钻石切工：从比例到动态视觉表现

摘要

钻石的切割质量深刻地影响着它的吸引力，在决定其价值方面起着至关重要的作用。 本讨论考察了切割质量分级的演变及其现状。 长期以来，人们普遍认为，切割良好的钻石可以最大限度地恢复光线，增强其美感。 比例被精心建模和計算，以達到最佳的光反射和折射。 这一假设只解释了观察到的现象的一部分。 人类视觉系统以高度复杂的方式处理信息，通常超出了直截了当的预测模型的范围。 钻石的亮度和吸引力不仅取决于它返回的光的数量，还取决于钻石内大量反射产生的虚拟面产生的复杂对比图案，特别是在运动中。 正如我们将要探讨的那样，这些因素的相互作用导致了对钻石切割质量的更深入理解和更细致的分级。

钻石切割等级是珠宝商和制造商用来评估钻石比例、对称性和抛光质量的方法，通常不需要亲眼看到钻石，但它有助于确保钻石镶嵌后获得高质量的成品。 比例差、对称或抛光会导致钻石暗淡或不吸引人。 评估钻石切割质量有助于珠宝商购买消费者喜欢的钻石。 了解这些系统有助于制造商在为其收藏品购买钻石时做出明智的决定。

本文总结了为钻石切割程度分配质量等级的努力，强调了过去70年两种范式出现之前静态评估方法的几个范式转变。 重点是运动中3D建模的感知和应用以及由此产生的评估方面的现代科学进步，为钻石的切割质量等级分配的当代复杂性，以及对正在研究的潜在解决方案的概述。  

简单介绍

切割将钻石的材料特性转化为宝石的外观。 特殊切割，注重最佳比例，深刻影响了钻石的亮度和整体魅力，从而在决定其价值方面发挥着至关重要的作用。 在过去的150年里，人们普遍认为，切割良好的钻石可以最大限度地恢复光线，增强其美感。 随着佩戴钻石条件的变化，钻石宝石（和珠宝）最有价值的方面也发生了变化。 随着20世纪30年代荧光照明的引入，照明环境发生了变化，到1950年，漫射照明已成为钻石的标准观赏环境。 在此之前，照明主要是单点照明（例如灯泡、灯笼、蜡烛）。 在过去的70年里，比例被越来越细致地建模和计算，以实现最佳的光反射和折射。  

從歷史上看，追求鑽石切割分級是為了追求簡單、短的最終分級。 由于具体比例发挥了更大的作用，将削减评估报告为等级的目标依赖于数字或可衡量数据的摘要。

用单次切割等级总结，其根源在于Cattelle引入的光线追踪的过度简化二维视图，¹ 史密斯，² 和惠特洛克，³ 并被托尔科夫斯基拥抱。⁴ 然而，大多数光通过圆形明亮切割穿过三维路径，每个面相互作用都有部分反射和部分损失，以及产生色散的众多机会。 幾十年來，我們對鑽石有一個二維視角，然後將其轉化為單級摘要。

这种有限的方法无法解释个人对单一切割等级内外观变化的偏好差异。 2005年，美国宝石学会（GIA）试图捕捉（在其新的圆形明亮式切割分级系统中）“在每个等级类别中，一般来说，大多数人认为钻石在外观和切割质量上都比下一个较低类别的钻石更好。”⁵ 展望未来，一个更有用的切割分级系统应该包括强烈影响人类对亮度和闪光感知的外表因素，包括与运动相关的差异。 在评估异形的切割质量及其许多刻面安排时，这些因素尤为重要。 

开始假设：模仿最佳钻石水晶

钻石切割艺术将粗糙的石头转化为视觉刺激的艺术作品，自诞生以来一直以不断发展的假设为指导。 钻石八面体被镶嵌在珠宝中，点向上，然后这些点因磨损而断裂。 早期的钻石切割器首先修复了这些，以模仿钻石水晶的自然八面体形状。 切割与钻石的天然八面体完全平行（图1）是不可能的，因为这些平面代表了晶格内硬度最大的方向。 为了解决这个问题，切割器必须稍微调整维修角度。 由此产生的“点切割”钻石的点故意比天然八面体晶体的实际尖端略浅（当外缘断裂时，尖端略高）。 通过仔细调整八面体形状的角度，他们可以抛光每个表面，同时保留自然完美的钻石水晶的光学错觉，从而最大限度地保持重量。 通过这一切，切割者试图尽可能多地保留八面体的轮廓，使成品宝石的明显尺寸最大化（今天我们称之为“传播”）。 早期的切割质量标准是基于成品钻石与高度抛光的天然八面体的相似程度，进一步的价值由克拉重量、颜色和清晰度来判断。 几个世纪以来，对“理想切割”的追求一直吸引着钻石切割者——早在“辉煌”这样的术语被用来描述这种专业完成的宝石之前。 即使有现代制造改进，在抛光过程中仍然需要避免最耐受的平面。

