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暗黑解謎同時認知色彩:巧妙的知覺心理學遊戲《HUE》

林希陶_96
・2019/06/21 ・1306字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 486 ・五年級

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最近接觸了一款任天堂eshop上面的遊戲《HUE》,深深覺得遊戲能做到這種程度已經不是厲害可以形容了,決定為文好好談談這款遊戲精巧在哪裡。

《HUE》這個遊戲於 2016 年已經發行在 Steam、PS4、Xbox one 等平台上,並且橫掃當年各式遊戲獎項,這對於只有 Henry Hoffman 與 Dan Da Rocha兩人獨立製作的遊戲是相當不容易的一件事。這個遊戲的主線任務是一個小男孩 Hue 追尋母親的歷程。Hue 既為小男孩的名字,又是色調的意思,整個遊戲的過程就是在尋找收集各種顏色,並且運用收集到的顏色,來進行解謎。解謎的過程需要變換背景顏色來通過各種障礙,如球、牆壁、箱子、氣球、閘門、雷射光等等。

每一個小關卡都需要先深思熟慮一番,才有可能往前前進一小步。這樣的遊玩方式,非常仰賴前額葉的計畫能力。你必須先觀察整個關卡的配置,接著思考走到哪一個位置需要變換什麼顏色。如果顏色變換不恰當,就會被阻擋而無法前進。有的關卡還牽涉到快速辨色能力,在短時間內需要辨別出這是何種顏色,並且變換到相同顏色才能順利通關。

遊戲示意圖。圖/HUE

關卡的分配也相當具有巧思,常常用已經收集與未收集的顏色,就可以精妙的擋住某些現在不該去的地方。這個遊戲非常注重細節,即使是色盲與辨色異常的人,也可以照常玩樂。他們非常貼心的考慮辨色困難的人,如果真的有問題,可以選擇輔助版本,就可以在外加的符號協助之下完成這個遊戲。這種細心的考慮,個人覺得已經達到神級的地步了。

人類是如何辨識顏色的?

有的關卡還牽涉到快速辨色能力,在短時間內需要辨別出這是何種顏色,並且變換到相同顏色才能順利通關。圖/HUE

除了運用顏色當成遊戲設計的巧思之外,這個遊戲還牽涉到一個更為基礎的知覺心理學的問題:我們人類到底是如何辨識顏色的?

我們所感知(Sensation)的顏色,真的是外界所呈現出來的顏色?如果外面的背景顏色是紅色,紅色的物品我們是否自然而然就看不見了?我們對於顏色的覺知(Perception),其實取決於大腦的解釋,如果我們的大腦不是這樣設計的,那我們可能會像某些昆蟲一樣,只能看到某種顏色(或者更精確的說,某種波長)。

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另外,此遊戲收集顏色的順序,也幾乎依照嬰兒偏好顏色的順序。三個月大嬰兒喜歡的顏色偏好依序為藍、紫、紅、黃、綠1,而該遊戲則依序收集到淺藍、紫、橘、粉紅、紅、深藍、黃、綠。這樣細微的設計,不得不令人擊節嘆賞一番。

這個遊戲不只是單純的玩遊戲而已,還進一步引導我們思考,顏色的除了物理上的本質之外,還與心理學息息相關。我們的日常生活,是活在我們的覺知下,才能產生意義。這是知覺心理學上亙古不變的難題。這個遊戲帶來了一股契機,不只是能從遊戲中帶來樂趣,也從遊戲中帶來科學議題,引領我們在遊戲細節之上,找尋更多心理科學的證據。

  • 本文非業配,並無接受廠商任何好處。XD 這款遊戲定價美金 9.99,我看他們也不想業配吧!

