城市色彩的觀測(cè)方法與影響因素研究

楊春宇，梁樹英，張青文

(重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，重慶大學(xué)山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400045)

0 引言

色彩是城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、園林景觀的重要內(nèi)容之一，也對(duì)營(yíng)建城市特色、提升城市品質(zhì)、豐富城市內(nèi)涵、保護(hù)和復(fù)原歷史建筑起著重要作用。隨著我國(guó)城市建設(shè)的迅猛發(fā)展和城市改造速度的加快，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，不但出現(xiàn)了大量的新建筑，舊建筑的外立面也在進(jìn)行色彩整治和更新，這對(duì)原有的城市風(fēng)貌和整體色彩都產(chǎn)生了重大影響，部分城市的建筑色彩甚至呈現(xiàn)出混亂無(wú)序的狀態(tài)。因此，國(guó)內(nèi)越來越多的城市開始意識(shí)到城市色彩控制的重要性，并逐步開展了城市色彩規(guī)劃設(shè)計(jì)和相關(guān)方面的控制研究工作。20世紀(jì)90年代，北京規(guī)劃委員會(huì)對(duì)新建的規(guī)劃小區(qū)明確提出了進(jìn)行色彩規(guī)劃的要求。此后，上海、武漢、天津、杭州、廈門、深圳、重慶等城市都陸續(xù)開展了建筑色彩和城市色彩規(guī)劃的研究。2005年我國(guó)建設(shè)部頒布了《城市規(guī)劃編制辦法》，明確規(guī)定將“色彩”作為控制性詳細(xì)規(guī)劃的基本內(nèi)容和指導(dǎo)原則。

隨著城市色彩研究的深入，城市色彩觀測(cè)的準(zhǔn)確性成為研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在實(shí)際操作中如何更精確地獲取城市現(xiàn)狀色彩信息，從而更科學(xué)地確定城市的主體色、輔助色和點(diǎn)綴色，為城市色彩的相關(guān)研究提供更可靠的色彩數(shù)據(jù)顯得越來越重要。筆者對(duì)色卡目測(cè)對(duì)比法、測(cè)色儀器測(cè)色法和數(shù)碼相機(jī)拍照法三種常用的城市色彩觀測(cè)方法進(jìn)行研究，總結(jié)各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，并分析了影響城市色彩觀測(cè)的主要因素，包括材料光反射特性、天氣情況、受光條件、觀測(cè)距離四個(gè)方面，為提高城市色彩觀測(cè)的準(zhǔn)確性提供參考意見。

1 常用的城市色彩觀測(cè)方法分析

我國(guó)的城市色彩研究主要源于法國(guó)色彩學(xué)家讓·菲利普·朗克洛(Jean-Philippe Lenclos)在上世紀(jì)60年代初提出的“色彩地理學(xué)”(Color Geography)理論。他的研究方法大致分為:選址、調(diào)查、取證、測(cè)試記錄、歸納、編譜和小結(jié)等步驟，這種方法已被廣泛采用。其中，對(duì)色彩研究的調(diào)查分為兩個(gè)步驟:一是景觀分析，二是色彩視覺效果歸納。景觀分析主要是進(jìn)行色彩數(shù)據(jù)的調(diào)查，通過一系列手段掌握景觀色彩質(zhì)量的要素，這些過程包括:材料提取、色彩取樣、材料明度等級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)草圖、拍攝圖片等。色彩視覺效果歸納是對(duì)色彩的重新整理，制定出符合原色彩材料的模型，對(duì)過于復(fù)雜的色彩組成要適當(dāng)簡(jiǎn)化，通過色譜方式表現(xiàn)出被監(jiān)測(cè)物的主色調(diào)、點(diǎn)綴色以及周邊環(huán)境色彩的數(shù)量關(guān)系。

圖1 用色卡對(duì)材料進(jìn)行實(shí)地測(cè)量

目前，我國(guó)進(jìn)行城市色彩調(diào)查的大致方法是:運(yùn)用色卡目測(cè)比對(duì)的方法對(duì)建筑進(jìn)行色彩樣品取樣采集，錄入色彩樣品數(shù)據(jù)，并用相關(guān)的測(cè)試儀器對(duì)色彩樣品進(jìn)行亮度值測(cè)量，同時(shí)對(duì)建筑進(jìn)行照片拍攝。最后運(yùn)用適當(dāng)?shù)纳鼠w系對(duì)取樣色彩的色相、明度、彩度進(jìn)行定量分析，根據(jù)色彩三維屬性所呈現(xiàn)的不同權(quán)重進(jìn)行統(tǒng)計(jì)篩選，歸納出建筑色譜。

