數(shù)字環(huán)境下面狀要素分級設(shè)色的適宜方案分析

姚翔宇，黃麗娜，于 洋

1. 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079； 2. 武漢大學(xué)地理信息系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079； 3. 蘇州工業(yè)園區(qū)測繪地理信息有限公司，江蘇 蘇州 215000

分級設(shè)色作為專題地圖的常用表示方法之一，廣泛應(yīng)用于各類地圖的定量、定性數(shù)據(jù)可視化中。分級設(shè)色不但可以直觀地表達(dá)數(shù)據(jù)在地理空間中的分布與聯(lián)系，也可以結(jié)合其他可視化方法反映地理特征，增強(qiáng)可視化效果[1]。適宜的分級色設(shè)計(jì)可以使地圖具有良好的可讀性，有助于信息的高效傳遞。

1967年提出的視覺變量概念被認(rèn)為是符號化理論的開創(chuàng)性工作[2]，與其他幾種視覺變量相比，顏色在地圖的可讀性中占主導(dǎo)地位[3-4]。文獻(xiàn)[5]提出，地圖圖形的表達(dá)使可以被人眼能清楚區(qū)分的顏色顯著提升。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，地圖進(jìn)入了數(shù)字時代，探究適宜數(shù)字顯示條件的地圖分級設(shè)色方法，對優(yōu)化電子地圖表達(dá)、幫助用戶準(zhǔn)確快速獲取電子地圖信息均具有重要意義。

目前，地圖色彩設(shè)計(jì)仍主要基于制圖慣例與制圖者的主觀感受，如何設(shè)計(jì)出適合地圖表達(dá)的色彩配置方案一直是地圖學(xué)與可視化技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。文獻(xiàn)[6—7]從流行病地圖出發(fā)，測試了不同顏色組合對讀圖準(zhǔn)確性的影響以及讀圖者對它們的喜愛程度，并開發(fā)了用于輔助定量或定性數(shù)據(jù)可視化的在線網(wǎng)站。文獻(xiàn)[8]通過分析紅-綠色覺缺陷人群與正常色覺人群的讀圖準(zhǔn)確性與效率，推薦了適合兩種人群的地圖色彩設(shè)計(jì)指南。文獻(xiàn)[9]認(rèn)為等距的數(shù)據(jù)值應(yīng)該由差異相同的顏色表示，并提出一種生成具有最大色差的顏色圖的算法，其在RGB、色相、飽和度和亮度等方面均是單調(diào)的。文獻(xiàn)[10]建議在可感知的均勻色彩空間中使用具有規(guī)則差異的顏色圖，來產(chǎn)生可感知的均勻性。文獻(xiàn)[4]則認(rèn)為當(dāng)色相、明度的變化缺乏適當(dāng)?shù)囊曈X距離時，地圖的可讀性將出現(xiàn)問題。

國際照明委員會(CIE)于1931年推薦CIE1931RGB色彩空間以來，兩顏色間的視覺感知距離，即色差，已成為計(jì)算與預(yù)測人眼對顏色感知的衡量標(biāo)準(zhǔn)[11]。色差值與人眼感知的一致性也為地圖分級色適宜配色方案的定量研究提供了方法支持，可通過調(diào)整分級色各級間色差研究其與地圖功效性的影響規(guī)律。文獻(xiàn)[12—13]針對順序配色方案設(shè)計(jì)了視覺認(rèn)知試驗(yàn)，探究用于試驗(yàn)的幾組配色方案中，增加各級間色差或改變色差變化模式對讀圖準(zhǔn)確性的影響，在之后的研究中，又測試了增加順序或定性顏色方案間的色差與空間間隔對顏色區(qū)分的影響[14]。但由于色彩空間中顏色的分布并不均勻[15]，色差計(jì)算往往需要通過引入權(quán)重系數(shù)來修正，常用的計(jì)算公式有CIE1976 L*u*v*、CMC、BFD、CIE94、LCD、CIEDE2000等，其中CIEDE2000色差公式在色差感知預(yù)測與適用范圍方面的表現(xiàn)都最為優(yōu)秀[16-17]。