參考資料與延伸閱讀

  1. Zemach I, Chang S, Teller DY. Infant color vision: prediction of infants’ spontaneous color preferences. Vision Research. 2007; 47(10):1368-81. Epub 2006 Nov 21. DOI:10.1016/j.visres.2006.09.024
  2. Hue the game
  3. Nintendo: Hue
文章難易度
林希陶_96
80 篇文章 ・ 53 位粉絲
作者為臨床心理師,專長為臨床兒童心理病理、臨床兒童心理衡鑑、臨床兒童心理治療與親子教養諮詢。近來因生養雙胞胎,致力於嬰幼兒相關教養研究,並將科學育兒的經驗,集結為《心理師爸爸的心手育嬰筆記》。與許正典醫師合著有《125遊戲,提升孩子專注力》(1)~(6)、《99連連看遊戲,把專心變有趣》、《99迷宮遊戲,把專心變有趣》。並主持FB專頁:林希陶臨床心理師及部落格:暗香浮動月黃昏。

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走入遊戲就走不出同溫層?偏見的形成與跳脫
喀報CastNet_96
・2023/01/08 ・4126字 ・閱讀時間約 8 分鐘

  • 遊戲性別政確恐慌症候群:以理解為處方(下)

*本主題共2篇,該篇為下篇,以「遊戲性別議題偏見的成因」為主軸,探討製作方與玩家如何跳脫出議題的爭端,為遊戲圈帶來更多元的環境。

若想獲得更完整的資訊與閱讀體驗,歡迎點選上篇:「政確」遊戲也要湊一咖!最後生還者 2、地平線西域禁地、APEX LEGEND…

媒體的心理影響——政治正確恐慌

近年來,女權等性別議題在新聞媒體上的曝光率大幅成長,隨之而來的聳動標題及標籤化現象,卻可能進一步導致族群間的對立。遊戲作為性別印象的傳播媒介之一,在加入相關內容後亦開始被放大檢視,不過這些討論並非源於多元性別元素被大量加入而引起關注,而是透過媒體的渲染報導,才得以被大眾注意。

人們透過傳播媒體對於性別政確議題感到敏感甚至恐懼。(照片來源/Pexels

當社會上有人開始倡導加入這些元素的必要性與正確性,人們長期根深蒂固的審美觀,在短時間內被政確的聲音淹沒,就可能導致人們不適應、變得敏感,甚至引發論戰。

受訪者 Jack 是位 20 歲、自國中起就常與朋友遊玩線上遊戲的大學生,主要透過 PC 平台遊玩射擊和卡牌遊戲, 以及時下較有話題性的單機遊戲。針對現今遊戲的設計逐漸加入不同要素,他表示近幾年遊戲新增了不少多元背景的角色,一開始玩家也都不太適應,「畢竟這些多元群體是社會中的極少數。」玩家自己在現實生活中都不曾遇過這樣的人,這些角色在遊戲中出現的頻率卻高得離譜。另一位受訪者 Jerry 同樣是 20 歲大學生,原先以遊玩射擊和卡牌遊戲為主,近年來轉往遊玩任天堂的 Switch 遊戲。面對遊戲中新增多元要素引發的爭議,他直言:「很多人都對角色的背景太小題大作了,每次只要出現這種話題就一定要爭得你死我活的。」另一位 19 歲的大學生小凱,曾遊玩過《最後生還者2》與《地平線:西域禁地》與其他有性別議題爭議的遊戲。他說:「我在玩一些有性別議題的遊戲時,實際玩起來不會特別在意這些設定有什麼問題,但常常看見討論區會有人針對這些點爭論和製造迷因,起頭者卻又稱自己其實不在意這些,實在有點矛盾。」

單純因背景設定含有性別政確元素,就會引起爭論的現象,顯示現今社會對於性別議題仍存在大量紛爭與分歧,導致支持與反對的聲音都特別敏感。能夠促進不同意見之間的交流當然是一件好事,如果雙方都能保持理性溝通,對於建構更加多元和諧的社會而言無疑是有利的。然而過往爭議衍生出來的經常是各說各話的謾罵和羞辱,導致意見不合的兩方更加針鋒相對。

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遊戲中的不友善性別環境是由遊戲本身塑造的嗎?

