濒危热带生物数字可视化设计与色彩研究——以索氏桃花水母为例

吴慧 韦淼 李一凡 唐丽春（通讯作者）

海南大学美术与设计学院 海南 海口 570208

引言：随着人类社会技术的发展与更迭，自然环境也不可避免地受到连锁影响，每年都有不少濒危物种面临着灭绝的威胁，可见保护濒危热带生物已迫在眉睫。近年“，互联网+“”VR”等技术逐步融入人们的日常生活，全新技术的有效开发与良好利用对于保护濒危生物有着重大的战略意义。数字可视化技术作为信息化浪潮中的佼佼者，能够将各种复杂晦涩的知识转化为便捷丰富的图表信息与直观的色彩信息呈现给大众。濒危热带生物中的索氏桃花水母素有“水中活化石”之称，身体的颜色会随着环境的改变而发生变化。在现有研究中，对濒危生物保护宣传的举措大都侧重于二维平面化，在三维视觉和沉浸交互式体验方面的研究成果较为匮乏。基于此，本文从保护濒危物种的角度出发，以索氏桃花水母为例，通过数字可视化技术，设计图形语言与色彩语言，针对如何有效解决濒危生物可视化问题进行研究与思考。

一、濒危热带生物数字可视化设计现状与问题

1.濒危热带生物保护缺失

（1）自然因素

过去30年，中国珍稀濒危动物保护生物学的研究蓬勃发展，先后出版了多本保护生物学专著，如《保护生物学》（蒋志刚等主编，1997）《物种多样性研究与保护》（宋延龄等主编，1998）和《保护生物学原理与方法》（蒋志刚和马克平主编，2014）[1]。目前我国对于热带生物的保护的重视程度仍然不足，大量热带生物濒临灭绝，人类导致适宜热带生物的气候发生剧变。

（2）社会因素

目前大众对于濒危热带生物的认知程度严重不足，许多居民对于热带生物的划分尚不了解，更无法知晓那些濒危的热带生物。一旦热带生物某一物种彻底灭绝，对于当地的整个食物链，生态圈，甚至大生态循坏都会造成巨大影响，而这一恶劣后果的最终承担者，必然是人类本身。

2.解决思路

保护濒危热带生物与数字可视化设计相结合可以帮助更好地了解濒危动物的生存环境、生活方式、以及如何去保护的措施。相对于传统的保护方式，数字可视化技术具有更新颖的角度和方式来帮助大众进行思考和理解。

对濒危热带生物进行色彩分级，先根据人们对色彩的敏感程度统一分成三大等级，例如濒危程度较安全的为绿色系，濒危程度居中的为橙色系，濒危程度严重的为红色系，再在这三类之中，按照濒危程度由低到高的顺序，依次增加纯度，调整明度使其整体色彩风格一致（图1）。与此同时，再对其进行数字可视化设计，可以将枯燥的文字信息转换为生动的影像信息，结合当今的三维技术还拥有着很好的交互性，积极明艳的色彩也能够有效带动受众的情绪，极大地提高受众对濒危物种的兴趣和热情。

图1 濒危程度色彩分级图（图片来源：笔者自画）

二、数字可视化设计相关理论基础

1.可视化

可视化是用符合人类直觉的方式，通过计算机图形学和图像处理技术进行数据、图形或表格的展示，能够更快地带动人们的视觉、触觉、嗅觉、听觉等感知，用色彩、形状、大小、形态等形象地表现索氏桃花水母的数据特点和数据趋势。可视化技术通过数据展示再聚合，再用图形的形式表达，从问题中找出数据的层次，使其更具有逻辑性，也能让信息更容易被理解、传播和再造。以索氏桃花水母为例，将其属性映射成可视的对象、属性和联系，转换成点、线、面、形状、颜色等视觉元素，合理有逻辑地安排数据、交互处理的理论、方法和技术，让复杂庞大的数据更加简单易懂。

2.视觉符号

视觉符号基本由点线面、光影、色彩、形式等元素所构成，这些元素的展现能够使人在视觉上产生相关联想。而视觉是用户最为便捷，最为有效的获取方式，当视觉信息首先出现在人们视线里的时候，第一是视觉上看到的色彩，其次才是事物的轮廓、形状和造型[2]。其次，观者的大脑对图形相比于对文字能更简便地理解输入，更快捷方便地表达输出。

