；然后對其進(jìn)行分類處理；最后分析其材質(zhì)特性，分析如何將色彩設(shè)計定位落到具體的對象上。本研究團(tuán)隊通過對太空站睡眠艙進(jìn)行色彩分析，可將構(gòu)成因素大致分為主色調(diào)、裝飾色、指引色和警示色四個部分，所涉及的材質(zhì)除了金屬、塑料外，還有被褥等編織材料（如表1所示），見圖5。這些色彩與材質(zhì)的組合搭配，為睡眠艙的視覺環(huán)境設(shè)計提供了開闊的設(shè)計平臺。

圖5 太空站睡眠艙的艙內(nèi)色彩構(gòu)成因素分析示例

表1 太空站睡眠艙色彩構(gòu)成因素

Tab.1 Color components of the sleeping cabin of the space station

在分析色彩構(gòu)成因素的過程中，由于航天任務(wù)需求的不同，色彩構(gòu)成要素的分析方法也不同。當(dāng)涉及人的視覺感知設(shè)計時，不能簡單地將各個設(shè)計平面展開，而是需要以人為中心，計算各部分所占的視覺色彩面積，即從人眼的角度出發(fā)，計算視覺范圍內(nèi)的各個色彩部分的面積比例。

3.2.1.2 明確色彩設(shè)計規(guī)范

目的是使設(shè)計中所使用的色彩樣本能夠符合載人航天器色彩設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，參考現(xiàn)有的載人航天器色彩設(shè)計經(jīng)驗，避免設(shè)計方案脫離實際應(yīng)用需求。根據(jù)美國航空航天局和歐洲航天局等官方設(shè)計文件，整理并列舉了空間站中典型的色彩設(shè)計規(guī)范如下。

1）航天器隔離環(huán)境色彩規(guī)范。為了達(dá)到健康、定位和空間任務(wù)支持的目的，美國航空航天局和歐洲航天局確定了在空間隔離環(huán)境的色彩設(shè)計開發(fā)中的關(guān)鍵要求[61-62]，如表2所示。

表2 航天器隔離環(huán)境色彩規(guī)范

Tab.2 Spacecraft isolation environment color specifications

2）艙內(nèi)裝飾色彩設(shè)計規(guī)范。乘員的審美和心理反應(yīng)是空間艙室內(nèi)設(shè)計和裝飾的重要考慮因素。艙內(nèi)裝飾設(shè)計中關(guān)于色彩設(shè)計的一般注意事項，見表3。

表3 航天器隔離環(huán)境色彩規(guī)范

Tab.3 Spacecraft isolation environment color specifications

3）乘員界面上的色彩設(shè)計規(guī)范。首先是硬件控制器上的色彩編碼，其應(yīng)該用于控制器標(biāo)識而非控制器本身?？刂破鞯念伾珣?yīng)該介于灰色和黑色之間，以便通過座艙觀察是統(tǒng)一的。每個控制器的關(guān)聯(lián)標(biāo)識通過座艙觀察起來，應(yīng)該是不同的，標(biāo)識需為每個控制器提供功能信息和描述性信息。如果需要進(jìn)行顏色編碼，不能超過5種顏色。只能使用以下幾種顏色用于顏色編碼：紅色、綠色、橘黃色、白色、藍(lán)色（僅在確實需要一種附加顏色時使用）。當(dāng)鏡面反射或低摩擦力會降低任務(wù)性能時，控制器上不應(yīng)使用帶光澤的罩面漆。顏色編碼應(yīng)該與預(yù)期進(jìn)行任務(wù)的環(huán)境光相一致。視覺顯示器上的色彩編碼，其為當(dāng)前大部分顯示技術(shù)及其應(yīng)用程序中較重要的屬性之一。圖形和字符顯示也經(jīng)常使用顏色作為信息編碼，在對視覺信息進(jìn)行組織和分段時，使用顏色是特別有效的，可以提高視覺搜索效率。在設(shè)計過程中應(yīng)該考慮到乘員的顏色感覺能力。顏色編碼不應(yīng)作為傳遞信息、指導(dǎo)行動、提示響應(yīng)、區(qū)別視覺元素等的唯一手段。對于其他編碼，顏色編碼應(yīng)該作為一種冗余手段。顏色是一種有效標(biāo)記顯示器和控制器的強(qiáng)烈特征，應(yīng)自始至終使用顏色對顯示器和控制器進(jìn)行分組。有些顏色，如代表緊急的紅色，應(yīng)該預(yù)留作專用指示，且不能用于其他目的。在執(zhí)行任務(wù)時，為了防止使用過多炫彩的顏色造成使用人員對其任務(wù)分心，應(yīng)避免使用太多顏色。顏色是定向時一個非常重要的因素，應(yīng)該用來促進(jìn)任務(wù)，而不是影響任務(wù)。顏色對比應(yīng)足夠明顯，顏色分組編碼的目的是非常明顯的，同時選擇的顏色應(yīng)使得即使是存在顏色缺陷的人也能進(jìn)行區(qū)分。

