原创 材料研究大管家 电子材料与元器件 2020-07-13 09:00
—编者按：本公众号持续推送材料领域最新科研讯息
引言
大家好，我是三个石头爱唱歌，今天我想给大家分享下科研绘图中的视觉呈现和配色策略，有位名人曾经说过：图好文一半—沃兹基硕德。图片对于科技文章是非常重要的，笔者在平时阅读文献的时候，一般都是先看图，图片给的信息最直观，最有视觉冲击。我想对于大多数人来说，当阅读科技论文时，比起文字，都是更喜欢看图片吧。而配色对于一个图片，可以说是灵魂了。本文笔者将结合自己在科研绘图的心得和积累，给出下面分享的内容，由于笔者的水平有限，涉及的内容和观点都是可以进行探讨的。
在说配色之前，笔者想先说说人的眼睛。因为配色之前，必须知道人的眼睛喜欢什么颜色。图1.给出了一个人眼的结构。人眼睛的视网膜相当于相机的CCD（图像控制器），可以把光信号转换为电信号。在视网膜上有两种细胞，分别是视杆细胞和视锥细胞。这两种视觉细胞在光子的作用下，通过开关细胞膜上的Na+通道，产生电信号，发送给人的大脑袋。其中视杆细胞比视锥细胞感光灵敏度更高，在光线较暗时是主力部队。而视锥细胞还要负责分辨颜色。图1(b)是人眼的颜色吸收光谱，其中，498对应视杆细胞的工作范围，437,533,564对应视锥细胞的工作范围。从图1（b）可以看到，人眼在蓝色-绿色，黄色-橙色附近具有最好的分辨能力，理论上可以达到1nm的分辨率。这意味着人眼会对这些颜色极为敏感（这可能是千百年来人为了生存，眼球适应大自然做出的自然选择）。我们仔细观察自己手机的APP图标或者企业商标，会发现大部分的APP或者商标，都是以这些颜色为主。
比如：
蓝色系：支付宝，净网大师，酷狗音乐，谷歌翻译，知乎，饿了么，铁路12306，中国建设银行等等。
绿色系：微信，whatsapp，有道精品课，邮政银行，必应，中国农业银行等等。
橙黄色系：淘宝，京东，斗鱼，咸鱼，小米logo，UC浏览器，美团，Science direct，let-pub，DHL 等等。
实际上，当你打开手机的时候，这些APP也更容易吸引你的眼睛，这个不论喜好，视锥细胞使然而已。了解了这些对于科技绘图中的配色也是十分重要的，可以帮助大家选取正确的颜色。
图1. (a)人眼的结构 (b)人眼的颜色吸收光谱---图片来源于网络
我们在绘图的时候，必须成竹在胸，我们的目的是让读者关注什么，而不是随便给图上个色完事，让读者自己去找去发现。在这里我分享三个个人觉得比较常用且有效的策略：对比，渐变，突出显示。需要注意的是，根据绘图的需要，这三个策略既可以单独采用，也可以相互之间联合使用。
首先是对比策略，这个在科研绘图中用的是比较多了，尤其是柱状图，图2给出了三种对比最为强烈的柱状图。在所有的对比色中，补色对比是最为强烈的，常见的补色对比色为黄与紫，橙与蓝，红与绿，而在这三种中，橙色-蓝色这一对对于人眼是最敏感的，因此在各大企业的产品发布会，这个对比色很常用。因此，当大家想表达强烈对比的时候，可以选取这一对。
图2. 三种对比最为强烈颜色示例。
有的时候呢，除了组元间的对比，同时还要进行组元内的对比，这个时候，就需要我们抓住主要的矛盾，假如我们想主要对比组元间的情况。我们可以在组元间采取互补色，组元内采取渐变色，如图3所示，我们可以看到，左边的图明显更有设计感一些，右边的图就显得颜色比较乱。实际上，如上所述，这个地方就采取了对比和渐变相结合的策略。
图3.对比策略和渐变策略结合的手段。
当我们不想表达强烈对比，只想表达连续的变化，渐变可以说用的是最普遍的。渐变色较为常用的情景是：PFM图像，地理上的等高线，等温线等等。这个地方举个两个关于XRD和Raman例子。图4.为变温的XRD和Raman 图谱，随着颜色从蓝色不断变红代表了温度升高的方向。形象的描述了这个连续变化的过程。在图的左下角，我给出了一个彩虹渐变的色块，大家可以参考取用。此外，有时候我们需要某个颜色的渐变色，实现对比和渐变结合。那么，对于单个颜色的渐变色，可以去如下网站去获取：http://www.65at.cc/image/468138062_3240618211.html
图.4变温的XRD和Raman 图谱。----图片来源于网络。