假设中的第一个范式转变：创造闪光

随着钻石抛光车轮在1500年代通过曲柄、踏板、水力和后来的蒸汽获得速度，⁶ 导致更快的抛光，对切割风格的实验增加，以最大限度地提高它们的眩光。 正如Joan Arpice de Villafan所指出的，早在1572年，钻石的价值与其重量、切割质量、颜色和清晰度之间就存在直接联系。⁷ 马德里和塞哥维亚的西班牙皇家铸币厂的分析员。

到17世纪末，切割钻石的方法进一步发展。 这是因为具有更多面的钻石在大宴会厅的烛光下更加闪耀，所有上流社会都能注意到那里。 切割器创造了更复杂的形状，以利用新的流行照明环境，而不是通常的八面体轮廓。 这些最新的切割包括顶部（桌子）的中央平面。 这种设计有助于防止顶点的碎屑，并引入了一种新的方法：捕捉光线，并通过内部反射使钻石闪闪发光。 这种假设的转变是巴西新发现的钻石的过剩，有100多万克拉的商品⁸ 在1700年代中期进入欧洲，改变了市场，因为任何拥有财富和地位的人都会寻求这些闪闪发光的小玩意。 这种对闪光的渴望刺激了进一步的创新。 最初，实验范围很广，切磨师测试了各种新颖的刻面排列和比例。⁹

正如大卫·杰弗里斯（David Jeffries）于1750年在伦敦出版的那样，很快就需要对称性、适当角度、切面长度、表和楔形尺寸。¹⁰ 在他关于钻石切割的开创性工作中，他为该行业树立了新标准。 新标准是「輝煌」（圖2），最初字首沒有形狀名稱，因為58個刻面是按照水晶的輪廓切割的，特定的比例和角度被認為可以產生火的最佳外觀。 请记住，这些主要在奢华的社交聚会上佩戴在大量蜡烛装饰的烛台和吊灯（成千根蜡烛）下。 随着越来越多的额外面，当这些宝石在舞厅里旋转时，从它们身上反射出来的火焰和闪光令人眼花缭乱，备受追捧。  

那时最常见的辉煌是方形垫子（我们今天称之为“旧矿”，是垫子8的前身），它遵循了最常见的晶体形状八面体的轮廓，因此是最常见的粗糙材料的有效使用。 然而，Jeffries还展示了圆形、深蹲椭圆形和深蹲梨的58面线图。 所有这些都被称为“辉煌”，没有我们今天使用的形状名称，反映了这种新的切割哲学所包含的形式多样性。 今天，当提到方形垫子和“地雷切割”椭圆形或梨时，我们可能会将这些称为“地雷切割”。

Jeffries表示，皇冠和亭子的最佳角度是45度，20%的culet尺寸和40%的桌子。 他认为，不符合这些比例的钻石价值较低，并在他的书中提供了基于颜色、净度、切割质量和克拉重量的定价数字表。 加上极短的亭子半部分（长度约30%），这些钻石在白炽烛光舞厅中产生了相当大的火焰。 然而，在所有其他照明条件下，它们严重缺乏美感，因为单一的光源并没有像数千支蜡烛那样创造出惊人的闪光。 在今天的办公室照明下，非常不同的比例（与今天的比例相比）和角度会消失。¹¹

然而，一切都是为了。 钻石切割行业没有动力坚持这些比例。 到19世纪初，切割者优先考虑按重量最大化产量；他们没有花时间将钻石仔细塑造成比例良好的毛坯，而是旨在尽可能保留所有水晶的重量，即使是不完美或损坏的水晶。¹² 与此同时，由于更多没有参加大晚会的人戴着钻石，所以白天在更常见的灯光下和户外佩戴钻石。 结果从奇怪的轮廓到浅或非常深的比例不等。 人们想要钻石，舞厅的美感不再是大多数人的标准。 大部分切割不良的钻石都是在20世纪重新切割的。 在19世纪，經濟因素而不是審美因素推動了切割理念的轉變。

钻石切割的这种演变反映了不断变化的假设、不断变化的优先事项和技术进步。 每个时代都给钻石切割行业留下了印记，从17世纪为上流社会事件的以火为重点的切割到19世纪为普通人的重量驱动的切割。 随着我们前进，观察切割技术如何继续适应新的照明和制造技术，以及随之而来的消费者偏好的变化。

第二个范式转变：最佳比例

19世纪末见证了对最佳钻石比例的理解的范式转变，主要由Henry D.催化。 莫尔斯在19世纪70年代在波士顿的钻石切割工作。 使用测角仪，Morse确定了一组角度和比例，使钻石的亮度最大化。 他的车间工头同时开发了第一台烧制机，促进了将莫尔斯的衍生比例实际实现为纯粹的圆形轮廓。 最初被称为“波士顿剪裁”，莫尔斯的剪裁风格随后被称为“美国剪裁”、“科学剪裁”，最终在20世纪初被称为“理想剪裁”。 命名法的这种演变与推荐比例的细化并行，在1919年马塞尔·托尔科夫斯基（Marcel Tolkowsky）有影响力的《钻石设计》一书出版之前，美国钻石切割器在20世纪初倡导亭子角度为40°至42°，皇冠角度为35°至37°。¹¹

