瀕危熱帶生物數(shù)字可視化設(shè)計與色彩研究
——以索氏桃花水母為例

吳慧 韋淼 李一凡 唐麗春（通訊作者）

海南大學(xué)美術(shù)與設(shè)計學(xué)院 海南 海口 570208

引言：隨著人類社會技術(shù)的發(fā)展與更迭，自然環(huán)境也不可避免地受到連鎖影響，每年都有不少瀕危物種面臨著滅絕的威脅，可見保護(hù)瀕危熱帶生物已迫在眉睫。近年“，互聯(lián)網(wǎng)+“”VR”等技術(shù)逐步融入人們的日常生活，全新技術(shù)的有效開發(fā)與良好利用對于保護(hù)瀕危生物有著重大的戰(zhàn)略意義。數(shù)字可視化技術(shù)作為信息化浪潮中的佼佼者，能夠?qū)⒏鞣N復(fù)雜晦澀的知識轉(zhuǎn)化為便捷豐富的圖表信息與直觀的色彩信息呈現(xiàn)給大眾。瀕危熱帶生物中的索氏桃花水母素有“水中活化石”之稱，身體的顏色會隨著環(huán)境的改變而發(fā)生變化。在現(xiàn)有研究中，對瀕危生物保護(hù)宣傳的舉措大都側(cè)重于二維平面化，在三維視覺和沉浸交互式體驗方面的研究成果較為匱乏?；诖耍疚膹谋Ｗo(hù)瀕危物種的角度出發(fā)，以索氏桃花水母為例，通過數(shù)字可視化技術(shù)，設(shè)計圖形語言與色彩語言，針對如何有效解決瀕危生物可視化問題進(jìn)行研究與思考。

一、瀕危熱帶生物數(shù)字可視化設(shè)計現(xiàn)狀與問題

1.瀕危熱帶生物保護(hù)缺失

（1）自然因素

過去30年，中國珍稀瀕危動物保護(hù)生物學(xué)的研究蓬勃發(fā)展，先后出版了多本保護(hù)生物學(xué)專著，如《保護(hù)生物學(xué)》（蔣志剛等主編，1997）《物種多樣性研究與保護(hù)》（宋延齡等主編，1998）和《保護(hù)生物學(xué)原理與方法》（蔣志剛和馬克平主編，2014）[1]。目前我國對于熱帶生物的保護(hù)的重視程度仍然不足，大量熱帶生物瀕臨滅絕，人類導(dǎo)致適宜熱帶生物的氣候發(fā)生劇變。

（2）社會因素

目前大眾對于瀕危熱帶生物的認(rèn)知程度嚴(yán)重不足，許多居民對于熱帶生物的劃分尚不了解，更無法知曉那些瀕危的熱帶生物。一旦熱帶生物某一物種徹底滅絕，對于當(dāng)?shù)氐恼麄€食物鏈，生態(tài)圈，甚至大生態(tài)循壞都會造成巨大影響，而這一惡劣后果的最終承擔(dān)者，必然是人類本身。

2.解決思路

保護(hù)瀕危熱帶生物與數(shù)字可視化設(shè)計相結(jié)合可以幫助更好地了解瀕危動物的生存環(huán)境、生活方式、以及如何去保護(hù)的措施。相對于傳統(tǒng)的保護(hù)方式，數(shù)字可視化技術(shù)具有更新穎的角度和方式來幫助大眾進(jìn)行思考和理解。

對瀕危熱帶生物進(jìn)行色彩分級，先根據(jù)人們對色彩的敏感程度統(tǒng)一分成三大等級，例如瀕危程度較安全的為綠色系，瀕危程度居中的為橙色系，瀕危程度嚴(yán)重的為紅色系，再在這三類之中，按照瀕危程度由低到高的順序，依次增加純度，調(diào)整明度使其整體色彩風(fēng)格一致（圖1）。與此同時，再對其進(jìn)行數(shù)字可視化設(shè)計，可以將枯燥的文字信息轉(zhuǎn)換為生動的影像信息，結(jié)合當(dāng)今的三維技術(shù)還擁有著很好的交互性，積極明艷的色彩也能夠有效帶動受眾的情緒，極大地提高受眾對瀕危物種的興趣和熱情。

圖1 瀕危程度色彩分級圖（圖片來源：筆者自畫）

二、數(shù)字可視化設(shè)計相關(guān)理論基礎(chǔ)

