瀕危熱帶生物數字可視化設計與色彩研究
——以索氏桃花水母為例

吳慧 韋淼 李一凡 唐麗春（通訊作者）

海南大學美術與設計學院 海南 海口 570208

引言：隨著人類社會技術的發展與更迭，自然環境也不可避免地受到連鎖影響，每年都有不少瀕危物種面臨著滅絕的威脅，可見保護瀕危熱帶生物已迫在眉睫。近年“，互聯網+“”VR”等技術逐步融入人們的日常生活，全新技術的有效開發與良好利用對于保護瀕危生物有著重大的戰略意義。數字可視化技術作為信息化浪潮中的佼佼者，能夠將各種復雜晦澀的知識轉化為便捷豐富的圖表信息與直觀的色彩信息呈現給大眾。瀕危熱帶生物中的索氏桃花水母素有“水中活化石”之稱，身體的顏色會隨著環境的改變而發生變化。在現有研究中，對瀕危生物保護宣傳的舉措大都側重于二維平面化，在三維視覺和沉浸交互式體驗方面的研究成果較為匱乏。基于此，本文從保護瀕危物種的角度出發，以索氏桃花水母為例，通過數字可視化技術，設計圖形語言與色彩語言，針對如何有效解決瀕危生物可視化問題進行研究與思考。

一、瀕危熱帶生物數字可視化設計現狀與問題

1.瀕危熱帶生物保護缺失

（1）自然因素

過去30年，中國珍稀瀕危動物保護生物學的研究蓬勃發展，先后出版了多本保護生物學專著，如《保護生物學》（蔣志剛等主編，1997）《物種多樣性研究與保護》（宋延齡等主編，1998）和《保護生物學原理與方法》（蔣志剛和馬克平主編，2014）[1]。目前我國對于熱帶生物的保護的重視程度仍然不足，大量熱帶生物瀕臨滅絕，人類導致適宜熱帶生物的氣候發生劇變。

（2）社會因素

目前大眾對于瀕危熱帶生物的認知程度嚴重不足，許多居民對于熱帶生物的劃分尚不了解，更無法知曉那些瀕危的熱帶生物。一旦熱帶生物某一物種徹底滅絕，對于當地的整個食物鏈，生態圈，甚至大生態循壞都會造成巨大影響，而這一惡劣后果的最終承擔者，必然是人類本身。

2.解決思路

保護瀕危熱帶生物與數字可視化設計相結合可以幫助更好地了解瀕危動物的生存環境、生活方式、以及如何去保護的措施。相對于傳統的保護方式，數字可視化技術具有更新穎的角度和方式來幫助大眾進行思考和理解。

對瀕危熱帶生物進行色彩分級，先根據人們對色彩的敏感程度統一分成三大等級，例如瀕危程度較安全的為綠色系，瀕危程度居中的為橙色系，瀕危程度嚴重的為紅色系，再在這三類之中，按照瀕危程度由低到高的順序，依次增加純度，調整明度使其整體色彩風格一致（圖1）。與此同時，再對其進行數字可視化設計，可以將枯燥的文字信息轉換為生動的影像信息，結合當今的三維技術還擁有著很好的交互性，積極明艷的色彩也能夠有效帶動受眾的情緒，極大地提高受眾對瀕危物種的興趣和熱情。

圖1 瀕危程度色彩分級圖（圖片來源：筆者自畫）

二、數字可視化設計相關理論基礎

1.可視化

可視化是用符合人類直覺的方式，通過計算機圖形學和圖像處理技術進行數據、圖形或表格的展示，能夠更快地帶動人們的視覺、觸覺、嗅覺、聽覺等感知，用色彩、形狀、大小、形態等形象地表現索氏桃花水母的數據特點和數據趨勢。可視化技術通過數據展示再聚合，再用圖形的形式表達，從問題中找出數據的層次，使其更具有邏輯性，也能讓信息更容易被理解、傳播和再造。以索氏桃花水母為例，將其屬性映射成可視的對象、屬性和聯系，轉換成點、線、面、形狀、顏色等視覺元素，合理有邏輯地安排數據、交互處理的理論、方法和技術，讓復雜龐大的數據更加簡單易懂。

2.視覺符號

視覺符號基本由點線面、光影、色彩、形式等元素所構成，這些元素的展現能夠使人在視覺上產生相關聯想。而視覺是用戶最為便捷，最為有效的獲取方式，當視覺信息首先出現在人們視線里的時候，第一是視覺上看到的色彩，其次才是事物的輪廓、形狀和造型[2]。其次，觀者的大腦對圖形相比于對文字能更簡便地理解輸入，更快捷方便地表達輸出。

