军用舱室色彩感知下配色方法研究*

2022-03-29宋志强

西安工业大学学报 2022年1期

苏胜，宋志强，顾森，闫敏

(1.西安工业大学艺术与传媒学院，西安 710021；2.西安翻译学院艺术学院，西安 710105；3.河南机电职业学院智能工程学院，郑州 451191；4.西安工业大学机电工程学院，西安 710021)

色彩的优势是醒目直观，能触发军事人员在心理上的联想与共鸣，但在军用设备设计领域中，色彩设计环节往往被忽视。合理的色彩设计不但能有效提高士兵工作效率，还能改善军事人员的紧张情绪。因此，色彩对军事人员的影响不容忽视。目前，在舱室色彩研究中，文献[1-2]通过感性工学相关理论应用将舱室进行源图像色彩提取并对色彩主观意象量化分析及色彩趋势偏向性总结，为舱室空间及座椅设计提供可借鉴的方法，但目前对舱室的设计研究只针对于一种舱室进行色彩设计，这些设计方法很难应用于不同种类的军用舱室中。文献[3-7]针对舱室的视觉感知特点，根据色彩工效、色彩心理等理论，探讨舱室色彩搭配的基本原则、认知意象及舱室舒适性研究，但以上研究对于色彩仅做简单分类，没有通过色彩感知原理对色彩区域进行科学划分，导致色彩空间搭配随意。文献[8-11]采用相关分析、因子分析解析色彩意象不明确问题，研究了色彩模型、色彩空间、色差公式并对色彩进行量化与筛选，并有不少学者将模糊数学理论、灰色理论、遗传算法运用到色彩设计的不同的关键技术点上，但没有综合性建立舱室色彩配色方法减少设计周期。

因此，文中采用直方图相交法提炼典型军用座舱色彩数据库及色彩感知意象评价集，以解决不同种类军用舱室色彩区域划分、色彩意象分类问题；采用灰色聚类法构建代表性军用座舱色彩库与意象集并进行交互式映射，建立可行性军用舱室配色预测模型，营造安全、效率的舱室色彩环境，减轻长期工作带来的负面情绪和心理压力，解决军用舱室色彩搭配随意问题；以某型军用舱室色彩搭配为例验证文中方法，解决设计周期问题。

1 军用舱室色彩感知配色研究模型构建

军用舱室根据其属性属于特种狭小空间，受其军方背景和用途限定，在生活中非常少见。为了深入了解军用舱室色彩配置趋势及构建军用舱室配色模型，因此选用警用、消防、军用等不同种类等舱室扩大样本范围。为了定位军用舱室色彩方案，采用直方图相交法进行军用舱室样本收集与筛选，定位典型样本源图像，从建筑空间学与色彩工效方向划分并分析舱室色彩区域，通过色彩模型比值、区域色彩数、面积比重、色彩距离四个因素对军用舱室配色进行描述获得代表性色彩库集；通过语义差异法、相关聚类分析法获取代表性感性语义评价集；最后根据模糊算法进行灰色关联，预测军用舱室配色模型，建立可行性军用舱室配色库，缩短军用舱室配色设计周期。军用舱室色彩感知配色研究模型构建如图1所示。

图1 军用舱室色彩感知配色研究模型

2 军用舱室样本及色彩意象收集及筛选

2.1 军用舱室样本收集与筛选

由于军用舱室使用背景和用途具有一定特殊性，在生活及网络中极其少见。为深入了解军用舱室配色风格需少部分对比及借鉴其他与类型具有相关性的舱室，如警用、消防等舱室样本收集，并通过一定规模样本归纳色彩趋势范围。

通过文献、网络、实地考察等方式搜集军用舱室样本200张，如图2所示。在不考虑光照、材质的前提下，筛选舱室样本，色彩相似度通过直方图相交法计算，并用HSB直方图表示每幅图像，直方图可表示为

(1)

式中:A为两幅图像的直方图；A(So，SP)为图像的相似度，范围为0～1，两幅图越相似，值趋近1；H,S,B分别为色相、饱和度及明度。以颜色直方图为依据选择一定阈值，当该阈值小于相似度的值时，这两张图片即被认为在色彩上相似，从而将其归为一类。

由于图片的形态、质感等其他特征无法用直方图相交法进行表示，文中利用欧式距离进一步计算相似度。图像O与图像P的欧式距离为

(2)

图2 军用舱室样本

由式(2)可选取阈值，将相似度高的归为一类，最终获取军用舱室典型样本18种,如图3所示。

2.2 军用舱室色彩感性意象收集与筛选

收集不同层面、不同渠道的军事类相关舱室色彩感性意象词汇，作为实验变量，构建军用舱室色彩意象多维认知空间。

通过军事人员访谈、军事杂志、网络获取大量意象词汇。初步筛选去除不明显、不合适的意象词汇，并进行分类。通过意象尺度法、卡片分析法、集群分析法对初筛后的意象词汇进行分析及分组。采用主成分分析法，按指标贡献率从每组中选取一个最具代表的色彩意象词汇，建立代表性军用舱室色彩感性意象集。意象词汇筛选结果见表1。

