彩虹色竟會扭曲資料的表達?


色彩可以給科學資料和影象帶來一絲不一樣的活力,從繪製選舉投票情況,到研究火星地形,為火星車規劃路線,再到向大眾闡述氣候變化情況,甚至是對心臟病進行關鍵診斷,顏色都可以讓科學家的資料轉換成有意義的東西,從而被廣泛共享。


用彩虹色彩模式表示火星表面地形。| 圖片來源:NASA

色圖是由不同顏色組成的色彩模式,這些顏色可以代表繪圖上特定區域的某些數值或性質。

但許多研究人員沒有注意到的是,色圖中的顏色選擇大有講究。

在許多視覺化軟體中,彩虹色彩模式(有時也被稱為jet色彩模式)是一種預設設定。它通常從藍色開始,代表較低值,然後過渡為青色、綠色、黃色、橙色,最後來到代表最高值的紅色。

但在一些科學家眼中,彩虹色其實並不是一種很好的選擇,它不僅是一種具有誤導性的色圖模式,對一部分人來說還有可能難以辨認。


各類色彩模式。|圖片來源:Karim, R. M. et al. /Applied Sciences(2019)

簡單來說,一些色彩模式可能是發散性的,這種特徵能讓我們從視覺上感知到中心值,而另一些或許是順序性的,能讓我們獲得一種數值從低到高的排列直覺感受。但彩虹色的組合卻兩者皆非。

從根本上說,在這種色彩模式中,顏色之間的變化並不平滑。例如,在很短距離內顏色就會發生變化。

用一種更直觀的方法來說,用一種顏色之間變化劇烈的色彩模式來製圖,就好比在一個數字分佈不均勻的數軸來表達數字。在彩虹模式的色圖中,這差不多相當於,將數字1到4全擠在一起,而8到10卻分得很開。


彩虹色彩模式的位置軸和一種顏色變化平滑的色彩模式batlow的位置軸對比。|圖片來源:Crameri, F. et al. /Nature Communications(2020)

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這種不均勻的顏色梯度意味著,色彩模式中的某些部分會自然而然地比其他部分更突出,從而以這種方式扭曲了資料的表達。


兩種色彩模式(jet與vik)的色圖對比。|圖片來源:Fabio Crameri viaThe Conversation

基於這種不均勻顏色梯度的RGB色彩空間在數學上相對簡單,但它與我們感知顏色以及如何分辨顏色差異的方式並不協調。

彩虹等不均勻的色彩模式的另一個問題是,對於視力缺陷或色盲的人來說,用這些顏色呈現的資料可能無法讀取或者不準確。很大一部分人無法閱讀包括亮度相似的紅色和綠色的色圖。

一些估計顯示,全世界有0.5%的女性和8%的男性患有色彩視覺缺陷(CVD)。這組數字在撒哈拉沙漠以南的非洲地區的人口中更低一些,但在白人比例較高的人口中,例如斯堪的納維亞半島,比例可能還要高得多。


幾種色彩視覺缺陷友好型的色彩模式(viridis、cividis和batlow)與彩虹色彩模式(jet)的對比。| 圖片來源:Crameri, F. et al. /Nature Communications(2020)

無需多言,任何科學成果都應該能被儘可能多的人看到,顯然,CVD人群也應該被考慮在內。

彩虹色和其他不均勻的色彩模式的問題多年來一直為人所知,某些科學領域已經對色彩策略的實踐做出了重大改變。

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比如,《自然·地球科學》等學術出版物對新提交的論文采用了更為均勻的色彩模式策略。政府間氣候變化專門委員會(IPCC)也為圖片制定了新的色彩指南。

類似MATLAB和Python等軟體包也已經不再將彩虹色作為資料視覺化功能的預設色彩模式。

當談到更有效的資料交流時,進行過相關研究的科學家Philip Heron、Fabio Crameri和Grace Shephard三位科學家提出了用顏色更有效地交流發現的一些建議:

(1) 避免使用預設的彩虹色彩模式;

(2) 如果一定要用到紅色和綠色,確保它們的亮度不相同,方便辨認;

(3) 採用顏色之間均勻變化的色彩模式。

#創作團隊:

原文作者:Philip Heron(多倫多大學環境地球物理助理教授)

Fabio Crameri(奧斯陸大學地球物理研究員)

Grace Shephard(奧斯陸大學地質學與地球物理研究員)

編譯:Måka

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#參考來源:

https://theconversation.com/how-rainbow-colour-maps-can-distort-data-and-be-misleading-167159

https://www.mdpi.com/2076-3417/9/20/4228

#圖片來源:

封面來源:Public Domain Pictures

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