3.圖式理論

圖式理論起源于康德的哲學著作，即人們看到某一現象或物種時，依據自身原有的認知結構，進一步理解這一現象或物種的具體定義。比如人們對貓咪的認知，可以觀察貓咪的體型，胡須，尾巴，瞳孔等特征，雖然可能從未見過某種品種的貓咪，但通過以往對貓咪物種的認知積累，可以很快推斷物種為屬于貓咪。圖式就是存在于記憶中的認知結構或知識結構，能夠反映事物的特征。在數字化可視設計的相關理論基礎中，圖式理論是“信息編碼→視覺符號→效果呈現”過程中必不可少的一環。

綜上所述，瀕危熱帶生物的可視化設計以圖式理論為支撐基礎，再結合可視化技術與視覺語言進行其信息內容設計。

三、索氏桃花水母數字可視化設計調研

1.信息收集

索氏桃花水母在5億年前就早已誕生，體型較小，身體直徑為20毫米左右。其身體結構上方呈現半圓形，下方約有256個左右觸手。索氏桃花水母的傘高為傘部直徑的一半，傘底有用來消化食物消化腔，還有四個放射管與傘緣的環狀管相連，口柄的末端還連接著四個口腕。此外，還有桃花水母生殖腺有四個，且都呈現扁平的狀態（圖2）。在國內其分布在長江流域及其支流的灣口，常見的省份也有四川、湖北、江蘇、浙江、福建及廣東等地區；而國外則主要分布在歐、亞等地。

圖2 索氏桃花水母全身圖（圖片來源：筆者截圖）

關于索氏桃花水母的可視化設計目前還沒有較好的范式，但水母品種的可視化設計較多，大都以體現水母晶瑩剔透、輕盈飄逸的體態為主。目前市面上關于水母的可視化設計大多以給實拍視頻講解配音的形式出現，辨識度不高，特點不夠鮮明，無法積極地調動觀賞者的興趣。

2.實地調查

經查閱文獻得知海南索式桃花水母主要出現于海南萬寧附近，又因海洋館也為生物的保護地之一，故將調研范圍定在海洋館與海南萬寧。在調研期間，對桃花水母的現身地點以及海洋館進行多次考察和實測，也對桃花水母的具有了一定的了解、觀察。

通過走訪調查得知，海洋館內還未開放桃花水母的場館，這側面印證了桃花水母的生存對于水質的要求極高，很難在商業化性質的海洋館進行展出。因海洋館內沒有索氏桃花水母，其又屬瀕危物種急需保護，所以對桃花水母進行數字可視化存在一定的必要性。我們在館內還對游客進行了實地采訪，主要針對于年齡、職業、該館對于游客來說能否滿足其游覽需求以及對于了解海洋生物的方向、濃度的程度等方面。

綜合以上調研經驗與資料可得出以下幾點結論：第一，游客年齡段在30歲-45歲中間的人以及小孩子較多；第二，游客對于海洋館的海洋生物也認為當前的生物數量已經可以滿足其游覽需求，在對海洋生物的認知方面沒有深入的認知，很多都是帶著小孩子參觀游覽，更多的是注重于家庭氛圍的提升，而不是對于海洋生物的學習。

3.研究方法

本研究理論與實踐并行，以實地考察法，文獻研究法，經驗總結法和個案研究法對實地考察所得的生物習性資料進行歸納與分析，再運用視覺符號元素轉化成相應的信息圖表，使之系統化、理論化，構建基于數字可視化技術下的索氏桃花水母生物交互系統的研究。

四、索氏桃花水母可視化設計內容

數字可視化設計主要是各種符號元素的組合搭建，能以視覺或者聽覺的形式呈現給觀眾，這種呈現方式頗具直觀性，愉悅性與藝術性。視覺符號兼具兩個作用，第一，能指，即具體事物或抽象事物的圖形元素符號；第二，所指，即圖形符號所表示的具體事物或抽象概念。能指與所指共同構成視覺符號的元素，使其更具有表達的多樣性。本研究通過視覺傳達與生物科學的跨學科合作，從視覺方面構思索氏桃花水母生物知識視覺符號，分析索氏桃花水母的生物特征，設計出相應的視覺元素符號，以達到精準與趣味并行的刻畫宣傳目的。

