木材的表面視覺顯示的環(huán)境學(xué)特性

第1章

木材表面視覺環(huán)境學(xué)特性

1.1色度學(xué)1.2木材材色視覺物理量1.3木材的光反射特性與光澤度視覺物理量1.4木材表面視覺特征變化對視覺心理感覺的影響規(guī)律1.5木材表面視覺特性與人的視覺心理1.6

木材表面視覺特性與人的視覺生理

◎

根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，在人接受的外界刺激信息中，視覺是占第一位的，如圖1-1所示。從中可以看出，視覺接受的心理量占據(jù)了信息量總體的4/5，大大超過了其他感官信息，這說明視覺的影響是最直接也是最重要的，所以人們習(xí)慣于用木材裝點室內(nèi)環(huán)境、制作室內(nèi)用具，是與木材的視覺特性有著密切的關(guān)系的。

圖1-1人體五感接觸外界信息量的比較

1.1色度學(xué)基礎(chǔ)

顏色是反映物體表面視覺特征和引起人們心理感覺的最為重要的自然屬性。長期以來，人們習(xí)慣于用顏色名詞或顏色名詞的組合來描述物體的表面材色。

色度學(xué)是對顏色刺激進行度量、計算和評價的一門學(xué)科，是以光學(xué)、視覺生理、視覺心理、心理物理等學(xué)科為基礎(chǔ)的綜合科學(xué)。

色度學(xué)將主觀的顏色感知和客觀的物理測量值聯(lián)系起來，從而建立起科學(xué)、準(zhǔn)確的定量測量方法

1.1.1色度學(xué)

顏色感覺是外界刺激使人感覺器官產(chǎn)生的感覺。

圖1-2色知覺的形成過程

圖1-3顏色立體（三屬性）示意顏色的三屬性明度——物體明亮程度色調(diào)——顏色類別飽和度——顏色純潔程度描述顏色的最簡單、最古老的方法是用顏色名詞。給每種顏色一個固定的名稱（如紅色、白色、黃褐色），并冠以適當(dāng)?shù)男稳菰~（如深紅色、淺黃褐色），將這些名詞匯編成顏色名詞詞典，為人們提供了交流色知覺信息的方式，但它不能定量地表示色知覺量。顏色名詞用標(biāo)準(zhǔn)色卡描述顏色表色系統(tǒng)或色度空間1.1.2色度學(xué)表色系統(tǒng)簡介色度系統(tǒng)：使用規(guī)定的符號，按一系列規(guī)定和定義表示顏色的系統(tǒng)。

該系統(tǒng)是某個三維顏色空間中的一個可見光子集，它的用途是為了在顏色域內(nèi)方便地用數(shù)字量表征顏色，實現(xiàn)了對顏色感覺的定量描述和控制。

CIE1931-RGB系統(tǒng)該系統(tǒng)直接采用三原色的匹配量為三刺激值。但系統(tǒng)計算中會出現(xiàn)負(fù)值，用起來不方便，不易理解。CIE1931-RGB標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)“2°視場XYZ色度系統(tǒng)”以三個假想的原色X、Y、Z，將它們匹配為等能光譜的三刺激值，定名為“CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色觀察者光譜三刺激值”，在此基礎(chǔ)上建立色度系統(tǒng)。CIE（1964）補充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)

CIE為適應(yīng)10°大視場的色度測量，1964年補充制定。其原因在于：研究表明人眼用小視物觀察顏色時的辨別能力較低，當(dāng)視物從2°增大至10°時，顏色匹配精度隨之提高。圖1-4

CIE1931

（2

°視場）和

CIE1964（10°視場）色品圖CIE（1976）L*a*b*

均勻色空間

色度學(xué)研究表明，CIE（1931）和

CIE（1964）色度系統(tǒng)的色度圖仍不夠理想，其色度空間在視覺上不均勻。幾經(jīng)修改，得到一個簡化的均勻顏色空間——CIE（1976）

L*a*b*色度系統(tǒng)。它在三維空間的各坐標(biāo)軸方向上均具有視感知覺的等距性，并細(xì)分了明度指數(shù)和色品指數(shù)的級差。圖1-5L*a*b*色空間（CIE1976）示意圖1.黃;2.橙;3.紅;4.白;5.黑;6.紫;7.藍;8.藍綠;9.綠;10.黃綠

L*為明度指數(shù)，完全白的物體視為100，完全黑的物體視為0。a*為米制紅綠軸色品指數(shù)，正值越大表示顏色越偏向紅色，負(fù)值越大表示顏色越偏向綠色。b*為米制黃藍軸色品指數(shù)，正值越大表示顏色越偏向黃色，負(fù)值越大表示顏色越偏向藍色。

孟塞爾表色系統(tǒng)

由美國美術(shù)家MunsellA.H.在20世紀(jì)初建立，用一個三維空間的模型將各種表面色的三種視覺特性——明度、色調(diào)、飽和度全部表示出來。在立體模型中，每一個部位代表著一種特定的顏色，飽和度用孟塞爾彩度表示，并按照色調(diào)、明度值/飽和度這樣規(guī)定的次序給出一個特定的顏色標(biāo)號，編制成顏色圖冊。例：6YR、6/8圖1-6孟塞爾色度系統(tǒng)立體圖圖1-7孟塞爾表色系統(tǒng)平面圖

色調(diào)（H）有循環(huán)性，稱為色調(diào)環(huán)或色相環(huán)。色調(diào)環(huán)的主要色調(diào)有赤（R）、黃（Y）、綠（G）、藍（B）、紫（P）及中間色黃赤（YR）、黃綠（YG）、藍綠（BG）、紫藍（PB）、赤紫（RP）共計十色，分別有相應(yīng)英文代號表示。色調(diào)之間可再十等分，分別用1~10間的數(shù)字與相應(yīng)色調(diào)的英文字母組合標(biāo)示，如2R、9Y、5G等，帶5的色調(diào)為基本色調(diào)的位置。因此，2R比5R接近RP，為赤紫的赤色；9Y為接近GY之黃色；10Y與0GY相同。

明度（V）以數(shù)字10表示白，數(shù)字0表示黑，中間各灰色等分，如2的灰色為接近黑色的暗灰，7的灰色為接近白色的淺灰。飽和度（C）以數(shù)字及其前面的斜線表示，如/2、/6、/3、/5等，數(shù)值越大，飽和度越高，色越純越鮮艷。

HSI表色系統(tǒng)

HSI表色系統(tǒng)是一種比較接近人對顏色視覺感知的顏色空間，它經(jīng)常被用于計算機視覺及工程學(xué)中。HSI系統(tǒng)由色調(diào)（H）、飽和度（S）和亮度（I）3個分量組成。其中色調(diào)是指感知到的色彩（技術(shù)上主要指光譜波長），例如，如“紅”、“橙”、“黃”、“綠”、“青”、“蘭”、“紫”、“橙黃”等。飽和度是色彩被白光沖淡程度的度量，對應(yīng)于“淡紫色”、“深紫色”等描述。

色調(diào)是以與色彩空間的夾角值來表示的，如圖1-8所表示，色調(diào)值在0°~360°范圍內(nèi)連續(xù)變化

HSI系統(tǒng)的優(yōu)點是將亮度信息從色彩中分解出來，而色調(diào)、色飽和度與人類感知相對應(yīng)，因而使得該模型在圖像處理算法中非常有用。

圖1-8色調(diào)H值的角度表示

表1-1各種顏色的色調(diào)值范圍1.1.3顏色測量方法簡介

色度學(xué)的測量方法通常分為視覺測色法（主觀測色法）和物理測色法（客觀測色法）兩種。

☆色卡參比法☆目視色度計法☆光譜光度計（分光光度計）測色法☆光電積分式測色法色卡參比法制作標(biāo)準(zhǔn)色卡描述顏色，色卡有一定的標(biāo)號。在標(biāo)準(zhǔn)光源下將色卡與被測物目視比較測量。（色調(diào)沒有數(shù)字化，易疲勞產(chǎn)生誤差）目視色度計法用人的視覺去調(diào)節(jié)兩個視場的顏色和亮度達到匹配。即將一個視物的待測顏色光與另一視物的多原色混合光產(chǎn)生的比較顏色光相比較，調(diào)節(jié)比較光與待測光匹配，根據(jù)比較光各原色的坐標(biāo)和儀器之參數(shù)，計算待測顏色光的三刺激值和色度坐標(biāo)值。缺點與色卡參比法相同，即易因人眼的疲勞而產(chǎn)生誤差。光譜光度計法