Geek Feminism Wiki 是一個提供科技、科幻領域中的女性議題相關資訊的網站,在其中的 Gaming 條目提到:女性在遊戲中面臨了性化環境(Sexualized Environment)、性別主義廣告(Sexist advertising)、線上騷擾(Online harassment)等問題。前二者源自遊戲的不友善設計,而其成因之一是遊戲或多或少存在現實的縮影。

 小凱提到,很多遊戲的內容都來自現實與歷史。為了考量真實性,遊戲在製作時往往會將這些不友善情境「照搬」,即使是完全虛構的故事,多半也是以「對現實的認知」去發想,其中就包括平時累積的刻板印象,而這亦是部分遊戲被認為不友善性別的原因之一。

倘若為了破除刻板印象,而強行更動歷史現實,也不是很恰當的做法,「像是以二戰為舞台的《戰地風雲五》裡面出現女士兵,但那時的女性是不可能當士兵的。」如何在忠於歷史的情況下,盡可能顧及性別友善的實踐,是開發團隊必須權衡的。

另一個不友善性別的隱患,正是玩家本身。談及被線上騷擾的經驗,19 歲的小美平時喜歡玩線上遊戲也常接觸 ACG 作品,她表示自己在玩《鬥陣特攻》、《英雄聯盟》這類男性玩家居多的遊戲時,曾遭遇過一些男性玩家的騷擾。

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玩家亦是建構遊戲環境的一部分,當騷擾發生,官方確實有提供協助的義務,但就根本而論,這並不是遊戲造成的問題,而是玩家自身行為不恰當所導致。

在社會風氣改變、女性意識抬頭、女性玩家比例升高的現今,性別教育的年代隔閡與根深蒂固的刻板印象仍發揮著一定影響力。男性玩家在遊戲圈中仍握有話語權與主控權,讓許多女性玩家在網路社群不時受到迷因式的嘲諷,更經常遭遇線上騷擾。值得注意的是,這種現象並不是遊戲圈獨有,而是社會的縮影在遊戲圈中被話語權的差異放大了。

遊戲屬於玩家還是大眾?

遊戲並非是一個單向傳遞的媒介,它們傳遞的想法和理念可以被認同,同樣也可以被批評和討論。相較於武斷禁止遊戲的表現形式,玩家直接與開發團隊進行溝通協商是更為恰當的作法。

令人惋席的是,近年來針對爭議作品的檢討方式充滿了非黑即白的斷言,在部分新聞媒體斷章取義的推波助瀾下,不同的聲音之間變得更加不理解彼此,失去理性和對話空間,只剩下惡意謾罵在撕裂社會。

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小美:「一個被灌輸特定觀念的人,只有在和他人理性溝通後,才會意識到自己的問題。」作品所展現的特定價值觀,也是人們表達自身想法的自由,畢竟每個人和遊戲都有自己的一套審美標準。

「我自己身為女性,也會喜歡一些角色形象是蘿莉或是性感的遊戲作品,這些作品明明沒有刻意得罪任何人,卻被逐漸封禁,我認為這個趨勢並不健康。」她舉例,像是 STEAM 上面原先設定有蘿莉角色的作品都被迫改變形象,不然就會遭到下架。

另外在《鬥陣特攻》當中,她喜歡的角色造型也因為太性感而被迫改動。遊戲作品是對於偏好的展現,無可避免的帶有立場與主觀意識,雖然惡意歧視毫無疑是不被允許的,但在表達個人取向的立意上,遊戲是否有必要符合每個人的期待,值得我們深思。

以額外要素引起轟動,還是以原創推廣議題?

