王 安 蔡建国
浙江农林大学风景园林与建筑学院 杭州 311300
色彩是第一视觉语言，在审美活动中占据举足轻重的地位[1]。景观色彩研究通常将色彩分为自然色、半自然色、人工色[2]。植物景观色彩属自然色范畴，是景观中最生动灵活的元素，它因时而变，伴随春华秋实顺应四时变迁，赋予整体景观流动的生命体征，是景观美学的重要研究对象。过去对植物景观色彩的描述以定性语言描述为主，近年来，采用定量方法描述色彩已经成为色彩研究的总体趋势。本文通过梳理近年来国内外植物景观色彩量化研究相关文献，总结量化方法，分析存在问题，探讨未来发展趋势，以期为今后植物色彩量化、植物配色分析和智能配色设计提供一定参考。
1.1 色彩量化
“色彩量化”的概念脱胎于计算机图像学，是指根据某种特定规律选择n种色彩组成新调色板，再根据新调色板重建图像[3]。简言之，色彩量化是一个化繁为简的过程。人眼可识别400～760 nm波段内1000万种以上色彩信息[4]，国际照明委员会在1931年给出的CIE 1931 xy色度图囊括了人眼视域范围的所有色彩。尽管目前计算机、数码相机图像通常采用的sRGB或AdobeRGB色彩空间的色域范围小于人眼色域，但其涵盖的色彩信息依然过于复杂。通过色彩量化，研究者可以按照植物色彩特点重新分类和标定色彩[5]，达到以较少色彩数量归纳整理植物色彩的效果，便于后续展开色彩调和规律的探索。
1.2 色彩空间
色彩的三大特征属性为色相、明度、饱和度，是在1845年由格拉斯曼依照人类视觉对色彩的感知概括而来[6]。在此基础上，1898年美国艺术家阿尔伯特·孟塞尔(Albert H.Munsell)创立了首个将色相、明度和饱和度分离成感知均匀和独立的尺度，在三维空间中表达颜色关系的色彩系统，为定量化色彩研究奠定了基础[7]。为适应显像需要，20世纪以来色彩空间层出不穷，常用的色彩空间有RGB、HSB、CMYK、CIELAB(Lab)等，这些色彩空间的特征及优缺点如表1所示。
表1 色彩空间的特征和优缺点
1.3 色彩空间在植物景观色彩量化中的应用
植物景观色彩量化在色彩空间基础上展开，目前在色彩量化中应用的色彩空间较为杂乱，没有形成统一形式。莫训强等[8]在北方早春野生花卉色彩标定时使用了RGB空间；
李欣等[9]使用CMYK空间对观赏海棠叶、果、花的色彩进行标记；
更多学者认为HSB空间更符合人眼对色彩的感知，采用HSB空间对植物景观色彩进行定量描述[10-12]；
谭明[13]提出应在色彩量化时根据需求选择色彩空间，如针对色彩物理属性和视觉效果，采用CIELAB计量模型，设置D65固定光源计量色彩更加科学准确，而针对色彩视觉属性定量研究则更适用HSB空间。
当前植物景观色彩量化研究尚处于起步阶段，未有充足论据证明哪种色彩空间最适合表达植物色彩。但已有学者注意到色彩空间不统一对植物色彩量化推广的不利影响。Hernández-Hernández等[14]在研究土壤和植物图像分割时比较了常用的9种色彩空间(HSL、HSV、I1I2I3、Lab、Luv、TSL、XYZ、YCrCb和YUV)的准确度，得出Lab和Luv色彩空间在图像处理速度和精度上表现较好，并指出该研究结果在杂草控制、水果和蔬菜色彩量化和卫星图像处理等方面都有广阔的应用前景。目前不同色彩空间对植物景观色彩量化适用性的研究较少，未来还需要进行更多比较研究去论证。
2.1 比色卡取色法