以分光光度計為最基本的顏色測量儀器。它并不是直接測量顏色，而是測量樣品的光反射特性或投射特性光譜，通過計算求得樣品顏色的三刺激值。

X=κ∫S（λ）β（λ）x(λ)dλ

Y=κ∫S（λ）β（λ）y(λ)dλZ=κ∫S（λ）β（λ）z(λ)dλ優(yōu)點：結(jié)果準(zhǔn)確，精度高，可同時測得光譜分布曲線；缺點：操作和計算復(fù)雜，測量所需時間較長。

測色用分光光度計是一種精密光學(xué)儀器。一般來說，分光光度計可劃分為四個檔次：高精度型（高檔）、標(biāo)準(zhǔn)精度型（實用）、普及型（經(jīng)濟）、手提便攜型（便攜）。

圖1-9NF333型手持式分光測色儀光電積分式測色法

可由儀器的響應(yīng)值直接得到待測顏色的三刺激值。該儀器利用本身的標(biāo)準(zhǔn)光源和具有特定光譜靈敏度的光電積分元件、內(nèi)置單片機和微打，直接測量，打印物體色的三刺激值和色度坐標(biāo)，以及兩種物體色的色差值。優(yōu)點：操作簡便，測量時間短，應(yīng)用性強；缺點：不能測光譜分布曲線，精度略低于分光測色法。

圖1-10DC-P3型全自動測色色差計

三刺激值

在三色系統(tǒng)中，與試驗光達到色匹配所需的原刺激量，稱為試驗光的三刺激值。如在XYZ色度系統(tǒng)中，以X、Y、Z為三刺激值。圖像處理測色法

此外，在數(shù)字圖像處理學(xué)迅速發(fā)展的今天，已有了對材色測量的更簡捷、更方便、而又不失準(zhǔn)確性的替代方案。即由連接計算機的攝相系統(tǒng)輸入被測物體表面的彩色照片，根據(jù)各種表色系統(tǒng)之間的聯(lián)系和參數(shù)換算公式，通過計算機編寫程序，達到快捷計算的目的。雖然此種方法并沒有直接測量材料本身的顏色，但在較高置信度的前提下通過計算機求測出來，也不失為一種科學(xué)而實用的方法，實驗結(jié)果證明基于該種方法的測量可信度也是比較高的。

1.2木材材色視覺物理量

1.2.1木材顏色的產(chǎn)生木材的顏色主要由本身的反射光譜特性所決定。根據(jù)光學(xué)知識，如果物體選擇性地吸收了一部分波長的光，而反射其余波長的光，能夠產(chǎn)生非均勻性的反射光譜，使全部的光譜組分中的某些波長的組分被削弱，而相對突出了另一些波長的組分，這種反射光譜因不同材料而呈現(xiàn)不同形式的分布，也就使不同的材料呈現(xiàn)出各種各樣的顏色。不同樹種的木材，對光譜進行各不相同的選擇性吸收，所以具有各種各樣的色調(diào)。

反射光譜與木材顏色三屬性之間的簡要關(guān)系為：明度由全可見光波長范圍光譜反射強度的平均值所決定，因而它能夠反映木材表面視覺的明暗程度；色調(diào)由反射光譜的分布形成而決定，例如橙黃色的木材，對應(yīng)橙黃光波長范圍的反射率較高，而在其它波長范圍的反射率較低；飽和度則由反射光譜分布的集中程度而決定，分布的越集中則顏色純度越高，越接近單一色。木材通常是由多種顏色組分形成表面材色，光譜分布呈連續(xù)、平緩吸收的形式，因而飽和度不高。

為什么不同樹種的木材能夠顯現(xiàn)不同的顏色，這顏色是如何產(chǎn)生的？經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，木材的顏色主要與木材中的木質(zhì)素和沉積于細(xì)胞腔和細(xì)胞壁內(nèi)的抽提物有關(guān)。

1.2.1.1木材的發(fā)色基團和助色基團在有機化合物分子中存在一些不飽和基團，這些基團在可見光區(qū)會產(chǎn)生吸收峰而使化合物顯出顏色，如乙烯基（RCH＝CHR）、羰基（C＝O）、苯環(huán)、鄰醌、對醌、二芳環(huán)等基團，所以也稱這些基團為發(fā)色基團；另一些基團加入到某一種化合物時，能使這種化合物的顏色加深，如羥基（—OH）、醚基（R—O—R）、羧基（—COOH）、氨基（—NH）等，所以也稱這些基團為助色基團。當(dāng)發(fā)色基團與助色基團在某種化合物中以一定的形式結(jié)合時，就會產(chǎn)生顏色。

木材作為天然高分子有機物，其主要成分為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等。它們不僅含有羰基、不飽和雙鍵以及共軛體系等發(fā)色基團，而且還含有羥基等助色基團，它們大量存在于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中，再加上少量組分黃酮、木酚素、芪類結(jié)構(gòu)中的發(fā)色基團和助色基團的有機結(jié)合，從而使木材呈現(xiàn)出豐富多彩的顏色。1.2.1.2木材抽提物與木材顏色木材抽提物中所含的發(fā)色物質(zhì)，如色素、單寧和樹脂等也是木材產(chǎn)生顏色的原因之一。有以下２種情況：第一種情況是色素本身為帶色物質(zhì)，使木材顯色。第二種情況是色素本身為無色，經(jīng)氧化后產(chǎn)生各種有色物質(zhì)，從而使木材產(chǎn)生各種顏色。

顏色是木材表面視覺性質(zhì)中最為重要的物理特征，而且直接與木制品以及室內(nèi)環(huán)境的質(zhì)量評定密切相關(guān)，其利用的重要基礎(chǔ)是對它的定量測量和表征。

以下，將我國110種代表性商品材樹種群體的測量結(jié)果加以分析，探討我國主要商品材樹種群體木材視覺物理量的分布特征、視覺物理量參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系、視覺物理量的空間簡化方法，以及從視覺物理量角度出發(fā)的樹種類別歸并等問題，旨在為木材制品和裝飾用材表面質(zhì)量的綜合評價，木材視覺環(huán)境學(xué)和木材居住性的研究提供基本數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

選取材色變化范圍最寬的110種中國主要商品材樹種木材作為試材，材色范圍從近乎白色的淺材色樹種直至黑色的深暗色樹種變化，并且覆蓋了木材的各個具有代表性的材色范圍（如淺黃白色、黃白色、橙黃色、黃褐色、褐色、黑褐色等）。其中針葉材22種，闊葉材88種。試材的樹種和采集地如下表所示。表1－2

表1－3

表1－3

表1－3

表1－3

采用CS-1型測色色差計、D65標(biāo)準(zhǔn)光源；測量范圍φ20mm，在每塊試件多點多次測量，取平均值作為該樹種的測量值。參數(shù)：

XYZ色度系統(tǒng)

L*a*b*色度系統(tǒng)孟塞爾色度系統(tǒng)（采用佐道健的方法換算）1.2.3木材材色的色空間分布特征1.2.3.1在L*a*b*色空間的分布特征1.2.3.2在孟塞爾色空間的分布特征表1－4

表1－4

從表中可以看出，木材材色在各個色空間均有一定的分布范圍，而且針葉材和闊葉材的分布特征有所不同。由于L*a*b*色空間和孟塞爾色空間的視覺物理量與人類視覺特性的關(guān)系均比XYZ色空間更為密切，因此對木材材色的分析將在這兩個色空間的分布特征進行討論。

1.2.3.1木材材色測試值在L*a*b*色空間的分布特征

為了直觀地考察材色在三維色度空間的分布特征，首先將材色測量值以三維立體散布圖和平面投影圖的方式表示。由圖可見，110種樹種木材的明度L*在20~90的范圍內(nèi)變化，色度指數(shù)a*在-2~20范圍內(nèi)變化，而色度指數(shù)b*在-15~30的范圍變化。針葉材的測量值大都集中在L*值和b*值較高的范圍內(nèi)，在a*坐標(biāo)軸的分布范圍也比闊葉材窄。b*軸為黃藍軸色度指數(shù)，L*和b*值較高，說明針葉材的材色偏重于明度較高的橙黃色和淺黃白色。闊葉材的材色測量值分布在較寬的空間范圍。其中，箭頭所的是烏木測量值，由于它的顏色近于黑色，所以三刺激值均很低。整體看來，絕大多數(shù)樹種木材的a*和b*值都分布在0以上的范圍，明度指數(shù)在40以上的范圍。

圖1-11110樹種木材材色測量值在L*a*b*色空間的分布

○為闊葉樹材；●為針葉樹材

為了進一步明確木材材色在L*a*b*色空間的分布特征，利用計算機進行分級統(tǒng)計分析。采用等級差的分級方式，將材色的各項色度學(xué)指標(biāo)進行分級統(tǒng)計處理，并用統(tǒng)計分布圖列出分析結(jié)果，結(jié)果如下圖所示。

