數(shù)字化時代博物館色彩應(yīng)用跨媒介一致性研究

邱麗欣 宋文雯 宋立民

（1. 清華大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)研究中心色彩研究所，北京 100084；2. 清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院，北京 100084）

顏色是光作用于人眼引起的除形象以外的視覺特性，是一種視覺現(xiàn)象。對物體的顏色進行定量、科學(xué)、準(zhǔn)確的描述，不僅與顏色采集的準(zhǔn)確性、照明條件、觀察條件有關(guān)，還受觀察者的視覺生理、心理等因素的影響[1]。顏色只有以人的視覺感受為前提、以準(zhǔn)確的物理數(shù)值為基礎(chǔ)，才可以使顏色的一致性具有參考意義。色度學(xué)是研究顏色度量、計算的一門學(xué)科，是顏色科學(xué)領(lǐng)域的一個重要部分[2]，顏色的準(zhǔn)確測量、復(fù)制和傳遞都離不開色度學(xué)的支持。

博物館色彩應(yīng)用主要有博物館視覺形象設(shè)計（VI）、展陳設(shè)計、藝術(shù)衍生品設(shè)計、數(shù)字復(fù)制品、線上數(shù)字展等。色彩的應(yīng)用按照呈色原理可以分為物體色（surface color）和光色（self-luminous color），其中與物體色相關(guān)的有紙張、木材和織物表面的色彩（圖1），與光色相關(guān)的有LCD（Liquid Crystal Display）、OLED（Organic Light Emitting Diode ）、CRT （CathodeRayTube）顯示器、VR（Virtual Reality）、AR（Augmented Reality）[4]、全息投影等，如圖2所示的沉浸式藝術(shù)展覽和圖3所示的VR博物館都是光色的應(yīng)用。

圖1 大都會博物館色彩應(yīng)用——物體色應(yīng)用[3]。

圖2 數(shù)字藝術(shù)博物館——光色應(yīng)用[5]。

圖3 VR博物館——光色應(yīng)用[6]。

物體色是物體全部吸收或部分吸收某些波長的光、其余光經(jīng)過反射或透射進入人眼的綜合感受。物體色的呈現(xiàn)受多種因素的影響，例如物體表面肌理、物體大小、物體材料的反射特性以及照明條件等[7]。光色呈色原理是指電磁波直接作用于人眼時，人眼對一定波長范圍內(nèi)電磁波的反應(yīng)。

物體色和光色由于顯色原理不同（物體色遵循減色法，光色遵循加色法，如圖4所示）呈色媒介不同及影響色彩表現(xiàn)因素的多樣化，呈現(xiàn)出顏色也會不同?？偟膩碚f，光色的屏幕顯示設(shè)備一般依靠自發(fā)光方式顯示圖文，其色域與物體色色域既有重合又有區(qū)別（圖5）。

圖4 光色、物體色顯色原理。

圖5 光色與物體色顯色色域圖。

隨著數(shù)字化及顯示技術(shù)的發(fā)展，博物館的展覽方式也發(fā)生了變化，除傳統(tǒng)以物體色為主的展覽方式外，光色的展覽方式呈現(xiàn)出顯著增加的趨勢。如VR和AR成為近年來博物館較為流行的展覽方式，佛羅里達自然歷史博物館的大尺寸AR屏幕讓游客與真人大小的猛犸象互動，如圖6所示。佛羅里達州的肯尼迪航天中心宇航員的全息影像呈現(xiàn)在觀眾面前，使太空漫步栩栩如生（圖7）。倫敦泰特美術(shù)館與Facebook合作創(chuàng)建畫作相關(guān)AR 體驗（圖8）。美國國家自然歷史博物館發(fā)布了一款“Skin & Bones”的應(yīng)用程序，將 3D（Dimensions） 模型和動畫疊加到大廳中的骨骼上，這些增強功能突出動物的外表特征，吸引游客注意到動物的解剖特性（圖9）。

圖6 佛羅里達自然歷史博物館[8]。

圖7 佛羅里達州的肯尼迪航天中心宇航員的全息影像[9]。

圖8 倫敦泰特美術(shù)館AR體驗[10]。

圖9 美國國家自然歷史博物館Skin & Bones[11]。

博物館在線數(shù)字展、數(shù)字復(fù)制品也隨著數(shù)字時代的發(fā)展而發(fā)展，數(shù)字展和數(shù)字復(fù)制品是對實際展品的復(fù)制，其對色彩的準(zhǔn)確性及視覺一致性要求更高。如荷蘭阿姆斯特丹國家博物館的藏品《倒牛奶的女仆》（維米爾）就曾在互聯(lián)網(wǎng)上出現(xiàn)色彩不一的數(shù)字復(fù)制品（圖10），引起了較大的反響。如果博物館沒有采取必要的措施來修正博物館展品的數(shù)字復(fù)制品，那么這些色彩的呈現(xiàn)在視覺上將會出現(xiàn)一些偏差，缺乏真實的體驗，也削弱博物館對相關(guān)展品的權(quán)威性，甚至?xí)で^眾對真實展品的看法。目前互聯(lián)網(wǎng)中好多藝術(shù)品都存在色彩視覺不一致的現(xiàn)象（圖11）。