4）標(biāo)識的色彩設(shè)計規(guī)范。色彩是一種幫助告知用戶項目功能的有用方法。在選擇標(biāo)識顏色時，設(shè)計師應(yīng)該考慮一些重要因素。載人航天器標(biāo)識設(shè)計中的色彩注意事項包括：每一個功能應(yīng)只用一種顏色，當(dāng)同樣的顏色用于兩個不同的功能時，功能不容易被用戶區(qū)分；每個標(biāo)識使用的顏色數(shù)量應(yīng)限制在9種內(nèi)（包括黑色和白色）；兩個包含太多顏色的標(biāo)識很難被區(qū)分，因為用戶必須查看存在或不存在某種顏色或色彩的圖案，這需要用戶方面的認(rèn)知計算，應(yīng)避免這種設(shè)計而使用一種更簡單的設(shè)計；標(biāo)識選擇配色時應(yīng)充分考慮環(huán)境光照條件，需要充分照明才能區(qū)分的顏色應(yīng)該在時刻有照明的地方使用；對于駕駛艙等地點，乘組人員可能需要使用低光照條件下的標(biāo)識，顏色應(yīng)包含高對比度色彩并易于相互區(qū)別；應(yīng)防止視覺缺陷者的混淆，在顏色方案中有6種以上顏色時不要使用綠色，不要同時使用紅色和綠色；應(yīng)考慮標(biāo)識的背景色，以確保標(biāo)識上的其他顏色與背景有足夠的對比度，便于識別；有些標(biāo)識需要特定的顏色來表示它們的功能或可能存在的危害。對最常見的顏色應(yīng)考慮的常規(guī)用途如表4所示。

表4 常見顏色的常規(guī)用途

Tab.4 Common uses of common colors

3.2.2 建立色彩樣本庫

色彩樣本庫是航天器人機(jī)界面色彩方案設(shè)計的重要參考資料，應(yīng)考慮國際標(biāo)準(zhǔn)色、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)色等對色彩編碼與功能的要求，對類似環(huán)境進(jìn)行樣本聚類提取，也可考慮適合的民族文化與新技術(shù)材料，拓展色彩樣本，形成色彩設(shè)計參考案例庫。載人航天器色彩設(shè)計樣本庫的建立，不僅包括航天艙室，還包括類似艙室，如空間站、飛機(jī)、高鐵、航天飛機(jī)、艦艇等，以及相似艙室的環(huán)境色、操作面板色、操作按鈕及文字色等。

色彩樣本庫建立的基本原則為：明確標(biāo)準(zhǔn)色與功能的結(jié)合；色彩選擇與人的認(rèn)知規(guī)律相符合；確定色彩模型和色彩表征要素；對色彩樣本進(jìn)行篩選以避免重復(fù)并切實可行。建立色彩樣本庫，首先需要提取顏色樣本，包括標(biāo)準(zhǔn)色的選取、色彩模型的選取和類似空間的聚類提取三個內(nèi)容；然后對提取的色彩樣本進(jìn)行分類篩選和優(yōu)化；最后形成可行樣本，建立色彩樣本庫。色彩樣本提取的方法如下。

