欧美近二十年色彩设计研究论文概览

林家葳 宋立民

关键词：色彩设计 色彩科学 系统性文献检索法 应用方式 应用领域 实证设计

一、研究背景与意义

色彩设计源于英文colour design一词，从字面意义来看，指设计师运用色彩进行有目标有计划的设计活动。中外学者对其定义有多种解读，如在2010年唐昌乔发表于《装饰》杂志的《从色彩构成到色彩设计》一文中，将色彩设计定义为“色彩战略”，即设计色彩的分类实践运用；2017年Janet Best在Springer出版社出版的《色彩设计理论与应用》一书中认为，色彩设计是将色彩在科学理论中的知识运用于设计实践，包括色彩管理、色彩感知、色彩偏好、色彩分析、色彩预测以及色彩搭配等内容。本文主要参考Janet Best對色彩设计的定义，将其界定为色彩科学理论在设计活动中的实践运用。

色彩科学是一门以光学为基础，并涉及心理物理学、生理学、心理学、美学等多学科应用的综合性学科。[1]它可以解释人类如何感知颜色以及颜色如何混合、搭配或相互对比以形成某种视觉效果。基于科学理性的色彩研究的延伸直到17世纪才开始，在此之前的色彩讨论以主观感性为主，是哲学、神学以及宗教等概念。在1672年，艾萨克·牛顿（Isaac Newton）提出“光与色的新理论”，通过光学实验，证明白光是由不同的光谱颜色组成，为后来的科学工作者开启了一扇通往科学色彩理论的大门。到19世纪，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）进行转盘混色实验，提出“颜色定量理论”为色彩理论提供科学依据，而CIE（国际照明委员会）的颜色匹配实验则促进了颜色量化标准的建立。

20世纪初，随着色彩科学的发展，欧洲艺术和设计领域也受到了科学理论的冲击，许多欧洲艺术运动都对色彩产生浓厚的兴趣，德国包豪斯学院的教师包括瓦西里·康定斯基（Wassily Kandinsky）、皮特·蒙德里安（Piet Mondrian）和保罗·克利（Paul Klee）等名人都受到了色彩科学的影响，通过结合艺术的主观体验探索，在其作品上实现了其色彩科学与艺术的完美融合。被称为现代设计教育起点的包豪斯学校在这一时期对色彩展开广泛的研究，其研究和课程主要是由艺术、心理学和色彩科学理论构成，并通过实践练习进行测试与创新。包豪斯以其前卫的色彩设计教育，在20世纪初培养出大量的新型设计人才，其创新理念在后来的发展中逐步走向世界，产生了巨大的文化和经济价值。

设计是沟通艺术与科学的桥梁，而色彩设计又是其中极为重要的一环，随着中国对艺术学科和科学学科交叉研究的逐渐重视，色彩设计研究在学术界受到越来越多的关注。中国设计学科对色彩设计的了解和应用主要基于诞生于上个世纪中期的色彩理论，它已不能完全满足指导当今设计实践的需求。近些年来，关于色彩设计研究方面，欧美国家已产生许多新的研究成果，它们值得设计研究者和实践者了解和学习，但目前此类研究还较为匮乏。

本文的目的是通过系统性的文献检索调查近二十年欧美学术界将色彩科学理论应用于设计实践的方法，并对其展开分析和讨论。

二、研究方法与步骤

（一）搜索策略

美国得克萨斯农工大学Yu Xiao教授发表在《规划教育与研究杂志》的《系统性文献检索指南》一文全面和详细地介绍了系统性文献检索的步骤和方法，并且提出Google Scholar、Web of Science以及EBSCO host等三个数据库可供系统性文献检索使用。[2]本文使用该文章所提出的方法进行系统性文献检索。

