高速公路导视系统中的汉字字体设计

张红

（商洛学院 艺术学院，陕西商洛 726000）

高速公路导视系统是保证车辆安全、高速通行的重要设施。“近30年来，我国高速公路发展速度令世界瞩目。1985年之前，我国高速公路建设尚未起步；到2014年末，我国高速公路里程已达到11.2 万千米，居世界第一。”[1]高速公路导视系统由图形、文字和版式三部分构成，其中文字信息在传达中起决定作用。欧美国家城市进程较快，道路设施相对完善，道路导视中的字体设计发展成熟。瑞典、奥地利、英国以德国“DIN”字体为基础，继承或改良发展为本国导视系统字体；西班牙使用的是Carretera 字体；美国、加拿大两国的一些地区（如得克萨斯、宾夕法尼亚、多伦多和不列颠哥伦比亚省）使用的是Clearview 字体；丹麦路标的标准字体是在英国路标字体Transport 基础之上再设计的；日本1968年使用的是专为高速公路设计的“公团文字”，2011年改为和文字体。目前，我国尚没有一款针对道路导视设计的中文字体，与发达国家相比，我国道路导视中的字体设计尚处于起步阶段。国外相关文献主要是针对西文拉丁字母的研究，而我国相关文献主要集中在交通工程等工科专业，其研究焦点以导视中汉字可视性、字高，以及导视排版、信息密度为主，从汉字识别角度探讨高速公路系统中汉字字体设计的研究欠缺[2-8]。总体上，我国高速公路导视汉字字体的设计无论是在实践方面，还是在理论研究领域均落后于发达国家。基于此，本文以艺术设计学、视觉心理学相关理论为依据，对驾驶员识别中的视认知过程、识别特点和识别差异性进行分析，结合相关视觉试验对西商高速公路导视汉字字体进行探究，期望提出可行的字体设计方法。

一、高速公路导视汉字字体识别及特征

“目前，我国高速公路导视中使用的字体是华文大黑，这是一款屏幕用字，是为解决电视播放而设计的。”[8]用于我国高速公路导视并不合适。屏幕用字与高速公路导视用字在下列几个方面有所区别：一、静动两种视觉环境不同；二、发光与给光两种载体不同；三、视距不同；四、阅读方式不同。屏幕用字连贯性强于导视用字，导视用字识别过程中点状文字识别大于屏幕的线性文字识别。在点状文字识别的过程中，主要依赖于对文字外轮廓的识别，线性文字识别的过程更多的是“一目十行”的经验性连贯识读。点状符号信息在识读过程中，对每个文字的识别度要求高于线性文字。因此，高速公路导视中汉字的识别是设计标准字体的关键所在。

高速公路导视汉字的识别受人、机、环境的影响。高速公路驾驶员动态识别环境相对复杂，影响因素包括内部因素和外部因素两种。车辆高度、行驶速度为影响驾驶员识别的内部因素；天气、光线、反光膜、路况等都属于影响驾驶员识别的外部因素。驾驶员是高速公路导视系统识别的认知主体，车辆行驶过程中驾驶员的视认过程、视认特点、视变率是影响高速公路导视识别的主要因素。通过对沪陕高速商洛至西安段高速公路导视识别的研究发现，高速公路导视系统中的汉字识别对象主要是驾驶员，其识别过程具有动态识别、整字识别和差异性识别的特征。

（一）动态识别特征

高速公路环境下，驾驶员在识别导视系统时具有一定视认过程。如图1 所示，驾驶员在行驶过程中来到点A 发现导视，在点B 开始认读，在点C 识读完毕，之后执行相应的驾驶行为，在点F 之前行动完毕。通过此图可得知，指路导视上的信息被认知是需要一个时间段的，这个时间段就是司机的视认距离。视认距离中驾驶员的视力受车速影响，“驾驶人在行车中的视力是随相对运动速度的加快而变化，车速越快，视力下降越大。车速提高三分之一，视认距离将减少三分之一”[9]。

图1 驾驶员对导视的视认过程

高速公路导视中驾驶员的视认知还具有动态视觉的特征。动态视觉的环境不同于静态视觉，驾驶员在动态视觉的状态下，车辆在行驶中，不停地上下颠簸，视点一直处于不稳定状态。再加上高速公路交通外部天气、光线变化、反光膜等环境因素，高速公路导视中字体识别处于模糊状态。高速公路导视汉字识别要在一定的视认距离和动态视觉的基础之上进行，在具体的设计实践中，应利用具体的艺术设计手法，加强汉字字体设计的结构、轮廓、笔画粗细等细节，从而加强高速公路导视中字体设计的清晰度。