3.2.2.1 從標(biāo)準(zhǔn)色中提取色彩樣本

標(biāo)準(zhǔn)色彩樣本提取是指讓研究者了解航空航天領(lǐng)域中視覺信息、聽覺信息、觸覺信息的人機(jī)工程設(shè)計準(zhǔn)則，了解色彩編碼與功能賦色，從而在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中對色彩樣本進(jìn)行直接選取，能夠?qū)⑸实臉?biāo)準(zhǔn)使用與實際操作功能相結(jié)合，進(jìn)行色彩設(shè)計和實。例如，在相關(guān)色彩原理中標(biāo)準(zhǔn)色有紅、橙、黃、綠、青、紫6項，另有黑、白、灰中性色，在航空裝備HB20097- 2012標(biāo)準(zhǔn)[63]中列出了信息顯示色彩使用所要遵循的規(guī)范及在不同情境下的色彩編碼（如表5所示）。

3.2.2.2 從色彩模型中提取色彩樣本

此動作旨在讓研究者了解色彩模型的相關(guān)理論，在色彩樣本選取的過程中能夠了解相關(guān)要素。例如，對于RGB模型，實驗者可從R、G、B 3個色彩通道著手，按照定量或隨機(jī)的方法進(jìn)行色彩樣本選取，參數(shù)在0～255，以64為單位間隔變化，每個原色軸得到5個區(qū)間，最終能產(chǎn)生125個色彩樣本。樣本量的多少取決于參數(shù)大小的變化。HSB色彩模型中的色彩樣本選取從H（360°色相環(huán)）選取色相，再通過S（飽和度100%）、B（明度100%）數(shù)值的變化進(jìn)行選擇。

表5 國標(biāo)中規(guī)定的色彩使用和含義

Tab.5 Uses and meanings of color specified in national standards

3.2.2.3 從類似空間中提取色彩樣本

對類似艙室空間的人機(jī)界面圖像資源進(jìn)行獲取，如對空間站、飛機(jī)、高鐵、艦艇、航天飛機(jī)等的人機(jī)界面運用爬蟲或者網(wǎng)頁插件進(jìn)行圖像獲取，對圖片進(jìn)行分類整理并通過預(yù)處理分析相關(guān)色彩模式和色彩量化方法技術(shù)，對圖片進(jìn)行色彩提取，獲取已經(jīng)實際應(yīng)用的色彩樣本，分析其共性、個性色彩，根據(jù)色彩要素進(jìn)行色彩樣本拓展，豐富色彩樣本庫。建立色彩數(shù)據(jù)庫基本流程如下：樣本收集；確定典型樣本；劃分取色區(qū)域；源圖像計算機(jī)取色；獲取代表性樣本及色庫，具體見圖6。

其中，針對現(xiàn)有較為成熟的色彩量化方法進(jìn)行分析，運用相關(guān)實現(xiàn)方式和原理，進(jìn)行類似艙室空間的色彩挖掘。目前，主要的色彩量化技術(shù)有：K-means聚類算法[64]、Median cut算法、八叉樹算法[65]。提取出色彩樣本之后，為避免色彩樣本重復(fù)，對從標(biāo)準(zhǔn)色、色彩模型、類似空間幾類選取的色彩樣本進(jìn)行歸類，去除和人的認(rèn)知規(guī)律、色彩功效等不符的色彩樣本，對色彩樣本庫進(jìn)行優(yōu)化。對空間站人機(jī)器操作界面的樣本聚類分析如圖7所示。

隨后，本研究團(tuán)隊對整合后的國際空間站人機(jī)控制界面用K-means聚類算法進(jìn)行色彩量化，其中值為15，量化后的色彩樣本數(shù)量也為15個。本研究團(tuán)隊對色彩分布空間圖和色彩占比餅狀圖進(jìn)行導(dǎo)出。提取后其主要色彩為深灰色和淺綠色，按鍵多為同灰色系。其中，有部分亮光屏幕顯示色為藍(lán)色，熄屏狀態(tài)下為深灰色和黑色。而字體部分多為黑色，與灰白色按鍵對比較為明顯，色彩較為統(tǒng)一，按鍵中有少許紅色與橙黃色。