圖10 《倒牛奶的女仆》[12]。

圖11 《自畫像》和《被囚禁的獨角獸》[13]。

隨著跨媒介展示的多樣化，對顏色精確再現(xiàn)的需求不斷增加，確保不同媒介上的顏色外觀一致性變得尤為重要。因此，博物館色彩應(yīng)用的跨媒介一致性研究具有重要的意義，尤其對于藝術(shù)畫作的色彩準(zhǔn)確再現(xiàn)提供一定的理論參考。博物館色彩應(yīng)用的準(zhǔn)確性及視覺一致性離不開色度學(xué)的支持。Szucs等[14]使用色度計測量了同一藝術(shù)作品在同一顯示器不同瀏覽器上的Lab值并比較了色彩差異，得出不同瀏覽器之間的色彩顯示差異相對顯著。Song等[15]認(rèn)為觀察者對明度變化更寬容，對色相變化更敏感。Giesel等[16]對不同材料的紅、黃、藍(lán)、綠4種顏色做顏色視覺匹配試驗，結(jié)果表明，屏幕上顏色的明度和飽和度都與物體的顏色有一定的差別，但色相不會發(fā)生很大的偏差，即色相不會因色彩呈現(xiàn)方式的不同而發(fā)生大的變化。Sunaga等[17]發(fā)現(xiàn)屏幕上匹配的飽和度比物體飽和度的平均值更高。Doerschner等[18]研究證實色彩的存在場景多樣化會受到周圍色彩及照明條件的影響。Kagimoto 等[19]發(fā)現(xiàn)顏色三刺激值相等的兩個媒介的色彩在視覺上并不匹配。顏色在不同媒介中顯示出的色彩三屬性（色相、明度和飽和度）會存在一定的差異，影響顏色跨媒介顯示的條件較為復(fù)雜，與展示媒介、外部觀察條件都有較強的關(guān)聯(lián)。關(guān)于跨媒介色彩一致性的研究以及不同媒介的顏色匹配研究目前已有較多的探索，但在比較不同媒介色彩再現(xiàn)是否一致時的觀察條件并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

文章從色度學(xué)的原理出發(fā)，依靠分光光度計、分光輻射亮度計等專業(yè)的色彩采集、測量設(shè)備，在一定的條件下開展跨媒介色彩一致性的試驗研究，以期為博物館跨媒介色彩應(yīng)用的一致性提供一定的理論依據(jù)。

1 試驗

通過色度學(xué)試驗的方法，比較標(biāo)準(zhǔn)色卡物體色和標(biāo)準(zhǔn)顯示器光色的色彩差異。

1.1 試驗環(huán)境

整個實驗是在中性灰墻壁的標(biāo)準(zhǔn)暗室中進行，觀察者只看到顯示器發(fā)出的光（圖12）。

圖12 試驗環(huán)境。

1.2 試驗材料及準(zhǔn)備

孟塞爾色卡（色號如表1所示）：Munsell Book of Color-Matte Edition，孟塞爾色彩公司；分光輻射亮度計：CS-2000，柯尼卡美能達控股公司；分光光度計：Datacolor650，德塔；屏幕校色儀：Datacolor spyder 4 Elite，德塔。

表1 試驗用孟塞爾色卡編號

1.3 試驗步驟

（1） 從孟塞爾色卡中分別挑選紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫、黑、白、灰9種顏色的色卡。

（2） Datacolor spyder 4 Elite對暗室條件下的顯示器進行色彩校正。

（3） 采用分光光度計Datacolor650分別采集不同顏色色卡的xy值（xy 表示顏色的彩色特征，如表2所示）。

（4） 用分光輻射亮度計CS-2000在保持垂直的條件下測量Datacolor650采集到的色卡圖片（圖13）的xy值，如表2所示（為避免不同圖片打開應(yīng)用程序可能會帶來的色彩差異，試驗直接采用Datacolor650采集的色卡圖片作為顯示器測量色卡）。