作為另一基于人類顏色視覺的顏色系統(tǒng)，Munsell顏色系統(tǒng)也成為許多研究的設(shè)色基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[18]基于Munsell色彩調(diào)和理論，提出一種與土地利用圖斑色彩調(diào)和的多色等高線配色方法，以改善專題圖配色效果。文獻(xiàn)[19]也以該理論為基礎(chǔ),提出實(shí)現(xiàn)地圖色彩快速選取的色彩調(diào)和算法，并建立了計(jì)算機(jī)輔助地圖色彩設(shè)計(jì)模型。

現(xiàn)有針對人眼的色彩感知或地圖分級設(shè)色方案的研究大多基于印刷、印染后的材料，面向數(shù)字環(huán)境的研究仍然較為缺乏。文獻(xiàn)[17]認(rèn)為，顯示器中色樣的辨色閾值高于印刷色樣，這在某種程度上說明人眼對顯示器中色樣的敏感程度沒有印刷品高。文獻(xiàn)[20]的一項(xiàng)關(guān)于數(shù)字交互地圖集與打印地圖集差異的研究也顯示，讀圖者在閱讀數(shù)字交互地圖集時效率和準(zhǔn)確性方面的表現(xiàn)更好，而打印地圖集在滿意度和感知方面的表現(xiàn)更好。因此，基于紙質(zhì)地圖的分級設(shè)色適宜性規(guī)律是否適用于電子地圖尚不明確，有待進(jìn)一步研究。

本文以面狀要素分級設(shè)色方案為研究對象，基于Munsell色彩調(diào)和理論，針對定量數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)各級間色差相等或變化的分級設(shè)色方案，并將其應(yīng)用到不同底圖中。通過開展視覺認(rèn)知試驗(yàn)，探究數(shù)字環(huán)境下不同色差模式的分級設(shè)色方案、圖斑面積均勻程度對顏色辨識的影響，以及色差值與色彩整體協(xié)調(diào)度的關(guān)系。

1 基本理論與方法

1.1 Munsell顏色系統(tǒng)與調(diào)和秩序

Munsell顏色系統(tǒng)為Albert H. Munsell創(chuàng)制的顏色分類與標(biāo)定系統(tǒng)，目前在國際上被廣泛采用。它建立在大量人類視覺感知試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，直觀地反映了人們對顏色的心理感受。Munsell以均勻劃定的色相(Hue)、明度(Value)、飽和度(Chroma)3個指標(biāo)來標(biāo)定顏色，并以這些指標(biāo)作為3個維度構(gòu)建了Munsell色彩空間，如圖1所示。

圖1 Munsell色彩空間Fig.1 Munsell color space

根據(jù)Munsell色彩調(diào)和理論，當(dāng)色彩在Munsell色彩空間中按一定軌跡分布時，這樣的色階被認(rèn)為在視覺上是協(xié)調(diào)的[18]。常用的調(diào)和秩序有垂直調(diào)和、徑向調(diào)和、圓周調(diào)和、對稱斜向調(diào)和、非對稱斜向調(diào)和、橢圓調(diào)和、螺旋調(diào)和等，其示意圖與3個維度的變化規(guī)律見表1和表2。

表1 Munsell色彩調(diào)和秩序1Tab.1 Munsell color harmony order 1

表2 Munsell色彩調(diào)和秩序2Tab.2 Munsell color harmony order 2

試驗(yàn)基于螺旋調(diào)和秩序設(shè)色，以實(shí)現(xiàn)色相與明度按一定規(guī)律同步變化。這是因?yàn)橄鄬τ诩堎|(zhì)地圖，色相變化的模式更適合電子地圖，但文獻(xiàn)[21]指出僅靠色相來排序顏色存在困難，且針對定量數(shù)據(jù)的分級設(shè)色方案通常會采用由淺色至深色漸變的模式，以對應(yīng)低值向高值的遞進(jìn)。螺旋調(diào)和秩序中色相與明度的變化關(guān)系見式(1)

(1)

式中，H0與V0指顏色變化前的色相角(角度值)與明度值；Δh指色相角變化量；H與V指顏色變化后的色相角與明度值。

1.2 CIEDE2000色差公式

(2)

式中

(3)

