面向視障者的交互設計色彩識別研究

摘 要：研究旨在解決視障人士在產品交互過程中的色彩識別問題，及這種信息獲取的不公給視障人士帶來的不便。通過實驗、調查及數據分析，總結可輔助視障者進行色彩識別的交互設計法則。通過分析不同視覺情況的視障者視覺認知特征，研究如何合理利用對比度、亮度和飽和度等色彩屬性，及跨感覺通道的跨模態一致性原則，從而提高視障者的色彩識別能力，達到信息獲取平等和交互無障礙，并為面向視障者的交互設計研究提供新思路。

關鍵詞：視障者；交互設計；色彩識別

Abstract： This research aims to address the color recognition challenges faced by visually impaired individuals during product interaction and the inconvenience caused by this unequal access to information. Through experiments， surveys， and data analysis， principles of interactive design are summarized to assist visually impaired individuals in color recognition. By analyzing the visual cognitive characteristics of individuals with different visual conditions， the study explores how to effectively utilize color attributes such as contrast， brightness， and saturation， as well as the principle of cross-modal consistency across sensory channels. This approach aims to enhance color recognition abilities for visually impaired individuals， achieving equal access to information and barrier-free interaction. The research provides new insights for interaction design studies focused on the visually impaired.

Keywords： Visually impaired individuals；interaction design；color recognition

0 引言

世界衛生組織（WHO）2020年報告顯示，全球視力損傷或失明人數達22億人以上，但其中不包含色彩識別障礙人士，可知視力及色覺障礙的人口數量遠比我們所想象的多。本文研究對象包括視力損傷人士及色彩識別障礙人士。在視覺主導的社會之下，視障者在日常生活中所面臨的挑戰是巨大的，其中之一就是如何準確識別交互界面中的信息，并進行無障礙交互。

1 視障者的視覺功能分析

視覺功能分析包括對最佳矯正視力、視野、色彩識別及感光度的分析。其中任何一項的視覺障礙都會對視障人士的信息獲取造成極大的不便。

1.1 視覺分析

目前中國對視力障礙的判斷基于最佳矯正視力和視野，其中最佳矯正視力低于0.3屬于視力障礙，優于0.02低于0.05屬于二級盲，低于0.02屬于一級盲。視力受損的原因包括視網膜疾病、白內障、近視、遠視等。視覺受損會影響視障者的日常生活，尤其難以識別微小的物體或信息，在交互方式全都趨向扁平化的時代，視障者的信息獲取方式和我們一樣依賴于扁平的文字和圖片，這種交互方式無形地讓信息獲取變得不公平。

1.2 視野分析

視野是指人眼能夠看到的空間范圍。視野可以分為中心視野和外圍視野兩個部分。中心視野指人眼注視的物體的直徑，外圍視野指人眼不能直接注視的物體的范圍。視野半徑小于10度屬于二級盲，小于5度則屬于一級盲。視野的下降會影響視障者的方位及空間感知能力。

1.3 色覺分析

人類色覺的基礎感知結構是視網膜內的視錐細胞。光線的波長、振幅和分離程度會分別影響到人眼色彩感知的色相、明度和飽和度[1]。色覺辨認障礙者的顏色感知主要受視錐細胞的運作機制影響。L（長波長）、M（中波長）和S（短波長）錐體是負責色覺的三種類型的視錐細胞（圖1），分別對紅色、綠色和藍色光波的敏感度不同。L錐體最敏感于紅色光波，M錐體對綠色光波最敏感，而S錐體則對藍色光波最敏感。三種錐體協同工作，使人類能夠感知和區分廣泛的顏色。色覺異常，如紅綠色盲，通常是由這些錐體中的一種或多種功能障礙造成的。至今醫學上對先天色盲尚無有效的治療方法[2]。

在對視障者進行色彩感知分析時，最常用的色盲測試是石原氏色盲檢測圖，這是一個包含數字和圖案的圖表，通過模擬不同色彩辨認障礙所接收到的圖像，測試受試者視覺識別情況來判斷其視覺能力。其中P型為紅色辨認障礙，D型為綠色辨認障礙，T型為藍色辨認障礙。紅綠色盲是最常見的類型，其發生率在男性中為5%—8%，而在女性中僅為0.5%（圖2）。這種“隱性”的視覺障礙給視障者帶來很多常人無法理解的不便，例如無法正確辨認交通信號燈、無法區分不同的水果和蔬菜等。

2 面向視障者的色彩設計原則

2.1 色彩通用設計的基礎

色彩通用設計是針對色覺障礙和白內障患者所提出的輔助設計，旨在通過設計讓色覺障礙者的色彩分辨效果與正常人一致。色覺障礙者并不是完全無法感知顏色，而是在區分位于所謂“混淆線”上的對稱顏色方面存在困難（圖3）。通過色彩通用設計原則，在選色時避免使用混淆線上的對稱顏色，可以使眾多色覺障礙者也能體驗到與正常色覺人群相似的色彩辨識能力，同時不影響普通用戶對顏色的識別。

