数字化时代博物馆色彩应用跨媒介一致性研究

邱丽欣 宋文雯 宋立民

（1. 清华大学艺术与科学研究中心色彩研究所，北京 100084；2. 清华大学美术学院，北京 100084）

颜色是光作用于人眼引起的除形象以外的视觉特性，是一种视觉现象。对物体的颜色进行定量、科学、准确的描述，不仅与颜色采集的准确性、照明条件、观察条件有关，还受观察者的视觉生理、心理等因素的影响[1]。颜色只有以人的视觉感受为前提、以准确的物理数值为基础，才可以使颜色的一致性具有参考意义。色度学是研究颜色度量、计算的一门学科，是颜色科学领域的一个重要部分[2]，颜色的准确测量、复制和传递都离不开色度学的支持。

博物馆色彩应用主要有博物馆视觉形象设计（VI）、展陈设计、艺术衍生品设计、数字复制品、线上数字展等。色彩的应用按照呈色原理可以分为物体色（surface color）和光色（self-luminous color），其中与物体色相关的有纸张、木材和织物表面的色彩（图1），与光色相关的有LCD（Liquid Crystal Display）、OLED（Organic Light Emitting Diode ）、CRT （CathodeRayTube）显示器、VR（Virtual Reality）、AR（Augmented Reality）[4]、全息投影等，如图2所示的沉浸式艺术展览和图3所示的VR博物馆都是光色的应用。

图1 大都会博物馆色彩应用——物体色应用[3]。

图2 数字艺术博物馆——光色应用[5]。

图3 VR博物馆——光色应用[6]。

物体色是物体全部吸收或部分吸收某些波长的光、其余光经过反射或透射进入人眼的综合感受。物体色的呈现受多种因素的影响，例如物体表面肌理、物体大小、物体材料的反射特性以及照明条件等[7]。光色呈色原理是指电磁波直接作用于人眼时，人眼对一定波长范围内电磁波的反应。

物体色和光色由于显色原理不同（物体色遵循减色法，光色遵循加色法，如图4所示）呈色媒介不同及影响色彩表现因素的多样化，呈现出颜色也会不同。总的来说，光色的屏幕显示设备一般依靠自发光方式显示图文，其色域与物体色色域既有重合又有区别（图5）。

图4 光色、物体色显色原理。

图5 光色与物体色显色色域图。

随着数字化及显示技术的发展，博物馆的展览方式也发生了变化，除传统以物体色为主的展览方式外，光色的展览方式呈现出显著增加的趋势。如VR和AR成为近年来博物馆较为流行的展览方式，佛罗里达自然历史博物馆的大尺寸AR屏幕让游客与真人大小的猛犸象互动，如图6所示。佛罗里达州的肯尼迪航天中心宇航员的全息影像呈现在观众面前，使太空漫步栩栩如生（图7）。伦敦泰特美术馆与Facebook合作创建画作相关AR 体验（图8）。美国国家自然历史博物馆发布了一款“Skin & Bones”的应用程序，将 3D（Dimensions） 模型和动画叠加到大厅中的骨骼上，这些增强功能突出动物的外表特征，吸引游客注意到动物的解剖特性（图9）。

图6 佛罗里达自然历史博物馆[8]。

图7 佛罗里达州的肯尼迪航天中心宇航员的全息影像[9]。

图8 伦敦泰特美术馆AR体验[10]。

图9 美国国家自然历史博物馆Skin & Bones[11]。

博物馆在线数字展、数字复制品也随着数字时代的发展而发展，数字展和数字复制品是对实际展品的复制，其对色彩的准确性及视觉一致性要求更高。如荷兰阿姆斯特丹国家博物馆的藏品《倒牛奶的女仆》（维米尔）就曾在互联网上出现色彩不一的数字复制品（图10），引起了较大的反响。如果博物馆没有采取必要的措施来修正博物馆展品的数字复制品，那么这些色彩的呈现在视觉上将会出现一些偏差，缺乏真实的体验，也削弱博物馆对相关展品的权威性，甚至会扭曲观众对真实展品的看法。目前互联网中好多艺术品都存在色彩视觉不一致的现象（图11）。

图10 《倒牛奶的女仆》[12]。

图11 《自画像》和《被囚禁的独角兽》[13]。

随着跨媒介展示的多样化，对颜色精确再现的需求不断增加，确保不同媒介上的颜色外观一致性变得尤为重要。因此，博物馆色彩应用的跨媒介一致性研究具有重要的意义，尤其对于艺术画作的色彩准确再现提供一定的理论参考。博物馆色彩应用的准确性及视觉一致性离不开色度学的支持。Szucs等[14]使用色度计测量了同一艺术作品在同一显示器不同浏览器上的Lab值并比较了色彩差异，得出不同浏览器之间的色彩显示差异相对显著。Song等[15]认为观察者对明度变化更宽容，对色相变化更敏感。Giesel等[16]对不同材料的红、黄、蓝、绿4种颜色做颜色视觉匹配试验，结果表明，屏幕上颜色的明度和饱和度都与物体的颜色有一定的差别，但色相不会发生很大的偏差，即色相不会因色彩呈现方式的不同而发生大的变化。Sunaga等[17]发现屏幕上匹配的饱和度比物体饱和度的平均值更高。Doerschner等[18]研究证实色彩的存在场景多样化会受到周围色彩及照明条件的影响。Kagimoto 等[19]发现颜色三刺激值相等的两个媒介的色彩在视觉上并不匹配。颜色在不同媒介中显示出的色彩三属性（色相、明度和饱和度）会存在一定的差异，影响颜色跨媒介显示的条件较为复杂，与展示媒介、外部观察条件都有较强的关联。关于跨媒介色彩一致性的研究以及不同媒介的颜色匹配研究目前已有较多的探索，但在比较不同媒介色彩再现是否一致时的观察条件并没有统一的标准。

