基于色彩認識論的二十八星宿色彩可視化研究

關鍵詞：色彩；二十八星宿；可視化；文化內涵；感知形態

作為中國傳統文化的重要組成部分，二十八星宿既是古代科學領域中用來觀測星空的體系，又是人文藝術作品中出圣入神的星官，蘊含著豐富的歷史、科學和文化價值。從設計學視角來看，二十八星宿具有文化內涵豐富、感知形態模糊的特點，如何讓民眾能夠更為直觀、深刻地感知其存在，對傳承這一珍貴的古代科學、文化遺產具有重要意義。

本文主要探究二十八星宿中色彩因素的可視化——基于色彩認識論提出以路徑描述為依據的色彩研究模型，將現代天文科學與傳統文化有機結合，通過色彩量化、色彩提取、感知調查等方式獲取星宿色彩，最后借助可視化手段予以展現。本文旨在以色彩為切入點為二十八星宿文化的展示和傳播貢獻力量，為類似內涵豐富、形態模糊的文化對象的可視化及創新設計提供系統、科學的方法參考，提升文化傳承、科學普及的效能和效果。

1二十八星宿與色彩認識論概述

1.1二十八星宿

二十八星宿是我國古代天文領域的重要研究成果。古人將赤道附近的天空分為28個不等區域，最初目的是標記月亮在一個恒星月中的運動位置，隨后該體系演進為觀察日月行星運行規律的工具，為記錄農業生產的時間提供了方便。二十八星宿依據方位分為東、南、西、北4組，又稱為四象，每一組含7個星宿：東方蒼龍（角、亢、氏、房、心、尾、箕），南方朱雀（井、鬼、柳、星、張、翼、軫），西方白虎（奎、婁、胃、昴、畢、觜、參）、北方玄武（斗、牛、女、虛、危、室、壁）。

除了基本的天文含義，二十八星宿還延伸到宗教、文學、藝術、占卜等領域。“在野象物，在朝象官，在人象事，于是備矣”[1]，在道教文化興起后，二十八星宿被塑造為天地之間的星官，這為文藝創作提供了豐富的題材。晉城星宿彩塑（圖1）創作技法嫻熟、形神兼備，造型風格自由奔放；五星二十八宿神形圖（圖2）筆法細膩、形象奇詭，具有獨特的藝術風格。這些作品都反映了當時社會的價值和審美觀念，對后世產生了重要的影響。

1.2色彩認識論

色彩認識論主要涉及色彩主客觀的認識問題，屬于色彩哲學的范疇。客觀是指色彩的物理光學性質，主觀即對色彩的視覺感知、心理感受等。從最基本的認識論出發了解色彩能夠增強人們對于色彩的認知，還能夠促進對文化、哲學問題的深入理解。

不論是在西方還是中國對色彩的討論中，都涉及色彩認識論。在西方色彩研究的過程中，色彩經歷著從客觀到主觀的持續演進，牛頓是色彩客觀論的主要代表之一，他從光的物理屬性出發，以客觀、定量的方式進行色彩研究。在17至18世紀，對于色彩的主觀認識漸露頭角，歌德是色彩主觀論主要代表之一，他在1810年出版的《色彩理論》受到了許多哲學家、心理學家的關注。到了20世紀，更多學者關注色彩與心理慣性的研究，如色彩的象征意義、情感效能等[2]。相對于西方的色彩認知分歧，中國傳統色彩理論更加重視色彩的主觀性，即色彩的象征意義、精神內涵。中國傳統的五行五色說充滿象征與隱喻，五色說認為“五色為色彩本源，五色之合生百色。”五色不僅與五行相對應，還與五臟等相映射，五色結合五位也成為古代社會中地位尊卑的象征[3]。

1.3相關研究現狀

色彩是傳統文化展示和傳播中的核心要素，在文化遺產保護領域，色彩通常從其物質載體中直接提取，例如使用相應設備提取彩畫、絲綢、瓷器等的色彩。但對于諸如星宿這類感知形態模糊、內涵豐富的文化對象而言，僅從物質載體提取色彩是不夠的，它們可能本身具有較為明確的物理色彩信息，同時在藝術領域中具有多樣化的色彩呈現形式，并在人們認知中映射出文化性的色彩感知，在色彩研究方面具有很大的潛力，如呂卓爾等通過文本挖掘、文獻調研與信息可視化的方式將《詩經》中晦澀難懂的顏色詞語轉化為易于理解的色彩圖像[4]，盛卿等采用色彩感知調查的方式確定了感知形態模糊的圓明園景題色彩[5]，YuliaA.Griber等研究了在文化影響下的俄語中顏色術語的所指對象和由此衍生的顏色空間區域[6]。現階段的二十八星宿設計研究以文物圖形或形象的研究與再設計為主，缺少對色彩的研究。如皇甫高威以二十八星宿的雕塑與壁畫為參考，設計符合當代互聯網語境下的星宿角色形象[7]，葉佳欣通過探索古代星宿圖的藝術表述手法為現代藝術提供參考[8]。