赫伯特·惠特洛克1917年的二维光线追踪和弗兰克·韦德1915年在《珠宝商的圆形基石》杂志上的文章（以及韦德1916年的《钻石：支配其价值的因素的研究》）的传播，在普及41°和35°的特定角度方面发挥了关键作用。¹³ Tolkowsky后来的工作（1919年）修改了之前假设的桌子大小，进一步巩固了关于最佳比例的新共识，首先是在美国市场，然后是在欧洲，Wade和其他人支持Tolkowsky修改后的假设。¹¹ 

这个转型时期的核心是莫尔斯推广的概念，即比例良好的钻石通过皇冠面最大限度地返回光线，从而增强其美学吸引力。 这一原则为韦德、惠特洛克、托尔科夫斯基等人的后续计算奠定了基础，以确定光反射和折射的最佳比例。 有些人仍然声称“托尔科夫斯基的数学是正确的”，好像他是一个先知，而不是聚集了他那个时代的实际智慧。  

钻石切割假设的转变，由莫尔斯的基础研究催化，随后由托尔科夫斯基和韦德完善，对钻石切割的艺术和科学产生了深刻而持久的影响。 在美国，从20世纪30年代开始，GIA和美国宝石协会（均由Robert Shipley创立，其明确使命是推进道德珠宝实践和宝石学教育）传播了有关理想切割和钻石估值的四个C的知识：克拉、切割、颜色和清晰度。 随着“四C”范式（由希普利在20世纪40年代引入）的突出地位，出现了对钻石的切割质量进行系统性评级的相应需求，其颜色和净度等级的严格程度相同。¹¹

第三个范式转变：评估或分级切割质量开始

乔治·英曼、理查德·塞耶和同事在20世纪30年代初通过通用电气的合作研究开发了现代荧光灯，将扩散的办公室照明带入了工作场所。 到1934年，它作为一种实用的照明解决方案出现，并于1938年向公众介绍，在1939年世界博览会上因其能源效率而引起广泛关注。 向工程学会和美国进行安静的演示。 海军为通用电气和西屋在1939年的大型博览会上公开发射铺平了道路，竞争对手很快紧随其后。 战时生产的需求进一步刺激了采用，到1951年，荧光技术已经掩盖了白炽照明作为美国人工照明的主要来源。 这改变了对钻石外观的看法，从主要关注火到强调办公室和其他环境中的外观。¹⁴

Richard Liddicoat不久将担任GIA的执行董事一职，他于1952年在该研究所开创了一种新的钻石分级方法，从而在主流假设中煽动了另一种范式转变。 他的贡献包括通过引入D-Z色标来标准化钻石颜色分级，通过细分VVS、VS、SI和不完美类别实现更细微的清晰度分级系统，以及建立首届切割评估方法。 Liddicoat在1952年美国宝石协会（AGS）会议上公布了这个全面的钻石分级框架，这是该领域专业人士的年度教育聚会，他解释了分析比例、评估切割质量和确定低于标准切割的相应价值扣除的技术。 这种新方法搭便车了照明的变化。¹¹

在他的系统的积极接受下，Liddicoat努力进一步完善它。 因此，GIA于1953年初开始了首届钻石分级课程，课程强调比例分级、重量估计和监督钻石分级。 事实证明，这些项目非常成功。 通过向越来越多的行业学生传授它，Liddicoat的系统在市场研究和与AGS成员供应商的合作支持下，在整个行业中，在标准化钻石分级和估值方面发挥了重要作用。 正如Liddicoat所反映的那样，“事实上，我们有一个以特定价格得出的钻石分级系统，这吸引了小型零售商。”¹⁵

这种革命性的创新方法和系统代表了该领域的一个分水岭。 零售商长期以来一直与竞争对手的虚假陈述作鬥爭，无论是由于无知还是不诚实，他们终于有了工具（即实际的分级程序、观看环境、彩色母石和分级标准）来阐明其钻石定价差异的理由。 他们还获得了专业知识，以教育客户了解新系统。

AGS成员的回应是压倒性的积极，对课程的需求超过了现有供应。 随着项目消息的传播，其他珠宝商开始注册GIA，并随后与AGS结盟。¹⁶ 在19世纪70年代，Morse曾表示：“按克拉购买钻石就像按磅购买赛马一样。”¹¹ GIA的課程已經改變了這一點，情況不再是這樣了。

事实证明，GIA的课程在教育珠宝商和传授全面的产品知识方面非常成功，到1955年吸引了戴比尔斯的注意。 De Beers认识到参与GIA项目的潜在利益，捐赠了1500克拉毛坯钻石，以支持该研究所的教育努力。 其中许多钻石随后由AGS成员、理想切割原则的早期倡导者Lazare Kaplan切割。¹⁵ 到1955年，前学生向GIA发出大量请求，要求验证他们在商店里对钻石进行分级的工作，GIA通过其在纽约的宝石贸易实验室发布了第一份钻石分级报告。¹¹ 随着在没有加入AGS的情况下使用GIA系统的珠宝商数量的增加，人们对AGS的独特性可能受到侵蚀的担忧。 作为回应，AGS和GIA决定为AGS成员开发一个独特的分级系统。 AGS的钻石标准委员会（DSC）的任務是概念化和實施這一新制度。¹⁷