圖6 類似空間色彩樣本提取流程及大致方法

圖7 國際空間站人機(jī)界面整合

3.2.3 仿真模擬

訓(xùn)練仿真模擬（模擬訓(xùn)練）是指運用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段構(gòu)建虛擬場景或特殊條件進(jìn)行訓(xùn)練的手段，具有高仿真度、強(qiáng)針對性、高安全性和高訓(xùn)練效率等特點[66]。仿真模擬的目標(biāo)是通過搭建航天模擬環(huán)境，針對不同色彩設(shè)計目標(biāo)開展人因測試實驗，以研究色彩在不同目標(biāo)定位下對人的影響。仿真模擬的航天環(huán)境分為航天特因環(huán)境和色彩環(huán)境，航天特因環(huán)境和色彩環(huán)境模擬的方法分別如表6～7所示。

表6 航天特因環(huán)境模擬方法

Tab.6 Aerospace specific environment simulation methods

表7 色彩環(huán)境模擬方法

模擬訓(xùn)練的主要流程包括確定合適的研究方法和實驗基本設(shè)計流程，構(gòu)建模擬環(huán)境，進(jìn)行實驗測試與數(shù)據(jù)分析，得出仿真模擬測試結(jié)果，并進(jìn)行討論。該過程旨在了解在航天環(huán)境下，不同色彩環(huán)境對人生理、心理和行為變化的影響，判斷所設(shè)計的色彩方案是否適合航天員在特定環(huán)境下的工作與生活，最終得出符合實際需求的載人航天器色彩設(shè)計的結(jié)論和建議。通過模擬仿真訓(xùn)練，研究人員能夠評估不同色彩方案對航天員在航天環(huán)境下的適應(yīng)性，為科學(xué)有效地制定載人航天器的色彩設(shè)計方案提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

3.2.4 指標(biāo)測量與評估

在針對不同的色彩設(shè)計目標(biāo)開展人因測試實驗的過程中，指標(biāo)測量與評估主要包括生理、心理及行為等一系列的指標(biāo)測量，通過各項指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化，確定色彩對不同目標(biāo)（安全、高效、舒適）的影響情況，從而更加高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行人因評估分析，提高復(fù)雜人機(jī)系統(tǒng)的人因設(shè)計效率、降低系統(tǒng)在全生命周期內(nèi)的人因評估成本，并為復(fù)雜人機(jī)系統(tǒng)的人因設(shè)計提供有效支撐[66]。載人航天器色彩設(shè)計人因測量與評估方法如表8所示。

表8 載人航天器色彩設(shè)計人因測試與評估方法

Tab.8 Human factors testing and evaluation methods for color design of manned spacecraft

指標(biāo)測量需要根據(jù)測量的目的和范圍建立適當(dāng)?shù)闹笜?biāo)體系，選擇與評估目標(biāo)相對應(yīng)的人因指標(biāo)集，并選取最適合本次實驗的具體指標(biāo)進(jìn)行實驗測量。通過測量出的各項指標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)果，確定在航天模擬環(huán)境下色彩對人生理、心理和行為的影響變化情況，以滿足人因工效學(xué)需求，打造安全、高效、舒適的載人航天器色彩設(shè)計方案。對于復(fù)雜人機(jī)系統(tǒng)，指標(biāo)范圍較大，指標(biāo)間可能存在非線性或不確定關(guān)系。若要確保測量結(jié)果準(zhǔn)確、完整地反映評價對象的整體特性，應(yīng)在指標(biāo)測量得出結(jié)論后再次進(jìn)行專家評審，以提高結(jié)論的準(zhǔn)確性和可用性。專家評審適用于定性分析指標(biāo)，但其主觀性較強(qiáng)[69]。色彩設(shè)計方案評審應(yīng)在不同層次上進(jìn)行，涵蓋元件、部件、裝置、設(shè)備、系統(tǒng)和總體等方面。全面、綜合、整體地評估整個系統(tǒng)是最終和最重要的評價環(huán)節(jié)。這是對系統(tǒng)安全、高效、舒適3個設(shè)計目標(biāo)的整體評估，可以判斷系統(tǒng)的整體和諧性，但這種評價絕對離不開其他層次上的評價。