根據 Newzoo 統計,2019 年女性遊戲玩家突破 10 億大關,佔玩家總數的 46%。除了原先以男性為主的熱門遊戲拉入的新的多元客群外,女性向市場的開發已有一段時間。無論是日本的 BL 作品所帶來的「腐女」文化,以及其乙女向手機遊戲所帶來的成功,例如《偶像夢幻祭》、《刀劍亂舞》,皆證明了女性的消費能力,市場不再只以男性向遊戲為導向。

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可以應證上述說法的是,在被問及「相對於『在 3A 大作或既有作品塞入政治正確的元素』,『更改設定來博取大眾眼球,以事件本身作為故事主軸或以特定族群作為客群的原創遊戲』,是否較為合適?」時,身為遊戲製作者的張毅回答:「或許是這樣沒錯,這類遊戲往往底下的討論區都相當和平,不太會有偏激言論出現,大家都很享受當中內容。」

市場上的產業多是以目標客群來運作的,與其讓既有遊戲的舊客群來接納新客群,可能面臨族群衝突的風險,針對新客群開發新遊戲是個推廣議題的安全方法。這種方式雖然無法讓議題馬上被大眾認識,但能讓接觸遊戲的玩家對議題有更深的理解,而非流於表面的資訊接收,更能夠同時照顧到不同族群的心情。

相信無論製作方或玩家,都期待所有人能夠找到符合自己偏好與價值的遊戲,倘若真正考量多元並期望促進雙方理解,遊戲開發團隊也許不應強制變動深獲玩家喜愛之既有角色,以推行其觀點,這種作法可能會將多元族群、弱勢少數推上爭端,也可能無意將歧視的帽子扣在其他玩家頭上。

多元的價值若能夠以原創加入的方式實現,或許能達成對原始玩家的尊重,也是在某種程度上給予多元族群的理解。

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性別議題為遊戲賦予的價值

雖然多元性別與政確要素在過去就曾出現在諸多遊戲當中,卻一直到近年才被大量曝光,並以爭議的形式被廣泛討論。現今遊戲中多元元素的加入與改動還是以小範圍為限,對遊戲體驗的影響並不大,因此多數玩家即使對這些元素有意見,仍會選擇繼續遊玩,如同張毅所言:「好的遊戲不會因為增加或少一些政確元素就變得不好玩。」

多元性別作為遊戲中的樂趣與創新帶來的是真正意義上的互相理解。(照片來源/Pexels

多元的族群觀點與價值觀與遊戲圈尚在相互磨合的階段,但可以預見的是未來這些要素的加入會更加頻繁。受訪者 Jack 說道:「仔細想想,這樣角色的出現或許也是能讓玩家們認識這些少數群體的方式和機會,不見得真的是為了圖利誰或為他們發聲,而是對於『社會上出現了這樣類型的人』的一種回應,不需要都帶著偏激眼光去看待,可以試著去接受。」

Jerry 也說:「越來越多多元性別角色的出現,其實在遊戲內容方面能帶給玩家更多不一樣的體驗,像是劇情設計、角色互動都可能和以往單一性別的作品有著更不同的呈現,也是一種值得期待的發展,畢竟遊戲作品對於玩家而言,最需要的就是保持新奇。」

 多元性別要素爲遊戲帶來更多可能,這些要素的加入讓遊戲有更新穎的角色互動與趣味性,也讓遊戲劇情有更多選擇與變化。  

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張毅則提及其製作《花語:百合》時的理念:「我們團隊比較隨興一點,有時腦中閃過『真想做這樣子的遊戲!』就付諸實行了,實在不容易解釋理念,但我想可以從評論區的一些玩家反饋中找到答案吧。有一些人比較纖細、比較孤單、比較少人理解,但也都很努力尋找快樂。若能有一款作品讓他們得到共鳴,產生了『原來有人感同身受啊』的感覺,那麼這款作品對他來說,就是獨一無二的。這款作品並不是想為誰發聲,只是我覺得對部分玩家來說,這款作品有不可取代性,就十分有意義了。」


「若我們回歸議題本身,網民口中的社會正義戰士,當然有人是為博名等自身利益而動,但一定也有人因理念或浪漫,而希望看到有更多元的角色吧。」加入了多元性別要素的遊戲並不只是特定族群的發聲管道,更不是純粹的討好,而是一種新的嘗試,當人們放下彼此成見,以欣賞的角度來體驗遊戲,才能使遊戲發展有更多的可能性。  

參考資料:

Women Account for 46% of All Game Enthusiasts

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Geek Feminism Wiki

遊戲界的性別議題有哪些?