1.可視化

可視化是用符合人類直覺的方式，通過計算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)、圖形或表格的展示，能夠更快地帶動人們的視覺、觸覺、嗅覺、聽覺等感知，用色彩、形狀、大小、形態(tài)等形象地表現(xiàn)索氏桃花水母的數(shù)據(jù)特點和數(shù)據(jù)趨勢?？梢暬夹g(shù)通過數(shù)據(jù)展示再聚合，再用圖形的形式表達(dá)，從問題中找出數(shù)據(jù)的層次，使其更具有邏輯性，也能讓信息更容易被理解、傳播和再造。以索氏桃花水母為例，將其屬性映射成可視的對象、屬性和聯(lián)系，轉(zhuǎn)換成點、線、面、形狀、顏色等視覺元素，合理有邏輯地安排數(shù)據(jù)、交互處理的理論、方法和技術(shù)，讓復(fù)雜龐大的數(shù)據(jù)更加簡單易懂。

2.視覺符號

視覺符號基本由點線面、光影、色彩、形式等元素所構(gòu)成，這些元素的展現(xiàn)能夠使人在視覺上產(chǎn)生相關(guān)聯(lián)想。而視覺是用戶最為便捷，最為有效的獲取方式，當(dāng)視覺信息首先出現(xiàn)在人們視線里的時候，第一是視覺上看到的色彩，其次才是事物的輪廓、形狀和造型[2]。其次，觀者的大腦對圖形相比于對文字能更簡便地理解輸入，更快捷方便地表達(dá)輸出。

3.圖式理論

圖式理論起源于康德的哲學(xué)著作，即人們看到某一現(xiàn)象或物種時，依據(jù)自身原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步理解這一現(xiàn)象或物種的具體定義。比如人們對貓咪的認(rèn)知，可以觀察貓咪的體型，胡須，尾巴，瞳孔等特征，雖然可能從未見過某種品種的貓咪，但通過以往對貓咪物種的認(rèn)知積累，可以很快推斷物種為屬于貓咪。圖式就是存在于記憶中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)或知識結(jié)構(gòu)，能夠反映事物的特征。在數(shù)字化可視設(shè)計的相關(guān)理論基礎(chǔ)中，圖式理論是“信息編碼→視覺符號→效果呈現(xiàn)”過程中必不可少的一環(huán)。

綜上所述，瀕危熱帶生物的可視化設(shè)計以圖式理論為支撐基礎(chǔ)，再結(jié)合可視化技術(shù)與視覺語言進(jìn)行其信息內(nèi)容設(shè)計。

三、索氏桃花水母數(shù)字可視化設(shè)計調(diào)研

1.信息收集

索氏桃花水母在5億年前就早已誕生，體型較小，身體直徑為20毫米左右。其身體結(jié)構(gòu)上方呈現(xiàn)半圓形，下方約有256個左右觸手。索氏桃花水母的傘高為傘部直徑的一半，傘底有用來消化食物消化腔，還有四個放射管與傘緣的環(huán)狀管相連，口柄的末端還連接著四個口腕。此外，還有桃花水母生殖腺有四個，且都呈現(xiàn)扁平的狀態(tài)（圖2）。在國內(nèi)其分布在長江流域及其支流的灣口，常見的省份也有四川、湖北、江蘇、浙江、福建及廣東等地區(qū)；而國外則主要分布在歐、亞等地。

圖2 索氏桃花水母全身圖（圖片來源：筆者截圖）

關(guān)于索氏桃花水母的可視化設(shè)計目前還沒有較好的范式，但水母品種的可視化設(shè)計較多，大都以體現(xiàn)水母晶瑩剔透、輕盈飄逸的體態(tài)為主。目前市面上關(guān)于水母的可視化設(shè)計大多以給實拍視頻講解配音的形式出現(xiàn)，辨識度不高，特點不夠鮮明，無法積極地調(diào)動觀賞者的興趣。

2.實地調(diào)查

經(jīng)查閱文獻(xiàn)得知海南索式桃花水母主要出現(xiàn)于海南萬寧附近，又因海洋館也為生物的保護(hù)地之一，故將調(diào)研范圍定在海洋館與海南萬寧。在調(diào)研期間，對桃花水母的現(xiàn)身地點以及海洋館進(jìn)行多次考察和實測，也對桃花水母的具有了一定的了解、觀察。

