王 安 蔡建國

浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院 杭州 311300

色彩是第一視覺語言，在審美活動中占據(jù)舉足輕重的地位[1]。景觀色彩研究通常將色彩分為自然色、半自然色、人工色[2]。植物景觀色彩屬自然色范疇，是景觀中最生動靈活的元素，它因時而變，伴隨春華秋實順應(yīng)四時變遷，賦予整體景觀流動的生命體征，是景觀美學(xué)的重要研究對象。過去對植物景觀色彩的描述以定性語言描述為主，近年來，采用定量方法描述色彩已經(jīng)成為色彩研究的總體趨勢。本文通過梳理近年來國內(nèi)外植物景觀色彩量化研究相關(guān)文獻，總結(jié)量化方法，分析存在問題，探討未來發(fā)展趨勢，以期為今后植物色彩量化、植物配色分析和智能配色設(shè)計提供一定參考。

1 色彩量化及色彩空間

1.1 色彩量化

“色彩量化”的概念脫胎于計算機圖像學(xué)，是指根據(jù)某種特定規(guī)律選擇n種色彩組成新調(diào)色板，再根據(jù)新調(diào)色板重建圖像[3]。簡言之，色彩量化是一個化繁為簡的過程。人眼可識別400～760 nm波段內(nèi)1000萬種以上色彩信息[4]，國際照明委員會在1931年給出的CIE 1931 xy色度圖囊括了人眼視域范圍的所有色彩。盡管目前計算機、數(shù)碼相機圖像通常采用的sRGB或AdobeRGB色彩空間的色域范圍小于人眼色域，但其涵蓋的色彩信息依然過于復(fù)雜。通過色彩量化，研究者可以按照植物色彩特點重新分類和標定色彩[5]，達到以較少色彩數(shù)量歸納整理植物色彩的效果，便于后續(xù)展開色彩調(diào)和規(guī)律的探索。

1.2 色彩空間

色彩的三大特征屬性為色相、明度、飽和度，是在1845年由格拉斯曼依照人類視覺對色彩的感知概括而來[6]。在此基礎(chǔ)上，1898年美國藝術(shù)家阿爾伯特·孟塞爾(Albert H.Munsell)創(chuàng)立了首個將色相、明度和飽和度分離成感知均勻和獨立的尺度，在三維空間中表達顏色關(guān)系的色彩系統(tǒng)，為定量化色彩研究奠定了基礎(chǔ)[7]。為適應(yīng)顯像需要，20世紀以來色彩空間層出不窮，常用的色彩空間有RGB、HSB、CMYK、CIELAB(Lab)等，這些色彩空間的特征及優(yōu)缺點如表1所示。

表1 色彩空間的特征和優(yōu)缺點

1.3 色彩空間在植物景觀色彩量化中的應(yīng)用

植物景觀色彩量化在色彩空間基礎(chǔ)上展開，目前在色彩量化中應(yīng)用的色彩空間較為雜亂，沒有形成統(tǒng)一形式。莫訓(xùn)強等[8]在北方早春野生花卉色彩標定時使用了RGB空間；李欣等[9]使用CMYK空間對觀賞海棠葉、果、花的色彩進行標記；更多學(xué)者認為HSB空間更符合人眼對色彩的感知，采用HSB空間對植物景觀色彩進行定量描述[10-12]；譚明[13]提出應(yīng)在色彩量化時根據(jù)需求選擇色彩空間，如針對色彩物理屬性和視覺效果，采用CIELAB計量模型，設(shè)置D65固定光源計量色彩更加科學(xué)準確，而針對色彩視覺屬性定量研究則更適用HSB空間。

當(dāng)前植物景觀色彩量化研究尚處于起步階段，未有充足論據(jù)證明哪種色彩空間最適合表達植物色彩。但已有學(xué)者注意到色彩空間不統(tǒng)一對植物色彩量化推廣的不利影響。Hernández-Hernández等[14]在研究土壤和植物圖像分割時比較了常用的9種色彩空間(HSL、HSV、I1I2I3、Lab、Luv、TSL、XYZ、YCrCb和YUV)的準確度，得出Lab和Luv色彩空間在圖像處理速度和精度上表現(xiàn)較好，并指出該研究結(jié)果在雜草控制、水果和蔬菜色彩量化和衛(wèi)星圖像處理等方面都有廣闊的應(yīng)用前景。目前不同色彩空間對植物景觀色彩量化適用性的研究較少，未來還需要進行更多比較研究去論證。

2 色彩量化方法

2.1 比色卡取色法

比色卡取色法是最早出現(xiàn)的色彩獲取方法。該方法以人眼作為識別媒介，比較目標與色卡色彩，找出最接近的色號標記目標色彩。由于操作簡單，目前仍有不少學(xué)者使用此法獲取植物色彩。常用的比色卡有RHS色卡[15]、孟賽爾色卡[16]、NCS色卡[17]、PANTONE色標[18]等。有學(xué)者指出該方法存在受觀測者辨色能力影響大、色彩精度低、處理大量色彩時效率低等缺點[19]。余孟驍[20]使用NCS色卡對西蜀衙署園林景觀進行量化取色時嚴格區(qū)分了固有色和觀察色，他指出，比色卡只能獲取測試距離0.5 m以內(nèi)的固有色，對于觀察視距超過3 m，并添加了環(huán)境因素影響的觀察色，則使用比色卡取色非常不嚴謹。