喀報CastNet_96
11 篇文章 ・ 5 位粉絲
國立陽明交通大學傳播與科技學系大三學生自媒體,文章撰寫類目含括科技新知、藝文評論、人物特寫、社會議題和專題新聞,以大學生的觀點出發撰寫與自身和社會相關的文章,內容豐富。 喀報CastNet網站:https://castnet.nctu.edu.tw/

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【貓心專欄】星座 / 血型 / 性格,哪一個影響了你顏色偏好?
貓心
・2022/06/26 ・3049字 ・閱讀時間約 6 分鐘

12星座圖。圖/envato

許多人對於星座和性格的關係,都有著一些既定的印象:天蠍座就是可怕、雙魚座就是多情、水瓶座就是怪、牡羊座就是火爆⋯⋯。甚至,有一些人在選交往對象時,還會特別篩選掉某些星座,或是熱愛某些星座。

然而,星座和性格之間,到底有沒有關係呢?恰好我大學時期的一份研究當中,曾經順手收集了相關的資料,現在就帶大家一起來看看這份研究,以及星座和性格到底有沒有關係吧!

一份關於色彩偏好與人格特質的研究

這份研究主要要探討的是「不同人格特質是否有色彩偏好上的差異性」,但除此之外,我們也跑了一些有趣的統計,其中包含了「血型和星座和色彩偏好的關聯性」,以及與色彩完全無關,但你我都很好奇的「人格特質和星座的關聯性」。為了蒐集研究的基礎資料,我們透過網路問卷,徵求受試者參與測驗。

測驗內容首先,受試者必須從 37 個色塊當中,挑選出自己喜歡的顏色。挑選的數量沒有上限,只要喜歡都可以選。此外,我們也透過五大人格測驗,蒐集了受試者的性格。

(色表圖)

另外他們也必須填上自己的基本資料,生理性別、職業或學校、出生年月日、血型、教育程度,居住區域、興趣、族群、母語、宗教信仰與是否相信星座或血型等等,可能對個性有影響的題目。

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最後,我們蒐集到 743 份問卷,其中獲得 728 份有效問卷,受試者年齡介於 14~68 歲之間,有 438 位女性,290 位男性。

不同性別、星座、血型的人,都選了什麼顏色?

那麼,首先就先來看看大家都選了什麼顏色吧!可以發現在所有受試者當中,對於黑色與白色的偏好是最高的,而灰色則是大家普遍不喜歡的顏色。

各顏色偏好數量統計表。

在性別上,無論是男性或女性,都特別喜歡藍色和紅色;但男性喜愛藍色的比例比女性還要多,而女性喜愛紅色的比例比男性還要多。

性別與色彩偏好比例。

那麼,不同星座與血型的人,喜好的色彩是否有所差異?根據卡方檢定,不同星座,在選顏色的時候,並沒有喜好上的顯著差異;至於血型倒是有兩個顏色特別受到偏好。其中一個是「薰衣草色」(色表圖第 30 號),A 型的人比 B 型的人,更喜歡這一個顏色;另一個是藍綠色(色表圖第 23 號),A 型的人比 O 型的人更愛這個顏色。

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顏色與性格有關嗎?

而本份研究的重點,其實是色彩偏好和個性是否有關。

在過去,心理學家主要都是以「五大人格測驗(Big Five)」來做為研究研究人格的主要依據。而所謂的五大人格,則分別包含了以下五大類別:

  • 開放性(Openness)──對於一個新經驗、新事物的開放程度。
  • 盡責性(Conscientiousness)──是否能夠嚴謹地管理自己達成目標。
  • 外向性(Extroversion)──喜歡交際、喜愛與人接觸。
  • 宜人性(Agreeableness)──對待他人是否善解人意、親切帶人。
  • 神經質(Neuroticism)──情緒是否容易因為外在而有所起伏。
五大人格特質。圖/wikipedia