對于常用來描述視覺感受的明度L、飽和度C、色相角H這3個指標(biāo)，則可通過式(4)進(jìn)行數(shù)值換算

(4)

考慮到CIELAB色彩空間的非均勻性[15]，特別是對中、小色差的預(yù)測結(jié)果與目視實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大的差距[16,23]?，F(xiàn)有研究通常采用CIEDE2000色差公式計(jì)算色差。設(shè)兩顏色L1、C1、H1(L1、a1、b1)與L2、C2、H2(L2、a2、b2)的色差為ΔE00，則計(jì)算方法如式(5)所示[24]

(5)

式中

(6)

設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下配色，則

(7)

實(shí)際應(yīng)用中，顯示器大多采用RGB顏色標(biāo)準(zhǔn)，因此在數(shù)字制圖時選用RGB值設(shè)色能夠?qū)崿F(xiàn)更穩(wěn)定的色彩顯示效果。然而這一色彩模式基于色光混合的原理，不能直接反映人類視覺感知，若要基于RGB值計(jì)算色差，需要將其轉(zhuǎn)換到基于感知的CIELAB色彩空間。RGB值換算為Lab值的方法如式(8)所示

(8)

式中

(9)

(10)

2 試 驗(yàn)

本文側(cè)重于探究電子地圖中色相和明度同步變化產(chǎn)生的色差，以及圖斑面積均勻程度不同的底圖對地圖功效性的影響。由于紙質(zhì)地圖中顏色的明度變化更為容易，在分級設(shè)色時多用顏色的深淺變化來表示不同色級，現(xiàn)有針對地圖配色方案的研究主要基于明度變化。但比起飽和度與明度，人眼對色相的變化更為敏感[23]，這說明利用色相的變化進(jìn)行分級設(shè)色更具優(yōu)勢。另一方面，電子地圖多以RGB模式設(shè)色，更容易通過色相的變化區(qū)分各級，探究色相變化產(chǎn)生的色差對地圖功效性的影響具有一定意義。此外，現(xiàn)有研究多以形狀規(guī)則的色樣或圖斑面積均勻分布的底圖作為研究材料，以消除形狀或面積對顏色辨識的影響。但在實(shí)際應(yīng)用中，地圖圖斑大多面積不一，研究不同面積分布情況的地圖適宜的分級設(shè)色方案也是有意義的。

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

視覺認(rèn)知試驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖2所示。試驗(yàn)選取了3種圖斑面積均勻程度不同的底圖，基于Munsell調(diào)和秩序設(shè)計(jì)了7種不同色階，共形成21張?jiān)囼?yàn)圖，用于探究不同色差值與色差變化方式、圖斑面積分布情況對地圖辨識準(zhǔn)確性的影響規(guī)律，以及色差值大小對色彩整體協(xié)調(diào)性的影響。

圖2 視覺認(rèn)知試驗(yàn)設(shè)計(jì)Fig.2 Visual cognitive experiment design

通過網(wǎng)絡(luò)招募色覺正常、能夠熟練運(yùn)用手機(jī)的受試者。所有受試者均為自愿參與，且隨時可以選擇退出。據(jù)第46次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報告》，中國10～49歲網(wǎng)民共占73.8%，50歲及以上網(wǎng)民共占22.8%，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步向中高齡人群滲透，故未對受試者的年齡進(jìn)行限制。由于研究面向普通用戶，也未限制受試者的專業(yè)背景。

受試者需要在自己的手機(jī)中回答問卷。除去性別、年齡段、是否對分級設(shè)色熟悉等問題外，主要有3個部分的問題：①對照圖例，選擇圖中標(biāo)出的一個圖斑在圖例中對應(yīng)的色級；②選擇圖中標(biāo)出的兩個圖斑對應(yīng)顏色的級差(絕對值)；③按順序選出7種色階中顏色過渡最為協(xié)調(diào)美觀的前3名。受試者可通過每一部分的簡介了解需要完成的任務(wù)。