到1960年AGS秘密会议，DSC取得了重大进展，报告了钻石质量标准化术语的建立。 委员会宣布，切割、颜色和清晰度将以“0”到“10”的等级进行评估，其中“0”表示最高质量。 在GIA的Richard Liddicoat的指导下，DSC完善了颜色和清晰度标准，在1961年的AGS会议上分享了这些标准，并继续为其成员制定切割分级标准和操作手册。¹⁸ 在随后的几年里，DSC取得了进一步的进步，协调了照片和图表，以说明1963年秘密会议的关键清晰度特征。 Liddicoat对GIA切割评估系统的调整为AGS的切割分级方法奠定了基础。 1963年和1964年的秘密会议向与会者介绍了在切割分级中估计重量保留的新方法，包括使用显示钻石皇冠和亭子轮廓的比例屏幕，这有助于确定相对切割角度。¹⁹

在AGS执行董事Al Woodill的领导下，1965年2月的《公会》宣布了这些努力的高潮：“今年AGS秘密会议最重要的特点之一是引入期待已久的钻石分级系统。”²⁰ 虽然Liddicoat的结果使他能够协调克拉重量、颜色、净度和切割质量等因素，并在当前市场中找到相应的价格关系（切割评估系统），但AGS更进一步，引入了圆形钻石的第一切割等级（AGS内部的一些人同时认为，在他们能够引入异形钻石系统之前，他们不应该引入它²¹）。 然后，Al Woodill于1966年4月向整个AGS提供了分级手册。

在20世纪80年代初，GIA修订了其教学分级系统（切割等级不在实验室报告中）来评估钻石切割质量的方式，引入了从1类（最高）到4类的四级切割分类。 随后，David Atlas的认证宝石评估师实验室（AGA）采用了该切割评估系统的修改版本，将每个GIA等级细分为两个，产生了1A类和1B、2A和2B、3A和3B以及4A和4B等类别。²²

该行业重新强调钻石切割质量和比例，这增加了对更准确的钻石比例测量方法的需求。 1996年，Russell Shor将Sarine的DiaMension归功于^® 设备，首次发布于1992年，用于推进该领域。 这款非接触式测量扫描仪提供了切割钻石角度和比例的精确数据，超过了手持设备和传统阴影屏幕（比例范围）的准确性。 Shor将其描述为经销商层面的“大规模革命的催化剂”，使“切割等级的大规模生产”成为可能。²³ 他指出，这一发展使“大规模分级”扩展到钻石制造商，使切割者能够进一步完善他们的技术，特别是圆形明亮式钻石。^a

GIA的初步报告展示了从非接触式测量设备获得的基本比例数据（表尺寸和深度百分比）。²⁴ 与此同时，AGS推动将切割等级纳入GIA的圆形钻石报告中。 当他们的倡导不成功时，随着先进测量技术的出现，美国宝石协会实验室（AGSL）于1996年成立，以满足AGS认为对珠宝行业实验室报告中独立切割分级的日益增长的需求。  

GIA的课程、AGA和AGSL的切割分級框架都依赖于钻石比例的精确测量，其特定的阈值定义了每个等級。 1998年，当时的AGSL主任Peter Yantzer表示，相信“切割分级是钻石之美的最重要因素”是相对较新的美国宝石协会实验室的基础原则。²⁵ 虽然在分级时考虑了对称性和抛光等因素，但除日本联合宝石实验室系统外，所有切割分级系统基本上仍然基于比例（下一节讨论）。

AGSL成为第一个引入基于非接触式设备（符合AGS标准）的切割评估标准的实验室，专门为该行业提供切割等级。 回想起来，Brian Gavin称赞了这种方法：“这个基于比例的AGS系统取得了巨大的成功，并创造了大量的外国和国内用户，他们看到了仅AGS就满足的需求。 其他二级实验室开始用自己的“理想”成绩模仿AGS，但他们的标准太宽松了，不是很可信，也不是基于科学。”²⁵ 这些基于比例的削减等级一直持续到2005年，当时AGSL在Peter Yantzer的领导下转而使用视觉评估工具。  

第四次范式转变：释放视觉评估工具

在20世纪70年代末，日本宝石学的杰出人物Kazumi Okuda教授开发了一种评估钻石切割产生的外观质量的技术。 该方法涉及将红色环连接到标准钻石放大镜的底面（或显微镜内）。 当在这些条件下检查切割良好和比例的圆形钻石时，它显示出特定的红色和黑色图案（图6）。 1984年，博士 Goh Tsuyoshi Shigetomi和他的同事Kazuo Inoue要求Okuda帮助设计一个更复杂的改进Okuda的设计。 他们的公司Japan Diamond Mind（JDM）于1988年推出了圆形明亮式切割钻石分级系统，并增加了第五个参数，他们称之为“反射性”。 他们开发了FireScope^®,²⁶ 旨在将钻石评估的这一新方面系统化的仪器。 使用FireScope^®，JDM设计了“阿波罗八号”，这是一个“理想”的圆形明亮切割模型，声称要求完美对称。²⁷

通过JDM的FireScope的镜头检查钻石时^®，观察到的视觉效果——如颜色和图案——为石头的“光学性能”提供了宝贵的见解（吉尔伯特森在1996年拉帕波特的一篇文章中创造了这个术语^28,b). 