2.2 色彩通用設計實踐

日本的CUDO（Color Universal Design Organization）是致力于提升色覺障礙者視覺體驗的代表性團體，該組織提供廣泛的通用設計經驗和方法，并為那些符合色彩通用設計原則的產品提供認證服務。CUDO與院校及社會機構合作研發了色彩通用設計配色方案集，一共有20種顏色，其中包括9種可用于注釋和較小區域的高飽和強調色，7種可用于大面積區域的低飽和基本色，4種不易誤認的灰色。他們還開發了分別適用于繪畫、電腦屏幕及印刷的不同色彩通用方案，并提供對應的CMYK值及RGB值，方便設計從業者和印刷行業人員等使用。

關于色彩通用性，岡部正隆及伊藤啟提出了三個設計方案：①選擇色盲者能認知的顏色，調整亮度，并增加顏色的飽和度，使用同一色系的不同深淺度的顏色增強區分度；②確保色覺障礙者能直接從資料中獲取信息，不僅依賴顏色作為唯一標識。通過改變形狀及增加圖示、紋理或對文字進行不同粗細、不同字體的改變；③確保溝通時易于表達顏色的名稱，如在藍色標示物上標注“藍色”。

2.3 色彩通用設計的核心法則

在色彩通用設計法則中，通過調整對比度、亮度和飽和度優化視覺體驗，對色彩的通用性和普適性起重要作用。

對比度是指圖像中顏色之間的差異程度，在設計針對視障者的產品時，適當的對比度可以幫助他們更清晰地區分不同的元素[3]。對比度較高的設計可以使文字和圖像在背景上更加突出，提高可讀性，減少視覺疲勞和增強信息傳達的效果。對比度的計算公式為：對比度=（Lmax+0.05）/（Lmin+0.05），其中，Lmax表示最亮部分的亮度值，Lmin表示最暗部分的亮度值。亮度是色彩的明亮程度。

亮度的計算公式為：亮度=0.299*R+0.587*G+0.114*B，其中，R、G、B分別表示紅色、綠色和藍色通道的亮度值。適當提高亮度可以提高產品界面的可讀性，但對視障者用戶的操作影響不大。

飽和度是指色彩的純度和鮮艷程度，適當降低飽和度可以減少視覺干擾，提高產品界面元素的可識別性，局部出現高飽和度色彩利于使用者識別。飽和度的計算公式如下：飽和度=（Cmax-Cmin）/Cmax，Cmax表示色彩中的最大分量值，Cmin表示色彩中的最小分量值。

2.4 色彩通用設計的應用

關于色彩通用性設計應用方面，如今在互聯網產品界面設計中有越來越多的色彩識別無障礙探索。如Windows 10系統中的濾鏡功能增強對比度，濾鏡有反轉、灰度、反轉灰度、紅色盲、綠色盲和藍色盲可選擇，以便光敏感或色盲患者更輕松地看到屏幕上的內容；在網上進行身份認證時候，淘寶網的交互界面采用以明度及文字大小衡量圖文對比度，并加入了除色彩外的輔助識別方式，不止用紅色、綠色表示密碼輸入錯誤或正確，而外加入了“×、√”圖標；高德地圖參照紅綠色盲人群的可視色譜來進行選取制作色障模式，切換視覺障礙模式，色盲患者能清晰明了地掌握路況（圖4）。在設計應用中，可通過計算機軟件的色彩模擬器進行色彩模擬，方便設計者對色彩識別障礙者所看到的視覺效果進行模擬，規避只使用搭配好的色覺障礙者通用色板的局限性。

3 跨模態一致性原則

對于多感官的跨模態一致性研究，已有相關研究者進行色彩與觸覺、聲音、音樂和氣味，及觸覺與色溫的關聯性研究，聯覺指的是一種感覺觸發另一種感覺的現象。在一種感官能力受損的情況下，可以通過感官補償的方式與其他的感官相結合，從而產生協同效應。如今，為提升視障人士信息識別和交互體驗，在博物館和藝術展覽的無障礙體驗設計，通過多感官、多模態的交互體驗，幫助視障人士感受、體驗藝術作品中的視覺元素。

3.1 色彩與觸覺

通過與特定色彩和概念建立的無意識關聯，某些感覺會被感知為與特定色彩及概念產生關聯。在繪本《一本關于顏色的黑書》中，通過盲童托馬斯的視角，描述了托馬斯是如何觸摸、聞到、聽到色彩的。色彩通過非視覺感官被主觀探索，將觸覺圖案與溫度、紋理和氣味結合，色彩感受可以被轉化為立體觸覺感受甚至是多感官感受。