圖1-12木材米制明度(L*)測量值的統(tǒng)計分布圖

1.針葉樹材；2.闊葉樹材；3.全體樹種

圖1-13木材米制色度學(xué)指數(shù)(b*)測量值的統(tǒng)計分布圖

1.針葉樹材；2.闊葉樹材；3.全體樹種表1－5表1－6

總體看來，針葉材與闊葉材的分布特征有所不同。主要表現(xiàn)在：①闊葉材的材色分布范圍比針葉材寬；②材色數(shù)字表征量的分布峰值位置不同。由表1-5和1-6可知，烏木（黑色）、紅木（暗紅褐色）等深材色樹種分布在低明度范圍，而具有黃白色等淺材色的樹種則分布在高明度范圍。樹種在b*（黃藍）軸的分布也很具有規(guī)律性。如漆樹、黃檀（邊材）等黃材色樹種，以及一些橙黃材色的樹種分布在b*值的最高分級區(qū)域。1.2.3.2木材材色測試值在孟塞爾色空間的分布特征

圖1-14表示110種樹種木材材色測試值在孟塞爾色空間的分布。

圖1-14110樹種木材材色測量值在孟塞爾色空間的分布

○為闊葉樹材；●為針葉樹材

從圖中可見，大多數(shù)樹種色調(diào)值H的數(shù)值0~5~10（對應(yīng)于孟塞爾色調(diào)標(biāo)號10YR~5YR~10Y）之間，即分布在YR的區(qū)間；僅有少數(shù)闊葉材樹種的材色值分別分布在R~YR和YR~Y的區(qū)間。同時可見，針葉材材色分布特征與闊葉材有區(qū)別。針葉材的色調(diào)H變化范圍比較窄，全部落在YR的區(qū)域，其明度V和飽和度C均分布在較高的區(qū)域；而闊葉材的材色在H、C、V三個坐標(biāo)軸都分布在比較寬的范圍。

圖1-15木材孟塞爾色調(diào)標(biāo)號(H)測量值的統(tǒng)計分布圖

1.針葉樹材；2.闊葉樹材；3.全體樹種

從圖中可見，110種樹種木材的色調(diào)標(biāo)號分布中心在7.5YR左右，闊葉材的分布中心在10YR左右。

圖1-16木材色飽和度(C)測量值的統(tǒng)計分布圖

1.針葉樹材；2.闊葉樹材；3.全體樹種

由表1-7可知，深紫褐色的紫檀分布在P區(qū)間，材色為紅色、紅褐色、暗紅色等偏紅顏色的樹種（如紅椿、香樟、紅木等）分布在R區(qū)間，而材色偏黃（如漆樹、黃檀等）或偏白（如冬青等）的樹種則分布在Y區(qū)間或YR區(qū)間與Y區(qū)間的交界附近。各種材色樹種所對應(yīng)的色調(diào)區(qū)間與目視宏觀測量的描述比較吻合。木材樹種名稱的色調(diào)標(biāo)號值分布表對于木材加工與利用，特別是用于室內(nèi)裝飾時替換樹種的選取具有客觀的參考價值。表1－7

1.2.4世界森林木材材色空間

分布規(guī)律

木材樹種繁多、材色也因樹種不同而變異。木材及其樹種群體來源于分布在世界各個地理區(qū)域的森林，因此，森林地理分布可能影響到木材樹種群的材色。研究木材材色與森林地理分布的關(guān)系，在理論和實際應(yīng)用兩方面都具有重要意義。但是。在國內(nèi)外的文獻中，有關(guān)地理分布與材色關(guān)系的報告尚未見發(fā)表。

《世界有用木材300種》

原始數(shù)據(jù)：樹種材色記載和地理分布記載

級別劃分?jǐn)?shù)量化處理分析針葉樹材、闊葉樹材樹種群的材色等級分布特征，以及地理區(qū)劃分布對材色分布圖（各材色級別的樹種占地理區(qū)域組內(nèi)樹種總數(shù)的百分比直方圖）的影響。1.2.4.1材色等級的劃分

木材因宏觀明度不同，有近乎白色（或無色）的淺色材和接近黑色的深顏色材，也有許多帶有不同深淺程度色彩的木材。根據(jù)這個特征，以宏觀明度為主要判據(jù)。將材色劃分為：①無色至淺；②淺淡；③深；④深暗四個級別，并以數(shù)字l、2、3、4分別作為級別的代號。按此劃分、從l級至4級的變化，代表著材色由淺（發(fā)白）色向深（暗、黑）色的變化，在一定程度上代表看材色由高宏觀明度向低宏觀明度的變化。表3-l列舉了部分材色描述的級別劃分。

表1－8

在文獻記載的樹種中，有的邊、心材區(qū)分明顯，也有的區(qū)分不明顯。一般對心材的描述比較詳細(xì)。為了便于比較，并考慮到心材受抽提物的影響作用明顯，因而與地理分布的相關(guān)性更高一些，分析中取心材的材色描述作為樹種材色級別劃分的原始數(shù)據(jù)。而對于邊、心材區(qū)分不明顯的樹種，取其整體的材色描述（實際上亦為心材的描述）為原始數(shù)據(jù)。樹種材色的級別歸類

將樹種劃分為日本材、北美材、南洋材、中南美材、非洲材、前蘇聯(lián)材等幾個地理分布大組，在每個大組中又將針葉樹材和闊葉樹材各分為組。在每個分組中，統(tǒng)計各個材色級別的樹種數(shù)目占樹種總數(shù)的百分比。在此基礎(chǔ)上，可繪制出各分組的材色級別分布圖。

樹種材色的級別歸類

數(shù)據(jù)的歸納整理工作由計算機程序來完成。根據(jù)各樹種的材色描述和材色級別劃分法標(biāo)注其材色級別編號，并將這些編號按分組輸入計算機，由計算機統(tǒng)計各級別編號數(shù)目占本組總數(shù)目的百分比。對于材色級別跨度較大的樹種，采取特殊的處理方式。例如某樹種（桃花心木）的材色描述為“粉褐色至暗褐色”，按照材色級別劃分應(yīng)為3~4級。對這個樹種，若輸人級別數(shù)據(jù)3.5，則計算機程序能自動判別后。在3、4級別的數(shù)目累加中各加人0.5（而在普通情況下僅在某一個級別的數(shù)目累加中加人1），以求得百分比統(tǒng)計分析的相對合理性。

圖1-17針葉樹材和闊葉樹材樹種群的材色等級分布圖

(條形1、2、3、4分別代表第1、2、3、4材色級別組)

從圖中看出，針、闊葉樹材的材色分布各有其特點。針葉樹材樹種群的材色分布在淺色、高明度范圍占有很大的百分比，大部分分布在第2級，1～2級的分布占78.3%，而在深顏色、低明度范圍僅有很少量的分布，分布于第4級的樹種僅占7.4%，3～4級的樹種占21.7%。

1)針葉樹材和闊葉樹材的材色級別分布的區(qū)別

但是，闊葉樹材樹種群的材色分布與針葉樹材相比，深顏色、低明度樹種所占比例數(shù)明顯增多、分布于3～4級的樹種占48.2%，而分布于l、2級的樹種比例救均少于針葉樹材樹種群。此結(jié)果應(yīng)與針、闊葉樹材的化學(xué)組分的區(qū)別有關(guān)。木材的顏色主要來源于其化學(xué)結(jié)構(gòu)的非主要成分。一般說來。闊葉樹材比針葉樹材含有更多的抽提物（如色素、單寧等）。所以深顏色的樹種也比較多。此材色分布直方圖的結(jié)果，是與我們?nèi)粘Ｓ^察到的“針葉樹材多為淺色、闊葉樹材的材色分布較寬，深色樹種較多”的直觀印象相一致的，與前一章對我國樹種群定量測量的材色參數(shù)色空間分布特征亦有相似的特點。

圖1-18不同地理區(qū)域的闊葉樹材材色級別分布圖

(條形1、2、3、4分別代表第1、2、3、4材色級別組)

從圖中看出，高緯度區(qū)域的北美材，其材色級別分布的特征為:1～2級的淺材色樹種占有很大的比例（其中l(wèi)級占15.6%，2級占62.5%，1、2級共占78.1%），而3～4級的深材色樹種僅占很小的比例。與此相反，低緯度區(qū)域的南洋材，其材色級別分布特征為：l～2級的淺材色樹種僅占較小的比例（其中1級占8.l%，2級占32.2%。l、2級共占40.3%），而3～4級的深材色樹種卻占有很大的比例（共占有59.7%）。