3.3 色彩設(shè)計與評估

色彩設(shè)計與評估為載人航天器色彩設(shè)計從開發(fā)與實現(xiàn)的核心模塊。本研究團(tuán)隊從色彩設(shè)計定位出發(fā)，基于色彩設(shè)計策略，包含：明確色彩方案設(shè)計、工程分析、訓(xùn)練反饋、設(shè)計驗收與應(yīng)用4個關(guān)鍵活動，最終輸出色彩設(shè)計檔案，為之后的設(shè)計迭代提供材料支持。

3.3.1 色彩方案設(shè)計

色彩方案設(shè)計對色彩設(shè)計定位的實現(xiàn)，也是色彩設(shè)計策略的應(yīng)用。在載人航天器的色彩設(shè)計中，首先根據(jù)設(shè)計定位，結(jié)合色彩設(shè)計范圍，劃分不同色彩設(shè)計層級，并在色彩設(shè)計策略的指導(dǎo)下，根據(jù)色彩的不同功能屬性、航天器的不同層級進(jìn)行色彩設(shè)計，得到初步的設(shè)計方案，然后結(jié)合色彩匹配的方法和原則，對初步方案進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，最終得到載人航天器的色彩設(shè)計方案。

3.3.1.1 色彩設(shè)計原則

1）色彩功能性設(shè)計。色彩對人的生理、心理產(chǎn)生作用并傳達(dá)信息，賦予“功能色彩”的意義，色彩的功能與人機(jī)界面的功能并不矛盾，適當(dāng)?shù)剡\用色彩能夠改善人機(jī)界面形態(tài)，并使其功能趨于完美。在色彩功能性設(shè)計中應(yīng)根據(jù)具體情況體現(xiàn)出“標(biāo)準(zhǔn)色和安全色”“能見度與注目性”“保護(hù)與掩護(hù)功能”。例如，識別電纜的制造和電流方向，紅色代表火線、藍(lán)色或綠色代表零線、黃色或者白色代表接地線，不僅能夠便于區(qū)分提醒，更加便于操作。針對航天器人機(jī)界面的色彩功能性設(shè)計要考慮人機(jī)界面中各個部件的功能，例如：開關(guān)、緊急提醒、操作按鍵、控制旋鈕等，其中開啟件宜用綠色，停止鍵宜用紅色，提醒注意宜用橙色。

2）色彩效用性設(shè)計。良好的人機(jī)交互界面色彩搭配不僅有利于人體身心健康，還能幫助工作人員提高作業(yè)效率及自身的作業(yè)技能，更好地完成工作[70]。在載人航天器人機(jī)界面色彩設(shè)計中應(yīng)充分考慮視覺功效、認(rèn)知功效、行為功效。色彩對操作人員效率的影響也較大，例如船舶艙室要考慮色彩的人機(jī)功效[71]。

3）色彩情感化設(shè)計。產(chǎn)品色彩情感化設(shè)計是一種通過挖掘用戶情感意向信息，并將其轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品色彩設(shè)計要素的設(shè)計方法[70-73]?，F(xiàn)階段產(chǎn)品色彩情感化設(shè)計的研究熱點主要集中在借助各種智能工具構(gòu)建相關(guān)研究理論與方法方面[74]。色彩情感化設(shè)計要與人們的經(jīng)驗視覺認(rèn)知相結(jié)合，為色彩樣本匹配其獨有的色彩情感，了解色彩的聯(lián)想和象征。例如，色彩的冷暖、進(jìn)退、脹縮、輕重、軟硬、強(qiáng)弱、明快憂郁、華麗質(zhì)樸。在載人航天器人機(jī)界面色彩設(shè)計中要考慮深空環(huán)境下對人心理狀態(tài)的影響，從整體的環(huán)境色彩對操作人員的心理情感調(diào)節(jié)功能，到各個操作界面或輔助設(shè)計的賦色、文化偏好等。例如，對于深空環(huán)境中的方向定位，應(yīng)選用淺色（給人輕的感覺）表示上方位，選用大地或者深色（給人重的感覺）表示下方位。航天器人機(jī)界面的信息顯示層級也可以根據(jù)色彩的心理情感感受進(jìn)行區(qū)分，讓環(huán)境與人機(jī)界面相協(xié)調(diào)。例如，紅色給人強(qiáng)的、暖的、脹大的視覺心理感受，可突出顯示，讓人感覺到緊急警告?？筛鶕?jù)各個艙室不同的功能分區(qū)劃分給環(huán)境及人機(jī)界面賦色，提升人的主觀情感感受和適居性。根據(jù)色彩情感拓展色彩樣本庫。