根據我們研究的結果發現,喜歡第 11 號(土黃色)的人裡面,外向性高及開放性高的人佔多數;喜歡第 12 號色(棕色)的人裡面,外向性、開放性,及嚴謹自律性高的人佔多數。

而當我們採用 PCA 分析,去看不同性格與喜好色彩之間的關係時,更得出了許多顯著的結果

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  • 神經質程度較高的人偏好偏好高彩度、低明度的顏色(例如5、30、26號色)。
  • 外向性和盡責性程度較高的人偏好高彩度、低明度的顏色(例如26、25、27號色)。
  • 開放性程度較高的人彩度部分沒有明顯的偏好,另外則偏好低明度的顏色(例如1、2、3 6號色)。
  • 親和性程度較高的人偏好高彩度、高明度的顏色,除神經質程度較高的人外,大多數人偏好藍色色相的顏色(例如26、25、22、27號色)。
  • 神經質程度較高的人對於色相的偏好較不明顯。開放性程度較高的人,除了偏好藍色外,也偏好紅色色相的顏色(例如1、2號色)。

至於喜好與不喜好單色方面,就得出了更豐富的結果了:

  • 喜歡2號色的人,比起不喜歡的人,有較高的宜人性。
  • 喜歡4號的人,比起不喜歡的人,有較高的開放性(p=.013<.05)、較低的宜人性。
  • 喜歡7號色的人,比起不喜歡的人,有較高的開放性。
  • 喜歡9號色的人,比起不喜歡的人有較低的神經質傾向、更外向。
  • 喜歡10號色的人,比起不喜歡的人,有較高的神經質傾向、較高的開放性。
  • 喜歡11號色的人,比起不喜歡的人,有較高的開放性。
  • 喜歡12號色的人,比起不喜歡的人,有較高的開放性。
  • 喜歡14號色的人,比起不喜歡的人,有較高的神經質,較高的開放性,較低的謹慎性。
  • 喜歡15號色的,比起不喜歡的,有較高的開放性。
  • 喜歡16號色的,比起不喜歡的,有較高的開放性。
  • 喜歡18號色的人,比起不喜歡的人,有較高的神經質、與較高的開放性。
  • 喜歡19號色的人,比起不喜歡的人,有較高的開放性。
  • 喜歡21號色的人,比起不喜歡的人,有較高的神經質傾向、較低的宜人性。
  • 喜歡22號色的人,比起不喜歡的人,有較高的神經質傾向、較高的開放性、較低的謹慎性。
  • 喜歡24號色的人,比起不喜歡的人,有較高的開放性。
  • 喜歡28號色的人,比起不喜歡的人,有較低的謹慎性。
  • 喜歡32號色的人,比起不喜歡的人,有較高的開放性。
  • 喜歡33號色的人,比起不喜歡的人,有較低的謹慎性。
  • 喜歡34號色的人,比起不喜歡的人,有較低的外向性、較高的開放性、較低的謹慎性。
  • 喜歡35號色的人,比起不喜歡的人,有較低的外向性與謹慎性。
  • 喜歡36號色的人,比起不喜歡的人,有較高的開放性、較低的宜人性。

你金牛,我水瓶,這應該沒有什麼差別吧?

星座、血型跟性格完全無關。 圖/envato

很多人看到這邊,一定會很懷疑,為什麼我一開始破題的答案都沒有講到?好的,事實上,這方面雖然不是我們的研究重點,但我也用統計軟體跑過了相關的數據之後,得到的答案是:「星座和血型跟性格完全無關。」

就我個人的經驗來看,我甚至認識一個跟我同年同月同日生的人,但我們兩個的個性相差極大。所以說,如果以科學的話語來說的話,就是透過本篇研究,無法找到可以支持星座和性格有關的證據囉~

