軍用座艙賦色原則研究*

蘇 勝 ，宋志強(qiáng) ，閆 敏 ，顧 森

(1.西安工業(yè)大學(xué) 藝術(shù)與傳媒學(xué)院，西安 710021； 2.西安翻譯學(xué)院 藝術(shù)學(xué)院，西安 710105；3.西安工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，西安 710021；4.河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院 智能工程學(xué)院，鄭州 451191)

色彩設(shè)計(jì)在軍事領(lǐng)域內(nèi)通常被忽視，但色彩對軍事人員的影響卻是不容忽視。軍用座艙色彩設(shè)計(jì)是作業(yè)人員在作業(yè)時(shí)實(shí)現(xiàn)體驗(yàn)性，舒適性、高效性、安全性等特殊功能的重要構(gòu)成基礎(chǔ)[1]。文獻(xiàn)[2-4]以人機(jī)工程學(xué)、色彩心理學(xué)理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用視感知、色彩調(diào)和理論、結(jié)合色彩對艙室功能特點(diǎn)及人員的心理適度與改善作用，提出了艙室環(huán)境色彩搭配方案、艙室色彩搭配基本原則，但以上研究對于艙室色彩搭配只是針對于色彩屬性及構(gòu)成三要素進(jìn)行展開分析，其研究方法較為陳舊、評價(jià)結(jié)果相對主觀片面性。文獻(xiàn)[5-6]通過分析用戶對色彩的意象感知，提出符合用戶意象需求的色彩布局設(shè)計(jì)方法，同時(shí)探討了軍用座艙中的色彩值、色數(shù)值、面積比重和位置分布形式等綜合因素對色彩意象的影響，并提出相應(yīng)色彩設(shè)計(jì)方案，但以上研究中沒有構(gòu)建出完整安全舒適的色彩情感環(huán)境空間，也沒有將色彩意向需求客觀地轉(zhuǎn)化為色彩賦色意向指導(dǎo)原則；文獻(xiàn)[7-10]采用了遺傳算法、灰色理論、模糊數(shù)學(xué)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等分別應(yīng)用到色彩設(shè)計(jì)的不同關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)上，但對軍用座艙色彩設(shè)計(jì)的針對性研究較少，且沒有相關(guān)系統(tǒng)的軍用艙室配色方法。

鑒于此，文中采用變異系數(shù)法和感性工學(xué)理論分析乘員對軍用座艙色彩因子意向性選擇決策，獲取軍用座艙色彩因子權(quán)重偏向次序，分別建立開敞型、半開敞型、封閉型軍用座艙中皮膚色、填充物色、特殊色三種賦色區(qū)域的色彩設(shè)計(jì)因子空間，并依次總結(jié)賦色意向指導(dǎo)原則，探討一種符合軍事人員對座艙色彩的意向性、構(gòu)建安全舒適效率的色彩環(huán)境和情感空間、滿足軍事人員情感需求的軍用座艙色彩設(shè)計(jì)，從而提升座艙內(nèi)部色彩質(zhì)量、縮短設(shè)計(jì)周期。

1 軍用座艙色彩設(shè)計(jì)因子模型構(gòu)建

本文軍用座艙屬于特殊類型空間，因此依據(jù)空間學(xué)分類法將軍用座艙劃分為開敞型軍用座艙、半開敞型軍用座艙、封閉型軍用座艙；其中，開敞型與半開敞型軍用座艙取決于有無側(cè)邊界及側(cè)邊界的圍合程度封閉空間則各方位邊界圍合封閉。在軍用座艙顏色空間中，依據(jù)視知覺、色彩學(xué)及軍用座艙特種空間的功能與分類進(jìn)行歸納演繹，將軍用座艙賦色劃分皮膚色、填充物色、特殊色三種區(qū)域。皮膚色區(qū)域是指軍用座艙整體的主要顏色分布區(qū)域，填充色區(qū)域?yàn)樽酪蔚冉缑骖伾珔^(qū)域，特殊色區(qū)域?yàn)檎w顏色添加點(diǎn)綴的賦色點(diǎn)睛區(qū)域。