关于本次系统性文献检索的搜索从确定关键词组合开始。关键词的选取主要源于对所研究问题的关键词的提炼。本文的研究问题为“色彩科学理论应用于设计实践有哪些方法”，从中可以提炼出色彩、科学、理论、设计、实践、方法等六个关键词。在与相关专家商讨以及尝试性的搜索过后，作者基于对搜索耗竭程度和精度之间的平衡考虑，确定出如下关键词组合：色彩和设计和实践（colourand design and practice）、色彩和设计和方法（colour and designand method）、色彩和设计（colour and design）、色彩设计和应用（colour design and application）、色彩科学和设计（colourscience and design）、以及色彩理论和设计（colour theory anddesign）。

每篇文章的初步相关性由其标题所决定。根据标题，如果内容是讨论将色彩科学理论应用于设计实践的方法，则收集完整的参考文献信息（包括作者、年份、标题和摘要）以进行进一步评估。在本次研究中，三个常用的英文数据库（Google Scholar、Web of Science 和EBSCOhost）被用于线上搜索。由于技术进步带来的归档和检索方法的变化，搜索仅限于2000年至2022年（主要是数字时代）发表的文章。首先，作者使用广泛的关键词进行Google Scholar搜索，它们分别是“色彩和设计”“色彩设计和应用”“色彩科学和设计”、和“色彩理论和设计”。在查看搜索结果的前 20 页后，找到113 篇可能相关的文章。在此之后，作者改进搜索用的关键词。作者将“色彩和设计和实践”和“色彩和设计和方法”作为关键词在Web of Science上进行搜索，共找到 39 篇文章。然后，使用和上一步骤（Web of Science搜索）相同的关键词在EBSCOhost上搜索，共找到33篇文章。在使用两个关键词进行搜索的初期搜索阶段过后，也将更新后的关键词用在Google Scholar上进行搜索，结果显示并没有额外的研究发现。最后，通过作者检索、正向引文检索以及反向引文检索找到51 项研究。将所有来源合并后，共找到236篇文章（见图1）。

（二）研究选择

在删除26篇标题重复的文章后，作者对210篇文章的摘要进行审阅，以进一步确定它们与本研究的相关性。作者根据既定的纳入标准对研究进行相关性的评估与选择界定：（1）研究中应涉及色彩科学对设计实践的作用或影响（2）设计学视域下的色彩设计研究（3）研究单位为欧美国家。共有 176 项研究被认为是相关的，作者在获得全文文章后对其进行资格评价。为确定研究被纳入文献检索范围的资格，作者通读论文全文并仔细检查文章与此次研究方向的相关性，筛除以下几类文章：无法找到全文的文章、内容重复的文章以及内容完全不相关的文章。在此之后，作者共选择2000年至2022年间发表的148篇文章进行文献提取。根据研究的主要对象，对这些文章进行进一步甄别，去除实际内容与本次研究目的无关的论文，如关于牙齿颜色、皮肤颜色、绘画色彩、颜色测验仪器等主题的论文。最终，有57篇文章被确定为是关于将色彩科学应用于设计的研究。

（三）数据整合

作者通过整理文献将这57篇文章的重要数据进行汇编，并将其按照应用类型分为三个类别：通过不同的应用方式来实现应用、通过不同的应用领域来实现应用、通过不同的实证设计来实现应用，以进一步确定色彩科学理论是如何在设计实践中进行应用的。

三、结果与讨论

（一）应用方式

应用方式指应用的方法和形式。基于此，可将色彩科学在设计中的应用分为两类：光源色应用和物体色应用。使用光源色进行混合的方式称为加法混色，当介质是光而不是颜料时，例如在眼睛、电子显示器、摄影和照明中，会发生加色混合，其多出现在照明、信息技术等行业。使用物体色进行混色的方式称为减法混色，当颜色吸收或减损光波并反射其他光波时，会发生减色混合，其多用于印刷、纺织以及涂料等行业。