1.視覺符號元素

（1）色彩

在選定完文字字體的基礎上，把控好畫面的色彩，使兩者相得益彰。色彩是視覺符號中最為直觀的影響要素，它不僅能影響畫面冷暖基調與色調節奏走向，也能引導觀眾的視覺和思維感知方向，具有一定的感情傾向（圖3）。索氏桃花水母的色彩來源于它本身，因其全身透明，腺體有時呈淡黃色，觸手與傘部略帶粉砂色，故本可視化設計的整體色調趨于淡色，明度較高，營造朦朧，飄然與夢幻之感。不同的色彩構成對人們所起到的視覺和心理上的暗示作用也有著較大的差異性[3]。除了生物本身固有的色彩屬性，可以根據其的瀕危程度設置環境光，對于瀕危程度較高的生物，疊加紅色系光影，當人們處于紅色的環境中時會造成緊張的心理暗示，心跳會不自覺加快，情緒也會出現一定的高漲現象，由此設身處地地讓受眾產生危險感，從而大幅度喚起受眾對瀕危生物的保護欲望（圖4）。

圖3 色彩的情緒效應（圖片來源：筆者制作）

圖4 藍紅色異環境光的應用（圖片來源：筆者制作）

同時，可使畫面能夠顯現出豐富多樣的視覺效果，增加觀賞時的趣味性。把色彩元素視為主觀符號與圖式，賦予其獨特的情感色彩與文化內涵，不僅有助于突顯索氏桃花水母的藝術特色，更能營造藝術化的意境氛圍，使本設計作品達到一定的藝術升華。

（2）圖形

圖形的可視化表現最能精準歸納事物或生物的專有特性。其圖形的概括程度越高，也就越能提高傳播效率，便于人們記憶。首先，提取索氏桃花水母的外輪廓，設計成似傘狀，似球狀；其次，將索氏桃花水母的內輪廓圖形化，腺體靜態猶如桃花，傘周具觸手兩百余只，傘高約為直徑之半，傘底具有四角形的消化腔，下與口柄楣連；再者，捕捉索氏桃花水母的運動規律，靜似帶有穗的半球，動似桃花瓣上下漂浮；最后把以上提取的元素轉化為清晰明了的圖形組合，賦予其獨創性，審美性與互動性（圖5）。

圖5 水母形態（圖片來源：筆者建模）

2.場景搭建

從索氏桃花水母的本身出發，對環境的適應性造就了其生物形式的多樣性；從保護保護瀕危熱帶生物的角度出發，只有準確了解瀕危熱帶生物的生活環境，才能確保生物順利生存。索氏桃花水作為罕見的淡水生水母，僅棲息在水質必須無毒無害潔凈的江河湖泊，對生存環境條件的要求極高。在對其生存環境進行場景搭建時，必須要嚴格遵守其生存背景，確保科普的真實性與準確性（圖6）。

圖6 場景搭建（圖片來源：筆者建模）

3.互動體驗

互動體驗可依據自身屬性、環境特性、生物習性具體分為三大類。第一類互動體驗是通過色彩分級用戶可自選色彩模式了解瀕危生物的瀕危程度和物種，再以索氏桃花水母為主開展生物特性與進化演練介紹。第二類是生物生存環境的沉浸式體驗，用戶身處其中，能夠直觀感受到的環境因素，如，溫度光線即色彩，這類因素由現場模擬現實場景重現，不能直接感知的因素，譬如ТDS，濕度，這類因素在環境屏幕右上方以數據的形式展現。第三類是用戶與索氏桃花水母的互動體驗，有真實與虛擬模式。真實模式中，用戶與索氏桃花水母的互動依據現實為準；虛擬模式中，用戶與索氏桃花水母的互動以趣味為主。用戶可觸摸索氏桃花水母，索氏桃花水母可以根據用戶的力度，方向做出不同的運動反應。從現實中提取視覺符號元素，注入現代科技語言，借由色彩情感，化不可能為可能，令觀眾置身于互動體驗中，制造與索氏桃花水母跨地域跨緯度的相遇。

結語

此外，現今對動物保護的研究多停留在學術領域，對于大眾來說，內容晦澀抽象，不利于傳播和公眾接受[4]。語言的視覺應用與心理應用價值，促進數字可視化設計的傳播與創新，為用戶對瀕危熱帶生物的理解提供輔助與補充。瀕危動物索氏桃花水母的數字可視化進行設計與研究，對其生物的造型特征、秉性特征及物種特征等方面進行分析，以數字可視化為研究指向，以圖式理論為基礎，以其生物視覺符號為研究內容，通過信息可視化，采用圖形色彩元素相結合轉換的方式，給大眾帶來新的視覺與感官體驗，呼吁保護瀕危熱帶生物，構建全健康的命運共同體概念。