（二）整字识别的特征

高速公路导视上的文字多为地名、数字、指示性信息，信息清晰明确，信息含量少。通过对西商高速30 个导视牌的研究，根据《通用规范汉字表》的常用字集确定高频字占总字数的90%。高频字使用数量多于低频字。高频字和低频字的识别方式有所不同，驾驶员在高速行驶的环境中对导视中的高频字趋向于整字识别。格式塔心理学认为：“人的视知觉行为具有整体性，对于事物特征的识别不是由各个部分简单相加，而是由事物整体的内部结构和性质决定的，也就是说，视知觉不是感觉元素的集合，而是在事物所有特征共同刺激下呈现出的一个总体印象。”驾驶员在识读导视上的高频字时依赖经验，对其轮廓特征进行整字识别；遇到低频字时，才会关注到文字笔画的细节并进行深入识读。日本高速公路导视有名的和文公团文字，就是依据视觉心理学“视觉完形”的理论，在设计初期注重这款文字与驾驶员心中的字形相吻合，省略掉了文字笔画细节，强调文字轮廓特征，将文字直接转变为更为抽象的符号。图2 为和文公团文字中的“环”“永”和“鹰”字，在此款和文字体设计中，设计师减省了“环”字的“捺划”；省略了“永”字的“折勾”；删除了“鹰”字大量副笔画，保留了主笔画，从远处观看此字时，能确保驾驶员对文字轮廓特征的识别。从交通心理学的角度来讲，驾驶员在高速路上驾驶交通工具时，最主要的任务还是安全驾驶，对道路右侧导视信息的识读，是相对次要的关注点，因此，进行信息识读时偏向于整字识别，也就是根据汉字结构轮廓去识读，忽略汉字笔画细节。

图2 日本高速公路和文公团文字

（三）差异性识别的特征

高速公路导视中驾驶员的视认知具有差异性特征。视觉心理学研究成果表明，高速公路导视中司机的年龄、性别、视高度和视野、视力、反应能力都会影响到对汉字信息的识别。在众多因素中，年龄是影响驾驶员视认知与反映速度的主要因素。通常18～20 岁是驾驶员视力最好的时候；20～25 岁反应速度快；25～40 岁的驾驶员视变率和反应速度比较稳定；40～65 岁视力和反应速度均下降。在具体设计实践中要考虑驾驶员视觉的差异性。除了视认知和反应速度的原因外，视野也是影响驾驶员识别差异性的原因所在。根据人体工程学对视野的研究，当眼睛和头部同时转动时，左右方向转动的最适宜角度为15 °，向上转动最大角度为90 °，向下转动最大角度为70 °。行驶在高速公路上的机动车驾驶员，一般长时间以坐姿的状态处于驾驶工具内部空间中，其水平视线与驾驶车辆的高度有关，一般水平视线低于站立时，出于驾驶安全的考虑，在驾驶过程中头部转动观看指示性文字的幅度较小。在具体的设计实践中，对汉字字体进行结构、形态的再设计，使其清晰、易识读是十分必要的。

二、高速公路导视汉字字体设计原则

根据上文高速公路驾驶员视认距离、动态视点、视觉完形以及视变率的特点，可以得出高速公路导视字体设计诸要素，要以最大限度地满足驾驶员的视觉识别为目的。基于高速公路导视中字体设计的特殊性。结合谢培元在1962年《第二中心线》中提出的设计新字体的方法，本研究认为高速公路导视中汉字字体设计应遵循以下原则。

（一）结构均匀

字形均匀是指字与字之间看起来大小均匀相称。汉字外轮廓从几何学的意义上是方块字，但随着汉字结构的变化，又可分为菱形、三角形、梯形、圆形等。在具体设计实践中如何把这些形体不一，结构不同的汉字处理到视觉上的合理？这其中既需要艺术美学，又要符合力学的规律，“满收虚放”，以方框为标准衡量汉字外轮廓，满的一边要向内收，虚的一边要向外放，这样才能使设计的一套汉字形体大小匀称。

从汉字构型学的角度讲，汉字分为独体字和合体字。高速公路导视中不管是独体字还是合体字，文字结构应严谨。在具体的设计实践中，以独体字中不对称曲线为骨架的文字难度最大，一般通过确定重心，调整笔画关系来确保其稳定态势。合体字，顾名思义是由两个或两个以上部件组成的汉字。不同结构的汉字在进行字体设计时，需根据中线为准，以左右平衡、上紧下松、上小下大、有争有让、适当穿插的原则逐个调整。比如“攀”字属于多偏旁的字，笔画众多，在设计时强调结构，保留主笔画，对副笔画进行适当删减，降低从远处识别时笔画的粘连情况；如“省”字为上下结构，上部笔画较少，下部笔画较多，在设计字体时上部应紧凑，下部应宽松一些，这是基于人的视错觉以及心理作用进行设计的。