2基于色彩認識論的色彩研究模型建立

模型是用來模仿、復制、解釋、表達現實的工具，建立色彩研究模型有助于明確色彩研究的具體方向和目標。基于色彩認識論，色彩既能從物理角度計算，又能從感知層面轉化，可以說是集科學性、藝術性和人文性于一體。以二分法從主客角度將色彩區分為“客觀色彩—主觀色彩”或是“顯性色彩—隱性色彩”無法呈現文化對象在色彩上的復雜性，本文提出一種色彩研究模型，以路徑描述作為敘述色彩的方式，立足于方法和對象的豐富主客觀性，提供不同的色彩研究視角。在色彩研究模型中（圖3），方法的主客觀依據為色彩定義或提取的方式偏向定性還是定量，對象的主客觀依據則為色彩來源是否是客觀存在的實體，例如從事實存在的壁畫中提取色彩，則壁畫是色彩分析的客觀對象。結合二者，色彩從客觀到主觀可以分為：客觀的客觀色、主觀的客觀色、客觀的主觀色和主觀的主觀色，前者主客觀描述的是方法層，后者為對象層。

2.1客觀的客觀色

色彩分析對象為客觀載體，研究者通過客觀量化的方式定義或提取的色彩。例如依據物理學原理計算物體的色彩值，使用色度儀等工具直接測量顏料的色彩，確保色彩的準確性和客觀性。

2.2主觀的客觀色

色彩分析對象是客觀載體，但是研究者采用偏主觀定性的方式提取色彩。例如通過攝影、網絡爬取等手段獲取圖像資料，研究者通過提取、聚類以及主觀優化獲得的色彩。

2.3客觀的主觀色

色彩來源于主觀印象感知，但在色彩轉化過程中采用客觀、定量的方式。例如通過科學手段開展色彩感知實驗。

2.4主觀的主觀色

色彩基于主觀感知且通過偏主觀的方式確定。例如以問卷調查的形式讓用戶來確定色彩等。

在本文的色彩研究中，由于二十八星宿的內容相對復雜，且缺乏民眾熟知的典型形象，“主觀的主觀色”難以考察，故不予討論。本文將星宿色彩定義為天文色（客觀的客觀色）、人文色（主觀的客觀色）和印象色（客觀的主觀色），分別從天文科學知識、古代藝術作品、用戶文化感知三個層面研究色彩。

3星宿色彩定義

色彩空間是以多維強度值標識顏色的描述體系。本研究會使用不同的色彩空間來分析色彩，但最終都轉化為顯示系統中最常用的RGB色彩空間，以方便后續設計工作展開。

3.1基于黑體輻射理論的天文色

星宿在天文中有著相對應的恒星數據。根據黑體輻射理論，星體的可視顏色按照“紅—橙紅—黃—黃白—白—藍白”的順序漸變（圖4）。

3.1.1數據收集

由于每一個星宿中有數目不等的恒星，本研究以視星等最小的星體為星宿代表，即最顯著恒星，據此確定星宿的天文色彩。首先搜尋各星宿對應的恒星數量、主要亮星等信息（表1），再綜合視星等與距地距離因素選擇代表星，其中以視星等為主要判斷依據。

3.1.2色彩追蹤

恒星光譜是天文學中根據光譜特征對恒星的分類的色彩，哈佛天文學家安妮·坎農的一維分類方案將光譜類型分為了七種（O-B-A-F-G-K-M），能夠反映出恒星在一個溫度區域內的顏色。米切爾慈善機構對各種恒星類型的恒星光譜進行了總結，使用CIE19312度CMF并進行JuddVos校正，總結了各光譜型的色度和RGB色值[9]。本文通過尋找代表星對應的光譜型以確定天文色的色值（表2）。

3.2基于文物色彩提取的人文色

以星宿為題材的文物是星宿文化的集中體現，其色彩在一定程度上是古人對于星宿認知的映射。元代晉城二十八星宿彩塑和臺北故宮博物館院收藏的清代丁觀鵬所繪制的《五星二十八宿神形圖》保存完好，且有官方照片或掃描件，是人文色部分的主要分析對象。