图3 典型样本

表1 意象词汇筛选结果

3 军用舱室色彩数据与色彩感性意象测量与结果

3.1 色彩数据测量方法

HSB色彩模型是色彩视知觉感受的量化模型，分为色相H(Hue)，饱和度S(Saturation)，明度B(Brightness))，为定量与定性地分析军用舱室色彩，因此本文以HSB色彩模式为例进行说明分析。在色彩数据测量中，依据空间色彩学分类将军用舱室划分皮肤色、填充物色、特殊色三种赋色区域。其中皮肤色区域是指军用座舱整体的主要颜色分布区域，填充色区域为桌椅等界面颜色区域，特殊色区域为整体颜色添加点缀的赋色点睛区域[12]。

在现有源图像色彩测量研究中，主要分为色彩合并与色彩选择两个步骤。① 获取二维军用座舱样本图像，划分赋色区域，在占比较小的色彩区域进行合并，确定临界色彩值，利用源图像通过模糊算法，即依据样本集及相应指标的表征信息形成模糊矩阵，将该矩阵进行标准化处理，随后采用指数相似法建立模糊相似矩阵，由于该模糊相似矩阵不一定具有传递性，还需将其进一步转化为模糊等价矩阵，并在该等价矩阵的相似因子中选取置信因子，从而形成对应的模糊布尔矩阵，当样本指标的列向量相等时，将对应的样本对象归为一类，并随着置信因子从大到小变化时，样本对象的归类数变小，最终样本归为一类从而进行色彩合并，计算色彩面积比值，若合并后的源图像色彩临界比值小于源图像杂色临界比值，则去除该源图像即删除杂色；② 为了更精准获取色彩，将占比较大的色彩采用欧式距离法计算源图像色彩之间的距离，去除距离，将相似度较高的色彩通过计算机软件归为一类色彩，输出色彩值。

3.2 军用舱室色彩数据库

依据代表性典型军用舱室源图像样本色彩数据提取流程，构建典型样本军用舱室色彩数据库，从皮肤色、填充色及特殊色三个方面表示，见表2。

3.3 军用舱室色彩感性意象集

在色彩感性意象数据测量中，通过网络、代表性样本调查问卷、收集各类军用舱室色彩感性意象词汇，色彩感性意象词汇筛选通过意象尺度法、语义差异法、专家论证法、相关分析及主成分分析法进行，进而获得代表性色彩感性意象值。色彩感性意象具体流程为

① 获取原始色彩感性意象描述。在获取原始感性意象中，采用意象尺度法首先确定描述样本的形容词对，需要通过对所选取的样本进行调研分析，以及针对性选取意象词汇，再通过语义差异法进行数值分析统计。

表2 军用舱室色彩数据库

② 意象条目中及设置量表，采用语义差异法运用10级评价量表，评价值范围是0～9.0。如将军用舱室色彩意象定位为大气的配色方式，0代表非常不大气，9.0代表非常大气，4.5代表一般的。据此标准，受访者可凭借主观感觉对样本图片及对应色彩意象词汇给出分值。依据此分值标准，受访者可凭借主观感觉差异对样本图片及对应色彩意象词汇给出分值。邀请20名军事人员、设计师人员，根据语义差异法即得到相应原始数据的矩阵B为

(3)

(4)

(5)

④ 获取代表性色彩感性意象，采用主成分分析。依据以上数据，对最后得到的相关性较高的意象集合进行降维处理，通过主成分分析法进行数据信息统计，从而确定军用舱室的色彩意象提取的主成分个数为4。

依据上述描述分析、最终确立四组色彩意象类别，分别为x1(人性，紧迫，深沉，冰冷，和谐)、x2(稳重，舒适，安全，柔和，温馨)、x3(解压，有序，现代，大气，科技)、x4(成熟，宁静，清爽，轻快，理性)。

4 建立军用舱室配色集

4.1 灰色聚类的军用舱室配色意象预测

为关联映射代表性色彩库与代表色彩意象，建立可行性军用配色库。具体过程为

① 设军用舱室配色方案的色彩集合为C={1,2,…,c}，代表色彩意象语义集合表示为D={1,2,…,x}，聚类白化数dij表示第i个方案色彩对第j个色彩意象语义的白化数，该关系构成了方案矩阵E为

(6)

(7)

③ 设军用舱室由a个组件组成，那么色彩面积比率集合记为T={t1,t2,…,ta}，ti为第i类的权重值，且t1+t2+…+ta=1。

④ 建立代表色彩意象语义集的隶属函数关系如图4所示：(当语义形容词为大气的，即0表示非常不大气，4.5表示一般，9.0表示非常大气)。

图4 色彩意象语义集的三角形隶属函数图

图5 色彩意象的白化权函数

4.2 构建可行性军用舱室配色集

为精准、快速地使配色方案符合色彩意象语义，根据不同聚类指标与所拥有的白化值，按e个灰类进行归纳整理，从而判断聚类对象属于哪一灰类，因此，文中在色彩集与意象灰色关联方向，采用灰色聚类法即确定聚类对象、聚类指标及聚类灰类、确定灰类隶属白化函数，进行聚类向量的计算及分类判断。进行建立军用舱室配色意象预测模型，构建可行性军用舱室配色集。

军用舱室配色方案获取如图6所示，军用舱室的配色集见表3。即在配色方案灰色关联基础上，将色彩集与色彩意象进行交互映射，形成不同的映射配色方案，将配色方案通过图片形式展现给被试者进行模糊评价，即当选择一种配色方案时，就代表该方案中的所有色彩被选中，最终评价出最优配色方案。