圖13 試驗用孟塞爾色卡圖。

（5） 最后統(tǒng)計兩種媒介下的測量結(jié)果，并將xy值呈現(xiàn)在圖上進行分析。

如圖14所示，兩種媒介不同色相的色度差異可以得出孟塞爾色卡和標(biāo)準(zhǔn)顯示器所顯示色彩的色相、飽和度的差異并不顯著；可以得出物體色彩經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的采集、共享，可以保證色彩相對準(zhǔn)確地呈現(xiàn)在顯示屏上。雖然結(jié)果顯示色彩的色相和飽和度兩個媒介間差異不大，但試驗中發(fā)現(xiàn)顯示器上的色彩和實物色彩在視覺感知上有一定的差別，這種差別可能是由于不同媒介之間色彩的明度不同造成的。因此針對明度的不同，開展了與色卡同等光源條件下的明度比較試驗。

圖14 物體色與顯示器顯色的色度差異。

2 明度比較試驗

色彩的明度呈現(xiàn)與物體所在的光源環(huán)境及觀察角度有關(guān)，因此在比較明度差異時，需要在標(biāo)準(zhǔn)光源的觀察條件下進行測量。

2.1 試驗環(huán)境

試驗是在中性灰墻壁的標(biāo)準(zhǔn)暗室中進行，將顯示器放置在標(biāo)準(zhǔn)光源D65下。

2.2 試驗步驟

（1） Datacolor spyder 4 Elite在D65光源下對顯示器進行色彩校正。

（2） 使用試驗2.1中Datacolor采集到色卡的圖片，并用CS-2000測量顯示器顯示色卡的xyz值（三刺激值，相當(dāng)于紅、綠、藍(lán)三色光的比例）。

（3） 將xyz值通過公式轉(zhuǎn)換成Lab值并與Datacolor測得的Lab值進行對比。

2.3 結(jié)果與討論

對上述采集到的數(shù)據(jù)進行整理，將Lab值中的L值（明度值）呈現(xiàn)在表3中。

通過表3中的明度值對比可以看出，除黑色外，色卡的明度值均高于顯示器的明度值，因此，在標(biāo)準(zhǔn)的實驗觀察條件下，色卡和顯示器色彩之間的視覺差異是由于明度的差異引起的。

綜上所述，文中的試驗條件下通過準(zhǔn)確的色彩采集和顯示可以保證色彩顯示的相對一致性。因此，在博物館進行館內(nèi)跨媒體展示時，需要考慮展品的實際照明條件，采用準(zhǔn)確的設(shè)備進行色彩采集并正確存儲，展示在經(jīng)過校準(zhǔn)的顯示器上，以確保色彩展示的相對準(zhǔn)確性。

總之，通過合理考慮照明條件、準(zhǔn)確的色彩采集和顯示，可以提高博物館展示的色彩準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論

在標(biāo)準(zhǔn)照明條件下，顯示器上的色彩在色相和飽和度方面與物體色具有一致性，但在明度方面存在差異，顯示器上的色彩明度較低。

在實際應(yīng)用中，為了確保展品色彩的準(zhǔn)確還原，可以采取一系列符合色彩管理要求的步驟。首先，使用校準(zhǔn)過的圖像采集設(shè)備在標(biāo)準(zhǔn)光源環(huán)境下進行顏色采集，并采用無損格式傳輸數(shù)據(jù)。然后，對圖像展示的光色顯示設(shè)備進行實際光源條件下的校準(zhǔn)，以確保色相和飽和度的準(zhǔn)確還原。觀眾對明度要素更加寬容，因此在跨媒介色彩管理中，這種方法可以保證相對一致性。然而，如果希望更精確地控制明度要素，實現(xiàn)色彩的精準(zhǔn)還原，就需要在一般的色彩管理流程中同時考慮照明環(huán)境和顯示器亮度的精確測量及調(diào)校。

盡管大多數(shù)觀眾在瀏覽博物館的線上展覽或訪問網(wǎng)站時使用未經(jīng)過色彩校準(zhǔn)的顯示器，甚至在不同的照明條件和瀏覽器下觀看，但文中的研究仍對一般情況下的色彩顯示具有一定的指導(dǎo)意義。研究結(jié)果可以作為博物館展示設(shè)計中顯示器色彩的依據(jù)，并為博物館線上展覽的色彩采集和展示提供參考。

此外，研究結(jié)果也可以作為教學(xué)和應(yīng)用的基礎(chǔ)，為其他物體色和光色呈色原理共存的平臺提供依據(jù)。這種科學(xué)與藝術(shù)結(jié)合的研究有助于設(shè)計者更好地表達色彩，并促進色彩視覺的一致性?；谏葘W(xué)的視覺基礎(chǔ)，該研究可以作為色彩視覺一致性的補充，為色彩視覺一致性的應(yīng)用提供理論依據(jù)。在今后的研究中，可以進一步提升和總結(jié)這些結(jié)果，以推動色彩管理和展示領(lǐng)域的發(fā)展。