前兩部分中，試驗(yàn)圖分別按圖斑面積均勻程度分為3組(共計(jì)6組)，每組試驗(yàn)圖亂序排列，這是為了避免受試者按固定的順序作答，從而使得到的答案更為可信。被標(biāo)記的圖斑也為隨機(jī)選擇的。另外，每張圖的答題時間存在限制，分別為15 s、25 s，若時間結(jié)束仍未回答，則會直接跳轉(zhuǎn)至下一題。這一時間限制較為充裕，因此受試者若在時限內(nèi)未能成功答題，則說明其較難得出一個肯定的答案。

2.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

本文采用離散系數(shù)衡量試驗(yàn)圖的圖斑面積均勻程度。離散系數(shù)是衡量一組數(shù)據(jù)離散程度的相對量，離散系數(shù)越大，則說明數(shù)據(jù)的離散程度越大，反之則越小。計(jì)算如式(11)所示

VS=σ/μ

(11)

式中，σ代表數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差；μ代表平均值。

試驗(yàn)選用面積均勻、面積較不均勻、面積不均勻的3類底圖，如圖3所示。其包含的圖斑總數(shù)均為173，但圖斑面積均勻程度不一致，圖斑面積的離散系數(shù)分別為0,0.6,1.0。

圖3 試驗(yàn)的3類底圖Fig.3 Three types of basemaps

2.3 分級設(shè)色方案設(shè)計(jì)

考慮到電子地圖設(shè)色通常采用RGB值，且試驗(yàn)圖的顏色應(yīng)適應(yīng)盡量多設(shè)備的顯示水平，色階中所有顏色的RGB值均由Munsell值轉(zhuǎn)換到sRGB色域(標(biāo)準(zhǔn)RGB色彩空間)后得出，用于試驗(yàn)圖設(shè)色；LCH值則由此RGB值換算得出，隨后代入CIEDE2000色差公式計(jì)算色差。試驗(yàn)共采用7組色階，每組均分為7級，與文獻(xiàn)[25]評估的八大地理期刊中出版的彩色量化地圖所使用的分級數(shù)中位數(shù)一致，也在預(yù)試驗(yàn)中體現(xiàn)了較好的辨識效果。有5組色階各級間色差相等，分別為2,4,6,8,10；另兩組各級間色差變化，分別為遞增(ΔE00=2,4,6,8,10,12)與先增大后減小(ΔE00=4,8,10,10,8,4)。第1至7級對應(yīng)的圖斑數(shù)由自然裂點(diǎn)法計(jì)算得出，分別為14,24,24,30,32,30,19。

選用人眼更敏感的色相有助于人們對顏色的辨識與信息的準(zhǔn)確獲取。文獻(xiàn)[23]認(rèn)為人眼對CIELAB顏色空間中一、二象限的色寬容度明顯高于三、四象限，即比起暖色調(diào)，人眼對冷色調(diào)更敏感；文獻(xiàn)[26]認(rèn)為人類視覺對綠色更敏感。色階中的首個顏色通常較為淺淡，因此選用明度較高的淺綠色作為起始顏色，并通過色相角增加與明度降低的方式逐漸向藍(lán)色、深紫色的方向變化。起始顏色的色值參考顯示器中色相角為144°至180°的綠色的辨色閾值(ΔE00=1.05)，這是色相為綠色時，人眼恰能分辨顏色差異的最小色差[27]。通過計(jì)算一些Munsell空間中能夠轉(zhuǎn)化為RGB值的淺綠色與對應(yīng)明度的中性灰的色差，最終選用最接近的5G9/4(RGB：185,238,216)作為起始顏色。試驗(yàn)圖的示意圖見圖4、圖5。各組色階的具體色值見附錄。

圖4 各級間色差相等Fig.4 Scales with same color distance between classes

圖5 各級間色差變化Fig.5 Scales with changing color distance between classes

2.4 數(shù)據(jù)處理方法

試驗(yàn)主要運(yùn)用相關(guān)分析(Pearson相關(guān)性)、非參數(shù)檢驗(yàn)(Kruskal Wallis檢驗(yàn))等統(tǒng)計(jì)分析方法對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，它們在各個領(lǐng)域中均被普遍使用。其中，Pearson相關(guān)性通常用于評判等距或等比隨機(jī)變量間的相關(guān)特性，需要數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，因此需要事先對數(shù)據(jù)進(jìn)行K-S檢驗(yàn)；Kruskal Wallis檢驗(yàn)通常用于檢驗(yàn)多個獨(dú)立樣本的分布是否存在顯著差異。