凭借完美的对称性，该仪器在几乎完全红色的背景上显示出黑色八箭头图案，符合JDM优化反射率的标准。 它还表明，与完美对称性的微小偏差，如皇冠高度的变化或偏心表，会破坏其理想化的“反射性”颜色模式。 FireScope及其变体的发展标志着钻石评估中“心和箭”模式的出现。 这种评估系统随后从日本市场迅速扩散到美国和全世界。²³

到1988年，Shigetomi在曼谷增加了一个计算机辅助分析系统，用于将钻石切割成精确的比例，并表示“......要获得辉煌，它必须具有平衡的光线对比。”²⁹ 井上继续他的研究，以实现正确的“美”，在1999年的一篇文章中，他解释了它背后的基本数学。³⁰ 瞭解Shigetomi正在釋放什麼至關重要。 人类视觉系统处理视觉信息的复杂性超过了简单模型。 在评估钻石时，其亮度和吸引力不仅由反射的光量决定，而且由多重内部反射（形成虚拟面）产生的详细、动态的对比度模式决定。 这种复杂性表明，如果不了解视觉感知的某些方面，早期评估钻石切割质量的方法可能是不完整的。

认知科学已经确定了管理视觉智能系统（VIS）的关键规则，该系统解释基本的视觉属性，如线条、颜色、亮度、对比度和运动，这些是视觉错觉的核心因素。³¹ 这些原则与我们对钻石亮度的看法直接相关。 钻石通过对比度、强烈的亮度、沉闷和黑暗的移动模式吸引观众，我们的VIS可以将其解释为更明亮，^32,c 或更有吸引力，即使实际反射光保持不变。 了解哪些对比度模式最一致地增强了亮度感知，对于解释为什么特定的钻石在视觉上更具吸引力至关重要。 请注意，个人偏好（品味）也会影响哪些钻石被认为是可取的。 这种复杂性挑战了珠宝行业中常见的误解：虽然光的回报可以通过仪器来测量，但这些测量并不能完全捕捉到人类在观察钻石的视觉图案时感知到的东西。

虽然惠特洛克和托尔科夫斯基的二维数学建模和光线追踪只考虑了16个主要方面和表格，但FireScope^® 以及后来的迭代（心和箭观众，IdealScope^®,^33,d 等）允许对圆形明亮式所有57个面的光学性能进行静态正面向上的视觉显示。 在钻石内看到的红色部分（后来使用了其他颜色）表示明亮的光线有效地返回到观察者的区域，对钻石的整体亮度做出了积极贡献。 相比之下，白色区域揭示了光泄漏区，其中光线通过钻石的底部亭子逸出，而不是返回观众的眼睛，从而降低了亮度。 黑色区域对应于观察者头部和肩膀的反射，这些反射阻碍了光源（遮挡），并提供了FireScope中看到的钻石对比度的黑暗部分的来源^®.  

人们普遍理解，在FireScope中以红色为主的钻石^®，向观众返回更多的光线，表明更高的亮度和更高效的光线返回。 相反，大量的白色或黑色区域表明切割质量差，视觉吸引力降低。 最后，JDM和心和箭的纯粹主义者假设，除了红色区域表示的出色比例外，在红色和黑色区域的特定分布中，出色的对称性很明显，其特征是一颗中央的八角黑星，这意味着钻石内的最佳光线管理。 这最终导致日本宝石实验室协会于1994年公布了其AGL“三倍优秀”切割等级报告（首次使用“三倍优秀”一词）。²⁵

其他人开始实验这种类型的设备可以向交易者揭示圆形钻石切割的质量。 其中有加里·霍洛威，他首先使用了FireScope^® 在1984年，³³ 和Al Gilbertson，他第一次使用FireScope^® 在20世纪90年代初（由理查德·冯·斯特恩伯格带到美国）。 吉尔伯特森和克雷格·沃尔特斯在1996年的一篇拉帕波特文章中讨论了FireScope型图像²⁸ 以及1997年的现代珠宝商³⁴。 吉尔伯特森过渡到使用多种颜色的戒指。^e 1998年3月24日，他在加利福尼亚州圣地亚哥举行的ISA第19届年会上分享了一些初步研究³⁵ 在1999年秋季的GIA 1999年国际宝石学研讨会上，³⁶ 以及在GemKey杂志网站关于钻石切割质量评估的圆桌会议上。 Gilbertson是AGS削减工作组的成员（成员包括Peter Yantzer、Gabi Tolkowsky、Craig Underwood和Al），并与他们保密地分享了他的研究。 到1999年底，Gilbertson向AGS提供了彩色戒指版本的专利（由EightStar Diamond Co.的Richard von Sternberg共同拥有），他们购买了该专利，然后将其修改为ASET（有关描述，请参阅了解ASET和AG环境框）。  