2)地理分布對闊葉樹材材色的影響

而產(chǎn)地緯度處于上述兩者（北美材和南洋材）之間的日本材、中南美材、非洲材，其材色級別分布特征也處于北美材和南洋材之間，淺材色樹種所占比例僅略低于深材色樹種，該特征與南洋材有些相似，但與北美材截然不同。而且，緯度差異不大，但經(jīng)度差異極大的日本材、中南美材、非洲材三者之間，在材色分布特征上并沒有明顯的區(qū)別。

從上述分析可以看出這樣的趨勢：從地理分布對材色的影響來看，緯度比經(jīng)度對材色的影響明顯，在低緯度熱帶地區(qū)，低宏觀明度的深（暗）材色樹種占比例較大；隨著緯度的增高，深材色樹種的比例逐漸減少，淺材色（或無色）樹種的比例逐漸增大。可以認(rèn)為，緯度變化對樹木生長的影響作用，實際上是不同緯度的地理區(qū)域氣候（包括氣溫、降雨量等等）差異的結(jié)果。在高氣溫、高降雨量的熱帶地區(qū)，由于氣候因素的影響，抽提物含量高的闊葉材樹種較多，而抽提物中的有色物質(zhì)會使得木材的顏色加深或變深。這也許是低緯度地區(qū)深材色樹種所占比例較大的原因之一。結(jié)論①木材樹種群材色受地理分布的影響，緯度的影響比經(jīng)度明顯。②隨緯度增加，深材色樹種逐漸減少，淺材色樹種逐漸增加。③針葉樹材和闊葉樹材種群材色級別分布特征不同，闊葉樹材深材色樹種居多。

1.2.5木材材色視覺物理量的綜合分析1.2.5.1相關(guān)性分析主成分分析

圖1－19木材米制色品指數(shù)b*與色飽和度C*之間的關(guān)系

1.針葉樹材；2.闊葉樹材；3.全體樹種

色飽和度C*與色品指數(shù)b*呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，其原因在于木材材色以偏黃者居多，大部分樹種的色品指數(shù)b*均大于a*的緣故。

圖1020木材米制色品指數(shù)a*與色調(diào)角Ag*之間的關(guān)系

○為針葉樹材；●為闊葉樹材

由圖1－20可知，無論針葉樹材還是闊葉樹材的色調(diào)角Ag*與木材米制色品指數(shù)a*之間呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖1－21不同色空間的木材色飽和度C*與C之間的關(guān)系

○為針葉樹材；●為闊葉樹材

圖1－22木材色調(diào)角Ag*與孟塞爾標(biāo)號值H之間的關(guān)系

○為針葉樹材；●為闊葉樹材

由圖1－21和圖1－22可見，不同色空間的某些材色參數(shù)之間具有極高的相關(guān)性，如木材色飽和度C與C*之間、木材色調(diào)角Ag*與孟塞爾標(biāo)號值H之間，這種相關(guān)來源于它們所具有的相同或相近的物理意義，以及色空間變換過程種的數(shù)學(xué)相關(guān)性。由于不同色系中意義對應(yīng)的參數(shù)之間所具有的極高相關(guān)性，因此可根據(jù)需要或條件采用某色空間的一組色度參數(shù)來表達木材的視覺物理量。

圖1－23木材明度指數(shù)L*與光澤度GZT之間的關(guān)系

○為針葉樹材；●為闊葉樹材

由圖1－23可知，木材明度指數(shù)L*與光澤度GZT之間具有一定的關(guān)系性，但相關(guān)性不甚明顯。雖然明度指數(shù)和光澤度同為表示木材表面光反射程度的參數(shù)，但是明度是描述光線在物體表面漫反射的反射率參數(shù)，它與基于鏡面反射的光澤度參數(shù)是有區(qū)別的。

1.2.5.2主成分分析☆目標(biāo)☆原則☆方法

主成分分析:

把多個變量變換為較少的幾個綜合變量.☆目標(biāo):簡化☆原則:☆

方法:目標(biāo)：

（1）簡化材色和光澤度的表示方法；（2）使簡化出的主成分分量具有較明確的專業(yè)含義，根據(jù)主分量的變化可判斷視覺物理量的變化內(nèi)容和方向，使它們可應(yīng)用于有關(guān)的研究之中：（3）采用簡便可行的測試方法獲得基本參數(shù)。原則：

（1）應(yīng)盡量把對描述木材表面視覺具有獨特含義的變量選入組合；（2）盡量保持變量的相對獨立性，減少重復(fù)性。方法：根據(jù)分析的目標(biāo)和原則，選取材色參數(shù)分組和光澤度參數(shù)分組后，將其組合共同構(gòu)成參數(shù)空間，然后進行主成分分析。表1－9

第一主成分為明度和色調(diào)主成分，與明度L*、色品指數(shù)b*、色調(diào)角Ag*呈正相關(guān)，與色品指數(shù)a*呈負(fù)相關(guān)。第一主成分的增加，可代表材色向高明度、高色調(diào)角（黃色成分增加，紅色成分減少）色空間位置的移動。表1－10

第一主成分：明度、色調(diào)角第二主成分：飽和度第三主成分：光澤度比第四主成分：光澤度

圖1－24110樹種木材表面視覺物理量值在主成分空間的分布

○為闊葉樹材；●為針葉樹材

由圖1－24可見，針葉樹材樹種大都分布在第一主成分坐標(biāo)值較高的位置，說明它們具有較高的明度和偏重于黃的色調(diào)，此結(jié)果與原變量空間多個變量的分布情況相吻合。

圖1－25110樹種木材表面視覺物理量值在主成分空間的分布

○為闊葉樹材；●為針葉樹材

圖1－26闊葉樹材樹種序號在主成分空間的分布

○為針葉樹材；●為闊葉樹材

由圖1－26可知，明度、色調(diào)角明顯為低、色飽和度偏低的暗紫紅材色的紫檀（85）分布在第一主成分低、第二主成分偏低的圖左下部；而明度、色調(diào)角及飽和度較高的黃檀（84）、大黃柳（5）則分布于圖右上部；典型的明度度低、材色偏紅、色飽和度中上（香樟，42）或居中（余甘子，81）的樹種也都分布在相應(yīng)的主成分坐標(biāo)位置。這些在原變量空間需要用多個變量坐標(biāo)值來說明，而且難以直觀地用坐標(biāo)圖分布來表達的材色判別問題，現(xiàn)在利用二維平面坐標(biāo)圖分布位置即可簡便地進行材色屬性或種類的判讀和劃分，由此體現(xiàn)了綜合視覺物理量參數(shù)的優(yōu)越性。

圖1－27闊葉樹材樹種序號在主成分空間的分布

○為針葉樹材；●為闊葉樹材1.2.6木材材色視覺物理量在

加工過程中的變化

木材是天然材料，大自然賦于其表面的顏色、光澤、紋理、質(zhì)感等構(gòu)成它獨具特色的美感。因此，自古以來人們將木材廣泛地應(yīng)用于家具制作和室內(nèi)裝飾、而且至今這種趨勢仍有增無減。

樹木要經(jīng)過一系列加工過程，才形成我們?nèi)粘Ｉ钪杏^察到的家具或室內(nèi)裝飾的表面。在這些加工過程中，木材表面視覺物理量是否發(fā)生了改變，這種改變能否破壞木材本身的天然美感，此類問題的基礎(chǔ)性研究，對于提高木制品的表面加工質(zhì)量和視覺效果，具有重要的意義。

本章從基礎(chǔ)實驗分析入手，針對木材加工處理過程中的幾個重要環(huán)節(jié)，采用多個具有不同材色特點的樹種為試材，定量測量加工過程中（或過程前后）的木材表面視覺物理量的各項參教，分析加工（或處理）條件對這些參數(shù)的影響，旨在探索加工過程與本材表面視覺物理量的內(nèi)在聯(lián)系和綜合規(guī)律，為合理加工木材，提高木制品表面質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。1.2.6.1加熱處理對木材材色的影響

加熱條件對材色參數(shù)的影響程度不同樹種木材材色在高溫下材色變化特點表1－11

參照CIE(1976)L*a*b*色空間的色差公式，用如下方法計算處理前后的顏色變化：ΔＬ*＝Ｌt*

－Ｌ0

*Δａ*＝ａt(yī)*

－ａ0

*Δｂ*＝ｂt*

－ｂ0

*ΔＥ*＝((ΔＬ*

)2

＋(Δａ*

)2

＋(Δｂ*)2)1/2

ΔＡｇ*＝Ａｇt

*

－Ａｇ0*ΔＣ*＝Ｃt*

－Ｃ0

*ΔＨ*＝((ΔＥ*

)2

－(ΔＬ*)2

－(ΔC*)2)1/2

式中：△L*為明度差；△a*為紅綠色品差；△b*為黃藍色品差；△C*為飽和度差；△H*為色調(diào)差；△E*即為總體綜合色差，簡稱色差。公式中的下標(biāo)“t”表示處理之后的測量值，下標(biāo)“0”表示處理之前的測量值。本文中計算明度差等單項色差指標(biāo)時，均采用處理后測量值減去處理前測量值，根據(jù)所得差值之正負(fù)和絕對值大小可以判別經(jīng)處理之后材色變化的方向和程度。