根据检索结果，在光源色的研究中，色彩管理和显示标准是最为重要的两个研究方向，其次是色彩分析和照明标准。色彩管理是所有与光源色相关的设计实践都无法忽视的问题。1993年，国际色彩联盟（International Color Consortium，ICC）成立，该委员会制定了色彩管理系统的技术规范，其目的是确保在不同输入和输出设备之间的生产工作流程中最大程度地保持颜色一致性。此后，欧美的色彩管理研究一直在围绕ICC颜色管理系统进行着不断的完善，涵盖ICC特性文件研究、色彩管理流程研究以及调色软件研究等方面。其中有关调色软件的研究对于设计师的日常色彩设计实践活动有着直接影响，利兹大学的Phil Henry和Stephen Westland于2020年在《色彩技术》杂志发表的《色域、直觉和参与在设计环境中的色彩管理中的作用》是这方面研究的代表。该文章创造性地提出一种利用人们减法混色的默会知识（tacit knowledge）开发调色软件的策略，能够极大地提高设计师在色彩管理中的参与度。[3]研究者在不同调色模式下进行了三组色彩匹配实验（见图2）。研究发现，在三组实验中，CMY模式滑块选色器表现均比RGB模式滑块选色器出色，甚至与商业软件中的选色器GUI性能相当。由此，研究者认为人们拥有的减法混色默会知识比加法混色默会知识多；基于减法混色原理的CMY模式具有被用于开发调色软件的潜力，因为这样做可以有效利用人们的默会知识。

显示标准是光源色研究的另一个重要方向，近二十年，随着色彩显示技术的不断发展，追求更高色彩还原能力的产品已不再是其发展的唯一目标，在人机交互中，良好的信息可读性和配色舒适性逐渐成为刚需。2004年美国密苏里大学的Richard H. Hall发表于《行为与信息技术》中的《网页文本背景颜色组合对可读性、留存率、美观性和行为意向的影响》是较早研究该方向的文章，为此后色彩显示舒适度标准的研究奠定了基础。[4]该研究旨在探讨网页文本及背景颜色组合对网页易读性、客户留存率、美观性及行为意向的影响。136名参与者被随机分成四组：白底黑字、黑底白字、浅蓝色字加深蓝色底、蓝绿色字加黑色底，并在各自给定的颜色组合条件下研究了两个网页，分别是教育内容和商业内容。每研究完一项内容后，他们需要完成一个问卷。对问卷进行数据分析后的结果表明：1.颜色对比度越大，可读性越强；2.颜色组合对客户留存率无显著影响；3.颜色偏好会导致更高的审美质量评分；4.审美质量评分与购买意愿显著相关。

关于物体色的研究主要涉及彩色印刷、织物染料、工业颜料以及食物颜色等方面的色彩管理问题。在本次文献检索中，关于织物染料的文章占比最高。近二十年，关于通过色彩设计影响面料感官审美性能的研究取得了一定进展，不同织物在视觉上给人的感受差异是该研究的核心。例如，在2018年利兹大学Caroline Hemingray等人发表于《着色技术》杂志的《迈向预着色纤维混合系统的设计》一文中，研究者进行了一系列的心理物理实验，以探索纤维混合成分之间的颜色差异，以及由此产生的混合样品是否在视觉上被视为是坚固的。[5]研究者用散纤维、纱线和针织样品进行了试验。研究发现，随着混合成分或原色之间的平均色差的减少，纤维混合后在视觉上看起来坚固的可能性增加。该研究创建了一种在混合后呈现坚固视觉效果的混合预着色纤维商业系统，在能够达到预期颜色美学特性的基础上为人们提供了更经济、环保的织物选择。

综上所述，在应用方式方面有以下发现：1.近二十年光源色研究数量显著多于物体色研究，总体呈持续增长趋势；2.在研究内容上，光源色研究和計算机科学有许多交叉领域，如人机交互中的颜色选择、色彩显示等。物体色研究关注工业产品色彩质量的管理，包括颜色选定、颜色测量、颜色统计以及限定可接受的色差范围等；3.一些文章提到大众对加法混色的认知较少，加强色彩教育是当前色彩设计研究的一个重要课题。