3.图式理论

图式理论起源于康德的哲学著作，即人们看到某一现象或物种时，依据自身原有的认知结构，进一步理解这一现象或物种的具体定义。比如人们对猫咪的认知，可以观察猫咪的体型，胡须，尾巴，瞳孔等特征，虽然可能从未见过某种品种的猫咪，但通过以往对猫咪物种的认知积累，可以很快推断物种为属于猫咪。图式就是存在于记忆中的认知结构或知识结构，能够反映事物的特征。在数字化可视设计的相关理论基础中，图式理论是“信息编码→视觉符号→效果呈现”过程中必不可少的一环。

综上所述，濒危热带生物的可视化设计以图式理论为支撑基础，再结合可视化技术与视觉语言进行其信息内容设计。

三、索氏桃花水母数字可视化设计调研

1.信息收集

索氏桃花水母在5亿年前就早已诞生，体型较小，身体直径为20毫米左右。其身体结构上方呈现半圆形，下方约有256个左右触手。索氏桃花水母的伞高为伞部直径的一半，伞底有用来消化食物消化腔，还有四个放射管与伞缘的环状管相连，口柄的末端还连接着四个口腕。此外，还有桃花水母生殖腺有四个，且都呈现扁平的状态（图2）。在国内其分布在长江流域及其支流的湾口，常见的省份也有四川、湖北、江苏、浙江、福建及广东等地区；而国外则主要分布在欧、亚等地。

图2 索氏桃花水母全身图（图片来源：笔者截图）

关于索氏桃花水母的可视化设计目前还没有较好的范式，但水母品种的可视化设计较多，大都以体现水母晶莹剔透、轻盈飘逸的体态为主。目前市面上关于水母的可视化设计大多以给实拍视频讲解配音的形式出现，辨识度不高，特点不够鲜明，无法积极地调动观赏者的兴趣。

2.实地调查

经查阅文献得知海南索式桃花水母主要出现于海南万宁附近，又因海洋馆也为生物的保护地之一，故将调研范围定在海洋馆与海南万宁。在调研期间，对桃花水母的现身地点以及海洋馆进行多次考察和实测，也对桃花水母的具有了一定的了解、观察。

通过走访调查得知，海洋馆内还未开放桃花水母的场馆，这侧面印证了桃花水母的生存对于水质的要求极高，很难在商业化性质的海洋馆进行展出。因海洋馆内没有索氏桃花水母，其又属濒危物种急需保护，所以对桃花水母进行数字可视化存在一定的必要性。我们在馆内还对游客进行了实地采访，主要针对于年龄、职业、该馆对于游客来说能否满足其游览需求以及对于了解海洋生物的方向、浓度的程度等方面。

综合以上调研经验与资料可得出以下几点结论：第一，游客年龄段在30岁-45岁中间的人以及小孩子较多；第二，游客对于海洋馆的海洋生物也认为当前的生物数量已经可以满足其游览需求，在对海洋生物的认知方面没有深入的认知，很多都是带着小孩子参观游览，更多的是注重于家庭氛围的提升，而不是对于海洋生物的学习。

3.研究方法

本研究理论与实践并行，以实地考察法，文献研究法，经验总结法和个案研究法对实地考察所得的生物习性资料进行归纳与分析，再运用视觉符号元素转化成相应的信息图表，使之系统化、理论化，构建基于数字可视化技术下的索氏桃花水母生物交互系统的研究。

四、索氏桃花水母可视化设计内容

数字可视化设计主要是各种符号元素的组合搭建，能以视觉或者听觉的形式呈现给观众，这种呈现方式颇具直观性，愉悦性与艺术性。视觉符号兼具两个作用，第一，能指，即具体事物或抽象事物的图形元素符号；第二，所指，即图形符号所表示的具体事物或抽象概念。能指与所指共同构成视觉符号的元素，使其更具有表达的多样性。本研究通过视觉传达与生物科学的跨学科合作，从视觉方面构思索氏桃花水母生物知识视觉符号，分析索氏桃花水母的生物特征，设计出相应的视觉元素符号，以达到精准与趣味并行的刻画宣传目的。