另外，為了保證分析結(jié)果的可靠性，回答時長小于全部問卷平均回答時間的一半，或未回答的題目多于全部題目50%的問卷將被剔除，不參與后續(xù)分析。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

本文首先分析了受試者對同一底圖中7組色階的辨識準(zhǔn)確性，包括辨識單個顏色與辨識兩顏色色差；隨后分析了相同色階不同底圖辨識結(jié)果的差異性；最后對色差與色彩協(xié)調(diào)程度的關(guān)系作出推斷。試驗(yàn)的假設(shè)如下：

(1) 增加各級間色差會提高辨識準(zhǔn)確性。

(2) 色差先增大后減小的色階將導(dǎo)致更好地辨識準(zhǔn)確性。

(3) 相同色階下，底圖圖斑面積分布不均勻時，辨識準(zhǔn)確度將受影響。

(4) 色差增大會導(dǎo)致色彩協(xié)調(diào)程度降低。

3.1 數(shù)據(jù)整理與信效度分析

本次試驗(yàn)有效問卷共490份，其中男性204人、女性286人，約占總?cè)藬?shù)的41.6%與58.4%。有64.3%左右的受試者為18～25歲，26～40歲的人群占27.0%，41～60歲的人群占7.8%，只有0.4%與0.5%為61歲以上或18歲以下。受試者被要求回答自己對地圖分級色的熟悉程度。約69.3%的受試者表示完全不熟悉，15.5%與15.2%的受試者表示對地圖分級色熟悉或不熟悉但曾參與過相關(guān)測試。

對圖片題部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行信效度分析，結(jié)果見表3。原始數(shù)據(jù)的許多項(xiàng)中存在缺失值(受試者在規(guī)定時間內(nèi)未回答)，近一半的數(shù)據(jù)在分析時會被剔除，因此在這項(xiàng)分析中用相鄰幾項(xiàng)的平均值替換了數(shù)據(jù)中的缺失值。

表3 問卷數(shù)據(jù)信效度分析Tab.3 Reliability and validity analysis of questionnaire

3.2 色差對顏色辨別的影響關(guān)系

各級間色差相等時，色差與正確率的關(guān)系如圖6所示。從總體趨勢來看，對于各級間色差相等的5種色階，隨著色差增大，辨別單個顏色與兩顏色級差的正確率均有上升的趨勢。對它們的相關(guān)分析也證實(shí)了這一點(diǎn)，由表4可知，每組的正確率與色差值均具有較高且顯著的正相關(guān)關(guān)系。另外圖6(a)中，各級間色差為2的色階辨識單個顏色的正確率明顯低于其他相同色階，這可能是因?yàn)槠鋵?yīng)的題目為圖片題部分的第一題，受試者可能需要一些時間反應(yīng)。該題規(guī)定時間內(nèi)未回答的人數(shù)(120人)也顯著高于其他題目(最高34人)，符合之前的推測。

圖6 各級間色差相等，色差與正確率的關(guān)系Fig.6 Relationship between color distance and correct rate

表4 各組相關(guān)分析結(jié)果Tab.4 Related analysis results of each group

各級間色差變化色階的正確率如圖7所示。與前5種色階相比，各級色差逐漸增大的色階正確率大多較低。圖斑面積分布較不均勻、辨識兩顏色色差時，這一色階的正確率異常的高，可能是因?yàn)閷?yīng)的題目中被標(biāo)記的兩圖斑顏色相同，而比起辨識兩個不同顏色的差距，人眼可能更容易識別兩個相同的顏色。色差先增大后減小的色階正確率大多為本組最高，甚至超過了各級間色差均為10的色階。另外從整體上看，面積不均勻、辨識兩顏色色差的正確率略低于其他組。這可能是因?yàn)樵摻M為第2部分的最后1組題目，較長的答題時間會使受試者感到疲憊，從而逐漸降低答題效率與準(zhǔn)確度。