文末致謝

大學時期,我曾跨校到台科大修了一門課研究所的課,名為色彩心理學。此篇研究來自於該門課的課堂研究報告。在此,我要特別感謝我的組員王琪瑄、李梓含、吳典軒、李佳勳、洪維君,儘管至今我們已經沒有再聯絡了,但很謝謝他們當初一起完成了這份研究。

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貓心
76 篇文章 ・ 118 位粉絲
心理作家。台大心理系學士、國北教心理與諮商所碩士。 寫作主題為「安全感」,藉由依附理論的實際應用,讓缺乏安全感的人,了解安全感構成的要素,進而找到具有安全感的對象,並學習建立具有安全感的對話。 對於安全感,許多人有一個想法:「安全感是自己給自己的。」但在實際上,安全感其實是透過成長過程中,從照顧者對自己敏感而支持的回應,逐漸內化而來的。 因此我認為,獲得安全感的兩個關鍵在於:找到相對而言具有安全感的伴侶,並透過能夠創造安全感的說話方式與對方互動,建立起一段具有安全感的關係。 個人專欄粉專: https://www.facebook.com/psydetective/ 個人攝影粉專: https://www.facebook.com/psyphotographer/

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用黑白相機拍出色彩繽紛的宇宙
全國大學天文社聯盟
・2022/04/30 ・2550字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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  • 文/邵思齊,現就讀臺大地質科學系,著迷於大自然的鬼斧神工。

現代的人們生活在充滿明亮人造光源的城鎮中,難以想像純粹的夜空是什麼樣子。對宇宙中天體的印象,多半來自各地天文台與太空望遠鏡所捕捉的絢麗星雲、星團、星系。但這些影像中的顏色是真實的嗎?如果我們能夠用肉眼看到這些天體,它們的顏色真能如影像中如此的五彩繽紛嗎?

色彩的起源:為什麼人眼能看到顏色?

電磁波跨越各種尺度的波段,有波長遠小於 1 奈米的伽瑪射線,也有波長數百公里長的無線電波。但人類眼睛中的的感光細胞僅能感測到波長介於 400-700 奈米之間的電磁波,也就是僅有這段電磁波能夠以紅到紫的色彩出現在人類的視野當中,所以我們對外界的認知就受限於這小一段稱為可見光(Visible Light)的視窗。人之所以能夠辨識不同的顏色,靠的是人眼中的視錐細胞。視錐細胞分成 S、M、L 三種,分別代表 short, medium, long,其感測到的不同波長的光,大致可對應到藍色、綠色、紅色。

S、M、L 三種視錐細胞可以感測不同的顏色,後來的相機設計也以此為基礎。圖/Wikipedia

肉眼可以,那相機呢?

在還沒有電子感光元件的時代,紀錄影像的方法是透過讓底片中的銀離子曝光、沖洗後,變成不透光的金屬銀(負片),但這樣只能呈現出黑白影像。於是,歷經長時間的研究與測試,有著三層感光層的彩色底片誕生了。它的原理是在不同感光層之間加上遮色片,讓三層感光片能夠分別接收到各自顏色的光線。最常使用的遮色片是藍、綠、紅三色。進入數位時代,電子感光元件同樣遇到了只有明暗黑白、無法分辨色彩的問題,但這次,因為感光元件無法透光,不能像底片一樣分層感光,工程師們只好另闢蹊徑。

於是專為相機感光元件量身打造的拜爾濾色鏡(Bayer Filter)誕生了,也就是由紅色、綠色、藍色三種方形濾光片相間排列成的馬賽克狀濾鏡,每一格只會讓一種顏色通過,如此一來,底下的感光元件就只會接收到一種顏色的光。接著,再把相鄰的像素數值相互內插計算,就可以得到一張彩色影像。由於人的視錐細胞對綠色特別敏感,因此拜爾濾色鏡的設計中,綠色濾光片的數量是其他顏色的兩倍。

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這種讓各個像素接收不同顏色資訊的做法,雖然方便快速,卻需要好幾個像素才能還原一個區塊的顏色,因此會大幅降低影像解析度。這對寸解析度寸金的天文研究來說,非常划不來,畢竟我們既想得知每個像素接收到的原始顏色,又想獲得以像素為解析單位的最佳畫質,盡可能不要損失任何資訊。

