计算机辅助消防车配色方法研究

饶锦锋　王军锋

[摘要]为了弥补目前消防车配色方法的缺陷，以色彩的基本原理和基本配色方法为启示，分析了消防车这一特种车辆色彩搭配对人群的生理和心理影响，并结合某消防车厂的涂装设计过程为例，论述了新的配色方法的必要性和可行性。在此基础之上，提出了一种新的计算机辅助配色方法，以提高消防车行业在设计过程中的配色效率。新的方法包括：根据色彩调和选择色彩和根据映射关系来为消防车赋色。并以某型消防车为例，开发了相应的计算机辅助配色工具系统。

[关键词]消防车；配色设计；色彩调和；计算机辅助设计

[DOI]1013939/jcnkizgsc201533178

1序言

计算机辅助工业设计（CAID）是在传统的产品设计流程中引入了计算机，利用它的数据处理能力和图形图像技术来加速产品设计与开发的周期。CAID涉及产品的造型设计、配色设计、材料与材质设计、制造与加工设计、人机工程设计、人机功效的评价与定量分析以及工业设计的其他方面等[1]。色彩是影响产品外观品质的重要因素之一，产品的配色设计受到了各类产品制造商的重视。消防车是用于在火灾突发时灭火的主要工具之一，它的色彩搭配影响着消防员的工作效率，也影响着紧急状况下道路行人对消防车进行避让的情况[2]。目前三维设计平台的色彩工具仅仅支持最基本的色彩选择功能，而对产品设计模型的单独赋色要靠设计师手动完成。

大部分消防车的设计开发都是由技术工程师和结构设计师完成的，他们缺乏相关的配色设计知识，也没有有效的设计工具来帮助他们完成此项工作。消防车的零部件数量非常大，传统的配色设计及赋色方法效率非常低，无法考虑到多色调和的问题，这也会影响消防车设计的周期，延误产品上市的时机[3]。笔者研究了设计师对消防车进行色彩选择和赋色的整个过程，并根据色彩调和理论提出了选择色彩的方法。通过笔者提出的方法，相关设计人员可以在同时考虑两种，甚至多种色彩调和的情况下来为消防车选择合理的色彩方案。另外，笔者还根据色彩——零部件映射关系提出了新的赋色方法，这种方法可以迅速地为消防车的多个零件进行赋色，并根据这两种方法建立了新的消防车配色设计模式。设计师、工程师及相关技术人员可以利用这种模式高效地对消防车进行配色设计。笔者还以这种设计模式为指导，以SolidWorks三维设计软件为平台开发出了相应的设计工具集。

2消防车的色彩选择方法

21消防车配色设计

消防车因其灭火原理和所使用灭火材料不同有不同分类，也因其实用场合和适用火灾大小的不同而有所差异。因此，如何根据消防车的构成部分、使用场合来设计其色彩已成为一个重要的问题。通常来说，消防车属于紧急情况用车，具有一定的警示作用。因此，消防车的色彩搭配中一定要有能起到警示作用的色彩。而在紧急情况下执行任务的专业消防员都会因为火灾而精神紧张，如果由临时性的非专业消防人员执行灭火任务，其紧张程度会更严重，如何通过配色设计来缓解灭火人员的紧张情绪是一个非常重要的设计要点[4]。

由于国家标准的要求，消防类汽车颜色一般以红色为主色。红色本身就能让人血液流动加速，进而产生冲动，因此，在辅助色和其他部件的颜色不能再使用高纯度的暖色调颜色。低纯度、低亮度的冷色调颜色，如蓝色、绿色或中性的黑色都在一定程度上能让人产生安静，具有一定的稳定情绪的作用。消防汽车整体车身的色彩搭配应该以红色为主色调，辅助搭配其他冷色调颜色，这样也能使整体的车身效果更加符合人的审美要求，进而使人产生愉悦的使用体验。

22色彩调和原则

色彩调和指通过面积大小、色调明暗等方面的调整，使得两种或多种不同的颜色相互协调，以实现符合人类审美的色彩搭配方案。传统的色彩调和理论包括孟塞尔色彩调和理论（Munsell Color Harmony Theory）、奥斯特瓦尔德色彩调和理论（Ostwald Color Harmony Theory）、孟-斯宾瑟色彩调和理论（Moon&Spence Color Harmony Theory）等。在色彩空间选择两种或更多色彩进行搭配，以达到色彩调和时应该遵循特定的几何关系。同时这些色彩也应遵循特定的位置关系法则[5]。这些特定的法则指把纯度环和色立体的几何特征与色彩之间建立映射，以建立几何特征与色彩之间的一一对应关系。通过这种方法可以为某个配色设计对象选取多个调和色彩。传统的色彩调和关系的特征包括两色调和、三色调和和四色调和，调和色彩的相互关系如下表所示。

23色彩选择方法

在对产品进行设计时，色彩的数量不应该太多，最好保持在四个颜色之内。因此，消防车的配色设计可以通过传统的色彩调和理论来有效地完成。在色彩空间中，每个颜色都有其特定的位置，为达到色彩协调，可选择另外两种或更多的搭配颜色，可以通过色彩调和原则来确定。在计算机辅助配色设计系统中，应该首先建立图形化、易于观察的色立体空间，然后才能在此基础之上显示出那些根据色彩调和理论，遵循某种数学表达式的多个色彩。