3.3.1.2 色彩搭配原則與方法

為確保載人航天器的艙室設(shè)計與人的視覺舒適、心理狀態(tài)和功能需求相適應(yīng)，本文提出了包含和諧性、統(tǒng)一性等色彩搭配的十大原則與方法，見表9。

表9 色彩搭配原則與方法

Tab.9 Principles and methods of color matching

通過以上原則，可以在航天器艙室色彩設(shè)計中實現(xiàn)對操作人員視覺舒適度和心理感受的影響，從而最大限度地優(yōu)化人機(jī)界面設(shè)計。此外，針對功能性需求，如工作艙、餐廳、住艙等不同功能區(qū)域，色彩搭配應(yīng)充分考慮如何促進(jìn)乘員的工作效率、食欲，以及身心放松等方面。綜合來看，采用這些原則與方法對航天器艙室色彩進(jìn)行搭配，可提高航天員的艙室舒適度和工作效率，為載人航天器內(nèi)部色彩設(shè)計提供理論依據(jù)。

3.3.2 工程分析

通過基于色彩方案的工程分析來確定設(shè)計方案的細(xì)節(jié)，包括色彩、材料、工藝，以及樣件的確定。在經(jīng)過工程檢驗后，得到最終設(shè)計方案，并為人因測試與評估階段提供色彩設(shè)計原型。工程分析共分為細(xì)節(jié)確定和工程檢驗兩個階段，具體如下。

1）細(xì)節(jié)確定。在得到具體的色彩設(shè)計方案后，需要將設(shè)計方案從效果表達(dá)層面轉(zhuǎn)化為真實環(huán)境中的色彩。為了獲得真實的色彩感覺體驗，需要進(jìn)行樣本制作，涉及色彩校對及材料和工藝的確定。材料和工藝會影響色彩的表達(dá)，因此在選擇顏色時需要充分考慮材料和工藝對顏色的影響。使用專業(yè)測色儀器對色彩進(jìn)行測量和標(biāo)定，并由專業(yè)人員針對色彩、材料、工藝進(jìn)行設(shè)計，最終制作成色彩設(shè)計原型，作為后續(xù)工程檢驗的對象。

2）工程檢驗。在確定色彩方案的最后階段，需要使用色彩設(shè)計核查清單進(jìn)行分析和檢驗，全面審視整體的統(tǒng)一感，如有需要則進(jìn)行修改。該步驟是非常重要的流程環(huán)節(jié)。核查色彩方案時，建議參照如表10所示的色彩設(shè)計核查清單。

表10 色彩設(shè)計原型方案工程檢驗清單

Tab.10 Engineering inspection checklist for color design prototype scheme

3.3.3 訓(xùn)練反饋

航天員是載人航天器色彩設(shè)計的真正用戶，其對色彩設(shè)計的評估和反饋對設(shè)計的更新迭代至關(guān)重要。色彩設(shè)計方案首先應(yīng)用于訓(xùn)練場景中，而非最終的載人航天器。在訓(xùn)練過程中，航天員的主觀反饋方式包括用戶體驗量表、訪談日志等；客觀反饋方式則包含生理參數(shù)測量、行為參數(shù)測量等。

色彩設(shè)計方案可以應(yīng)用于航天員訓(xùn)練中的多個方面。列舉的3個典型訓(xùn)練項目如下。

1）心理訓(xùn)練。該訓(xùn)練旨在提高航天員心理素質(zhì)和團(tuán)隊協(xié)作能力。利用心理學(xué)原理和方法進(jìn)行訓(xùn)練，色彩設(shè)計方案可應(yīng)用于心理放松訓(xùn)練、狹小空間隔離訓(xùn)練、錯覺心理訓(xùn)練等項目。

