饒錦鋒　王軍鋒

[摘要]為了彌補(bǔ)目前消防車配色方法的缺陷，以色彩的基本原理和基本配色方法為啟示，分析了消防車這一特種車輛色彩搭配對人群的生理和心理影響，并結(jié)合某消防車廠的涂裝設(shè)計(jì)過程為例，論述了新的配色方法的必要性和可行性。在此基礎(chǔ)之上，提出了一種新的計(jì)算機(jī)輔助配色方法，以提高消防車行業(yè)在設(shè)計(jì)過程中的配色效率。新的方法包括：根據(jù)色彩調(diào)和選擇色彩和根據(jù)映射關(guān)系來為消防車賦色。并以某型消防車為例，開發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)輔助配色工具系統(tǒng)。

[關(guān)鍵詞]消防車；配色設(shè)計(jì)；色彩調(diào)和；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

[DOI]1013939/jcnkizgsc201533178

1序言

計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)（CAID）是在傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程中引入了計(jì)算機(jī)，利用它的數(shù)據(jù)處理能力和圖形圖像技術(shù)來加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)的周期。CAID涉及產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)、配色設(shè)計(jì)、材料與材質(zhì)設(shè)計(jì)、制造與加工設(shè)計(jì)、人機(jī)工程設(shè)計(jì)、人機(jī)功效的評價與定量分析以及工業(yè)設(shè)計(jì)的其他方面等[1]。色彩是影響產(chǎn)品外觀品質(zhì)的重要因素之一，產(chǎn)品的配色設(shè)計(jì)受到了各類產(chǎn)品制造商的重視。消防車是用于在火災(zāi)突發(fā)時滅火的主要工具之一，它的色彩搭配影響著消防員的工作效率，也影響著緊急狀況下道路行人對消防車進(jìn)行避讓的情況[2]。目前三維設(shè)計(jì)平臺的色彩工具僅僅支持最基本的色彩選擇功能，而對產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的單獨(dú)賦色要靠設(shè)計(jì)師手動完成。

大部分消防車的設(shè)計(jì)開發(fā)都是由技術(shù)工程師和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師完成的，他們?nèi)狈ο嚓P(guān)的配色設(shè)計(jì)知識，也沒有有效的設(shè)計(jì)工具來幫助他們完成此項(xiàng)工作。消防車的零部件數(shù)量非常大，傳統(tǒng)的配色設(shè)計(jì)及賦色方法效率非常低，無法考慮到多色調(diào)和的問題，這也會影響消防車設(shè)計(jì)的周期，延誤產(chǎn)品上市的時機(jī)[3]。筆者研究了設(shè)計(jì)師對消防車進(jìn)行色彩選擇和賦色的整個過程，并根據(jù)色彩調(diào)和理論提出了選擇色彩的方法。通過筆者提出的方法，相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以在同時考慮兩種，甚至多種色彩調(diào)和的情況下來為消防車選擇合理的色彩方案。另外，筆者還根據(jù)色彩——零部件映射關(guān)系提出了新的賦色方法，這種方法可以迅速地為消防車的多個零件進(jìn)行賦色，并根據(jù)這兩種方法建立了新的消防車配色設(shè)計(jì)模式。設(shè)計(jì)師、工程師及相關(guān)技術(shù)人員可以利用這種模式高效地對消防車進(jìn)行配色設(shè)計(jì)。筆者還以這種設(shè)計(jì)模式為指導(dǎo)，以SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件為平臺開發(fā)出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)工具集。

2消防車的色彩選擇方法

21消防車配色設(shè)計(jì)

消防車因其滅火原理和所使用滅火材料不同有不同分類，也因其實(shí)用場合和適用火災(zāi)大小的不同而有所差異。因此，如何根據(jù)消防車的構(gòu)成部分、使用場合來設(shè)計(jì)其色彩已成為一個重要的問題。通常來說，消防車屬于緊急情況用車，具有一定的警示作用。因此，消防車的色彩搭配中一定要有能起到警示作用的色彩。而在緊急情況下執(zhí)行任務(wù)的專業(yè)消防員都會因?yàn)榛馂?zāi)而精神緊張，如果由臨時性的非專業(yè)消防人員執(zhí)行滅火任務(wù)，其緊張程度會更嚴(yán)重，如何通過配色設(shè)計(jì)來緩解滅火人員的緊張情緒是一個非常重要的設(shè)計(jì)要點(diǎn)[4]。

由于國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，消防類汽車顏色一般以紅色為主色。紅色本身就能讓人血液流動加速，進(jìn)而產(chǎn)生沖動，因此，在輔助色和其他部件的顏色不能再使用高純度的暖色調(diào)顏色。低純度、低亮度的冷色調(diào)顏色，如藍(lán)色、綠色或中性的黑色都在一定程度上能讓人產(chǎn)生安靜，具有一定的穩(wěn)定情緒的作用。消防汽車整體車身的色彩搭配應(yīng)該以紅色為主色調(diào)，輔助搭配其他冷色調(diào)顏色，這樣也能使整體的車身效果更加符合人的審美要求，進(jìn)而使人產(chǎn)生愉悅的使用體驗(yàn)。