1.1 色卡目測(cè)對(duì)比法

色卡目測(cè)對(duì)比法是通過人眼的觀察，對(duì)顏色樣品與標(biāo)準(zhǔn)顏色的差別進(jìn)行直接的視覺比較的一種顏色測(cè)量方法。在建筑色彩觀測(cè)中，使用目視測(cè)色的方法對(duì)建筑飾面材料表面色和建筑色卡進(jìn)行匹配和評(píng)色，以確定色樣的色度參數(shù)，操作起來簡(jiǎn)單方便，是日常的建筑色彩觀測(cè)使用最多的一種測(cè)色方法(圖1)。但是，這種方法需要在北面晝光條件下進(jìn)行比對(duì)，要求操作人員具有豐富的顏色觀察經(jīng)驗(yàn)和敏銳的判斷力，其測(cè)色結(jié)果中會(huì)不可避免地包含了一些人為的主觀因素，且工作效率很低。同時(shí)，由于色卡種類有限，還會(huì)出現(xiàn)無(wú)法與實(shí)物完全匹配的色卡樣品的情況?？偟膩碚f，色卡目測(cè)對(duì)比法可以實(shí)現(xiàn)色樣的實(shí)地比對(duì)標(biāo)定，適用于精度要求不很嚴(yán)格的建筑色彩測(cè)量。

圖2 UV-260型雙光束紫外可見光分光光度計(jì)

圖3 PR650光譜式測(cè)量亮度色度計(jì)

1.2 測(cè)色儀器測(cè)色法

在建筑色彩觀測(cè)中的測(cè)色儀器主要有分光光度計(jì)(圖2)和色度計(jì)(圖3)，分別對(duì)應(yīng)兩種不同測(cè)色方法:分光光度測(cè)色法和光電積分測(cè)色法。分光光度測(cè)色法測(cè)量的是色樣的反射(或投射)光譜數(shù)據(jù)，再經(jīng)計(jì)算得到色度值。光電積分測(cè)色法的色度測(cè)量依然是從色樣表面反射或透射出來的光譜將光分成R，G，B三種成分，依據(jù)顏色的三刺激值XYZ色度計(jì)算公式，直接顯示三刺激值XYZ，而且還可以把三刺激值轉(zhuǎn)換成均勻顏色空間色度坐標(biāo)，如CIELAB坐標(biāo)。使用這兩種儀器在實(shí)際測(cè)色時(shí)，都要用標(biāo)準(zhǔn)白板進(jìn)行定標(biāo)。

分光光度法精度很高，但價(jià)格昂貴且攜帶使用不方便，主要應(yīng)用在高精度色彩標(biāo)定、光譜分析和色度研究方面。光電積分法測(cè)量精度相對(duì)低于分光光度計(jì)，但測(cè)量速度快，很適合于建筑色彩的測(cè)量和評(píng)價(jià)的要求，缺點(diǎn)是沒有自帶光源，測(cè)量結(jié)果受日光影響較大。

1.3 數(shù)碼相機(jī)拍照法

在進(jìn)行城市色彩觀測(cè)時(shí)，對(duì)具有代表性和影響比較大的建筑，應(yīng)使用便攜式的測(cè)色儀器和建筑色卡標(biāo)定其飾面材料的色度參數(shù)，但對(duì)于節(jié)點(diǎn)、廊道和區(qū)塊的整體建筑色彩的觀測(cè)，單純的建筑材料本身的色彩已經(jīng)無(wú)法完全體現(xiàn)城市色彩的性質(zhì)，這時(shí)的城市建筑色彩觀測(cè)以視覺色為主要的表現(xiàn)形式。視覺色是以建筑立面材料色彩為基礎(chǔ)，受到距離、日光、大氣、環(huán)境色彩、色彩物理特性以及人的色彩心理認(rèn)知特性等多方面因素的影響，加上觀測(cè)距離和測(cè)色工具的限制，色度計(jì)和色卡不能用來標(biāo)定建筑色彩的視覺色，在調(diào)研實(shí)踐中可以使用數(shù)碼相機(jī)來完成這項(xiàng)工作。數(shù)碼相機(jī)模擬人眼功能，能比較真實(shí)地記錄人們所看到的直觀建筑色彩效果。