首先對處理前后試件進行了目視觀測。其結(jié)果為：1)試件表面顏色有隨加熱溫度的升高和加熱時間的延長而逐漸變暗（明度降低）的趨勢；2)除彩色色澤程度較高的野漆樹(黃)、紅鉤栲(紅褐)和紅豆杉(紅橙)之外，對大多數(shù)樹種經(jīng)90℃、100℃加熱處理后的表面色澤變化用肉眼難以辨認(rèn)；3)與明度變化相比，加熱處理前后色調(diào)變化的肉眼辨認(rèn)程度更低。

用儀器定量測量處理前后試件的色差，其結(jié)果概要如下：

1.明度差ΔL*隨加熱條件的變化比較有規(guī)律。大多數(shù)樹種的明度差的絕對值隨著加熱溫度的升高而明顯呈遞增的趨勢（見圖1-28），并隨加熱時間的延長而逐漸增大(見圖1-29)。

2.總體色差ΔＥ*隨加熱條件的變化規(guī)律與明度差相似，其數(shù)值略大于對應(yīng)試件明度差的絕對值(圖略)。圖1-28處理前后明度差△L*與加熱溫度的關(guān)系（加熱時間＝15h）1—90℃；2—100℃；3—110℃；4—120℃

圖1-29不同加熱處理條件下明度差△L*的變化1—90℃,5h；2—90℃,15h；3—120℃,5h；4—120℃,15h

以上兩項色差參數(shù)隨加熱條件的變化在樹種間有一定程度的共性，即色差隨溫度的升高和時間的延長而遞增的趨勢；但樹種間的差異也比較明顯，表現(xiàn)在明度差的絕對值和總體色差值在樹種之間的差異很大。例如，在120℃、15h的加熱條件下，明度差最大的紅鉤栲與最小的白蠟?zāi)局g的差異可達6～7倍（見圖1-28、圖1-29）。

3.與色調(diào)、色飽和度有關(guān)的材色參數(shù)（色度指數(shù)a*、b*，色調(diào)角Ag*和飽和度C*）隨加熱條件的變化在樹種間的差異非常明顯。表現(xiàn)在變化方向和變化程度上均各有其特點。以本次試驗最強加熱條件（120℃,15h）下的結(jié)果為例（見圖1-30）可以看出，以色澤鮮艷、黃色的野漆樹在處理后變色和退色最為明顯。具體表現(xiàn)在a*值增高b*值下降引起的色調(diào)角減小十分明顯，飽和度也有所降低，即材色由原來飽和度較高的、鮮艷的黃顏色向低飽和度的暗橙黃色方向變化。圖1-30加熱處理前后的各項色差參數(shù)變化(溫度＝120℃，時間＝15h)1—△a*；2—△b*；3—△C*；4—△Ag*

另外，兩個彩色程度較高的樹種紅鉤栲和紅豆杉則幾項材色指標(biāo)均略有降低，材色因色度指數(shù)均降低呈退色反應(yīng)（飽和度降低），色調(diào)則在原有的基礎(chǔ)上繼續(xù)向偏紅方向發(fā)展（紅鉤栲）或基本不變（紅豆杉）。而原本材色較淺淡的其他樹種，通常色度指數(shù)和飽和度卻略有增高的趨勢。圖1-30加熱處理前后的各項色差參數(shù)變化(溫度＝120℃，時間＝15h)1—△a*；2—△b*；3—△C*；4—△Ag*

4.從較低處理溫度(90℃、100℃)下的結(jié)果來看，臭松、白蠟?zāi)?、水曲柳等低彩度樹種的色差數(shù)值很小，與加熱時間亦無明顯關(guān)系，特別是在90℃條件下幾乎看不出什么變化；但是紅鉤栲、野漆樹、紅豆杉等高彩度樹種經(jīng)較低溫度下的處理后就已呈現(xiàn)出相當(dāng)程度的色差，并且隨加熱時間的延長而增大。這種結(jié)果說明在進行木材干燥、熱處理等與較高溫度條件有關(guān)的木材加工時，對不同的樹種應(yīng)該區(qū)別對待。對于那些顏色鮮艷、色飽和度較高的樹種，為保持其原有美觀的色澤，以采用比較緩和的溫度條件為宜。

綜合上述試驗結(jié)果，加熱溫度和加熱時間均對木材材色變化有影響，其中加熱溫度的作用更為明顯，而加熱時間的作用隨加熱溫度的升高而增大；對加熱處理條件最為敏感的材色參數(shù)是明度指數(shù)，它與加熱條件的關(guān)系在各樹種之間存有一定程度的共性，但各樹種所受影響的程度大不相同；加熱處理后木材的色調(diào)和飽和度參數(shù)亦發(fā)生變化，且在不同樹種之間變化方向和程度各異。原來顏色鮮艷、彩色程度高的樹種其材色向低明度的偏紅方向變化且飽和度降低，可以認(rèn)為是由于這些樹種的有色抽提物含量較高（如野漆樹含較多的水溶性抽提物），加熱處理過程中抽提物的揮發(fā)對材色變化（變色和退色）起到了主要作用；而原來顏色平淡、彩色程度低（接近中性色）的樹種其色度指數(shù)和飽和度經(jīng)加熱處理反而略有增高的現(xiàn)象，可認(rèn)為主要是木材中的化學(xué)組分（木質(zhì)素大分子中和原本無色的抽提物中均含有發(fā)色基團和助色基團）在高溫下急劇氧化導(dǎo)致的“深色化”（是指吸收光譜向長波長方向移動）和“濃色化”（是指吸收光譜強度增大）的變色效果。

明度指數(shù)對加熱處理條件最敏感，隨溫度上升的時間延長而降低。色調(diào)、飽和度隨加熱處理的變化因樹種而異。（與有色抽提物的揮發(fā)、化學(xué)成分氧化有關(guān)）

1.2.6.2表面粗糙度對材色的影響

表面粗糙度是指加工表面上具有的較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性。一般它由所采用的加工方法或其他因素形成。

研究木材表面粗糙度參數(shù)及定量測量的材色參數(shù)這兩組均與視覺心理量相關(guān)的(視覺)物理量，分析它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，具有積極的意義。追蹤這兩組參數(shù)在加工過程中的變化特點。7種試件表面狀態(tài)：①鋸解后（即初始狀態(tài)）；②第１次手工刨削后（用手工刨輕輕刮去表面毛刺）；③第2次手工刨削后（用手工刨將表面初步刨削平整)；④平刨加工后；⑤精細(xì)壓刨加工后；⑥用100目砂紙砂光后；⑦用240目砂紙砂光后。1.Ry（輪廓最大高度）；2.Rz(微觀不平十點高度）；3.Ra（輪廓算術(shù)平均偏差)；4.Sv（輪廓微觀不平度的間距)；5.Sm（輪廓微觀不平度的平均間距）。五項粗糙度參數(shù)：表1－12表1－12

圖1-31木材的明度指數(shù)L*與Lg(Ra)的關(guān)系

○為興安落葉松；

為東北紅豆杉；□為仔椴

圖1-32木材的色調(diào)角Ag*與Lg( Ra)的關(guān)系

○為興安落葉松；

為東北紅豆杉；□為仔椴

圖1-33木材的色飽和度C*與Lg(Ra)的關(guān)系

○為興安落葉松；□為仔椴

圖1-34木材的色飽和度C*與Lg(Ra)的關(guān)系

○為興安落葉松；□為仔椴

1.2.6.3抽提處理對木材材色的影響

抽提處理不僅是木材化學(xué)成分分析的必要手段，而且是木材化學(xué)改性處理或木材干燥等加工工藝的預(yù)處理過程，在木材的科學(xué)研究和加工利用中均具有重要的意義。本小節(jié)采用三種典型的抽提方式（熱水抽提、冷水抽提、苯醇抽提），對8個樹種的木材進行抽提處理，測量處理前后木材試件和抽提液的色度學(xué)參數(shù)。

從統(tǒng)計的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在３種抽提處理中，熱水抽提所致的材色變化比較明顯，其次是苯醇抽提，最不明顯的是冷水抽提。熱水抽提液顏色變化最為明顯的樹種為紅豆杉（抽提液的色差變化極大），其余依次為野漆樹、紅鉤栲、白蠟?zāi)竞退?個闊葉材樹種。除白蠟?zāi)局?，與材色綜合色差ΔE*的變化程度次序相對應(yīng)，而且抽提后木材的明度值也依次降低。