依據(jù)軍用座艙分類及賦色區(qū)域劃分，采用變異系數(shù)法賦權(quán)的方式對軍用座艙顏色空間進(jìn)行賦色。其中，軍用座艙顏色空間是由很多色彩基因構(gòu)造，是通過色彩基因模型中交叉、變異等遺傳形成具有映射關(guān)系的色彩空間結(jié)構(gòu)。在軍用座艙色彩設(shè)計(jì)基因構(gòu)造中，顯、隱性基因是色彩基因中的核心基因[11]。顯性基因是指感官系統(tǒng)可直觀感受，如軍用座艙中視知覺、色彩認(rèn)知；隱性基因是指與個(gè)體認(rèn)知與內(nèi)涵，如軍用座艙中色彩文化。依據(jù)軍用座艙分類標(biāo)準(zhǔn)及賦色區(qū)域劃分，將皮膚色、填充物色、特殊色賦色區(qū)域中的顯、隱性基因進(jìn)行基因模型預(yù)測構(gòu)建。為有效構(gòu)建軍用座艙色彩設(shè)計(jì)因子基礎(chǔ)模型，文中采用定性和定量相結(jié)合的方法，進(jìn)行軍用座艙皮膚色、填充物色、特殊色賦色區(qū)域中視知覺因子提取、色彩認(rèn)知因子提取、色彩文化因子提取、得到軍用座艙色彩設(shè)計(jì)因子空間，從而將其運(yùn)用于某型軍用座艙色彩設(shè)計(jì)案例中，軍用座艙色彩設(shè)計(jì)因子提取模型構(gòu)建，如圖1所示。

圖1 軍用座艙色彩設(shè)計(jì)因子模型

2 軍用座艙色彩設(shè)計(jì)因子提取

2.1 視知覺因子

HSB色彩模式是色彩視知覺感受的量化模型，其中H(Hue)為色相包含冷色系、暖色系、中性色系，S(Saturation)為飽和度包含低飽和度、中飽和度、高飽和度，B(Brightness)為明度包含低明度、中明度、高明度[12]。為定量與定性地分析軍用座艙色彩，因此，將冷色系、暖色系、中性色系、低飽和度、中飽和度、高飽和度、低明度、中明度、高明度作為視知覺因子類目，即提取視知覺因子。

2.2 色彩認(rèn)知因子

由于色彩會(huì)引發(fā)作業(yè)人員的心理認(rèn)知，依據(jù)軍用座艙色彩劃分，建立色彩區(qū)域范圍[13-14]。由于色彩區(qū)域具有視覺特性，為了直觀的了解乘員對軍用座艙色彩認(rèn)知的偏向性，通過文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)、雜志搜索整理，利用感性工學(xué)方法，歸納出軍用座艙色彩區(qū)域中的典型色系類目，即提取色彩認(rèn)知因子。

2.3 色彩文化因子

色彩作為軍事文化重要視覺元素之一，是由多感官共同作用產(chǎn)生的，涉及到認(rèn)知心理學(xué)、社會(huì)學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，反映了軍用座艙色彩傾向性。在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，感性意象是最早用于色彩設(shè)計(jì)中，色彩文化因子提取是挑選適用于軍用座艙色彩最具代表性的意象詞匯，通過意象詞匯收集，結(jié)合意向尺度法建立語義差分調(diào)查問卷，以作為評估標(biāo)準(zhǔn)對樣本詞匯進(jìn)行分析，即提取色彩文化因子。

2.4 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型

2.4.1 權(quán)重指標(biāo)選取

通過上文所述軍用色彩設(shè)計(jì)因子模型構(gòu)建中，確定選取以色彩基因模型交叉、變異等遺傳形成具有映射關(guān)系的色彩空間顯性、隱性基因構(gòu)造中的皮膚色、填充物色、特殊色為首要權(quán)重目標(biāo)，以影響首要權(quán)重目標(biāo)中的視知覺因子、色彩認(rèn)知因子、色彩文化因子分叉變異因子為次要權(quán)重目標(biāo)，以影響次要權(quán)重目標(biāo)為底層權(quán)重目標(biāo)。其權(quán)重指標(biāo)選取分叉、變異模型如圖2所示。