由于每一個藝術作品中所包含的色彩比較多，所以我們采取“文物色彩—分區域多色彩提取—雙色彩選擇”方式，以漏斗形式層層篩選色彩（圖5）。首先劃分文物的色彩區域，色彩區域指的是作品在色彩表現上的空間關系，保證色彩來源的全面性。可以根據色彩區域每個作品提取出3～5種顏色，最后根據整體的色彩偏好，選擇出既能夠代表作品的核心又具有特點的2個代表色。

3.2.1彩塑色彩

“三分塑，七分繪”，古代工匠將彩塑的著色部分看作是重中之重，這一工序被稱為裝鑾，決定了塑像是否能夠活靈活現、流光溢彩。鑒于缺乏官方彩塑色卡，本文選取陜西文旅中心發布的、侯南山在相同光照條件下拍攝的元代晉城二十八星宿彩塑圖片作為色彩提取樣本，并運用Photoshop進行色彩提取。在色彩研究中，很多學者會采用色彩復原的方式追溯文物在創制之時的色彩。囿于條件限制，本文嘗試以顏料追溯的方式對提取的色彩進行優化。

具體操作為使用Photoshop軟件在雕塑的各個區域中褪色程度輕、灰塵污染影響小的部分直接取色，以獲得更加真實的色彩。結合雕塑的色彩總體呈現與色彩位置，每一個星宿最終篩選兩種顏色。根據相關資料[10]元代彩塑所用的顏料一般分礦物質顏料和植物質顏料兩種，其中礦物質顏料有持久延年不易褪色的特點，同時《元代畫塑記》[11]中詳細記錄了元代畫塑使用的顏料信息。本文調查了相關資料并收集了各大顏料廠商信息，如姜思序堂顏料以及巖彩畫的色卡，建立以常用礦物顏料為主的顏料庫（圖6）。最后通過對每一個星宿篩選出的兩個色彩與顏料庫色彩進行比較，尋找與雕塑色彩表達最相符的顏色作為代表色，達到色彩還原的目的（表3）。

3.2.2畫作色彩提取

清代丁觀鵬繪制的《五星二十八宿神形圖》是以星宿神話為題材的清代宮廷畫，現由臺北故宮博物院收藏，其年代接近、保存良好。本文參考學者對于丁觀鵬《不二圖像軸》的色彩調節研究[12]，使用Photoshop工具通過高光調—暗光調矯正法進行色彩矯正以調節色彩層次，彌補在文件轉換過程中所丟失的信息。調整后的神形圖（圖7）明暗對比較為強烈，層次更加分明。最后基于已優化的神形圖開展色彩提取工作，在分區域提取色彩后，根據色彩面積、色彩差異性選擇出最后的代表色（表4）。

3.3基于感知調查的印象色

印象色反映用戶在長期傳統文化的影響下對于星宿的主觀感知，色彩感知調查是通過問卷調查等用戶實驗的方式調研參與者對于事物的色彩認知。由于用戶直接選擇何種色彩最能夠表達星宿是籠統且困難的，并且讓用戶在純度和明度之間的選擇往往難以實現。因此，本文結合色彩感知調查感知與科學數據以定義色彩（圖8），以用戶的主觀視覺感受為中心，采用HSL空間分維度計算色彩，其中色相由用戶直接選擇決定，而純度與亮度的數值通過天文數據與四象色彩系特征根據視覺特征計算而得。

3.3.1色相與色彩系特征確定

色相是色彩的首要特征，也是最容易辨識的色彩屬性。為了準確確定星宿的基礎色彩，本研究邀請了20名參與者，包括2名文化遺產研究領域的專家，以及18名熟悉二十八星宿文化的設計領域學生。他們以焦點小組的方式參與線下調研。參與者基于星宿的七曜屬性和對應動物，參考相關傳統色譜，初步確定基礎的色彩，在此過程中不過多考慮色彩的純度和明度，后續使用軟件提取其色相值。

以四象為依據將星宿劃分為四個色彩系旨在為后續亮度與純度的計算提供閾值范圍，還能夠有助于形成印象色的色彩系整體特征。在傳統文化中，四象與五行色、季節相對應，這些都會影響人們的色彩感知。基于此，我們邀請參與者根據四象的文化認知進行聯想，描述該象的色彩、色彩特征等相關屬性，后續根據記錄的描述詞總結色彩系特征。例如參與者對東方七宿的描述詞為“溫柔、色調淺、清新、嫩綠、天藍、明度高、青綠色調等”，我們將其色彩系特征歸納為“清新柔雅。低飽和，弱對比，色彩系整體明度偏高”并確定了亮度與純度的范圍（表5）。