比色卡取色法是最早出现的色彩获取方法。该方法以人眼作为识别媒介，比较目标与色卡色彩，找出最接近的色号标记目标色彩。由于操作简单，目前仍有不少学者使用此法获取植物色彩。常用的比色卡有RHS色卡[15]、孟赛尔色卡[16]、NCS色卡[17]、PANTONE色标[18]等。有学者指出该方法存在受观测者辨色能力影响大、色彩精度低、处理大量色彩时效率低等缺点[19]。余孟骁[20]使用NCS色卡对西蜀衙署园林景观进行量化取色时严格区分了固有色和观察色，他指出，比色卡只能获取测试距离0.5 m以内的固有色，对于观察视距超过3 m，并添加了环境因素影响的观察色，则使用比色卡取色非常不严谨。
2.2 仪器测量法
色差仪、分光光度测色仪、光谱仪等都可以在给定光源下读取植物的色彩，并以CIELAB色彩空间坐标来指示色彩参数。沈星诚等[21]在进行28个“日本红枫”品种春季叶片色彩评价时，同时使用了RHS比色卡和X-Rite色差计，对两者测得的色彩参数进行相关性分析，结果发现使用比色卡获取的数据拟合度较低，色差仪取色相对更加精准。仪器测量法最大的缺点在于需要近距离接触取色，无法进行大尺度植物景观取色。
2.3 软件分析法
软件分析法以数码相机图像为载体，导入计算机软件读取色彩信息，是伴随信息技术发展产生的最新色彩量化方法。在图像采集过程中，拍摄环境、光照条件、观测距离、相机感光元件性能等因素对图像色彩质量影响较大[19]，因此需要控制拍摄的天气、时间、距离等条件处于相对一致水平[22]。不过目前也有最新研究表明:观景距离对森林色彩无明显影响，光照条件对景观色彩的色相也无明显影响，但会影响饱和度和明度[23]。国外学者使用不同型号的相机进行景观色彩量化对比时发现，不同相机的颜色测量确实存在一些系统性的差异[24]。对此，有学者提出了色彩校正的做法，色彩校正可以确保不同型号相机显示相同的色彩，确保显示器能最大程度还原人眼见到的真实植物色彩[13]。
目前在植物景观色彩量化中应用的软件有Adobe Photoshop、Colorimpact、AutoCAD、ArcGIS、Fragstats、ImageJ[25]、Matlab[26-27]、Python[28]等。
由表2可知，目前没有一款专门为植物景观色彩量化量身定制的软件，使用软件分析法应根据色彩分析需求选择具有相应功能的软件。总体而言，软件分析法顺应智能和信息化处理的潮流，是色彩量化研究的总体趋势，并且在大尺度大样本的景观色彩量化分析中具有绝对优势。
表2 色彩量化分析常用软件功能比较
在植物景观色彩研究中可量化提取的色彩特征因子包括3类(表3):一是基于色彩空间的坐标通量值，比如RGB空间中的R/G比、CIELAB空间中的a或b通道值；
二是基于色彩调和及比例关系的色彩灰度级与透光率、主色彩比例、冷暖色比例等；
三是基于色彩斑块空间关系的色块分布均匀程度、斑块数量与密度等。
表3 常用色彩量化指标
以上量化指标适用于不同尺度的植物景观研究。在植物器官或植物个体色彩量化中，经常通过计算各色彩空间的通道值来揭示植物色彩变化规律，比如比较观赏海棠品种色彩的差异、变化规律和稳定性[29]，验证a通道值与叶绿素含量的相关性[30]、判断植物叶色最佳观赏期[31]。研究植物组团色彩时更多使用色彩调和比例相关量化指标，目前在太子湾公园[32]、南京中山陵[33]、高校校园[34]中均已开展相关研究。大尺度森林景观色彩研究多使用色彩空间格局相关指标，结合Matlab和ArcGIS软 件 划 分 色 彩 斑 块，导 入Fragstats调用相关函数可以直接获得色彩斑块数量、最大斑块指数、景观形状指数、分割度指数、蔓延度指数、板块多样性指数、斑块均匀度指数、聚合度指数等数据，这种方法近些年在川西亚高山森林景观[27]、九寨沟森林景观[5]、八达岭林场景观[28]中出现应用。