圖2 軍用座艙變異、分叉型權(quán)重指標(biāo)模型

2.4.2 基于變異系數(shù)的指標(biāo)權(quán)重確定

文中采用變異系數(shù)法來獲取客觀權(quán)重,變異系數(shù)法基于指標(biāo)值求解對應(yīng)指標(biāo)的均值與標(biāo)準(zhǔn)差,由此確定指標(biāo)的變異系數(shù),再由變異系數(shù)求解指標(biāo)的權(quán)重[15-16]。

計(jì)算相應(yīng)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，并通過相應(yīng)的變異系數(shù)如式(1)求出各個(gè)因子的變異系數(shù)：

(1)

(2)

(3)

(4)

3 軍用座艙色彩設(shè)計(jì)權(quán)重分析

3.1 樣本收集及因子權(quán)重分析

3.1.1 軍用座艙色彩設(shè)計(jì)樣本收集

通過軍用座艙空間的分類，主要對開敞型軍用座艙、半開敞型軍用座艙、封閉型座艙樣本收集，通過一定規(guī)模樣本歸納色彩趨勢范圍。文中通過文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)等方式搜集軍用座艙樣本；在不考慮光照、材質(zhì)的前提下，對座艙樣本進(jìn)行篩選；采用歐式距離結(jié)合直方圖相交法計(jì)算樣本相似度，將相似度高的歸位一類，最終選取軍用座艙典型樣本。

3.1.2 因子權(quán)重分析提取

根據(jù)軍用座艙典型樣本，數(shù)據(jù)指標(biāo)體系分為3個(gè)權(quán)重目標(biāo)層，19個(gè)底層權(quán)重層，采用計(jì)算機(jī)圖形圖像處理軟件，按照軍用座艙典型樣本色彩區(qū)域劃分對色彩進(jìn)行采樣，將采樣的色彩數(shù)值轉(zhuǎn)化為HSB數(shù)值，計(jì)算每個(gè)因子對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差及平均數(shù)，從而依據(jù)章節(jié)2.4.2變異系數(shù)法獲取變異系數(shù)，計(jì)算得出的變異系數(shù)見表1。

表1 因子權(quán)重變異系數(shù)

3.1.3 視知覺因子權(quán)重分析

在軍用座艙典型樣本中皮膚色、填充物色、特殊色賦色區(qū)域內(nèi)，軍用座艙典型樣本視知覺感受以HSB色彩模式為量化模型，HSB色彩模型選取及評價(jià)以暖色、中性色、冷色、低飽和度、中飽和度、高飽和度、低明度、中明度、高明度為提取座艙色彩視知覺設(shè)計(jì)因子類目。

設(shè)計(jì)問卷調(diào)查表，邀請45位士兵、設(shè)計(jì)師、專家填寫調(diào)查問卷，請受訪者選擇認(rèn)為最重要的視知覺設(shè)計(jì)類目。依據(jù)帕累托二八定律最優(yōu)法則選取累積頻率0%～80%內(nèi)為重要因素，80%～100%為輔要因素，即重要因素為冷色、中飽和度、中明度、中性色、低飽和度、暖色。最終視知覺因子最優(yōu)權(quán)重統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見表2。

表2 視知覺因子最優(yōu)權(quán)重統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.1.4 色彩認(rèn)知因子權(quán)重分析

根據(jù)軍用座艙典型樣本，采用計(jì)算機(jī)圖形圖像處理軟件，按照軍用座艙典型樣本色彩區(qū)域劃分對色彩進(jìn)行采樣，將采樣的色彩數(shù)值轉(zhuǎn)化為HSB數(shù)值，依據(jù)色彩心理學(xué)及感性工學(xué)方法對座艙色彩數(shù)值進(jìn)行多維度分析，得出軍用座艙色彩色相H為0～100，150～200色系區(qū)間內(nèi)；S為1～40色系區(qū)間內(nèi)；B為5～90色系區(qū)間內(nèi)，進(jìn)行色系劃分，建立色系區(qū)域，其中X軸為0～100飽和度S；Y軸為0～100明度B；Z軸為0～360度色相H，HSB色系區(qū)域如圖3所示。