（二）笔画简炼

“笔画特征由笔画的粗细、笔画数和笔画形状（笔形）等三个部分组成，与字面字身、中宫等概念共同构成了密度、纵横比、细节等复合的识别因素。”[10]其中文字的笔画数是不可变量，笔画粗细和笔形是汉字字体设计的可变因素。笔画数、笔形和笔画粗细三者影响文字的通透性及可辨识度。笔画数的多少形成单个汉字的笔画密度，笔画少的文字，笔画密度小，字形清晰简洁，易于识别；笔画多的文字，笔画密度大，远距离识别通透性差，笔画易粘连，不易识别。通过模拟驾驶员识别环境的视觉试验可以看出，在远距离光晕条件下加强汉字外轮廓特征和笔画细节（笔形） 的处理是有效的设计手段。如“天”“夫”在远距离光晕条件下识别时需要加强文字轮廓特征，否则因为两字区别甚微，容易造成错误识读。“园”和“囤”两字，外轮廓相同，两字内部的“元”和“屯”笔形的细节设计尤为关键。笔画的粗细可影响汉字的清晰度，笔画的粗细形成了字体的灰度。“字体的灰度，也称为字体的匀度，是指文字的黑形与字格的白形通过视觉混合后形成的灰度级和均匀程度，它是人们感知一套字体黑白形态是否均衡的重要参数。”[11]一般来说，人类视觉会将笔画视为正形，笔画与笔画间的留白视为负形（即内白）。一套字体中，不同笔画密度的汉字要想保持统一的视觉灰度比，就要根据笔画密度调整笔画的粗细，笔画密度小的文字笔画加粗，笔画密度大的文字，笔画相交、相连、重复处要适当调整宽度、笔形，保证文字的通透度。如图4 所示，不同的几款黑体字（从上到下分别是方正兰亭超细黑、方正细黑一、方正黑体和方正大黑字体），在模糊的视觉条件下，可以清楚地看出笔画最细的方正兰亭超细黑可视性最小，方正黑体和方正大黑是这组文字中可视性较好的，但是方正大黑由于笔画过粗，中宫收紧，其笔画的细节出现粘连不通透的现象。这种灰度关系，在远距离识别中也会影响文字的清晰度。因此，在高速公路导视字体设计实践中，找到笔画粗细之间的规律是达到提高识别度的方法之一。

图3 笔形与汉字识别

图4 光晕条件下的汉字识别实验

（三）中宫开敞

除了结构、笔形、粗细这些元素以外，开敞的中宫也是高速公路导视字体设计的重要影响因素。“高速公路环境下，汉字中宫开敞可以增加可识别性。汉字字形结构设计中的中宫一词来自于中国书法中九宫格的概念，主要是分析汉字间架结构的一种方法，即将汉字用九宫格加以分割，中间的那一格就被称为中宫。”[12]如印刷字体微软雅黑和方正大黑相比，微软雅黑中宫大于方正大黑。在远距离识别中，笔画粗细相同的前提下，大字面中宫开敞的微软雅黑字体，更适宜高速公路导视系统汉字的识别。格式塔心理学中提出人类视知觉注意力不均衡分布的特点，正是中宫开敞更适识别的理论依据，即人的视知觉在认知特定范围时，显示出注重上部多于下部，左边强于右边，上部强于下部，中间强于边缘的特点。在具体的字体设计实践中分别确定合体字和独体字的字面面积，应适当调整文字中宫，使汉字中心更加舒展。如图5 所示，印刷黑体字“蓝田”“商洛”的汉字中宫较紧凑，在高速公路导视系统识别中视觉可视性较差；微软雅黑字体，将“蓝田”“商洛”字面面积扩大，达到中宫开敞的效果，进行“蓝田”“商洛”光晕条件下的识别实验比较，发现中宫开敞的汉字识别度更高。

图5 汉字在光晕条件下的识别实验

三、结语

高速公路导视中的汉字识别，是一个复杂的认知心理过程。针对我国没有专为高速公路导视设计的汉字字体，依据视觉心理学、人机工程学相关理论，结合西商高速进行汉字字体识别实验，得出高速公路环境下使用的标准字体在遵循传统汉字认知规律的基础上，应做到字形均匀、结构严谨、笔画简炼、中宫开敞的原则。高速公路导视中的字体设计是功能性极强的交通符号化文字，不是艺术品，字体设计师也不是艺术家。作为公共环境中的汉字字体设计，是传播、记录和交流信息的必要工具。