2.2 儀器測量法

色差儀、分光光度測色儀、光譜儀等都可以在給定光源下讀取植物的色彩，并以CIELAB色彩空間坐標來指示色彩參數(shù)。沈星誠等[21]在進行28個“日本紅楓”品種春季葉片色彩評價時，同時使用了RHS比色卡和X-Rite色差計，對兩者測得的色彩參數(shù)進行相關(guān)性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用比色卡獲取的數(shù)據(jù)擬合度較低，色差儀取色相對更加精準。儀器測量法最大的缺點在于需要近距離接觸取色，無法進行大尺度植物景觀取色。

2.3 軟件分析法

軟件分析法以數(shù)碼相機圖像為載體，導(dǎo)入計算機軟件讀取色彩信息，是伴隨信息技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生的最新色彩量化方法。在圖像采集過程中，拍攝環(huán)境、光照條件、觀測距離、相機感光元件性能等因素對圖像色彩質(zhì)量影響較大[19]，因此需要控制拍攝的天氣、時間、距離等條件處于相對一致水平[22]。不過目前也有最新研究表明:觀景距離對森林色彩無明顯影響，光照條件對景觀色彩的色相也無明顯影響，但會影響飽和度和明度[23]。國外學(xué)者使用不同型號的相機進行景觀色彩量化對比時發(fā)現(xiàn)，不同相機的顏色測量確實存在一些系統(tǒng)性的差異[24]。對此，有學(xué)者提出了色彩校正的做法，色彩校正可以確保不同型號相機顯示相同的色彩，確保顯示器能最大程度還原人眼見到的真實植物色彩[13]。

目前在植物景觀色彩量化中應(yīng)用的軟件有Adobe Photoshop、Colorimpact、AutoCAD、ArcGIS、Fragstats、ImageJ[25]、Matlab[26-27]、Python[28]等。 由表2可知，目前沒有一款專門為植物景觀色彩量化量身定制的軟件，使用軟件分析法應(yīng)根據(jù)色彩分析需求選擇具有相應(yīng)功能的軟件?？傮w而言，軟件分析法順應(yīng)智能和信息化處理的潮流，是色彩量化研究的總體趨勢，并且在大尺度大樣本的景觀色彩量化分析中具有絕對優(yōu)勢。

表2 色彩量化分析常用軟件功能比較

3 量化指標在不同尺度植物景觀中的應(yīng)用

在植物景觀色彩研究中可量化提取的色彩特征因子包括3類(表3):一是基于色彩空間的坐標通量值，比如RGB空間中的R/G比、CIELAB空間中的a或b通道值；二是基于色彩調(diào)和及比例關(guān)系的色彩灰度級與透光率、主色彩比例、冷暖色比例等；三是基于色彩斑塊空間關(guān)系的色塊分布均勻程度、斑塊數(shù)量與密度等。

表3 常用色彩量化指標

以上量化指標適用于不同尺度的植物景觀研究。在植物器官或植物個體色彩量化中，經(jīng)常通過計算各色彩空間的通道值來揭示植物色彩變化規(guī)律，比如比較觀賞海棠品種色彩的差異、變化規(guī)律和穩(wěn)定性[29]，驗證a通道值與葉綠素含量的相關(guān)性[30]、判斷植物葉色最佳觀賞期[31]。研究植物組團色彩時更多使用色彩調(diào)和比例相關(guān)量化指標，目前在太子灣公園[32]、南京中山陵[33]、高校校園[34]中均已開展相關(guān)研究。大尺度森林景觀色彩研究多使用色彩空間格局相關(guān)指標，結(jié)合Matlab和ArcGIS軟 件 劃 分 色 彩 斑 塊，導(dǎo) 入Fragstats調(diào)用相關(guān)函數(shù)可以直接獲得色彩斑塊數(shù)量、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、分割度指數(shù)、蔓延度指數(shù)、板塊多樣性指數(shù)、斑塊均勻度指數(shù)、聚合度指數(shù)等數(shù)據(jù)，這種方法近些年在川西亞高山森林景觀[27]、九寨溝森林景觀[5]、八達嶺林場景觀[28]中出現(xiàn)應(yīng)用。

4 色彩量化的應(yīng)用價值

國內(nèi)外植物景觀色彩量化的應(yīng)用有很大的差別，國外學(xué)者主要側(cè)重于探尋植物色彩變化與其內(nèi)在生理機制的關(guān)聯(lián)，應(yīng)用量化手段監(jiān)測記錄植物色彩變化，以此推測植物的生理變化和生態(tài)、氣候變化；國內(nèi)學(xué)者更注重植物色彩與人體審美、心理的響應(yīng)，期望能通過色彩調(diào)和規(guī)律打造出更加優(yōu)美和諧的植物景觀?？傮w而言，國內(nèi)外植物景觀色彩量化成果的應(yīng)用大致分為4個方向。