圖3 HSB色彩區(qū)域

設(shè)計(jì)問卷調(diào)查表，采用9分制形式請受訪者對色系類目進(jìn)行打分，將數(shù)值進(jìn)行均值計(jì)算后填入綜合賦權(quán)中，得到各色彩認(rèn)知因子同級權(quán)重值，總體排序?yàn)榍嗨{(lán)、靛青、黃、藍(lán)、綠、中性色系。主要集中在后四類。色彩認(rèn)知因子權(quán)重占比分析見表3。

表3 色彩認(rèn)知因子權(quán)重

3.1.5 色彩文化因子權(quán)重分析

多渠道搜集軍用相關(guān)艙室，從中找出適用于描述軍用相關(guān)座艙的意象語義，經(jīng)語義差異法初步篩選32個(gè)意象詞匯，根據(jù)KJ法，是一種能夠依據(jù)關(guān)聯(lián)性分出不同層級，明確信息、條件間的所屬對應(yīng)關(guān)系等雜亂信息，并進(jìn)行歸納總結(jié)的方法，將收集的意象詞匯進(jìn)行篩選歸類，最終確立四組色彩意象類別，分別為X1(人性，緊迫，深沉，冰冷，和諧)、X2(穩(wěn)重，舒適，安全，柔和，溫馨)、X3(解壓，有序，現(xiàn)代，大氣，科技)、X4(成熟，寧靜，清爽，輕快，理性)，采用9分制形式請受訪者色系類目進(jìn)行打分，將數(shù)值進(jìn)行均值計(jì)算后填入賦權(quán)中，得到各色彩文化因子同級權(quán)重值，總體排序?yàn)閄1，X4，X3，X2，占比最重為X1，為了證實(shí)權(quán)重的準(zhǔn)確性，色彩文化因子權(quán)重占比分析，見表4。

表4 色彩文化因子權(quán)重分析

4 軍用座艙色彩設(shè)計(jì)因子權(quán)重分析結(jié)果及賦色意向原則

將上述所述的視知覺因子、色彩認(rèn)知因子、色彩文化因子權(quán)重依據(jù)結(jié)構(gòu)層進(jìn)行編號(hào)，建立軍用座艙色彩設(shè)計(jì)因子模型層次結(jié)構(gòu)，見表5。為了對軍用座艙設(shè)計(jì)因子選擇全局權(quán)重分析，繼續(xù)邀請45位士兵、設(shè)計(jì)師、專家采用九級標(biāo)度法對全局因子重要性進(jìn)行比對，分別以皮膚色B1、填充物色B2、特殊色B3因子為對象，對構(gòu)造判斷比矩陣，避免受試者主觀判斷進(jìn)行一次性檢驗(yàn)，得出全局因子權(quán)重?cái)?shù)值，綜合分析結(jié)果，見表6。

表5 軍用座艙色彩設(shè)計(jì)因子層次結(jié)構(gòu)

表6 權(quán)重分析結(jié)果

根據(jù)表6所示，在B1，B2，B3中，全局權(quán)重下B1因子最高，B3因子次之，B2因子最低。在顯、隱基因C1，C2中，全局權(quán)重下C1因子均大于C2因子。在皮膚色因子中，C1與C2的權(quán)重差值要略大于特殊色及填充物色；在次要權(quán)重目標(biāo)視知覺因子D1、色彩認(rèn)知因子D2、色彩文化因子D3中，D3因子在全局中均占據(jù)很大權(quán)重，在底層權(quán)重目標(biāo)中，權(quán)重比例E2，E5，E6，E8，E9，E16，E17，E18，E19權(quán)重相對較高。