在进行配色设计的过程中，只要设计师选择了某个颜色作为主色调，那么就可以得到该颜色的精确位置，计算机辅助配色工具也就能根据特定的数学表达式计算出所需的其他颜色，然后再利用图形技术将其显示在色立体中[6]。例如，当设计师选择两颜色夹角为120°的调和方式，选择红色作为消防车的主体颜色，那么该工具就能选择出具有适合的纯度黄色作为消防车的辅助搭配色，并将其赋予设计师已选中的零部件。同时，该工具也可以计算出其他可以与红色形成协调效果的颜色，并把它显示在色立体空间中。工具计算得出的每一个颜色都会根据设计师所选择的色彩调和原则确定，其相对于第一次选中的主色调的位置是由相应的调和原则计算而来的。该工具经计算所得出的调和色会根据用户初次所选择颜色的改变而有所变化。当所有的选择操作完成，该工具会根据计算所得的颜色加上初始主色为消防汽车进行赋色。色立体空间具有良好的人机交互体验，设计师可以随意地移动、旋转、缩放色立体模型，以更清晰、更详细地观察所选颜色。

在传统的配色设计方法中，设计师往往是通过为单个零部件进行赋色，然后再观察整体赋色效果，这中间要经过多次的调整，且对配色效果的决策非常主观，具有不确定性和不可再操作性。笔者提出的色彩搭配方法可以有效地帮助设计师在确定了主色彩基调之后能快速、高效地选取其他搭配颜色，以最终确定色彩搭配方案，所开发的工具能有效地提升设计师的工作效率。对于一般不具有色彩搭配知识的工程和技术人员来说，此配色工具也能为他们提供良好的配色设计方案。

3消防车的赋色方法

31映射关系

色彩与消防车零部件之间的映射关系与产品设计的树结构类似，映射关系通过消防车的数字模型与色彩数据建立。映射关系包括一个根节点、一些色彩节点以及零部件节点等。根节点位于最上层，色彩节点位于第二层，零部件节点位于第三层。第一层为第二层的父层级，第二层为第三层的父层级。所有属于同一父层级的零部件拥有同样的色彩特征，色彩特征决定了色彩节点的数据。根据节点的名称为配色设计文件的命名。色彩节点的命名为色彩的名称，其附属数据是零部件的名称和数量。零部件节点以零部件的名称命名，与其相关的数据是它所属的色彩节点信息。在配色工具启动时，软件系统读取消防车的数据模型中的色彩数据和零部件数据，这些数据包括色彩的数量和名称；零部件的名称、数量和所属的色彩层级等。在系统启动后，设计师在设计过程中对色彩搭配方案进行调整，以确定映射关系时，色彩与消防车零部件之间的映射关系是由系统随机建立的。

32赋色过程

在设计师完成配色设计后，系统重新读取消防车的数据模型，并首先更新其色彩节点的数据。设计可根据色彩来寻找或搜索某个拥有此色彩的零部件，并可以通过鼠标的操作将零部件移动到另外的色彩节点之下。此时，移动后的零部件就拥有了它所属的新色彩节点的数据，通过这种方法，设计师可以迅速地为消防车进行配色设计。

4消防车配色设计过程

笔者开发的配色工具包括两个模块：色彩选择模块和赋色模块。色彩选择模块根据色彩调和原则为设计师提供配色方案。赋色模块根据色彩与消防车零部件之间的映射关系实现赋色功能。色彩信息通过色彩选择模块传递给赋色模块。赋色模块将数据转换为三维造型设计平台数据，并建立色彩与零部件之间的映射关系。它还可以用来修改零部件的色彩信息，图1所示为配色工具的框架结构。

设计师首先确定消防车配色设计文件的零部件数量，并同时确定色彩节点的数量。之后就可以编辑色彩与零部件之间的映射关系。在此过程中，设计师可以直接利用鼠标对零部件节点进行移动操作，使其位于色彩节点之下。配色工具根据色彩调和原则提供了不同的配色方案供设计师选择。在设计师选择了主色调之后，配色工具会进而计算相应的辅助色，并在色相环上显示其位置。设计师也可以根据调整色彩位置对色彩进行微调，直至得到满意的结果为止。图2是利用配色工具对消防车进行配色设计的工作流程。

5案例应用

为了验证论文开发的计算机辅助消防车配色设计工具，笔者基于论文的研究成果开发了相应的配色工具，并在某消防车配色设计车间进行了工具有效性的验证。图3所示为该厂生产装配的某型消防车，配色车间的设计师利用笔者开发的工具对消防车的三维模型进行了配色设计，并取得了良好的视觉效果。在整个配色设计的过程中，该工具的人机交互设计也深得配色设计师的肯定。

6结论

本文研究了计算机辅助配色设计理论，并基于研究成果开发了相应的配色设计工具。以某型消防车的配色设计过程为例，验证了该配色工具的有效性和实用性。该工具实现了高效的色彩选择和赋色过程，提高了设计师、工程师和其他工程人员的工作效率。同时，该工具的普及和应用将在一定程度上提高利用企业的产品设计和开发效率，为企业节省成本，提高收益。

参考文献：

[1]吴闻宇，崔天剑，沈征产品色彩的情感表达[J].包装工程，2010（16）：42-44.

[2]Wang Ke，Yu Suihuai，Yue Wande and Lu ChangdeColor Design System for Computer-Aided Industrial Design[J].Journal of Computer-Aaided Design & Computer Graphics，2004（16）：1425-1429

[3]Gao MinFundamentals of Artistic Form for Mechanical Products[M].Beijing：Academic Books and Periodicals Press，1989：131-134（in Chinese）.

[4]李栋，宗慧超，徐兰萍，等基于ICC标准的印刷色彩管理色域映射意图自动选择的研究[J].包装工程，2009（12）：91-94.

[5]Gong Xingliang，Wang Xiaoping，Yu Mingjiu and Song MingxuanA Computer Aided Color Design Mode Based on Color Harmony Principle[J].Machine tool & Hydraulics，2007（35）：50-52

[6]Tokumaru M，Muranaka N，Imanishi SColor design support system considering color harmony[J].IEEE International Conference on Plasma Science，2002：378-383