1)植物品種色彩記錄以及色彩信息數(shù)據(jù)庫的建立。園林、園藝植物品種繁多，色彩復(fù)雜多變，通過色彩量化可以標準化描述記錄植物種類、植物品種的色彩信息。植物色彩具有動態(tài)變化特點，色彩量化可以統(tǒng)計不同時期的色彩信息，計算植物色彩最佳觀賞持續(xù)期[35]。收集這些色彩信息可以建立植物色彩信息數(shù)據(jù)庫，便于園藝學(xué)家培育新優(yōu)植物品種和景觀設(shè)計師調(diào)用某類植物的色彩特征。在長沙市常用園林植物色彩調(diào)查統(tǒng)計中，李偲[36]收集了38科70屬106種園林植物主要器官的四季NCS色彩值，并以此建立了長沙市常用園林植物色彩信息庫來指導(dǎo)未來的植物色彩設(shè)計。

2)作為植物生長狀況監(jiān)測和生態(tài)物候監(jiān)測的依據(jù)。植物表面色彩變化是其內(nèi)在生理變化的反映，國外學(xué)者利用植物色彩變化量化分析土壤肥力[37]、水果蔬菜的成熟度[38]、秋色葉初始期和持續(xù)期[39]以及某地區(qū)的生態(tài)氣候環(huán)境變遷對植物的影響。Archetti等[40]利用新英格蘭闊葉林中8個樹種的長期數(shù)據(jù)，建立了植物秋季葉片變色期和持續(xù)期與溫度和降水的關(guān)聯(lián)模型，并以此預(yù)測今后至2099年的新英格蘭秋季森林色彩變化情況。

3)植物景觀色彩配置評價和色彩調(diào)和規(guī)律探索。結(jié)合景觀色彩特征因子與景觀評價結(jié)果，分析公眾鐘愛的植物組合色彩調(diào)和模式，探索植物色彩配置和諧美規(guī)律是景觀領(lǐng)域最常見的做法。色彩定量分析的景觀評價研究有利于探尋景觀色彩美的搭配規(guī)律，為優(yōu)化植物景觀色彩配置提供借鑒。秦一心等[41]將色彩三要素定量劃分，探究單因素梯度變化對觀賞效應(yīng)的影響，證實了色彩三要素與觀賞效應(yīng)均成極顯著的相關(guān)性，其中明度是色彩構(gòu)成的最重要因素。

4)植物景觀色彩對人體生理、心理的響應(yīng)關(guān)系。色彩通過聯(lián)覺和通感對人體產(chǎn)生一系列的生理、心理反應(yīng)[42]，相較于定性語言描述色彩，量化后的色彩可以用色相、明度、飽和度等更精準的數(shù)字化語言聯(lián)系人體對植物景觀色彩的響應(yīng)，研究結(jié)果對森林康養(yǎng)、園藝療法、康復(fù)醫(yī)療環(huán)境的景觀設(shè)計都有重大的指導(dǎo)意義。目前這方面的色彩量化研究尚較欠缺，相關(guān)研究對色彩的描述仍停留在定性描述階段，未來需要進一步研究填充其空白。

5 展望

植物景觀色彩從定性研究轉(zhuǎn)向定量研究是大勢所趨，近年來植物色彩量化相關(guān)研究不斷涌現(xiàn)，園藝、景觀、林學(xué)、農(nóng)學(xué)等與植物相關(guān)的學(xué)科都開始關(guān)注植物色彩的定量研究，希望從植物色彩的微妙變化中探索和發(fā)現(xiàn)更多自然奧秘。這些植物色彩量化成果可應(yīng)用于建立植物色彩數(shù)據(jù)庫、生態(tài)氣候監(jiān)測與預(yù)測、探索色彩調(diào)和規(guī)律、色彩療法等多個技術(shù)領(lǐng)域。基于色彩數(shù)據(jù)化和計算機對數(shù)據(jù)的處理運用，可以預(yù)見未來這些量化成果將不再孤立應(yīng)用，而是形成一個融會貫通的系統(tǒng)，比如在景觀環(huán)境營造中，設(shè)計師可通過植物色彩數(shù)據(jù)庫挑選適宜的植物，并通過色彩調(diào)和規(guī)律生成多種植物色彩配置方案，針對景觀環(huán)境受眾的心理需要再進行色彩方案比選，在景觀落實建成后，還能繼續(xù)利用色彩來長期監(jiān)測環(huán)境氣候變化和植物生長狀況，并根據(jù)生長狀況和生態(tài)效益來考慮植物的增補或調(diào)整。當(dāng)然，要實現(xiàn)這種植物景觀的智能化設(shè)計和管理，目前的色彩量化研究還不夠深入，在色彩采集環(huán)境、取色設(shè)備調(diào)試、色彩空間表達上需要形成一套一致認可的流程和模式作為規(guī)范，今后還需要大量的植物色彩量化實踐去比較和篩選出最合理的植物色彩提取方法以及最適宜植物色彩表達的色彩空間。