通過走訪調(diào)查得知，海洋館內(nèi)還未開放桃花水母的場館，這側(cè)面印證了桃花水母的生存對于水質(zhì)的要求極高，很難在商業(yè)化性質(zhì)的海洋館進(jìn)行展出。因海洋館內(nèi)沒有索氏桃花水母，其又屬瀕危物種急需保護(hù)，所以對桃花水母進(jìn)行數(shù)字可視化存在一定的必要性。我們在館內(nèi)還對游客進(jìn)行了實地采訪，主要針對于年齡、職業(yè)、該館對于游客來說能否滿足其游覽需求以及對于了解海洋生物的方向、濃度的程度等方面。

綜合以上調(diào)研經(jīng)驗與資料可得出以下幾點結(jié)論：第一，游客年齡段在30歲-45歲中間的人以及小孩子較多；第二，游客對于海洋館的海洋生物也認(rèn)為當(dāng)前的生物數(shù)量已經(jīng)可以滿足其游覽需求，在對海洋生物的認(rèn)知方面沒有深入的認(rèn)知，很多都是帶著小孩子參觀游覽，更多的是注重于家庭氛圍的提升，而不是對于海洋生物的學(xué)習(xí)。

3.研究方法

本研究理論與實踐并行，以實地考察法，文獻(xiàn)研究法，經(jīng)驗總結(jié)法和個案研究法對實地考察所得的生物習(xí)性資料進(jìn)行歸納與分析，再運(yùn)用視覺符號元素轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的信息圖表，使之系統(tǒng)化、理論化，構(gòu)建基于數(shù)字可視化技術(shù)下的索氏桃花水母生物交互系統(tǒng)的研究。

四、索氏桃花水母可視化設(shè)計內(nèi)容

數(shù)字可視化設(shè)計主要是各種符號元素的組合搭建，能以視覺或者聽覺的形式呈現(xiàn)給觀眾，這種呈現(xiàn)方式頗具直觀性，愉悅性與藝術(shù)性。視覺符號兼具兩個作用，第一，能指，即具體事物或抽象事物的圖形元素符號；第二，所指，即圖形符號所表示的具體事物或抽象概念。能指與所指共同構(gòu)成視覺符號的元素，使其更具有表達(dá)的多樣性。本研究通過視覺傳達(dá)與生物科學(xué)的跨學(xué)科合作，從視覺方面構(gòu)思索氏桃花水母生物知識視覺符號，分析索氏桃花水母的生物特征，設(shè)計出相應(yīng)的視覺元素符號，以達(dá)到精準(zhǔn)與趣味并行的刻畫宣傳目的。

1.視覺符號元素

（1）色彩

在選定完文字字體的基礎(chǔ)上，把控好畫面的色彩，使兩者相得益彰。色彩是視覺符號中最為直觀的影響要素，它不僅能影響畫面冷暖基調(diào)與色調(diào)節(jié)奏走向，也能引導(dǎo)觀眾的視覺和思維感知方向，具有一定的感情傾向（圖3）。索氏桃花水母的色彩來源于它本身，因其全身透明，腺體有時呈淡黃色，觸手與傘部略帶粉砂色，故本可視化設(shè)計的整體色調(diào)趨于淡色，明度較高，營造朦朧，飄然與夢幻之感。不同的色彩構(gòu)成對人們所起到的視覺和心理上的暗示作用也有著較大的差異性[3]。除了生物本身固有的色彩屬性，可以根據(jù)其的瀕危程度設(shè)置環(huán)境光，對于瀕危程度較高的生物，疊加紅色系光影，當(dāng)人們處于紅色的環(huán)境中時會造成緊張的心理暗示，心跳會不自覺加快，情緒也會出現(xiàn)一定的高漲現(xiàn)象，由此設(shè)身處地地讓受眾產(chǎn)生危險感，從而大幅度喚起受眾對瀕危生物的保護(hù)欲望（圖4）。

圖3 色彩的情緒效應(yīng)（圖片來源：筆者制作）

圖4 藍(lán)紅色異環(huán)境光的應(yīng)用（圖片來源：筆者制作）

同時，可使畫面能夠顯現(xiàn)出豐富多樣的視覺效果，增加觀賞時的趣味性。把色彩元素視為主觀符號與圖式，賦予其獨特的情感色彩與文化內(nèi)涵，不僅有助于突顯索氏桃花水母的藝術(shù)特色，更能營造藝術(shù)化的意境氛圍，使本設(shè)計作品達(dá)到一定的藝術(shù)升華。