22色彩調(diào)和原則

色彩調(diào)和指通過面積大小、色調(diào)明暗等方面的調(diào)整，使得兩種或多種不同的顏色相互協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)符合人類審美的色彩搭配方案。傳統(tǒng)的色彩調(diào)和理論包括孟塞爾色彩調(diào)和理論（Munsell Color Harmony Theory）、奧斯特瓦爾德色彩調(diào)和理論（Ostwald Color Harmony Theory）、孟-斯賓瑟色彩調(diào)和理論（Moon&Spence Color Harmony Theory）等。在色彩空間選擇兩種或更多色彩進(jìn)行搭配，以達(dá)到色彩調(diào)和時應(yīng)該遵循特定的幾何關(guān)系。同時這些色彩也應(yīng)遵循特定的位置關(guān)系法則[5]。這些特定的法則指把純度環(huán)和色立體的幾何特征與色彩之間建立映射，以建立幾何特征與色彩之間的一一對應(yīng)關(guān)系。通過這種方法可以為某個配色設(shè)計(jì)對象選取多個調(diào)和色彩。傳統(tǒng)的色彩調(diào)和關(guān)系的特征包括兩色調(diào)和、三色調(diào)和和四色調(diào)和，調(diào)和色彩的相互關(guān)系如下表所示。

23色彩選擇方法

在對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時，色彩的數(shù)量不應(yīng)該太多，最好保持在四個顏色之內(nèi)。因此，消防車的配色設(shè)計(jì)可以通過傳統(tǒng)的色彩調(diào)和理論來有效地完成。在色彩空間中，每個顏色都有其特定的位置，為達(dá)到色彩協(xié)調(diào)，可選擇另外兩種或更多的搭配顏色，可以通過色彩調(diào)和原則來確定。在計(jì)算機(jī)輔助配色設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，應(yīng)該首先建立圖形化、易于觀察的色立體空間，然后才能在此基礎(chǔ)之上顯示出那些根據(jù)色彩調(diào)和理論，遵循某種數(shù)學(xué)表達(dá)式的多個色彩。

在進(jìn)行配色設(shè)計(jì)的過程中，只要設(shè)計(jì)師選擇了某個顏色作為主色調(diào)，那么就可以得到該顏色的精確位置，計(jì)算機(jī)輔助配色工具也就能根據(jù)特定的數(shù)學(xué)表達(dá)式計(jì)算出所需的其他顏色，然后再利用圖形技術(shù)將其顯示在色立體中[6]。例如，當(dāng)設(shè)計(jì)師選擇兩顏色夾角為120°的調(diào)和方式，選擇紅色作為消防車的主體顏色，那么該工具就能選擇出具有適合的純度黃色作為消防車的輔助搭配色，并將其賦予設(shè)計(jì)師已選中的零部件。同時，該工具也可以計(jì)算出其他可以與紅色形成協(xié)調(diào)效果的顏色，并把它顯示在色立體空間中。工具計(jì)算得出的每一個顏色都會根據(jù)設(shè)計(jì)師所選擇的色彩調(diào)和原則確定，其相對于第一次選中的主色調(diào)的位置是由相應(yīng)的調(diào)和原則計(jì)算而來的。該工具經(jīng)計(jì)算所得出的調(diào)和色會根據(jù)用戶初次所選擇顏色的改變而有所變化。當(dāng)所有的選擇操作完成，該工具會根據(jù)計(jì)算所得的顏色加上初始主色為消防汽車進(jìn)行賦色。色立體空間具有良好的人機(jī)交互體驗(yàn)，設(shè)計(jì)師可以隨意地移動、旋轉(zhuǎn)、縮放色立體模型，以更清晰、更詳細(xì)地觀察所選顏色。

在傳統(tǒng)的配色設(shè)計(jì)方法中，設(shè)計(jì)師往往是通過為單個零部件進(jìn)行賦色，然后再觀察整體賦色效果，這中間要經(jīng)過多次的調(diào)整，且對配色效果的決策非常主觀，具有不確定性和不可再操作性。筆者提出的色彩搭配方法可以有效地幫助設(shè)計(jì)師在確定了主色彩基調(diào)之后能快速、高效地選取其他搭配顏色，以最終確定色彩搭配方案，所開發(fā)的工具能有效地提升設(shè)計(jì)師的工作效率。對于一般不具有色彩搭配知識的工程和技術(shù)人員來說，此配色工具也能為他們提供良好的配色設(shè)計(jì)方案。