文章从色度学的原理出发，依靠分光光度计、分光辐射亮度计等专业的色彩采集、测量设备，在一定的条件下开展跨媒介色彩一致性的试验研究，以期为博物馆跨媒介色彩应用的一致性提供一定的理论依据。

1 试验

通过色度学试验的方法，比较标准色卡物体色和标准显示器光色的色彩差异。

1.1 试验环境

整个实验是在中性灰墙壁的标准暗室中进行，观察者只看到显示器发出的光（图12）。

图12 试验环境。

1.2 试验材料及准备

孟塞尔色卡（色号如表1所示）：Munsell Book of Color-Matte Edition，孟塞尔色彩公司；分光辐射亮度计：CS-2000，柯尼卡美能达控股公司；分光光度计：Datacolor650，德塔；屏幕校色仪：Datacolor spyder 4 Elite，德塔。

表1 试验用孟塞尔色卡编号

1.3 试验步骤

（1） 从孟塞尔色卡中分别挑选红、橙、黄、绿、蓝、紫、黑、白、灰9种颜色的色卡。

（2） Datacolor spyder 4 Elite对暗室条件下的显示器进行色彩校正。

（3） 采用分光光度计Datacolor650分别采集不同颜色色卡的xy值（xy 表示颜色的彩色特征，如表2所示）。

（4） 用分光辐射亮度计CS-2000在保持垂直的条件下测量Datacolor650采集到的色卡图片（图13）的xy值，如表2所示（为避免不同图片打开应用程序可能会带来的色彩差异，试验直接采用Datacolor650采集的色卡图片作为显示器测量色卡）。

图13 试验用孟塞尔色卡图。

（5） 最后统计两种媒介下的测量结果，并将xy值呈现在图上进行分析。

如图14所示，两种媒介不同色相的色度差异可以得出孟塞尔色卡和标准显示器所显示色彩的色相、饱和度的差异并不显著；可以得出物体色彩经过标准的采集、共享，可以保证色彩相对准确地呈现在显示屏上。虽然结果显示色彩的色相和饱和度两个媒介间差异不大，但试验中发现显示器上的色彩和实物色彩在视觉感知上有一定的差别，这种差别可能是由于不同媒介之间色彩的明度不同造成的。因此针对明度的不同，开展了与色卡同等光源条件下的明度比较试验。

图14 物体色与显示器显色的色度差异。

2 明度比较试验

色彩的明度呈现与物体所在的光源环境及观察角度有关，因此在比较明度差异时，需要在标准光源的观察条件下进行测量。

2.1 试验环境

试验是在中性灰墙壁的标准暗室中进行，将显示器放置在标准光源D65下。

2.2 试验步骤

（1） Datacolor spyder 4 Elite在D65光源下对显示器进行色彩校正。

（2） 使用试验2.1中Datacolor采集到色卡的图片，并用CS-2000测量显示器显示色卡的xyz值（三刺激值，相当于红、绿、蓝三色光的比例）。

（3） 将xyz值通过公式转换成Lab值并与Datacolor测得的Lab值进行对比。

2.3 结果与讨论

对上述采集到的数据进行整理，将Lab值中的L值（明度值）呈现在表3中。

通过表3中的明度值对比可以看出，除黑色外，色卡的明度值均高于显示器的明度值，因此，在标准的实验观察条件下，色卡和显示器色彩之间的视觉差异是由于明度的差异引起的。

综上所述，文中的试验条件下通过准确的色彩采集和显示可以保证色彩显示的相对一致性。因此，在博物馆进行馆内跨媒体展示时，需要考虑展品的实际照明条件，采用准确的设备进行色彩采集并正确存储，展示在经过校准的显示器上，以确保色彩展示的相对准确性。

总之，通过合理考虑照明条件、准确的色彩采集和显示，可以提高博物馆展示的色彩准确性。

3 结论

在标准照明条件下，显示器上的色彩在色相和饱和度方面与物体色具有一致性，但在明度方面存在差异，显示器上的色彩明度较低。

在实际应用中，为了确保展品色彩的准确还原，可以采取一系列符合色彩管理要求的步骤。首先，使用校准过的图像采集设备在标准光源环境下进行颜色采集，并采用无损格式传输数据。然后，对图像展示的光色显示设备进行实际光源条件下的校准，以确保色相和饱和度的准确还原。观众对明度要素更加宽容，因此在跨媒介色彩管理中，这种方法可以保证相对一致性。然而，如果希望更精确地控制明度要素，实现色彩的精准还原，就需要在一般的色彩管理流程中同时考虑照明环境和显示器亮度的精确测量及调校。

尽管大多数观众在浏览博物馆的线上展览或访问网站时使用未经过色彩校准的显示器，甚至在不同的照明条件和浏览器下观看，但文中的研究仍对一般情况下的色彩显示具有一定的指导意义。研究结果可以作为博物馆展示设计中显示器色彩的依据，并为博物馆线上展览的色彩采集和展示提供参考。

此外，研究结果也可以作为教学和应用的基础，为其他物体色和光色呈色原理共存的平台提供依据。这种科学与艺术结合的研究有助于设计者更好地表达色彩，并促进色彩视觉的一致性。基于色度学的视觉基础，该研究可以作为色彩视觉一致性的补充，为色彩视觉一致性的应用提供理论依据。在今后的研究中，可以进一步提升和总结这些结果，以推动色彩管理和展示领域的发展。