從木材色品指數(shù)色調(diào)角的結(jié)果來看，處理后偏紅顏色的紅鉤栲和紅豆杉的紅綠軸色品指數(shù)a*減小，黃藍軸色品指數(shù)b*增大，色調(diào)角Ag*增大，材色由偏紅向偏黃方向變化；而野漆樹的情況與此相反，其a*值增大，b*值和Ag*值減小，材色由偏黃向偏紅方向變化，而且飽和度也有所降低。

整體表現(xiàn)似有這樣一種趨勢：原來材色越淺、明度越高的樹種，其試件在抽提后的綜合色差越大。這些抽提液顏色變化程度小但仍有材色變化的現(xiàn)象，可能是木材抽提物中的木質(zhì)酚類（在某些樹種中原為無色），或木材中的某種化學(xué)組分（如木質(zhì)素大分子中的發(fā)色基團和助色基團）受水熱作用之后的變色效果。

為綜合分析抽提處理和抽提物對材色的影響，采用試驗所得

8個樹種的材色和抽提液顏色的數(shù)字表征量為基本數(shù)據(jù)，對抽提液顏色與木材試樣顏色之間的相關(guān)性，以及抽提處理前后抽提液的色差與木材試樣的色差兩者之間的相關(guān)性進行了分析。

圖1－35木材表面明度指數(shù)L*與抽提液明度指數(shù)Ly*

的關(guān)系

圖1－36木材表面色品指數(shù)a*與抽提液色品指數(shù)ay*的關(guān)系

圖1－37抽提處理前后木材表面明度差ΔL*

與抽提液明度差ΔLy*的關(guān)系

圖1－38抽提處理前后木材表面色飽和度差ΔC*

與抽提液色飽和度差ΔCy*的關(guān)系

表1－13

表1－13的結(jié)果說明抽提處理導(dǎo)致的抽提液的顏色變化與木材材色變化有相互對應(yīng)的關(guān)系。抽提液原為無色透明液體，具有極高的明度和近似為零的色品指數(shù)，抽提處理使得木材抽提物進入其中，將其變?yōu)橛猩后w。與原有狀態(tài)相比，抽提液的明度降低，色品指數(shù)增大，飽和度增高；而與之相反的是，木材試件經(jīng)抽提處理后，失去了一部分有色抽提物，從理論上來講，應(yīng)該是（某項）色品指數(shù)減小，飽和度降低，明度也有相應(yīng)的變化，這些變化的程度亦應(yīng)與抽提液的變化程度相關(guān)。

明度差呈正相關(guān)的表觀原因在于抽提處理后木材材色的明度指數(shù)亦呈下降趨勢，這可能是由于抽提處理在某種程度上改變了木材表面性狀，使得光譜反射曲線的幅度下降，亮度Y和明度指數(shù)L*也隨之降低。黃藍軸色品差Δb*的情況比較復(fù)雜，木材本身明顯呈黃顏色的野漆樹經(jīng)處理后失去一些黃色抽提物，黃藍軸色品差為負(fù)值，色調(diào)從黃向紅黃方向變化；而木材本身明顯呈紅顏色的紅鉤栲經(jīng)處理后失去一些紅色抽提物，紅綠軸色品差為負(fù)，黃藍軸色品差為正，即色調(diào)有從偏紅向偏黃變化的趨勢。這兩個樹種的色調(diào)角差亦顯示出上述結(jié)果，與理論推斷相符合。彩色程度低的樹種一般黃藍軸色品差為正值，但其抽提液顏色變化程度卻較小或幾乎無變化。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因在于：抽提液和溫度作用于木材組分中的某些基團之后可以產(chǎn)生變色效果，當(dāng)這些樹種木材本身有色抽提物含量低或不含有色抽提物的情況下，上述變色效果就成為抽提處理前后材色變化的主要部分而顯現(xiàn)出來。

上述分析說明木材的表面材色與各樹種本身抽提物的顏色和種類有很密切的關(guān)系，在幾種抽提處理中熱水抽提物與材色的關(guān)系較為密切。1.2.6.4透明涂飾前后木材材色的變化透明涂飾保留了木質(zhì)的真實天然花紋和色調(diào)，充分表現(xiàn)了木材質(zhì)感，與模擬裝飾以及不透明涂飾相比，顯得名貴華麗，透暢自然，裝飾性強。研究透明涂飾處理前后木材表面視覺物理量的變化，在理論和實踐方面均具有重要的意義。本研究采用兩種常用透明裝飾涂料（醇酸清漆和不飽和聚酯清漆）對8個樹種的試件進行涂飾處理，并測量涂飾前后木材表面視覺物理量的變化。

從各項色差指標(biāo)來比較醇酸清漆（二次涂飾后）和不飽和聚酯清漆涂飾后的材色變化，總體說來二者的差異不大，如上述的L*降低、C*增高，以及色品指數(shù)通常為增大等方面有趨于相同的結(jié)果。但仍有一些各自不同的特點所在。較為明顯的一點是：醇酸清漆經(jīng)涂飾后各樹種的黃藍軸色品差Δb*較大，而且在絕大多數(shù)情況下，均大于對應(yīng)樹種經(jīng)不飽和聚酯清漆涂飾后的該項指標(biāo)，即醇酸清漆涂飾之后的木材表面略有偏黃的趨勢。上述現(xiàn)象說明理想狀態(tài)應(yīng)為無色透明的清漆中還是具有微量的有色成分，醇酸清漆中的微黃成分應(yīng)與其制作工藝中采用的植物油成分的顏色有關(guān)。

不飽和聚酯清漆涂飾后有些樹種的紅綠軸色品差Δa*較大，則是由于涂料中微量的促進劑（紫色）作用下的結(jié)果。從色調(diào)變化來看，兩種涂飾后的色調(diào)角差和色調(diào)差都不大，說明透明裝飾確實具有保持木材天然色調(diào)，提高表面色彩鮮艷程度(測量結(jié)果數(shù)字特征為飽和度增高)的優(yōu)點。比較兩種涂飾處理前后的色調(diào)變化，其結(jié)果因樹種而異，總體規(guī)律性不強。但是，在對本身材色鮮艷優(yōu)美的樹種（如紅豆杉和野漆樹）或高彩色程度樹種(紅鉤栲)的測量結(jié)果中，不飽和聚酯清漆涂飾前后的色調(diào)差小于醇酸清漆涂飾前后的色調(diào)差。從以上這些結(jié)果來看，不飽和聚酯清漆涂飾在保持木材原有材色方面，其效果略優(yōu)于醇酸清漆涂飾。

觀察實驗結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)同一種涂料透明涂飾后的色調(diào)差和總體色差在不同樹種之間差異較大，這種樹種間的差別來自于木材的發(fā)色性。木材的發(fā)色性與木材成分、潤濕性、涂料的顏色深淺、涂料的折光指數(shù)等都有直接關(guān)系。一般來說，涂料顏色越深，涂料的折光指數(shù)越接近木材的折光指數(shù)，則涂飾前后的色差越明顯。1.3木材的光反射特性與光澤度視覺物理量

1.3.1木材的光反射特性

當(dāng)一束光照射到非金屬物體表面之后，其反射光有一部分是在空氣與物體的界面上反射，這部分稱為表面反射；還有一部分光會通過界面進入到內(nèi)層，在內(nèi)部微細(xì)粒子間形成漫反射，最后再經(jīng)過界面層形成反射光，這部分稱為內(nèi)層反射。

比較不同材料的光反射率，可見白色磁磚片對光線形成定向反射，反射率高達80%以上，而人眼感到舒服的光反射率為40%～60%。常用裝飾材料中，大理石的光反射率為60%～70%，白色涂料壁面的光反射率為70%～80%，白色磁磚片的光反射率達80%以上，金屬的光反射率更高，但木材的光反射率要低得多，僅為35%~50%。圖1-39幾種材料的光澤度曲線1.平行于纖維方向入射，涂飾；2.垂直入射，涂飾；3.平行入射，未涂飾；4.垂直入射，未涂飾

圖1-39為幾種材料的光澤度曲線來看，最大峰值都出現(xiàn)在反射角為60°時，但不同材料的波峰大小有很大差別。不銹鋼板、平板玻璃會形成定向反射，且峰值很高，說明經(jīng)它們反射的光線為定向的強光澤；幾種木材及印刷木紋的表面光澤度的分布范圍略廣一些，且峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于不銹鋼板和平板玻璃，說明木材具有比其它材料更宜人的柔和光澤。