3消防車的賦色方法

31映射關(guān)系

色彩與消防車零部件之間的映射關(guān)系與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的樹結(jié)構(gòu)類似，映射關(guān)系通過消防車的數(shù)字模型與色彩數(shù)據(jù)建立。映射關(guān)系包括一個根節(jié)點(diǎn)、一些色彩節(jié)點(diǎn)以及零部件節(jié)點(diǎn)等。根節(jié)點(diǎn)位于最上層，色彩節(jié)點(diǎn)位于第二層，零部件節(jié)點(diǎn)位于第三層。第一層為第二層的父層級，第二層為第三層的父層級。所有屬于同一父層級的零部件擁有同樣的色彩特征，色彩特征決定了色彩節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的名稱為配色設(shè)計(jì)文件的命名。色彩節(jié)點(diǎn)的命名為色彩的名稱，其附屬數(shù)據(jù)是零部件的名稱和數(shù)量。零部件節(jié)點(diǎn)以零部件的名稱命名，與其相關(guān)的數(shù)據(jù)是它所屬的色彩節(jié)點(diǎn)信息。在配色工具啟動時，軟件系統(tǒng)讀取消防車的數(shù)據(jù)模型中的色彩數(shù)據(jù)和零部件數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括色彩的數(shù)量和名稱；零部件的名稱、數(shù)量和所屬的色彩層級等。在系統(tǒng)啟動后，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中對色彩搭配方案進(jìn)行調(diào)整，以確定映射關(guān)系時，色彩與消防車零部件之間的映射關(guān)系是由系統(tǒng)隨機(jī)建立的。

32賦色過程

在設(shè)計(jì)師完成配色設(shè)計(jì)后，系統(tǒng)重新讀取消防車的數(shù)據(jù)模型，并首先更新其色彩節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)可根據(jù)色彩來尋找或搜索某個擁有此色彩的零部件，并可以通過鼠標(biāo)的操作將零部件移動到另外的色彩節(jié)點(diǎn)之下。此時，移動后的零部件就擁有了它所屬的新色彩節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，通過這種方法，設(shè)計(jì)師可以迅速地為消防車進(jìn)行配色設(shè)計(jì)。

4消防車配色設(shè)計(jì)過程

筆者開發(fā)的配色工具包括兩個模塊：色彩選擇模塊和賦色模塊。色彩選擇模塊根據(jù)色彩調(diào)和原則為設(shè)計(jì)師提供配色方案。賦色模塊根據(jù)色彩與消防車零部件之間的映射關(guān)系實(shí)現(xiàn)賦色功能。色彩信息通過色彩選擇模塊傳遞給賦色模塊。賦色模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維造型設(shè)計(jì)平臺數(shù)據(jù)，并建立色彩與零部件之間的映射關(guān)系。它還可以用來修改零部件的色彩信息，圖1所示為配色工具的框架結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)師首先確定消防車配色設(shè)計(jì)文件的零部件數(shù)量，并同時確定色彩節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。之后就可以編輯色彩與零部件之間的映射關(guān)系。在此過程中，設(shè)計(jì)師可以直接利用鼠標(biāo)對零部件節(jié)點(diǎn)進(jìn)行移動操作，使其位于色彩節(jié)點(diǎn)之下。配色工具根據(jù)色彩調(diào)和原則提供了不同的配色方案供設(shè)計(jì)師選擇。在設(shè)計(jì)師選擇了主色調(diào)之后，配色工具會進(jìn)而計(jì)算相應(yīng)的輔助色，并在色相環(huán)上顯示其位置。設(shè)計(jì)師也可以根據(jù)調(diào)整色彩位置對色彩進(jìn)行微調(diào)，直至得到滿意的結(jié)果為止。圖2是利用配色工具對消防車進(jìn)行配色設(shè)計(jì)的工作流程。

5案例應(yīng)用

為了驗(yàn)證論文開發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助消防車配色設(shè)計(jì)工具，筆者基于論文的研究成果開發(fā)了相應(yīng)的配色工具，并在某消防車配色設(shè)計(jì)車間進(jìn)行了工具有效性的驗(yàn)證。圖3所示為該廠生產(chǎn)裝配的某型消防車，配色車間的設(shè)計(jì)師利用筆者開發(fā)的工具對消防車的三維模型進(jìn)行了配色設(shè)計(jì)，并取得了良好的視覺效果。在整個配色設(shè)計(jì)的過程中，該工具的人機(jī)交互設(shè)計(jì)也深得配色設(shè)計(jì)師的肯定。

6結(jié)論

本文研究了計(jì)算機(jī)輔助配色設(shè)計(jì)理論，并基于研究成果開發(fā)了相應(yīng)的配色設(shè)計(jì)工具。以某型消防車的配色設(shè)計(jì)過程為例，驗(yàn)證了該配色工具的有效性和實(shí)用性。該工具實(shí)現(xiàn)了高效的色彩選擇和賦色過程，提高了設(shè)計(jì)師、工程師和其他工程人員的工作效率。同時，該工具的普及和應(yīng)用將在一定程度上提高利用企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)效率，為企業(yè)節(jié)省成本，提高收益。

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