2）航天環(huán)境因素適應(yīng)性訓(xùn)練。在模擬的航天特因環(huán)境中，宇航員需要通過相關(guān)適應(yīng)性訓(xùn)練來提高自身的耐力水平，并且在訓(xùn)練中獲得防護(hù)技能，其目的是為了讓航天員們在不同環(huán)境下?lián)碛袠O強(qiáng)的適應(yīng)能力。色彩設(shè)計方案可應(yīng)用于前庭功能訓(xùn)練、失重適應(yīng)性訓(xùn)練（失重飛機(jī)飛行訓(xùn)練、血液重新分布適應(yīng)性訓(xùn)練、頭低位臥床體驗等）及航空飛行訓(xùn)練等項目[75]。

3）航天專業(yè)技術(shù)訓(xùn)練。通過講解和實際操作來使航天員熟練掌握載人航天飛行所需的專業(yè)知識與操作技能[76]。訓(xùn)練內(nèi)容主要取決于航天器系統(tǒng)和航天飛行任務(wù)需求，包括：航天器技術(shù)訓(xùn)練、飛行任務(wù)技術(shù)訓(xùn)練、有效載荷訓(xùn)練、出艙活動訓(xùn)練和交會對接訓(xùn)練等[75]。色彩設(shè)計方案通過在人機(jī)交互界面中的體現(xiàn)，參與訓(xùn)練過程，涵蓋顯示界面、操作界面、環(huán)境色、裝飾色、安全色等設(shè)計環(huán)節(jié)。

綜上所述，以綜合性評估為基礎(chǔ)，收集航天員對色彩設(shè)計方案的反饋，從而在訓(xùn)練場景中實現(xiàn)色彩設(shè)計方案的有針對性實施。通過分析航天員在各個訓(xùn)練項目中的意見和建議，為色彩設(shè)計方案提供關(guān)鍵改進(jìn)方向，使其更好地滿足載人航天器艙室的設(shè)計需求。

3.3.4 設(shè)計驗收與應(yīng)用

該部分旨在系統(tǒng)地驗收和評估色彩設(shè)計方案，并將其應(yīng)用到實際的載人航天器中，是整個色彩設(shè)計流程中的系統(tǒng)驗收評估階段。載人航天器色彩設(shè)計方案的驗收應(yīng)結(jié)合“以人為中心”的評估原則，包括人的回路測試和基于模型的人-系統(tǒng)性能評估等，并且邀請專家與航天員參與評估。評估內(nèi)容包括：有效性評估、效率評估、滿意度評估等。若設(shè)計方案通過評估，則將其應(yīng)用于載人航天器，并對系統(tǒng)性能體驗進(jìn)行在軌監(jiān)測與記錄；若未通過評估，則返回前一設(shè)計步驟進(jìn)行內(nèi)部迭代與優(yōu)化。無論評估結(jié)果如何，整個設(shè)計流程都將被存檔記錄為色彩設(shè)計檔案。系統(tǒng)驗收評估可分為單項目（指標(biāo)）評估和多項目（指標(biāo)）綜合評估，更為重要的是在某次載人航天飛行任務(wù)完成后的綜合評價。

本研究強(qiáng)調(diào)針對實際飛行結(jié)果進(jìn)行全面、認(rèn)真且深入的評價，同時充分考慮航天員與工程設(shè)計人員的意見，全面評估航天器色彩設(shè)計。評價的基礎(chǔ)依據(jù)航天員的滿意度、系統(tǒng)的效率和存在問題，并提出改進(jìn)措施。評估成果需結(jié)合主觀與客觀兩方面數(shù)據(jù)，并涵蓋人、機(jī)、環(huán)境三大要素。

5 總結(jié)與展望

5.1 總結(jié)