随着信息技术的发展，光源色在设计中的应用日益广泛和深入。笔者认为，我国色彩设计研究者应加强对国际上光源色色彩设计研究发展动态的关注，在此基础上，综合考虑我国设计产业的实际需要，开展一些以指导设计实践为导向的研究，以弥补国内相关研究的不足。

（二）应用领域

结合文献检索结果和教育部对设计学科的分类，将检索中出现的设计领域分为4类：视觉传达设计、环境设计、产品设计以及服装与服饰设计。随后，作者根据不同的应用领域对进行检索的文章展开研究发展趋势分析。从检索结果看，虽然最早的研究发表是在2000年，但直到2005年才出现较为稳定的关于色彩设计的研究发表。总的来说，每年的总发表量较少。视觉传达设计相关的文章数量最多，2005年后，文献数量呈稳定增长趋势。有关环境设计的文章出现最早，文章数量较多，仅次于视觉传达设计。产品设计相关的文章在数量上略少于环境设计的文章，发表时间相对分散。涉及服装与服饰设计的文章在本次检索文献中占比最小。总体而言，视觉传达设计占37%，环境设计占30%，产品设计占24%，服装与服饰设计占9%。

近二十年，欧美色彩设计研究在视觉传达设计领域中的发展主要体现在品牌设计、Logo设计、导视系统设计、交互界面设计以及科学数据可视化设计等方面，其中研究色彩情感偏好与关于色彩和谐搭配的文章较多。文化、种族、国籍、社会地位、性格、性别等影响人们对于色彩认知的因素在该类文章中有较为深入的探索。科学数据可视化是近年来视觉传达设计研究的一个重要方向。随着科学交流需求增长和科学数据日趋复杂，人们越来越需要更有效的方式，在不同的受众之间传播科学知识。提高科学数据的“审美吸引力”有助于科学知识的传播。2018年，美国得克萨斯大学奥斯汀分校的Francesca Samsel等人在IEEE VISAP（可视化艺术项目）会议中发表的《艺术、情感和色彩：创造引人入胜的富有表现力的科学可视化》属于这一类型的文章。[6]在该篇文章中，作者阐述了从绘画中提取的色彩技术如何被用来生成美观的，且能提供有用信息的科学可视化图像（见图3和图4）。作者通过举例的方式对绘画中使用颜色揭示结构和信息优先级的方法进行说明，并通过一些科研工作者在实际工作中遇到的问题来引出将其应用于科学数据处理中所产生的影响。作者的研究结果突出了与艺术家长期合作、多学科科学团队合作的价值，也强调了跨学科过程中存在的理解差距，以及此类研究对方法和技术的要求。

在环境设计领域，同样也是关于色彩搭配和色彩情感偏好的文章较多，主要体现在室内设计、景观设计以及建筑立面设计等方面。关于宇宙空间站以及虚拟环境中色彩运用的文章在近年来有所增长，是值得注意的两个方向。宇宙空间站色彩设计研究的焦点落在色彩对人体生理和心理的影响上。2020年，利兹大学的AO JIANG等人在《应用人为因素和人体工程学国际会议》上发表了《空间站色彩设计宜居性试验》一文，[7]明确提出色彩设计在空间站设计研究中具有重要价值。该文章提到，在载人航天飞行环境中，微重力、振动、辐射、限制和隔离等应激源会引起各种负面的心理和生理效应。例如，在情绪层面，它们可能会引发焦虑和抑郁，从而影响宇航员的操作效率和整体任务表现。优秀的航天环境色彩设计可以积极地影响一个人的情绪水平，有助于抵消消极的生理和心理影响。该文章提出一种新的空间环境色彩设计验证模型，涉及生理、心理和情感层次等方面，以提高空间环境的情感可居住性。研究者在一个模拟的太空飞行环境中进行心理物理实验，共有六种色光被用于测试。研究发现，高质量的情绪可居住性是在一个黄颜色的光环境中实现的，非常接近自然的光照条件。