如今關于視障人士的色彩與觸覺研究主要關注如何將色彩信息轉化為觸覺體驗，以彌補視覺限制。觸覺圖形和盲文的應用則使色彩信息能以視障人士可通過觸覺辨識的方式呈現，如今為豐富視覺障礙者的色彩體驗，研究人員將色彩進行觸覺編碼（圖5），通過凸起的幾何圖案和表意字符，讓視障者通過觸摸識別顏色。除靜態的設計應用外，這方面的技術進展包括開發能夠將色彩轉換成不同紋理、振動或溫度變化的觸覺顏色識別設備。此外，研究者通過跨模態整合策略，如結合觸覺與色覺或聽覺，能提供更豐富的色彩感知體驗。

3.2 色覺與觸覺跨模態一致性原則

研究發現人類對跨模態映射有天生的感知能力，例如，低音調聲音通常與較暗的顏色相匹配，柔軟的觸感會讓人聯想到亮度高的顏色。在認知神經科學中，模態指感官模態，指感官在刺激之后感知到的信息形式。以感官為分類依據的常見模態有視覺模態、觸覺模態、聽覺模態、溫覺模態等。在交互過程中兩個及以上的模態參與到交互過程中，則稱其為多模態過程，通常多個感覺模態組合時，信息傳遞效率往往更高。同時，較高的跨模態一致性水平能夠幫助人們更快更好地做出判斷，提升判斷的準確性并縮短判斷的反應時間。跨模態一致性在設計中的應用同樣能夠幫助視障人士在更短的時間內做出判斷。Delazio等人的研究表明，色彩濃度（chroma）和振幅之間呈顯著的正相關關系[4]。Slobodenyuk等人對觸覺和顏色之間的跨模態一致性研究表明，在最強觸覺刺激下，被試者的色相選擇傾向于紅色、紫色、藍色光譜；最弱觸覺刺激下，被試者的色相選擇傾向于黃色、綠色光譜[5]。袁天一對色覺與觸覺的研究表明，色覺與觸覺之間存在著一定的跨模態一致性：顏色飽和度與振幅之間存在顯著的正相關關系，即當被試感受到強度較高振動時，被試群體傾向選擇飽和度較高的色彩；顏色明度與振動頻率之間存在著一定的跨模態一致性，即當被試感受到強度較高振動時，被試群體傾向選擇明度較高的顏色[6]。

3.3 色覺與觸覺跨模態一致性的設計應用

在產品的交互設計中，基于跨模態的一致性，振動也可介入電子產品的使用過程，通過調整振動幅度使其與跨模態的一致性相匹配，用戶可對視覺界面的色彩提示產生更高效的反應。在色觸覺跨模態一致性的實際應用方面， HaptiColor（圖6），一種手環輔助裝置，有著較為廣泛的應用場景，通過將離散的顏色信息編碼成空間時間振動，幫助色盲用戶識別和比較顏色。手環會產生不同位置、不同時長的振動幫助色盲患者識別12種不同顏色。除了可以將色觸覺跨模態一致性原則應用于交互設計中，在視障人士輔助產品設計中的應用，可輔助視障人士識別不同的光效、色彩，起到提醒和輔助識別的作用。

4 結語

為視障人士的設計體現了社會對包容度和平等參與權的重視。通過消除障礙，提升視障人士的自主能力，為視障群體創造了更加友好的環境，也激發了設計創新。為視障人士設計不僅是道德的訴求，也是社會進步的標志。本文探討了如何合理利用對比度、亮度、飽和度及跨模態一致性原則，形成交互設計中有效的色彩識別法則，提高視障者對信息獲取的準確性及獲得更流暢的交互體驗，并為面向視障者的交互設計色彩識別研究提供新思路。一個包容、健全的社會除了能惠及大部分人外，更重要的是對少數群體的關注，作為設計師以文明的設計服務于社會是責無旁貸的義務。未來會結合信息技術手段持續對無障礙色彩搭配及如何提高視障者的交互體驗進行研究。

5 參考文獻

[1]ALBERT H. MUNSELL.A Color Notation[M].New York：Munsell Color Co，1919.

[2]岡部正隆，伊藤啟.色覺的多樣性和色覺的無障礙呈現[J].細胞工學，2002（9）：1080-1104.

[3]孫大力，楊柳.基于情境分析的視障者語音用戶界面設計方法研究[J].設計，2023，36（09）：122-125.DOI：10.20055/j.cnki.1003-0069.000719.

[4]DELAZIO A，ISRAR A，KLATZKY R L.Cross-modal correspondence between vibrations and colors[C].Munich，Germany：IEEE，2017：219-224. DOI：10.1109/WHC.2017.7989904.

[5]SLOBODENYUK N.JRAISSATI Y，KANSO A，et al.Cross-Modal Associations between Color and Haptics[J].Attention，Perception，P sychophysics，2015，77（4）：1379-1395.https：//doi.org/103758/s13414-015-0837-1.

[6]袁天一，色覺觸覺跨模態一致性對多模態整合感知的影響[D].北京：清華大學，2021：81-82.