在GIA的1999年研讨会上，Gilbertson谈到了新的范式转变，以及如何“计算机辅助映射帮助切割器了解如何使用角度组合来最大限度地减少光泄漏......钻石将光返回给观众的效率也是衡量其切割精度的指标......这种分析通过让光为自己说话，对钻石切割有了新的理解。”³⁷

寶石鑰匙 杂志的网站于1999年底举办了一次关于钻石切割质量评估的圆桌会议。 保罗·哈莱瓦主持的论坛一直持续到2000年初³⁸ 当时有“谁是谁”的削减研究：其中一些是：AGSL主任Peter Yantzer；莫斯科国立大学Sergey Sivovolenko；Apha Inc.的Brian Gavin；ACA Gem Lab的Michael Cowing；EightStar Diamond的Richard von Sternberg；Accredited Gem Appraisers的David Atlas；以及Gem Profiles的Al Gilbertson。 在圆桌会议期间，Sergey Sivovolenko（1999年12月）私下联系了Gilbertson，并要求将AG虚拟环境纳入DiamCalc。^f

当AGS、GIA和Sivovolenko的Octonus正在研究光线追踪结果及其与外观方面的关系时，Holloway开发了HCA（Holloway Cut Advisor）并申请了专利。³⁹ 他的系统于2000年推出，2001年发布了便携式Ideal-Scope，促进了FireScope概念向更便携的锥形瞄准镜的过渡。 Holloway使用FireScope和GilbertsonScope追踪他的研究^g 通过DiamCalc在2001年的一篇论文（作为网页发布）中讨论了IdealScope作为选择钻石的消除工具的应用。³⁵ 他说，他的目标是“......简化以比较方式描述和评估钻石性能的视觉外观所涉及的复杂变量和问题。”⁴⁰ HCA的早期最终分数总计为“整體視覺效能”得分。²⁵ 足够的 整體視覺效能 几年后，分数从HCA中删除。

2000年，Gilbertson加入了GIA的削减研究团队，同时将专利出售给AGS。 AGS使用该工具设计了一个新系统。 “......AGS在2005年6月发生了重大转变。 他们抛弃了旧的二维“遗产”比例系统支持一种全新的方法。 新的AGS三维光性能分级系统将使用钻石（产生“线框”的三维数学文件）的测量扫描，然后使用光学光线追踪软件来评估这个三维模型。 AGSL随后开发了一种用于判断光性能的工具，称为ASET，是Angular Spectrum Evaluation Tool的首字母缩写，是GilbertsonScope的更简单版本。”²⁵

AGS和GIA推出新的基于性能的切割分級系统

美国宝石协会实验室（AGSL）通过为圆形明亮式和各种异形实施他们所称的“三维光性能模型”来推进钻石切割分级，这与GIA的形成鲜明对比，GIA将切割分级专门应用于圆形明亮式。 2005年，AGSL推出了基于AGS性能的切割等级系统，该系统使用光线追踪软件在3D线框模型上模拟40,000条光线来评估钻石的光性能，以评估钻石的D-to-Z颜色和无瑕疵到I3净度。 该系统使用角光谱评估工具（ASET）生成颜色编码地图，指示角度光返回（绿色：0-45°，红色：45-75°，蓝色：75-90°），用于静态正面向上评估。 该评估涵盖了钻石切割质量的11个指标的整体方法，包括亮度、对比度、色散、漏光、重量比、耐用性、腰围厚度、倾斜度（特定倾斜角度的鱼眼评估）、底尖特征以及抛光和对称性。 切工等级按0-10分分配，其中零表示没有扣除的“理想”切工。^41,42 2022年底，GIA收购了AGS技术和知识产权。 AGS理想光性能报告现在可以从GIA获得，作为GIA钻石分级报告的延伸。

GIA的标准圆形明亮式钻石切割分级系统的推出始于2004年的一篇文章。 5 它详细介绍了这项研究，基于广泛的计算光路建模和对大量圆形明亮钻石的实证人类观察，导致了该系统的开发。 它评估了亮度、火焰、光亮、光洁度、重量和耐用性。 GIA于2006年1月实施了标准圆形明亮式钻石的切割分级系统。 该系统对五种可能的削减等级进行了客观评估：优秀、非常好、良好、一般和差。

GIA的评估基于七个组成部分，分布在三个主要领域：正面向上的光学外观（包括亮度、火焰和微光）、设计和工艺（抛光、对称性和重量比）以及耐用性。 它评估了钻石如何与光线相互作用（在静态正面朝上）、其表面处理的精度以及潜在的损坏脆弱性。⁵

GIA分级系统是专门为将外观上的视觉区别与五个等级范围内的模型外观保持一致而开发的。 与之前的许多基于比例的分级系统相比，这种方法在每个切割分级类别中产生了更广泛的比例组合。 该系列适应了行业/消费者对不同世界市场钻石最佳外观的偏好，并在制造过程中更好地使用（即实际重量保留）粗钻石。