數(shù)碼相機(jī)除了可以用來記錄建筑色彩形象效果外，還可以將數(shù)碼照片導(dǎo)入計(jì)算機(jī)內(nèi)，運(yùn)用photoshop軟件對(duì)照片進(jìn)行馬賽克化，并提取色彩樣本，繼而采用顏色色系對(duì)色彩樣本進(jìn)行標(biāo)記，并用相關(guān)統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)各色彩樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，確定色彩樣本的比重，進(jìn)而確定城市的主導(dǎo)色、輔助色和點(diǎn)綴色，并繪制色譜圖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)城市建筑色彩的快速分析(圖4)。目前，這也是城市色彩調(diào)研中比較常用的處理方式。這種觀測(cè)方式對(duì)宏觀層面的城市色彩現(xiàn)狀資料收集比較合適，但對(duì)于單棟的建筑色彩分析就不太準(zhǔn)確。同一棟建筑由于天氣因素、受光條件、距離遠(yuǎn)近、拍攝角度、陰影遮擋等方面的不同，會(huì)得出不同的建筑色彩分析結(jié)果(圖5)。因此，數(shù)碼相機(jī)拍照時(shí)應(yīng)對(duì)調(diào)研對(duì)象從主要視看角度進(jìn)行取樣拍照，每個(gè)對(duì)象拍照三張;應(yīng)注意從主要景觀視線的不同角度拍照，避免過大陰影及遮擋。

圖4 數(shù)碼照片城市色彩分析示意

圖5 數(shù)碼照片建筑色彩分析示意

2 影響城市色彩觀測(cè)的因素分析

城市色彩的主要載體是建筑，而建筑色彩不同于紡織和印染色彩，也不同于建筑材料本身的固有色，它有著大尺度、空間色、復(fù)雜的室外光環(huán)境等自身的特殊性。在城市色彩調(diào)研過程中，除了針對(duì)不同性質(zhì)的建筑色彩應(yīng)選擇合適的觀測(cè)方法和觀測(cè)工具外，還要對(duì)影響城市色彩觀測(cè)的各種因素進(jìn)行分析。

2.1 材料光反射特性

飾面材料對(duì)建筑立面色彩起著決定性的作用。飾面材料色彩是一種實(shí)物色彩，它會(huì)受到材料的表面材質(zhì)、紋理和光澤度等方面的影響，可以用材料的光色反射特性來描述其色彩特征?，F(xiàn)代建筑飾面材料種類繁多，新的飾面材料不斷涌現(xiàn)，特別是一些貼面磚，如釉面磚、玻化磚、花崗石、人造石、塑鋁板等，其表面的光學(xué)特性與水泥砂漿抹面和涂料類飾面材料差別較大。后者可近似認(rèn)為是屬于漫反射材料范疇，前者在一般情況下，對(duì)光的反射與漫反射和規(guī)則反射差別較大，屬于混合反射范疇，其光色反射亮度和色度值的大小與觀察方向、材料本身的鏡面光澤度、入射光方向等有關(guān)。通過實(shí)驗(yàn)研究，具有混合反射性能的建筑飾面材料，其色度反射特性與光線入射角度和觀測(cè)角度、材料表面材質(zhì)有一定關(guān)系，光澤度決定著材料的色度特性。

2.2 天氣情況

城市色彩的觀測(cè)結(jié)果受光源色亮度與色溫的直接影響，同一建筑在不同的光源照明下呈現(xiàn)不同的顏色，在對(duì)城市色彩進(jìn)行測(cè)量時(shí)必須選擇合適的光源類型。自然光源受氣候條件的影響比較復(fù)雜，不同天氣下的天空會(huì)呈現(xiàn)出不同色溫(表1)，即使在同一天內(nèi)，其亮度和色溫也時(shí)刻都在不斷的變化之中。從理論上分析，晴天中午直射日光色溫接近標(biāo)準(zhǔn)照明體D55(5 503 K)，陰天及北面晝光(北面晝光是指從日出3 h以后到日落3 h以前，避開太陽(yáng)直射光從北窗看的天空光)色溫接近標(biāo)準(zhǔn)照明體D65(6 504 K)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究，陰天對(duì)建筑色彩觀測(cè)來說是比較理想的室外受光條件，其測(cè)量結(jié)果最接近標(biāo)準(zhǔn)照明體D65照明下的標(biāo)定值。因此，在從日光色溫來分析，城市色彩調(diào)研中應(yīng)盡量選擇在能見度較好的陰天進(jìn)行觀測(cè)。

表1 常見日光色溫

同時(shí)，由于一天中不同時(shí)間段的日光色溫差異很大，相應(yīng)的建筑色彩在一天中的不同時(shí)刻也會(huì)發(fā)生變化(圖6)。因此，建筑色彩觀測(cè)時(shí)間應(yīng)盡量選擇在日出后3 h與日落前3 h之間，從而避免在清晨與傍晚測(cè)量時(shí)因日光色溫對(duì)建筑色彩取樣的干擾而導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)的誤差。