圖1-40木材的表面及內(nèi)層光放射示意圖

(a)垂直于木材紋理方向

(b)平行于木材紋理方向

(c)垂直于纖維的入射光被放射情況

木材構(gòu)造分析的結(jié)果表明，由于木材為細(xì)胞結(jié)構(gòu)單元的復(fù)合體，其縱切面常因切割而裸露出細(xì)胞腔，這些細(xì)胞腔雖然在肉眼下并不明顯，但當(dāng)平行的光線照射到它的表面時，它們就似無數(shù)個微小的凹面鏡，光線在當(dāng)中被胞腔壁往各個方向折射，發(fā)生漫反射現(xiàn)象，并有一部分光線被吸收掉，這樣使令人眩暈的光線變得柔和。目前，人們正在不斷研究代用木材的仿制品，但光澤感的差異仍是仿制品很難替代真實木材表面效果的原因之一。

木材等非金屬材料對光線的反射可分為表面反射和內(nèi)層反射。表面反射：光線在空氣與物體的界面上反射。內(nèi)層反射：一部分光通過界面進入物體內(nèi)層，在內(nèi)部做微細(xì)粒子間形成漫反射，最后通過界面層形成反射光。1.3.2木材表層和內(nèi)層光反射特性的分離測定

圖1-41非金屬物體的表面反射和內(nèi)層反射(a)平滑表面的反射(b)粗糙表面的反射

表面反射和內(nèi)層反射的分離測定原理：當(dāng)偏光照射到非金屬表面時，其表面反射光為保持原有特性以偏光形式反射，而內(nèi)層反射光則完全失去了偏光性質(zhì)。圖1-42表面反射光(M)與內(nèi)層反射光(D)的分離圖1-43木材表面的光反射指向特性

(a)光線垂直于紋理方向入射(b)光線平行于紋理方向入射

木材表面所表現(xiàn)出的光澤強弱與樹種、表面平整程度、木材構(gòu)造特征、侵填體和內(nèi)含物、光線入射（反射）角度、木材切面的方向等因素有關(guān)。當(dāng)光線的入射方向平行于木材的紋理方向時，與垂直于紋理方向的條件相比，通常呈現(xiàn)較高的光澤度測量值（60°入射）和較陡的反射特性曲線（光澤度隨入射角的變化），如圖1-43。因此，在測量木材的光澤度時，需標(biāo)明光線入射方向與紋理方向的關(guān)系。

如果將上述反射特性函數(shù)ρ在2π立體角的范圍內(nèi)積分，可以得到反射率R。為求得反射率R，必須用到各個方向上的反射特性函數(shù)。以ρ正反射方向為中心軸，并以ρ中心軸兩側(cè)分布的平均值作為它的分布函數(shù)值，用此方法將ρ在2π立體角的范圍內(nèi)積分，求得平行于木紋方向和垂直于木紋方向入射條件下各自的表面反射成分的反射率和內(nèi)層反射成分的反射率。幾種樹種的光反射率如表1-14所示。

表1-14木質(zhì)材料的反射率樹種RM⊥RD⊥R⊥RM∥RD∥R∥RRM⊥／R⊥RM∥／R∥扁柏0.4710.2770.7480.1170.3810.4980.6230.6300.235桐木0.4560.2040.6600.1460.3120.4580.5590.6910.319柳杉0.5760.0840.6600.0950.1880.2830.4710.8730.336柚木0.1830.0830.2660.0430.0570.1000.1830.6880.430柚木(涂飾)0.2370.0290.2660.0990.0380.1370.2010.8910.723木紋紙0.1690.1940.3630.1510.1780.3290.3460.4660.459(自松浦邦男,1987)

注：①立體角θi=30°，R＝（R⊥＋R∥）／2;②各下標(biāo)的意義同圖5-31的注釋。

由表1-14可知，木材表面不同方向的反射特性差別明顯，其表面反射率比一般漆膜表面要大得多，呈明顯的各向異性反射，而且用積分方法求得的表面反射率也比通常的涂膜為高，由這些現(xiàn)象為依據(jù)可以推定木材素材的表面有其獨特的光澤感。涂飾木材的表面反射成分與木紋方向無關(guān)，有很強的方向性；印刷木紋紙的表面，如未經(jīng)特殊處理，其表面很難出現(xiàn)素材表面的反射特性，但能達到涂飾木材的表面性。除以上各個參數(shù)之外，還可以用反射光擴散能δ來表征正反射光的強弱。δ是一向反映反射指向性強度的指標(biāo)，它定義為當(dāng)法線方向的反射特性函數(shù)N為最大并且其分布成軸對稱的情況下，δ＝R/π·N，其中N為實際反射光束對均勻反射光束之比。將這個概念擴展之后，設(shè)正反射方向為N，并與前面求出的反射率R一起應(yīng)用即可求出δ，將幾種木質(zhì)材料的反射光擴散率列于表1-15。當(dāng)δ近似等于１時，相當(dāng)于球面形的均勻擴散反射；當(dāng)δ大于１時，相當(dāng)于橫向尺寸較寬的橢圓球面形的均勻擴散反射；而通常情況多為δ小于1，當(dāng)δ較大時，正反射的方向性較差，δ越小，正反射的方向性越強，呈現(xiàn)尖銳的指向特性。

由表1-15可知，涂飾木材的表面的反射擴散率較低，呈正反射性，而未涂飾木材在垂直于纖維方向的內(nèi)層反射呈均勻擴散性。1.3.3.1木材表面光澤度的測量

木材表面光澤度:是指木材表面光澤的強弱程度。

光澤度：（反射光強度/入射光強度）×100%測量儀器：光澤度儀幾何光學(xué)條件：通常為60°—60°鏡面反射注意：木材紋理方向?qū)鉂啥鹊挠绊憽y得的平行于木材紋理方向入射的光澤度為GZL（%），垂直于木材紋理方向入射的光澤度為GZT（%）。

1.3.3木材表面光澤度及其分布特征

1.3.3.2我國110樹種木材表面

光澤度測量值的分布特征

木材表面光澤度，不僅隨著入射、反射角度的角度有所變化，而且還因入射、反射的方向不同而呈現(xiàn)不同的數(shù)值。從110種木材的光澤度測定值來看，絕大多數(shù)樹種平行于紋理入射條件下的光澤度測試值GZL均大于垂直于紋理條件下的測試值GZT，這主要是由于木材組織構(gòu)造的各向異性導(dǎo)致的。

如果從木材經(jīng)刨削平整之后的縱向表面放大來看，上面有無數(shù)個狹長的細(xì)胞被剖切所形成的凹痕。由于木材的長軸方向與木材的紋理方向向平行，當(dāng)光線順此方向入射時，一部分光線從被剖切的細(xì)胞壁表面直接折射，一部分光線順著細(xì)胞長軸方向從細(xì)胞內(nèi)折射，反射光的散射程度較??；反之當(dāng)光線垂直于紋理方向入射時，射入胞腔內(nèi)的這部分光線在反射時，往往會受到細(xì)胞內(nèi)壁的阻擋（因為細(xì)胞的內(nèi)徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其長度），所以反射光的散射程度較大，使木材在此方向的鏡面反射率降低。而正是這種表面光學(xué)性質(zhì)的各向異性，構(gòu)成了木材獨特的視覺特性和美感。

圖1-44木材表面光澤度GZL測量值的統(tǒng)計分布圖

1.針葉樹材；2.闊葉樹材；3.全體樹種

110種樹種的GZL（平行于紋理入射）數(shù)據(jù)基本符合正態(tài)分布規(guī)律，其分布中心在5.0%左右，闊葉材GZL的分布中心在3.6%~5.0%，而針葉材GZL的分布比較分散，在3.6%~8.0%的范圍分布的樹種較多。

1.3.3.2我國110樹種木材表面光澤度測量值的分布特征

圖1-45木材光澤度比(GZL/GZT)測量值的統(tǒng)計分布圖

1.針葉樹材；2.闊葉樹材；3.全體樹種

光澤度比（GZL/GZT）的分布情況與GZL有相似之處，全體樹種的光澤度比的分布中心在1.1~1.2的范圍，與闊葉材的分布中心相同。針葉材的光澤度比表現(xiàn)為具有平緩峰形式的分布，其分布中心略高于闊葉材。

圖1－46木材表面光澤度GZL和GZT之間的相關(guān)性

1.針葉樹材；2.闊葉樹材；3.全體樹種

相關(guān)分析結(jié)果表明，110種樹種木材的GZL和GZT之間呈顯著的線性關(guān)系。對于闊葉材，二者的關(guān)系可簡單地用相關(guān)比值來表示，而針葉材GZL和GZT的相關(guān)性略低于闊葉材，用含有常數(shù)項的相關(guān)方程擬合效果較好。但總體看來，針、闊葉材的GZL和GZT的相關(guān)形式基本一致。對于全體樹種，GZL和GZT兩者的關(guān)系可用相關(guān)比值1.221來表示（r=0.921）。