在推出之前，GIA开展了全行业教育计划，以帮助制造商和零售商了解并适应这种新的圆形明亮式切割分级系统。 在GIA引入该系统后不久，高彩色、高清晰度的钻石明显下降，外观不佳，因为它们不再容易出售。 制造商迅速转向切割更漂亮的钻石，因此每个人都受益。

GIA系统仅限于D-to-Z颜色、完美到I3清晰度和圆形明亮式钻石。 切割等级是使用结合多种比例组合的模型建立的，而不是规定一套理想的测量结果——允许获得顶级等级的钻石之间的巨大差异。 七个组件中最低的分数决定了整体等级，强调了切割质量的整体卓越的重要性。 分级标准是通过对光性能的广泛计算机分析确定的，并由70,000多人类观察验证，以确保钻石的视觉标准。⁵ 使用AG环境，分析使研究人员能够映射回6个四舍五入比例参数的组合，以便于切割规划，并为他们的等级建立一个查找表。 值得注意的是，该量表省略了“理想”一词。  

以前的限制

GIA对圆形明亮式分级的方法太有限了，无法使用异形。 “圆形明亮式仅六个参数之间的差异导致超过3800万个比例组合，以涵盖钻石分级中通常遇到的比例。 异形需要更多的参数，导致数量驚人的可能组合。”⁴⁶  对椭圆形对称刻面布局作简单几何描述——包括8个冠部主刻面、4个亭部主刻面，且没有painting或digging out这类腰围附近刻面调整——需要18个参数，是圆形明亮式所需参数的3倍。具有4个亭部主刻面的梨形需要35个参数描述，因为其圆弧部分与尖端部分的曲线可独立变化，刻面的排布也更加灵活。扫描设备能为每颗钻石生成独特的3D线框模型，清晰记录腰围和不同刻面排列的细微差异，包括角度、位置及相对刻面尺寸。正如Ilene Reinitz博士近日所言：“对异形钻石进行任何预测性切工分级，都必须以钻石的3D表示为基础，例如非接触式测量设备生成的线框文件。”⁴⁶

由于最终用户通过观察钻石运动来做出最终的购买决定，功能分级系统应在动态条件下纳入观察者验证的钻石定量测量。 这些数据应该为制定更强大的分级方法和关于外观微妙之处的有用补充报告提供信息。 GIA和其他组织目前的努力正在积极朝着这个方向进行改进。 “这种对光行为的广泛调查为钻石切割分级的历史开启了新的理解。 通过进入可量化的领域，我们正在经历思维的范式转变。 应用这些见解使我们能够完整地看到钻石的切割，解释我们所看到的，并根据其性能的优点对其进行评估。”³⁵  

在GIA，Jason Quick与多元化的团队一起领导多方面的研究工作，以建立一个异形切工评估系统，旨在服务于钻石贸易的各个层面。 博士 Jim Conant和Abhijith Prabhu正在领导一个团队完善工具，以评估运动中的外观方面，以始终如一地匹配对异形钻石的观察。 Amanda Hawkes领导了一个观察员团队，该团队在各种环境中评估钻石，以检查正在开发的指标。 博士正在完善和测试异形识别和对称性评估的强大方法。 Troy Blodgett和其他人。 此外，Brock Wilke正在通过开发有用的切割设计库和支持异形切工质量评估的基础设施来努力为制造商提供支持。

所有这些分析都取决于线框文件，但对于一些钻石，测量结果会产生一个线框，该线框没有捕捉到所有可见的皇冠和亭子面（或错误地渲染了一些在石头上看不到的面）。 这些问题阻碍了使用线框来评估石头的外观和整体切割质量，但工作仍在继续解决和克服这些问题。  

三维建模在运动中的应用和结果评估

虽然评估异形的钻石，加上对钻石运动方法的评估非常困难，但对满足个人品味偏好的要求也越来越大。 这些综合要求使挑战变得更加复杂。  

2005年，美国宝石学会（GIA）试图将“在每个等级类别中包括那些钻石，一般来说，大多数人认为它们在外观和切割质量上都比下一个较低类别的钻石更好。”⁵ 换句话说，每个等级范围内的钻石看起来比以下等级范围内的钻石更好，但在一个等级范围内，它们可能看起来也不同。 有些人可能更喜欢等级范围内的某些外观，但分级报告并不能帮助消费者或交易者了解视觉差异。 这凸显了评估钻石美学的内在主观性。 许多钻石切割师表示担心，单一的定量切割等级不能充分代表钻石切割的艺术和细微的视觉方面。 为了解决这个问题，补充定性报告可能会被证明是有益的。 这样的报告将阐明钻石之间微妙的视觉差异，这些钻石可能有一个等级，但在消费者偏好（口味）上有所不同，从而提供背景和更深入的解释。  

主要挑战在于清晰易行地解构这些因素，从而使消费者能够更好地识别和阐明他们的偏好。 事实证明，类似的方法在其他与口味相关的学科中很有价值，特别是在食品科学（例如，奶油味、块状、厚度），⁴⁷ 在细微差别中，定性报告增强了对主观质量的理解，并促进了选择。  