圖6 同一建筑早晨、中午、傍晚的色彩效果

2.3 受光條件

受光條件也是影響城市建筑色彩的一個(gè)因素，同一建筑在不同時(shí)間，東南西北方向四個(gè)垂直面照度是不相同的，如重慶當(dāng)太陽(yáng)高度角為10°時(shí)東南西北立面照度為811 ～786 lx;當(dāng)太陽(yáng)高度角為80°時(shí)，東南西北立面照度為10 128～10 112 lx，相差十幾倍，直接影響城市色彩。

圖7 晴天和陰天建筑色彩受光條件比較圖

另外，在全陰天和北面晝光條件下，日光由天空光構(gòu)成，天空半球的性質(zhì)類似于均勻漫射光源，而全晴天時(shí)，日光的構(gòu)成包括天空光和太陽(yáng)直射光兩個(gè)部分(圖7)。陰天的天空漫射光和北面晝光照明時(shí)，建筑色彩的觀測(cè)角度的變化并不對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來太大影響，也就是說，色度結(jié)果是基本穩(wěn)定的;而太陽(yáng)直射光在實(shí)際觀測(cè)中則容易造成在觀測(cè)方向的鏡面反射，這種鏡面反射會(huì)帶來色度結(jié)果的很大偏差。所以，從日光構(gòu)成的影響來講，陰天和北面晝光的漫射天空更適合于進(jìn)行城市建筑色彩的觀測(cè)，而在有太陽(yáng)直射光的晴天，則必須避免材料鏡面反射所造成的色度偏差。

2.4 觀測(cè)距離

按照《城市設(shè)計(jì)學(xué)》和《城市色彩景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)》中對(duì)建筑場(chǎng)的定義，以視覺分析為依據(jù)，以視覺效果為主要標(biāo)準(zhǔn)，將建筑對(duì)人的影響程度“場(chǎng)效應(yīng)”分為強(qiáng)場(chǎng)、均衡場(chǎng)、弱場(chǎng)和虛場(chǎng)四個(gè)等級(jí)。對(duì)于建筑色彩觀測(cè)來說，既要記錄建筑飾面材料色彩信息，又要把握建筑色彩的整體形象和與環(huán)境的關(guān)系，所以，“強(qiáng)場(chǎng)”(30 m以內(nèi))和“均衡場(chǎng)”(30～300 m)的距離應(yīng)該是較為適當(dāng)?shù)膮⒖季嚯x，在更遠(yuǎn)距離時(shí)，由于大氣透明度和人眼視覺機(jī)制等原因，色彩飽和度會(huì)降低，但按照色彩調(diào)和理論，此時(shí)色彩之間應(yīng)更能取得調(diào)和。通過實(shí)驗(yàn)和理論研究結(jié)果，顏色色度與觀測(cè)距離和大氣能見度(大氣衰減系數(shù))有著直接關(guān)系，其色度測(cè)量值還應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的修正。

另外，飾面面磚具有一定的特殊性，由于它的尺寸相對(duì)較小，大面積建筑色彩是由很多小塊面磚拼貼組成的，拼貼的勾縫對(duì)整體色彩有著不可忽略的影響，不同尺寸和色彩的勾縫，在遠(yuǎn)距離觀測(cè)時(shí)將得到不同色彩空間混合效果，并符合“色彩空間混合規(guī)律”，具體可表述為:白色勾縫會(huì)使建筑色彩明度升高、純度降低;灰色勾縫得到不同純度的色彩;黑色勾縫使明度降低;彩色勾縫使混合效果向兩者中間色移動(dòng)，勾縫尺寸越大色彩的空間混合效果也明顯。所以在對(duì)由面磚構(gòu)成的建筑色彩觀測(cè)的時(shí)候，必須考慮勾縫對(duì)色度結(jié)果的影響，根據(jù)不同觀測(cè)目的，以及面磚勾縫尺寸大小，選擇合適的觀測(cè)距離。

3 小結(jié)

綜上所述，各種觀測(cè)方法以及測(cè)量?jī)x器和工具都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在實(shí)際建筑色彩觀測(cè)工作中，應(yīng)根據(jù)工作性質(zhì)要求和自身設(shè)備條件，選擇一種或幾種工具配合使用，以便盡可能滿足工作對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性要求。同時(shí)結(jié)合材料本身的光反射特性，科學(xué)合理地選擇天氣情況、受光條件和觀測(cè)距離，從技術(shù)操作的角度使調(diào)研工作更科學(xué)化，使觀測(cè)數(shù)據(jù)和相關(guān)色彩信息更真實(shí)地反映城市色彩的現(xiàn)狀。

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