經(jīng)過上述權(quán)重結(jié)果顯示及分析，在軍用艙室色彩賦色中，具體色彩賦色指導(dǎo)原則如下：

① 皮膚色B1>特殊色B3>填充物色B2、因此在座艙色彩設(shè)計(jì)中需注重皮膚色、特殊色的色彩模式及色彩心理感知的運(yùn)用。

② 顯性C1>隱性C2，因此，考慮色彩認(rèn)知及色彩模式，考慮色彩的文化屬性。

③ 以人性、緊迫、深沉、冰冷、和諧色彩因子為座艙色彩功能意象關(guān)鍵詞為首要目標(biāo)進(jìn)行色彩設(shè)計(jì)。

④ 以中性色相、中飽和度、中明度色彩模式進(jìn)行色彩設(shè)計(jì)；以中性色系、黃色系、綠色系、藍(lán)色系區(qū)域?yàn)榇我繕?biāo)對軍用座艙色彩進(jìn)行賦色。

5 設(shè)計(jì)案例應(yīng)用

根據(jù)軍用座艙色彩設(shè)計(jì)因子權(quán)重分析，將軍用座艙色彩設(shè)計(jì)因子提取模型應(yīng)用到某型座艙色彩設(shè)計(jì)中。結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程與方法，以某型軍用特種車輛駕駛室為設(shè)計(jì)實(shí)例，以軍用座艙色彩設(shè)計(jì)因子提取模型權(quán)重分析研究與結(jié)果為設(shè)計(jì)指導(dǎo)。色彩設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)軍用座艙色彩意象為人性、緊迫、

深沉、冰冷、和諧；座艙空間偏向中性色，因此次要目標(biāo)采用冷暖性結(jié)合方式配色，背景色使用冷色系，填充物色與特殊色搭配中性色或暖色系，這種色系設(shè)計(jì)在心理上能夠使乘員感到人性，增加緊迫感，以使效率有所提升；最后采用淺色搭配中飽和度方式，這種色彩搭配能夠增固座艙空間的平衡性與穩(wěn)定感，有利于緩解乘員焦慮感，獲得安全與舒適感。某型座艙色彩設(shè)計(jì)案例，如圖4所示。

圖4 某型座艙色彩設(shè)計(jì)案例Fig.4 A case of color design of a certain type of cockpit

6 結(jié) 論

1) 文中以變異系數(shù)法對軍用座艙構(gòu)建軍用座艙色彩設(shè)計(jì)因子提取模型，從開敞型、半開敞型、封閉型三種典型軍用座艙樣本中的皮膚色區(qū)域、填充物色區(qū)域、特殊色區(qū)域的權(quán)重方向出發(fā)，將軍用座艙色彩設(shè)計(jì)分為顯性影響因子和隱性重要影響因子兩個(gè)方面，并將皮膚色、填充物色、特殊色賦色區(qū)域中的顯、隱性基因進(jìn)行基因模型預(yù)測構(gòu)建。

2) 通過文中方法，能夠有效縮短色彩設(shè)計(jì)周期，降低色彩運(yùn)用的不確定性，有效提升軍用座艙色彩設(shè)計(jì)效率，約束軍用座艙色彩風(fēng)格意象，提升軍用座艙色彩設(shè)計(jì)可識(shí)別性，降低軍用座艙設(shè)計(jì)過程中的主觀片面性，從而更加便捷、高效的提供色彩設(shè)計(jì)方案，從而總結(jié)出軍用座艙的色彩賦色原則。

3) 將總結(jié)出的色彩賦色原則應(yīng)用于某型座艙色彩設(shè)計(jì)中，以此證明該原則的可行性，也可為軍用、民用的研究所或生產(chǎn)企業(yè)軍用座艙色彩設(shè)計(jì)提供新的理論方法和依據(jù)，為后續(xù)研究奠定一定基礎(chǔ)。由于軍用座艙色彩涉及因素眾多，文章只針對一維空間色彩關(guān)系設(shè)計(jì)，而忽略色彩場景的多樣性，因此在后續(xù)研究中考慮環(huán)境多樣性進(jìn)行色彩權(quán)重分析進(jìn)而進(jìn)行座艙色彩設(shè)計(jì)。