在产品设计领域，针对消费者的色彩情感与偏好调研、基于实证设计的色彩选择和搭配研究是最为常见的研究方向。近二十年有关色彩与材质、肌理结合的研究成果逐渐增多，而全外观模型（totalappearance）的概念也在许多文章中出现。例如2011年荷兰阿克苏诺贝尔涂料有限公司的Dekker Neik等人发表于《色彩研究与应用》杂志上的《金属和珠光材料的总体外观差异：来自颜色和外观的贡献》一文。该文章提到，对于许多现代材料，例如珠光涂料，颜色的测量不足以评估整体外观。[8]CIE提出4个最重要的外观属性：颜色、光泽、半透明度和纹理。此处的纹理一词仅指表面的视觉外观，而不是表面的物理光滑程度。该文章对于纹理这一参数进行深入探索，确定出两个重要参数：闪光印象（glint impression）和漫反射粗糙程度（diffuse coarseness）。该文章首次通过定量研究讨论纹理对感知颜色差异的影响，实验所得的数据被记录，并被用来开发全外观的计算模型。

归纳上述，在应用领域方面的发现如下：1.视觉传达设计的相关文章最多，其次依次为环境设计、产品设计以及服装与服饰设计；2.视觉传达设计主要聚焦于信息数据可视化相关的色彩情感与偏好分析研究和色彩和谐搭配研究。环艺设计主要涉及各类环境的色彩情感与偏好分析研究、色彩和谐搭配研究。产品设计主要研究颜色外观，色彩情感与偏好分析以及色彩和谐搭配也属于这类研究的重要内容。服装与服饰设计文章最少，主要研究色彩趋势预测以及色彩搭配等相关问题；3.许多文献指出，全外观模型对色彩设计具有重要作用，但在本次文献检索中，与之相关的文献数量仍较少。

笔者认为，在国内的色彩设计研究中，可以借鉴欧美国家的有关研究领域，将重点放在比较成熟的方向，并关注新兴方向的崛起，从而逐步建立起自己的研究体系。在此过程中，需要注重跨学科研究、多专业交融，博采众长，最终将其应用到具体的、专门的研究方向。

（三）实证设计

实证设计是色彩科学应用于设计不可缺少的一环，因为它能够用科学的方式为色彩设计提供依据，而不只是单纯地依靠经验判断。以它为分类标准，可以发现有以下两种类别的研究：心理物理实验和统计分析。此处把涉及心理物理实验、心理物理实验结合统计分析的文章归类到心理物理实验一类；把通过实物测量、建模模拟、以及通过开源数据库等方式获取数据进行统计分析（没有实验设计）的文章归类到统计分析一类。

在关于色彩设计的研究中，心理物理实验主要用于解决心理量的计量问题，量表的使用是其测量色彩对人心理刺激的主要方法。近二十年来，心理物理实验逐渐成为色彩设计研究中最常見的实证设计方法，在本次文献检索中，有53%的文章使用心理物理实验作为实证设计方法，远高于统计分析（18%）和无实证研究（29%）的比例。在研究内容方面，心理物理实验的服务对象逐渐从色貌模型研究扩展到色彩管理、色彩偏好等研究领域。当前，心理物理实验在色貌模型中的应用最多。研究人员对周围环境、背景、样本表面特性和照明条件等因素影响色貌的问题探索较早，在近二十年中进一步完善了基于这些因素的色貌模型。而关于样本尺寸对色貌的影响直到2009年才取得突破性进展。下面以2009年利兹大学Kaida Xiao等人于《色彩研究与应用》杂志上发表的《房间颜色的色貌》一文对此进行介绍。[9]该篇文章模拟了小尺寸与房间尺寸之间色貌的大小效应，并提出评价房间尺寸色貌的心理物理实验方法。实验室内的墙壁使用12种不同的颜色粉刷，并使用两种不同的匹配介质：通过D65和CWF光源下的CRT和NCS颜色图谱进行评价（见图5和图6）。10名年龄在20岁到40岁之间的正常色觉观察者参加了实验。在实验过程中，为了匹配颜色外观，观察者必须使用两种不同的介质（CRT和NCS）将每个房间的颜色与相应的小尺寸颜色联系起来。研究者进行了大量的颜色测量，获得了墙壁颜色、CRT颜色和NCS颜色样本的108个三刺激值。色貌模型CIECAM02用于将三刺激值转换为人类感知属性：亮度、色度和色调。研究发现，颜色尺寸从小尺寸到房间尺寸的大小变化对亮度和色度属性的影响较大，对色相属性影响较小。即在室内条件下，随着物理尺寸的增大，颜色变得更亮、更鲜艳。研究还发现，这些效应与所使用的室内光源无关。该研究成果可为室内设计师选择室内墙面颜色以及室内装饰颜色提供参考。