載人航天人機(jī)交互界面色彩設(shè)計對航天員的心理、生理、工作效率等會產(chǎn)生較大的影響。因此，載人航天人機(jī)交互界面的色彩設(shè)計方法的研究對載人航天交互界面色彩的合理設(shè)計顯得至關(guān)重要。在載人航天人機(jī)交互界面色彩設(shè)計方法的研究中，首先對載人航天的任務(wù)進(jìn)行分析與色彩定位，這為色彩設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)?？偨Y(jié)分析載人航天器設(shè)計方法和“以人為中心”的工業(yè)設(shè)計方法，綜合現(xiàn)有內(nèi)飾環(huán)境和人機(jī)界面中的色彩設(shè)計方法，得出載人航天人機(jī)界面工業(yè)設(shè)計方法。通過總結(jié)與歸納體驗層次中的色彩設(shè)計機(jī)制，以人因工程中的色彩設(shè)計機(jī)制為基礎(chǔ)，構(gòu)建了載人航天器色彩設(shè)計模型。在目前的研究過程中，航天人因測試尚且處于載人航天色彩設(shè)計理論研究的層次，致力于探究不同色彩設(shè)計對生理與心理的影響。最終，對載人航天人機(jī)交互界面進(jìn)行色彩設(shè)計與評估。綜上所述，形成了一套完整的載人航天器色彩色設(shè)計方法流程體系。然而，目前的載人航天人機(jī)交互界面色彩設(shè)計方法仍有不足之處。例如航天人因測試中的仿真模擬，模擬的特因環(huán)境與真實的環(huán)境還有一定的差距，得到的結(jié)果會與實際情況有所偏差。

綜上所述，以色彩設(shè)計為載體，航天器內(nèi)部為對象，研究面向情緒適居性的中國空間站航天色彩設(shè)計機(jī)制，為國內(nèi)空間站的色彩設(shè)計提供了科學(xué)的依據(jù)，創(chuàng)造了具有中國特點的適合太空居住的環(huán)境。同時，合適的色彩設(shè)計還可以調(diào)整航天員的情緒，改善工作效率，改善空間居住質(zhì)量，為制定空間環(huán)境與情感適居性支持方案提供重要參考。

5.2 展望

載人航天任務(wù)的人機(jī)交互界面色彩設(shè)計是一項極為重要的任務(wù)，它直接影響到宇航員在太空中執(zhí)行任務(wù)的效率和安全性。未來載人航天人機(jī)交互界面色彩設(shè)計有望朝著更智能、更人性化、更適應(yīng)極端環(huán)境的方向發(fā)展。人機(jī)交互界面可能會具備智能調(diào)整功能，根據(jù)宇航員的身體狀況、心理狀態(tài)和任務(wù)需求動態(tài)調(diào)整色彩方案。系統(tǒng)可能通過生理傳感器獲取數(shù)據(jù)，實時調(diào)整界面顏色以提高宇航員的注意力或緩解疲勞。隨著虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展，未來的載人航天界面可能變得更加沉浸式。色彩設(shè)計可能會與虛擬環(huán)境融合，提供更直觀、全面的信息展示，以增強(qiáng)宇航員的感知和操作能力。未來的設(shè)計可能會更注重可持續(xù)性和環(huán)保。選擇環(huán)境友好的色彩材料，減少對宇航員和太空環(huán)境的影響，是未來設(shè)計的一個潛在方向。

總體而言，未來的載人航天人機(jī)交互界面色彩設(shè)計將更加注重創(chuàng)新性、智能化和個性化，以提高宇航員的任務(wù)效率、心理健康水平和整體工作體驗。

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Color Design Methods for Human-computer Interaction Interface in Manned Spaceflight

YAO Xiang, LONG Xi*, CHEN Qiqi, WANG Meiqi

(Xiangtan University, Hunan Xiangtan 411105, China)

The work aims to sort out and analyze the color design method and process of human-computer interaction interface in manned spaceflight. Based on the "human-centered" design principle, the process system of color design method for human-computer interaction interface of human spacecraft was discussed from the spacecraft color space and model, color design and human factors, aerospace color design scope, manned spacecraft color design model, and manned spacecraft color design and human factors evaluation system. A manned spaceflight color design model was constructed, and a complete manned spaceflight color design method process system was elaborated. The research on color design methods for human-computer interaction in manned spaceflight provides strong support for related fields to improve the quality of life and work efficiency of astronauts in the orbital environment, and further enhances the importance of color design and human factors engineering in the aerospace field.

manned spaceflight; human-computer interaction interface; color design; human factors engineering

TB472

A

1001-3563(2024)04-0016-17

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.04.002

2023-09-19

國家自然學(xué)科基金項目（52375269）；國家社會科學(xué)基金藝術(shù)學(xué)一般項目（20BG115）