3.3.2純度與亮度計算

歸一化是一種重要的數據標準化方法，它將數據按照比例縮放至特定范圍。本文通過歸一化對與亮度和純度直接相關的數據消除量綱，轉化為取值范圍為[0，100%]的純度與亮度數據。

min-max標準化和Z-score是歸一化中常用的方法[13]。min-max標準化的原理是對原始數據進行線性變化，將值映射于[0，1]區間內，能夠保留原數據存在的關系，但是如果數值集中且某個數值很大，則規范化后各值接近于0，標準公式如下。

星體亮度影響人的視覺感受，而人們強調的是通過肉眼觀測所獲得的視覺感受，故采用星等（視星等）作為色彩亮度的判斷標準，據此可根據歸一化公式轉化為色彩亮度。具體做法是，將星宿的主要亮星星等作為星宿的平均星等，使用min-max公式消除星宿視星等量綱，已知亮度L∈[Lmin，Lmax]，星宿視星等a∈[amin，amax]，其中亮度極值已在色彩系特征部分確定。由于視星等與實際亮度成反比關系，為滿足反向變化規律設置y=1-L，其最后公式如下：

純度計算主要以距地距離為依據，其原理為色彩透視，即近處的色彩純度高，遠處的色彩純度低。由于星體距地距離的極差過大，故采用不受數據量級影響的z-score標準化方式以消除星宿距地距離的量綱，已知純度S∈[Smin，Smax]，公式如下，其中di是平均距地距離，μ是星宿距地距離的均值，σ是星宿距地距離的標準差。

4二十八星宿色彩可視化設計實踐

星宿色彩研究主要目的是賦予抽象的星宿以可感知的色彩，保證創作的科學性、真實性與多樣性。通過可視化的手段將星宿色彩具像化表達，能夠加深人們對于星宿色彩的理解，還具有文化推廣的價值。

4.1色彩具像化形式

色彩需要具象視覺載體來進行表達。星宿并非單純的一顆恒星，每一個星宿都是以歷史上一些重點觀測的恒星作為標準，再以線形聯絡起它近旁的部分星，所以每一宿可以看作是一個系統。據此引出兩個概念：單色球和星宿球。單色球指代單一色彩，星宿球代表一個更為復雜的色彩體系，描繪了一組星宿的色彩。在這個框架中，不同性質的單色球（單一色彩）共同構成了星宿球（星宿的色彩體系），展示了從單一到復合的色彩結構演變，體現出色彩的層次性。

單色球表示單一色彩。從行星環中獲取靈感，通過單色球環帶的不同形狀以區分色彩類別：三角形代表印象色，圓環代表人文色；其中圓環向左傾斜代表古畫色，向右傾斜代表雕塑色。

星宿球（圖10）分為底部、中心和環繞圖形區域，在色彩層面由天文色、人文色和印象色組成。根據色彩特性以及感知覺特點，我們將最基礎的天文色作為星宿球的底部色彩，色彩性質最突出、最符合人們文化認知的印象色作為占據整體視覺中心的中間區域色彩，最豐富多樣的人文色作為環繞周圍的色彩。

4.2色彩信息可視化方案

二十八星宿色彩可視化方案通過在可交互的網站中展示，用戶能夠自由選擇星宿球或是單色球以探索星宿色彩，發掘其背后的科學與文化內涵。作品名稱為“星河欲轉”，取自李清照《漁家傲》的詩句：“天接云濤連曉霧，星河欲轉千帆舞”。

色彩信息可視化方案的信息架構是對星宿色彩信息的表達和展示路徑進行組織。本方案的信息以星宿為單位和以色彩類別為單位兩條路線展示（圖11），從宏觀和微觀兩個角度收斂耦合，雙角度呈現能夠讓用戶認知更加深刻立體。在以星宿為單位的色彩呈體現中，以星宿球的視覺形式展示整體色彩，每一個星宿球都能夠交互并可以跳轉至星宿色彩信息界面；在以色彩類別為單位的展示部分中，單色球聚類而成的色相帶將不同類別的色彩分布情況可視化。

5結語

二十八星宿是一種文化內涵豐富，感知形態模糊的文化遺產對象，借助以色彩認識論為基礎、路徑描述為依據的色彩研究模型，可以從天文、人文和印象維度提煉色彩，進而創作可交互的色彩可視化作品。色彩認識論與路徑描述為研究者提供了考察色彩的角度和思路，可復用于類似文化遺產的色彩研究之中，具有可拓展性。色彩是數字化時代的信息要素，是文化遺產數字化體驗的重要組成部分，希望通過二十八星宿在數字時代的創造性轉化和創新性發展，提升公眾對于優秀文化遺產的關注與認知，為國家的文化繁榮和民眾的文化自信貢獻力量。