颜色信息的统计分析在色彩偏好研究中被广泛使用，在许多企业和品牌的构建中占有重要地位。根据检索结果，统计分析作为实证方法在近二十年呈增长趋势。随着信息技术的高速发展，在线搜集数据信息逐渐成为主流。上个世纪的颜色信息统计分析主要依靠平均数、中数、众数等来表现数据的集中趋势，而近二十年的统计分析主要是建立在机器学习算法和更加精确的数学模型之上。样本量的提高和样本范围的扩大也是近二十年统计分析变化的一大特征。2015年利兹大学的Stephen Westland和Meong Jin Shin发表于《国际色彩协会杂志》的《消费者颜色偏好与产品颜色选择之间的关系》是一篇典型的使用统计分析进行实证研究的文章。在该论文中，研究者对于个人护理产品领域进行了一次实证研究，以探索消费者颜色偏好与消费者颜色选择之间存在联系的可能性。[10]该研究通过在线问卷收集了来自17个国家的241名消费者对7种产品的反馈，结果表明，消费品的颜色选择与个人颜色偏好有关。当面临选择时，个人倾向于选择与他们喜欢的颜色相似的产品。性别、种族和年龄的影响也在该文章中有所涉及。该文章旨在探讨数据挖掘对产品和包装色彩设计的启示，并指出，在未来随着大数据分析的介入，公司可以通过收集消费者个人颜色偏好的信息实现定制产品，从而提高销售量。

综上，在实证设计方面有以下发现：1.心理物理实验是色彩设计研究中主要的实证设计方法，运用该方法的研究多于仅使用统计分析方法的研究；2.心理物理实验涉及到的研究方向主要包括色貌模型、色彩管理以及色彩偏好等，而统计分析的研究主要是关于色彩偏好；3.有大量文章指出，大数据分析在未来色彩设计研究中的重要性，但目前关于此类研究的学术论文仍较为稀缺。

基于此，笔者认为当今色彩设计研究应以科学理论为依据，注重量化研究，做有依据的设计。在研究方法上，研究者应主动拥抱新技术，进行更高效、准确的实证设计，从而更好地向设计从业者传递色彩设计研究成果。

结论

本文的目的是通过系统性的文献检索调查近二十年欧美学术界将色彩科学理论应用于设计实践的方法，并对其展开分析和讨论。根据文献检索结果，本文认为：1.将色彩科学理论应用于设计实践主要有以下三种方法：通过应用方式、通过应用领域、以及通过实证设计。其中光源色的色彩管理和显示标准、信息数据可视化色彩研究、环境色彩情感与搭配研究、产品外观色彩研究、基于心理物理实验的实证设计是这几个方法下的主要研究方向；2.本研究确定了具有潜力但尚未得到积极研究的三个方向：色彩教育、全外观模型以及基于大数据分析的色彩设计；3.色彩设计研究能为设计相关产业的发展提供坚实的理论基础。在近二十年里，色彩设计研究的数量一直增加，并且存在巨大的潛力；4.在国内色彩设计研究中，应借鉴欧美等发达国家的最新研究成果，并结合我国设计产业的实际情况，对其进行深入的探索。在此过程中，应加强跨学科的交流，接受新的技术，做科学的、有依据的研究。