（2）圖形

圖形的可視化表現(xiàn)最能精準(zhǔn)歸納事物或生物的專有特性。其圖形的概括程度越高，也就越能提高傳播效率，便于人們記憶。首先，提取索氏桃花水母的外輪廓，設(shè)計成似傘狀，似球狀；其次，將索氏桃花水母的內(nèi)輪廓圖形化，腺體靜態(tài)猶如桃花，傘周具觸手兩百余只，傘高約為直徑之半，傘底具有四角形的消化腔，下與口柄楣連；再者，捕捉索氏桃花水母的運(yùn)動規(guī)律，靜似帶有穗的半球，動似桃花瓣上下漂?。蛔詈蟀岩陨咸崛〉脑剞D(zhuǎn)化為清晰明了的圖形組合，賦予其獨創(chuàng)性，審美性與互動性（圖5）。

圖5 水母形態(tài)（圖片來源：筆者建模）

2.場景搭建

從索氏桃花水母的本身出發(fā)，對環(huán)境的適應(yīng)性造就了其生物形式的多樣性；從保護(hù)保護(hù)瀕危熱帶生物的角度出發(fā)，只有準(zhǔn)確了解瀕危熱帶生物的生活環(huán)境，才能確保生物順利生存。索氏桃花水作為罕見的淡水生水母，僅棲息在水質(zhì)必須無毒無害潔凈的江河湖泊，對生存環(huán)境條件的要求極高。在對其生存環(huán)境進(jìn)行場景搭建時，必須要嚴(yán)格遵守其生存背景，確?？破盏恼鎸嵭耘c準(zhǔn)確性（圖6）。

圖6 場景搭建（圖片來源：筆者建模）

3.互動體驗

互動體驗可依據(jù)自身屬性、環(huán)境特性、生物習(xí)性具體分為三大類。第一類互動體驗是通過色彩分級用戶可自選色彩模式了解瀕危生物的瀕危程度和物種，再以索氏桃花水母為主開展生物特性與進(jìn)化演練介紹。第二類是生物生存環(huán)境的沉浸式體驗，用戶身處其中，能夠直觀感受到的環(huán)境因素，如，溫度光線即色彩，這類因素由現(xiàn)場模擬現(xiàn)實場景重現(xiàn)，不能直接感知的因素，譬如ТDS，濕度，這類因素在環(huán)境屏幕右上方以數(shù)據(jù)的形式展現(xiàn)。第三類是用戶與索氏桃花水母的互動體驗，有真實與虛擬模式。真實模式中，用戶與索氏桃花水母的互動依據(jù)現(xiàn)實為準(zhǔn)；虛擬模式中，用戶與索氏桃花水母的互動以趣味為主。用戶可觸摸索氏桃花水母，索氏桃花水母可以根據(jù)用戶的力度，方向做出不同的運(yùn)動反應(yīng)。從現(xiàn)實中提取視覺符號元素，注入現(xiàn)代科技語言，借由色彩情感，化不可能為可能，令觀眾置身于互動體驗中，制造與索氏桃花水母跨地域跨緯度的相遇。

結(jié)語

此外，現(xiàn)今對動物保護(hù)的研究多停留在學(xué)術(shù)領(lǐng)域，對于大眾來說，內(nèi)容晦澀抽象，不利于傳播和公眾接受[4]。語言的視覺應(yīng)用與心理應(yīng)用價值，促進(jìn)數(shù)字可視化設(shè)計的傳播與創(chuàng)新，為用戶對瀕危熱帶生物的理解提供輔助與補(bǔ)充。瀕危動物索氏桃花水母的數(shù)字可視化進(jìn)行設(shè)計與研究，對其生物的造型特征、秉性特征及物種特征等方面進(jìn)行分析，以數(shù)字可視化為研究指向，以圖式理論為基礎(chǔ)，以其生物視覺符號為研究內(nèi)容，通過信息可視化，采用圖形色彩元素相結(jié)合轉(zhuǎn)換的方式，給大眾帶來新的視覺與感官體驗，呼吁保護(hù)瀕危熱帶生物，構(gòu)建全健康的命運(yùn)共同體概念。