圖7 各級間色差變化的正確率Fig.7 Correct rate of scales with changing color distance

3.3 圖斑面積均勻程度對顏色辨別的影響關(guān)系

將每道題的正確率按圖斑面積分布均勻程度分為3組，利用Kruskal Wallis檢驗(yàn)，探究面積分布情況不同時正確率分布是否有顯著差異。無論是辨識單個顏色還是兩顏色色差，3組正確率分布情況的差異并不顯著，即圖斑面積分布情況對顏色辨別的準(zhǔn)確性影響并不顯著，見表5。這一結(jié)果表明，色差對分級色辨識的影響可能占主要地位，且該影響規(guī)律在不同面積分布情況的圖中依然適用。

表5 不同面積分布情況的正確率差異性Tab.5 Difference in correct rate of different area uniformity

3.4 色差與色彩協(xié)調(diào)程度的關(guān)系

在問卷第3部分，受試者依次選出主觀上顏色過渡最協(xié)調(diào)美觀的前3種色階。為衡量色階的協(xié)調(diào)程度，對每一色階所獲第1名、第2名、第3名的票數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算，依次取權(quán)重為50%、30%、20%，計(jì)算總得分。每一色階對應(yīng)的得分見圖8，利用多項(xiàng)式曲線擬合，可知隨著總色差增加，存在主觀上色彩協(xié)調(diào)性逐漸降低的趨勢。因此在設(shè)計(jì)分級設(shè)色方案時，需盡量避免過大的色差間隔，因?yàn)樽x者可能會認(rèn)為圖中顏色過渡不太協(xié)調(diào)，影響地圖的美觀感受。在這一點(diǎn)上，先增大后減小的色差變化方式非常值得推薦，在總色差相近的情況下，它的正確率基本比其他幾種色階要高；也就是說，它可以在總色差相對較小的時候達(dá)到較高的顏色辨別準(zhǔn)確性水平，而相對較小的總色差也意味著較高的色彩協(xié)調(diào)性。

圖8 每一色階的總色差與得分Fig.8 Color distance and score of each scale

3.5 討 論

分析受試者辨識色彩的準(zhǔn)確性可知,各級間色差相等時，色差值與辨識單種顏色或兩顏色級差的準(zhǔn)確性呈正相關(guān)關(guān)系，且先增大后減小的色階比起其他幾種色階更適合用于分級設(shè)色。這一結(jié)果與文獻(xiàn)[12—13]對僅有明度變化的顏色方案的試驗(yàn)結(jié)果一致，說明明度與色相同步變化時色差對顏色辨識的影響規(guī)律與僅明度變化時相近。文獻(xiàn)[12]推測CIEDE2000色差公式比起區(qū)分明度，更適合于區(qū)分色相，因此比起僅明度變化的色階，明度與色相同步變化的色階可能更適合利用CIEDE2000色差公式進(jìn)行色差計(jì)算；且比起僅色相變化的色階，明度與色相同步變化的色階由于存在顏色深淺與數(shù)值高低的指向關(guān)系，更適合表示定量數(shù)據(jù)。同時，由于色階本身是基于Munsell調(diào)和秩序設(shè)計(jì)的，更容易使用戶產(chǎn)生和諧的視覺感受。

通過檢驗(yàn)不同底圖讀圖準(zhǔn)確性的分布差異，試驗(yàn)探究了圖斑面積均勻程度對色彩辨識的影響，這一部分的結(jié)果與最初提出的假設(shè)不一致。由于色彩具有收縮或擴(kuò)展的特性，不同面積色彩的對比效果會隨面積對比增大而增強(qiáng)。但試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明圖斑面積均勻程度對顏色辨識準(zhǔn)確性的影響并不顯著，這可能是因?yàn)樵囼?yàn)底圖的圖斑面積分布總體而言仍然較為均衡。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)還表明，隨著色階總色差增大，試驗(yàn)圖的色彩協(xié)調(diào)性可能存在下降的趨勢。各級間感知差距擴(kuò)大后，人眼可能更傾向于將注意力放在突出的個體上，而不是將它們視為一個整體，從而感到色彩協(xié)調(diào)性降低。過大的色差也可能導(dǎo)致色階中某些顏色過于深或明亮，從而影響圖中點(diǎn)、線要素或注記等的正常辨識。