1.3.4木材對紫外線和紅外線的吸收與反射特性

對于非可見光部分，如紫外線（330nm以下）和紅外線（780nm以上），木材的吸收和反射作用又是怎樣的呢？雖然它們是肉眼看不見的，但對人體的影響是不能忽視的，比如強紫外線刺激人眼會產(chǎn)生雪肓病，人體皮膚對紫外線的敏感程度高于眼睛等等。圖1-47是幾種室內(nèi)裝修材料的反射光譜曲線圖，它能說明木材對非可見光部分的吸收與反射。

圖1-47幾種材料的反射光譜曲線

從中可以看出，無涂飾木材和有涂飾木材對波長在330nm以下的光線（紫外線）的反射率在10%以下，這說明木材能夠起到大量吸收陽光中的紫外線、減輕紫外線對人體危害的作用；同時，木材對波長在780nm以上的光線（紅外線）的反射率能達到50%以上，說明木材能反射紅外線，這一點與人對木材有溫暖感有直接聯(lián)系。因此，住宅、辦公室、商店、旅館、體育館、飯店等場所室內(nèi)的木材率的高低對引起人的溫暖感覺有影響。

1.4木材表面視覺特征變化對

視覺心理感覺的影響規(guī)律

為研究木材表面視覺物理量與人類視覺心理感覺的關(guān)系，首先要選取能夠反映木材表面性狀所引起視覺心理變化，并能夠應(yīng)用實驗心理學(xué)方法測驗的心理特征參數(shù)，即視覺心理量。

1.4.1視覺心理量的選取選取視覺心理量應(yīng)遵循以下幾個原則：（1）能夠反映因視覺引起某種感覺特點，各代表一定的心理感覺意義；（2）選擇的變量應(yīng)與木材居住性或木制品質(zhì)量和價值的評價有關(guān)；（3）選取的一組視覺心理量應(yīng)能綜合反映木材的視覺特點。根據(jù)以上原則，選取了14個視覺心理量，它們是：“優(yōu)美”、“溫暖”、“喜愛”、“明快”、“上乘”、“現(xiàn)代”、“洋氣”、“刺激”、“舒適”、“豪華”、“柔軟”、“沉靜”、“素雅”、“大方”。

1.4.2材色變化對視覺心理感覺的影響規(guī)律以木材原材色的“色調(diào)”、“飽和度”和“明度”為基準(zhǔn)，采用Photoshop軟件對上述材色參數(shù)進行有規(guī)律的升降變化，得到材色變化對心理影響的試材序列。選取出與木材視覺特性和環(huán)境學(xué)品質(zhì)關(guān)系密切的8個視覺心理量：“優(yōu)美”、“溫暖”、“豪華”、“自然”、“刺激”、“舒適”、“素雅”和“明快”?；谥饔^調(diào)查的方式開展實驗心理學(xué)試驗，將所測得的材色和紋理參數(shù)與反映人們主觀意識的視覺心理量聯(lián)合分析，解析木材表面視覺特征變化對人體心理的影響規(guī)律。

1.4.2.1材色的模擬變化為降低彩色特征空間中各個特征分量之間的相關(guān)性，使所選的特征空間更方便于色彩的統(tǒng)計，選擇更接近人對顏色視覺感知的HSI空間，它也在計算機視覺識別及圖像處理中被經(jīng)常用到。（1）木材色調(diào)的變化是：在木材原材色飽和度和明度不變的情況下，將木材的色調(diào)變?yōu)樗{色、紅色、黃色和綠色四種色調(diào)的圖像。（2）木材材色飽和度的變化是：在木材原材色色調(diào)和明度不變的情況下，以原材色的飽和度為“0”基準(zhǔn)，分別將飽和度值變?yōu)?60、-20，+20，+60四種不同飽和度的圖像。（3）木材明度的變化是：在木材原材色色調(diào)和飽和度不變的情況下，以原材色的明度為“0”基準(zhǔn)，分別將明度值變?yōu)?60、-20，+20，+60四種不同明度的圖像。

表1-16木材視覺心理量測驗結(jié)果統(tǒng)計表

1.4.3.2色調(diào)對心理量的影響規(guī)律（1）色調(diào)變化及對應(yīng)的視覺心理量測試結(jié)果

木材材色的色調(diào)變化對應(yīng)的視覺心理量測試結(jié)果見表1-16。

表1-17色調(diào)改變對心理量影響的方差分析

1.4.3.2色調(diào)對心理量的影響規(guī)律（2）色調(diào)對視覺心理量的方差分析從表1-17中可以得出木材色調(diào)的改變對人視覺心理量的影響是很顯著性的，特別是“溫暖感”、“自然感”、“刺激感”、“舒適感”、“素雅感”、“明快感”都同時發(fā)生了極顯著性的變化；“優(yōu)美感”的變化為顯著。只有“豪華感”變化為不顯著。

注：

*

—有顯著性差異

**-—有極顯著性差異

（3）色調(diào)對視覺心理量影響規(guī)律由圖1-48所示，隨著木材色調(diào)的變化，“自然感”心理量也發(fā)生了很大的波動?！白匀桓小毙睦砹吭谏{(diào)為“藍”、“紅”和“綠”時的得分比較低；而在色調(diào)為“黃”時，“自然感”心理量的得分有較大幅度的提高；“自然感”心理量在木材原色調(diào)時的得分最高（1.10），顯示了木材原色調(diào)“自然”感強的心理屬性。由圖1-49所示，木材色調(diào)的變化對“舒適感”造成的影響差異并不顯著?？傮w來說，在木材的原色調(diào)和“黃”色調(diào)中，“舒適感”要相對得分高一些，其它色調(diào)略差，且得分基本相近。

圖1-48木材色調(diào)對自然感的影響圖1-49木材色調(diào)對舒適感的影響

（3）色調(diào)對視覺心理量影響規(guī)律圖1-48和圖1-49的變化趨勢可以看出，“自然感”和“舒適感”受木材色調(diào)影響的規(guī)律是基本相同的，這也與心理量的相關(guān)分析結(jié)果相吻合（“自然感”和“舒適感”兩個心理量呈正相關(guān)關(guān)系）。據(jù)此可以認(rèn)為，木材的原色調(diào)相比于其它色調(diào)，更能給人一種比較“自然”和“舒適”的感覺。

圖1-48木材色調(diào)對自然感的影響圖1-49木材色調(diào)對舒適感的影響

由圖1-50和圖1-51所示，視覺心理量“刺激感”和“明快感”在“藍”、“綠”兩個色調(diào)中都比較高，在“紅”、“黃”次之，在木材原色調(diào)處出現(xiàn)心理量隨色調(diào)變化的拐點，也是“刺激感”和“明快感”的最低值。心理量相關(guān)分析結(jié)果表明，“刺激感”和“明快感”也是呈正相關(guān)關(guān)系的，這可以說明色調(diào)值處于較大或較小的兩極端時，容易對人的眼睛有比較強烈的刺激感。

圖1-50木材色調(diào)對刺激感的影響圖1-51木材色調(diào)對明快感的影響

由圖1-52所示，視覺心理量“優(yōu)美感”在木材色調(diào)的“藍”、“紅”、木材原色調(diào)、“黃”、“綠”處的得分逐級上升，說明了不同顏色對“優(yōu)美感”的貢獻率大小。結(jié)果說明，“綠”的優(yōu)美感最強，但木材原色調(diào)、“黃”和“綠”的“優(yōu)美感”得分基本相近。

由圖1-53所示，視覺心理量的“素雅感”在“藍”色調(diào)處出現(xiàn)較低值，在“紅”、“綠”時的“素雅感”效果也為負(fù)值，而是在木材的原色調(diào)處出現(xiàn)最大值。出現(xiàn)這種心理感覺特征是因為和我們國家的思想傳統(tǒng)有一定的關(guān)系，在行為準(zhǔn)則上要求比較謙虛、不能張揚，所以當(dāng)受驗者看到色彩比較鮮艷的紅色、藍色和綠色時，給人心理相反的感覺。

圖1-52木材色調(diào)對優(yōu)美感的影響圖1-53木材色調(diào)對素雅感的影響

由圖1-54所示，“溫暖感”心理量在木材色調(diào)的“紅”、“黃”和木材原色調(diào)中得分比較好，而“藍”、“綠”兩種色調(diào)中卻給人一個相反的感覺“冰冷感”。由圖1-55