突出显示可以认为是更高级别的对比，一般用来突出显示想表达的内容，这个时候其他的都成为背景，我们在公路上看到的指示牌，要么是蓝色背景，要么就是黄色背景，比起白色背景，上述两种颜色更易引起人眼的关注。突出显示在科技绘图中具有非常强大的优点，尤其是想吸引大家的眼球去关注某个点，某个线，某个区域的时候。图5给出了两种突出显示的例子，左边是通过红色箭头引导读者关注点。右边的图是通过添加黄色背景，引导读者关注点（因为人的眼睛对于黄色更为敏感）。这个地方我不评价哪一种更好一些，大家可以根据自己的喜好来选择即可。总之，突出显示可以通过给想吸引大家关注的区域，加背景色，以及设置人眼敏感色的方法来实现。
图5.突出显示策略的应用---图片来源：Ceramics International. 2020;46(1):98-105. Journal of the European Ceramic Society 40 (2020) 71–77
关于配色，其实是一个十分复杂的工程，从衣、食、住、行、到调、配、饰、赏。涉及到色相、明度、纯度、冷暖等等，都可以出本大百科全书了。不过对于科研人员而言，只需要知道怎么用好就可以了。本文中，笔者其实重点说了配色中的色相，也就是颜色的种类。下面分享在科研绘图中笔者认为比较重要的两个手段：大道至简和模仿。
俗话说大道至简，凡是大家目熟能详的，都是很简单的，比如小米，苹果的logo等。越是简单，越是显得高大上。高级灰色系就是这样子的一个代表。它也叫莫兰迪色系，来源于一个画家，目前广泛用于高端的影视，家居和衣服等。图6.给出了这个色系的色块，同时这地方笔者将前面的图2和图3用这个色系进行了上色。可以看到图片马上有了一种舒缓雅致，平静恬淡的感觉。大家如果喜欢，可以试试这个色系。在科技绘图中，我们应该尽量不采用花里胡哨的色彩，按照最简原则来进行颜色的搭配，这个在PPT答辩的时候也是适用的，比如一页PPT尽量不超过3种颜色。
图6.莫兰迪色系的色块和应用示例。
对于科研人员，系统的去学习配色有些本末倒置。不过我们在日常看文献的时候，可以将自己遇到的比较喜欢的配色方案收藏下来，尤其是一些高端的期刊杂志，配色都是非常好的。其次，一些企业的发布会的PPT的配色也是很专业的，都可以进行模仿。这个地方笔者也只是抛砖引玉，举两个例子。如图7左边所示为论文中的图片，笔者在这个地方采用该配色方案，绘制了右边的图，笔者对于这个效果还是比较满意的。这种他山之石，可以攻玉的手段，在科技绘图中可以说是事半功倍的。图8.给出了企业的配色方案，这种方案一般都是很抓人眼球的方案，前面已经说过，蓝色-绿色，橙色-黄色，是人眼睛最敏感的颜色，可以发现图8.左边微软和谷歌直接就是直接由这四种颜色变种后组成的，而且两者之间极为接近。因此，如果大家想在自己的图中重点表达某些线条，某些点或者某些区域，就可以参考企业的这些方案。
图7. 论文中的图片配色的模仿示例
图.8 标准色，谷歌，微软，小米的配色举例。
还有一种情况是我们既想进行强烈的对比，又想保持整个画面的和谐性，做到艳而不俗。这个我们可以参考故宫里面的配色，故宫中的色彩是非常丰富和鲜艳的，而且特别喜欢用强烈的补色对比，由于这些颜色的纯度和明度一致，整体看上去和谐统一，让人过目难忘，毫不夸张的说，故宫色系是我目前见过最好的色系了。图9.给出笔者上次去故宫拍的照片和从这幅照片中吸取的色块，仅供参考。
图9.故宫色举例
总结来说，我们在科研绘图的时候，一定要注意图的美感。我最崇拜的偶像，钱学森先生曾经说过，科学是有美感的，科研工作者也需要艺术的熏陶。我们在平时可以刻意去培养自己的艺术细胞，尤其是艺术鉴赏能力，比如欣赏画作和音乐等。这样在科研绘图的时候，可以去模仿画家们的S或者C型构图，当然也包括配色。在论文写作的时候，可以模仿音乐家们的起承转合，抑扬顿挫等等。
推荐3个笔者比较喜欢的配色方案：
虽然现在origin2019的配色已经十分丰富了，尤其是渐变色。但是笔者还是想推荐一些自己比较喜欢的配色方案，兹认为这样的绘图会有明显的个人艺术风格，希望大家也喜欢这些配色，当然个人也可以选取自己的配色方案，形成自己的风格，文末也给出了一个配色网站供参考。
本文推荐的所有的色块，用微信或者QQ截图，就可以看到每个色块的RGB值。然后创建到自己的配色卡，就可以使用了。
当图中需要颜色较少时：
当图中需要颜色较多时:
当图中需要颜色超级无敌多时：
当然，如果笔者推荐的颜色大家不喜欢，也可以上下面这个网站，获取自己喜欢的配色方案：
http://www.65at.cc/image/468138062_3240618211.html
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