試驗(yàn)也存在一定的局限性：

(1) 試驗(yàn)雖然采用了圖斑面積均勻程度不一致的幾種底圖，但它們與實(shí)際應(yīng)用中圖斑面積分布不均勻的底圖還存在一定差距。一些特定類型的地圖，例如土地利用類型圖等，不同圖斑面積差異更明顯，形狀也更不規(guī)則，圖斑之間還可能存在包含等拓?fù)潢P(guān)系。在圖斑分布情況更復(fù)雜的底圖中，試驗(yàn)得出的圖斑面積分布情況對顏色辨別的影響規(guī)律是否適用尚不明確。

(2) 試驗(yàn)涉及的色相均為冷色調(diào)(綠-藍(lán)-紫)，選用這一色調(diào)是因?yàn)槿搜蹖ζ涓舾?，但?shí)際較少在分級色中采用這些色相的搭配，且試驗(yàn)圖設(shè)色時只基于螺旋調(diào)和秩序，其他色相、其他調(diào)和秩序的色彩辨識規(guī)律還有待研究。

(3) 由于問卷全部通過網(wǎng)絡(luò)收集，受試者所用顯示器的分辨率、顏色顯示條件可能不同，且無法得知受試者是否獨(dú)立答題或期間存在中斷，但也驗(yàn)證了試驗(yàn)圖在不同顯示條件下的適用性與穩(wěn)定性。

(4) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源較為單一，僅來自問卷，雖然試驗(yàn)樣本量較大(有效樣本490份)，試驗(yàn)結(jié)果在一定程度上也體現(xiàn)了客觀性，但仍然可能存在一定程度的主觀影響。眼睛的運(yùn)動可以反映大腦處理信息的過程[28]。利用眼動裝置獲取受試者讀圖時的注視、掃視、瞳孔大小等數(shù)據(jù)，分析其掃視路徑、響應(yīng)時間、讀圖負(fù)擔(dān)等，從而分析其視覺認(rèn)知策略與規(guī)律，是如今視覺認(rèn)知試驗(yàn)常用的方法，例如文獻(xiàn)[29]設(shè)計(jì)眼動試驗(yàn)研究遙感影像底圖中AOI的搜索效率與準(zhǔn)確性；文獻(xiàn)[30]利用眼動試驗(yàn)探究用戶在2D與3D地圖中的認(rèn)知策略差異。因此需要設(shè)計(jì)眼動試驗(yàn)對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，使結(jié)論更加客觀。

4 結(jié) 論

本文基于色差，設(shè)計(jì)了一系列分級設(shè)色方案，并開展視覺認(rèn)知試驗(yàn)探究數(shù)字環(huán)境下分級設(shè)色適宜的色差模式。試驗(yàn)結(jié)果表明，各級間色差相等時，色差值增大能夠提高讀圖準(zhǔn)確性；各級間色差遞增的模式不利于顏色辨識；色差先增大后減小的模式值得推薦，它們大多在同組中正確率最高，甚至高于各級間色差均為10的色階。圖斑面積分布的均勻程度對顏色辨識準(zhǔn)確性的影響并不顯著。色階的總色差值與色彩過渡的協(xié)調(diào)性可能呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。這些結(jié)論為分級設(shè)色設(shè)計(jì)提供了一些可行的參考意見，既要使讀圖者能夠準(zhǔn)確地對應(yīng)、區(qū)分圖中的顏色，又需要盡量考慮地圖整體的色彩協(xié)調(diào)性。先增大后減小的色差變化方式是值得推薦的，它可以在總色差相對較小、色彩協(xié)調(diào)性較高時產(chǎn)生良好的讀圖準(zhǔn)確性。

試驗(yàn)還存在部分內(nèi)容有待完善，3.5小節(jié)中也提到一些局限之處,據(jù)此提出對后續(xù)研究的展望：①探究更復(fù)雜的底圖、不同色相、不同色彩調(diào)和秩序下的色彩辨識規(guī)律，以驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)論的普適性；②進(jìn)一步研究相同色差下，基于不同色彩調(diào)和秩序設(shè)計(jì)的色階是否有同樣的辨識效果；③設(shè)計(jì)眼動試驗(yàn)對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，增強(qiáng)結(jié)論的客觀性。