国内外植物景观色彩量化的应用有很大的差别，国外学者主要侧重于探寻植物色彩变化与其内在生理机制的关联，应用量化手段监测记录植物色彩变化，以此推测植物的生理变化和生态、气候变化；
国内学者更注重植物色彩与人体审美、心理的响应，期望能通过色彩调和规律打造出更加优美和谐的植物景观。总体而言，国内外植物景观色彩量化成果的应用大致分为4个方向。
1)植物品种色彩记录以及色彩信息数据库的建立。园林、园艺植物品种繁多，色彩复杂多变，通过色彩量化可以标准化描述记录植物种类、植物品种的色彩信息。植物色彩具有动态变化特点，色彩量化可以统计不同时期的色彩信息，计算植物色彩最佳观赏持续期[35]。收集这些色彩信息可以建立植物色彩信息数据库，便于园艺学家培育新优植物品种和景观设计师调用某类植物的色彩特征。在长沙市常用园林植物色彩调查统计中，李偲[36]收集了38科70属106种园林植物主要器官的四季NCS色彩值，并以此建立了长沙市常用园林植物色彩信息库来指导未来的植物色彩设计。
2)作为植物生长状况监测和生态物候监测的依据。植物表面色彩变化是其内在生理变化的反映，国外学者利用植物色彩变化量化分析土壤肥力[37]、水果蔬菜的成熟度[38]、秋色叶初始期和持续期[39]以及某地区的生态气候环境变迁对植物的影响。Archetti等[40]利用新英格兰阔叶林中8个树种的长期数据，建立了植物秋季叶片变色期和持续期与温度和降水的关联模型，并以此预测今后至2099年的新英格兰秋季森林色彩变化情况。
3)植物景观色彩配置评价和色彩调和规律探索。结合景观色彩特征因子与景观评价结果，分析公众钟爱的植物组合色彩调和模式，探索植物色彩配置和谐美规律是景观领域最常见的做法。色彩定量分析的景观评价研究有利于探寻景观色彩美的搭配规律，为优化植物景观色彩配置提供借鉴。秦一心等[41]将色彩三要素定量划分，探究单因素梯度变化对观赏效应的影响，证实了色彩三要素与观赏效应均成极显著的相关性，其中明度是色彩构成的最重要因素。
4)植物景观色彩对人体生理、心理的响应关系。色彩通过联觉和通感对人体产生一系列的生理、心理反应[42]，相较于定性语言描述色彩，量化后的色彩可以用色相、明度、饱和度等更精准的数字化语言联系人体对植物景观色彩的响应，研究结果对森林康养、园艺疗法、康复医疗环境的景观设计都有重大的指导意义。目前这方面的色彩量化研究尚较欠缺，相关研究对色彩的描述仍停留在定性描述阶段，未来需要进一步研究填充其空白。
植物景观色彩从定性研究转向定量研究是大势所趋，近年来植物色彩量化相关研究不断涌现，园艺、景观、林学、农学等与植物相关的学科都开始关注植物色彩的定量研究，希望从植物色彩的微妙变化中探索和发现更多自然奥秘。这些植物色彩量化成果可应用于建立植物色彩数据库、生态气候监测与预测、探索色彩调和规律、色彩疗法等多个技术领域。基于色彩数据化和计算机对数据的处理运用，可以预见未来这些量化成果将不再孤立应用，而是形成一个融会贯通的系统，比如在景观环境营造中，设计师可通过植物色彩数据库挑选适宜的植物，并通过色彩调和规律生成多种植物色彩配置方案，针对景观环境受众的心理需要再进行色彩方案比选，在景观落实建成后，还能继续利用色彩来长期监测环境气候变化和植物生长状况，并根据生长状况和生态效益来考虑植物的增补或调整。当然，要实现这种植物景观的智能化设计和管理，目前的色彩量化研究还不够深入，在色彩采集环境、取色设备调试、色彩空间表达上需要形成一套一致认可的流程和模式作为规范，今后还需要大量的植物色彩量化实践去比较和筛选出最合理的植物色彩提取方法以及最适宜植物色彩表达的色彩空间。
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