藍綠紅相間的拜爾綠色鏡,廣泛用於日常使用的彩色感光元件,例如手機鏡頭、單眼相機等裝置。圖/Wikipedia

要怎麼讓每個像素都能獨立呈現接收到的光子,而且還能夠完整得到顏色的資訊呢?最好的方法就是在整塊感光元件前加上一塊單色的濾色鏡,然後輪流更換不同的濾色鏡,一次只記錄一種顏色的強度。然後,依照濾鏡的波段賦予影像顏色,進行疊合,得到一張還原真實顏色的照片。如此一來,我們就能用較長的拍攝時間,來換取最完整的資訊量。以天文研究來說,這種做法更加划算。

另外,由於視錐細胞並不是只對單一波長的光敏感,而是能夠接收波長範圍大約數百奈米寬的光,因此若是要還原真實顏色的影像,人們通常會使用寬頻濾鏡(Broadband filter),也就是波段跨足數百奈米的濾鏡進行拍攝。

美麗之外?濾鏡的科學妙用

雖然還原天體的真實顏色是個相當直覺的作法,但既然我們有能力分開不同的顏色,當然就有各式各樣的應用方法。當電子從高能階躍遷回到低能階,就會釋放能量,也就是放出固定波長的電磁波。若是受到激發的元素不同,電子躍遷時放出的電磁波波長也會隨之改變,呈現出不同顏色的光。

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如果我們在拍攝時,可以只捕捉這些特定波長的光,那我們拍出的照片,就代表著該元素在宇宙中的分佈位置。對天文學家來說,這是相當重要的資訊。因此,我們也常使用所謂的窄頻濾鏡(Narrowband filter),只接收目標波段周圍數十甚至數個奈米寬的波長範圍。常見的窄頻濾鏡有氫(H)、氦(He)、氮(N)、氧(O)、硫(S)等等。

有時候,按照原本的顏色疊合一組元素影像並不是那麼妥當,例如 H-alpha(氫原子)和 N II(氮離子)這兩條譜線,同樣都是波長 600 多奈米的紅色光,但如果按照它們原本的波長,在合成影像時都用紅色表示,就很難分辨氫和氮的分布狀態。這時候,天文學家們會按照各個元素之間的相對波長來配製顏色。

以底下的氣泡星雲(Bubble Nebula, NGC7635)為例,波長比較長的 N II 會被調成紅色,相對短一點的 H-alpha 就會調成綠色,而原本是綠色的 O III 氧離子則會被調成藍色。如此一來,我們就可以相對輕鬆地在畫面中分辨各個元素出現的位置。缺點是,如果我們真的用肉眼觀測這些天體,看到的顏色就會跟圖中大不相同。

由哈伯太空望遠鏡拍攝的氣泡星雲,使用了三種波段的窄頻濾鏡。圖/NASA

當然,這種人工配製顏色的方法也可以用來呈現可見光以外的電磁波,例如紅外線、紫外線等。舉哈伯太空望遠鏡的代表作「創生之柱」為例,他們使用了兩個近紅外線波段,比較長波的 F160W 在 1400~1700nm,比較短的 F110W在900~1400nm,分別就被調成了黃色和藍色。星點發出的紅外光穿越了創生之柱的塵埃,與可見光疊合的影像比較,各有各的獨特之處。

三窄頻濾鏡疊合的可見光影像與兩近紅外線波段疊合的影像對比。圖/NASA

望遠鏡接收來自千萬光年外的天體光線,一顆一顆的光子累積成影像上的點點像素,經過科學家們的巧手,成為烙印在人們記憶中的壯麗影像。有些天體按照他們原始的顏色重組,讓我們有如身歷其境,親眼見證它們的存在;有些影像雖然經過調製,並非原汁原味,卻調和了肉眼所不能見的波段,讓我們得以一窺它們背後的故事。

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