1.视觉符号元素

（1）色彩

在选定完文字字体的基础上，把控好画面的色彩，使两者相得益彰。色彩是视觉符号中最为直观的影响要素，它不仅能影响画面冷暖基调与色调节奏走向，也能引导观众的视觉和思维感知方向，具有一定的感情倾向（图3）。索氏桃花水母的色彩来源于它本身，因其全身透明，腺体有时呈淡黄色，触手与伞部略带粉砂色，故本可视化设计的整体色调趋于淡色，明度较高，营造朦胧，飘然与梦幻之感。不同的色彩构成对人们所起到的视觉和心理上的暗示作用也有着较大的差异性[3]。除了生物本身固有的色彩属性，可以根据其的濒危程度设置环境光，对于濒危程度较高的生物，叠加红色系光影，当人们处于红色的环境中时会造成紧张的心理暗示，心跳会不自觉加快，情绪也会出现一定的高涨现象，由此设身处地地让受众产生危险感，从而大幅度唤起受众对濒危生物的保护欲望（图4）。

图3 色彩的情绪效应（图片来源：笔者制作）

图4 蓝红色异环境光的应用（图片来源：笔者制作）

同时，可使画面能够显现出丰富多样的视觉效果，增加观赏时的趣味性。把色彩元素视为主观符号与图式，赋予其独特的情感色彩与文化内涵，不仅有助于突显索氏桃花水母的艺术特色，更能营造艺术化的意境氛围，使本设计作品达到一定的艺术升华。

（2）图形

图形的可视化表现最能精准归纳事物或生物的专有特性。其图形的概括程度越高，也就越能提高传播效率，便于人们记忆。首先，提取索氏桃花水母的外轮廓，设计成似伞状，似球状；其次，将索氏桃花水母的内轮廓图形化，腺体静态犹如桃花，伞周具触手两百余只，伞高约为直径之半，伞底具有四角形的消化腔，下与口柄楣连；再者，捕捉索氏桃花水母的运动规律，静似带有穗的半球，动似桃花瓣上下漂浮；最后把以上提取的元素转化为清晰明了的图形组合，赋予其独创性，审美性与互动性（图5）。

图5 水母形态（图片来源：笔者建模）

2.场景搭建

从索氏桃花水母的本身出发，对环境的适应性造就了其生物形式的多样性；从保护保护濒危热带生物的角度出发，只有准确了解濒危热带生物的生活环境，才能确保生物顺利生存。索氏桃花水作为罕见的淡水生水母，仅栖息在水质必须无毒无害洁净的江河湖泊，对生存环境条件的要求极高。在对其生存环境进行场景搭建时，必须要严格遵守其生存背景，确保科普的真实性与准确性（图6）。

图6 场景搭建（图片来源：笔者建模）

3.互动体验

互动体验可依据自身属性、环境特性、生物习性具体分为三大类。第一类互动体验是通过色彩分级用户可自选色彩模式了解濒危生物的濒危程度和物种，再以索氏桃花水母为主开展生物特性与进化演练介绍。第二类是生物生存环境的沉浸式体验，用户身处其中，能够直观感受到的环境因素，如，温度光线即色彩，这类因素由现场模拟现实场景重现，不能直接感知的因素，譬如ТDS，湿度，这类因素在环境屏幕右上方以数据的形式展现。第三类是用户与索氏桃花水母的互动体验，有真实与虚拟模式。真实模式中，用户与索氏桃花水母的互动依据现实为准；虚拟模式中，用户与索氏桃花水母的互动以趣味为主。用户可触摸索氏桃花水母，索氏桃花水母可以根据用户的力度，方向做出不同的运动反应。从现实中提取视觉符号元素，注入现代科技语言，借由色彩情感，化不可能为可能，令观众置身于互动体验中，制造与索氏桃花水母跨地域跨纬度的相遇。

结语

此外，现今对动物保护的研究多停留在学术领域，对于大众来说，内容晦涩抽象，不利于传播和公众接受[4]。语言的视觉应用与心理应用价值，促进数字可视化设计的传播与创新，为用户对濒危热带生物的理解提供辅助与补充。濒危动物索氏桃花水母的数字可视化进行设计与研究，对其生物的造型特征、秉性特征及物种特征等方面进行分析，以数字可视化为研究指向，以图式理论为基础，以其生物视觉符号为研究内容，通过信息可视化，采用图形色彩元素相结合转换的方式，给大众带来新的视觉与感官体验，呼吁保护濒危热带生物，构建全健康的命运共同体概念。