当钻石摇晃或旋转时，其正面朝上的对比图案会移动。 漏光和遮挡的量也会发生变化。 一些钻石在旋转时迅速出现更大的泄漏或暗淡，即使是那些看起来很好的正面。 一个系统不仅要解释外观上的变化和差异，还要闡明它们。 例如，一个等级的系统不会描述或比较蝴蝶结的宽度、黑暗、持久性或突出度的亮度，或异形中的任何其他各种图案元素，更不用说钻石移动时了。 通过分解和检查碎冰图案、碎冰的总面积、位置和大小、各种重复图案的对称性及其与运动的持久性（或持久性需求）、区域之间的对比度、蝴蝶结效果的大小和强度，以及随着你改变观点而移动的黑暗或暗淡的斑块等特征，我们可以更好地了解是什么让每颗钻石与众不同。 检查钻石倾斜或旋转时图案如何变化也表明了整体长宽比的不同面排列和变化，以及特定刻面的角度和宽度如何影响观察到的图案。 打破这些口味问题可以澄清外观和风格的差异，最终用户可以更好地了解每颗钻石的独特之处。  

两个梨形示例  

由于已经提到的各种因素，钻石可以表现出不同的视觉特征。 图9中的顶部一对是在漫射照明下观看的，例如在办公室。 第二对是在有很多聚光灯的环境中观看的（上面是LED的精确点）。 第三对显示了相关的ASET地图。 不同类型的照明口音在外观上的差异。  

经典图案 （左边的钻石），径向风格的轮廓特定变化，传统上与圆形形状有关，如椭圆形、梨形和马眼形切割，特别是从20世纪50年代到2000年左右。^k 这些模式分为三个部门。 所有这些都包含在culet中心的径向变化，通常沿着翅膀到梨的尖端有不同的图案，并聚集在梨的头部。 这些图案方面在漫射照明或带有标称聚光灯的漫射照明中最好地欣赏。

模糊的模式 （右边的钻石），相比之下，故意避免明显的对比度或主导焦点，缺乏明亮、宽阔的虚拟面或辐射模式，并且不依赖于轮廓。 最有效的模糊模式，虽然在技术上是不对称的，但实现了反射光的明亮点的平衡和均匀分布，从而保持了视觉平衡。 我们的VIS评估了组件的明显视觉重量及其空间排列。 即使元素不相同，它们也会被组织起来，以产生平衡的整体印象，完全分布，没有单一的焦点。 这些设计的关键属性是所有组件的视觉强调相对相同，从而产生了统一的组织复杂性。 在珠寶貿易中，這種性質的模糊圖案通常被稱為碎冰。 模糊的图案，通常与碎冰有关，通常表现出一种微妙的对比度，高对比度的小点会随着运动而打断明亮的闪光。 粉碎的冰模式最好通过广泛的聚光灯和名义上的漫射照明来欣赏。

这些图案模糊的钻石在旋转时变得更加独特，是帮助最终用户做出购买决定的因素之一。 右侧钻石的模糊图案通过30度旋转保持同样闪亮。 相比之下，这种经典梨（左侧的钻石）的图案，当向左或向右倾斜时，一旦倾斜超过18度，就会显示出更多的光泄漏（即暗淡）。 根据使用的角度、长宽比和切面排列，随着倾斜度的增加，经典图案会或多或少地失去光线。 描述经典图案的一部分涉及讨论领结图案的持久性、泄漏以及点和头部的碎冰区域的亮度强度。  

在各种环境中旋转钻石可以使用不同的指标进行进一步评估。 这些模拟产生了钻石的动态数字表示，这些钻石捕获并量化了关键的光学参数，包括亮度、火焰和光辉。 可以分析和报告泄漏对比度模式、亮度、火灾和消光的变化。  

结论

GIA正在整合3D扫描和光线追踪方法，为评估异形钻石的视觉性能建立一个客观框架。 这种方法首先为每颗钻石生成一个准确的高分辨率3D线框模型。 GIA采用复杂的软件，通过在复制现实世界条件的精心构建的虚拟照明环境中追踪单个光线（或光线组，这减少了计算时间）的轨迹，模拟了光与钻石的相互作用。

这些模拟产生了钻石的动态数字表示，这些钻石捕获并量化了关键的光学参数，包括亮度、火焰和光辉。 至关重要的是，这些数字模型不是静态的；它们可以被操纵来模仿在真实钻石中观察到的运动的多样性，包括旋转和倾斜，以及广泛的照明和观察几何形状。 这使得GIA能够系统地调查外部条件的修改，如照明角度或观察者的视角，如何影响钻石的感知美学品质。

通过将这些模拟钻石的运动进一步整合到ASET和其他环境中，分析超越了传统的线性度量。 研究人员现在可以检查模式的复杂变化，直接将虚拟模型与比例相似的物理钻石进行比较，并在评估中更彻底地解释主观的人类视觉偏好。 这种迭代的、基于模型的过程促进了对钻石的视觉性能进行更全面的评估，从而开发了一个切割分级系统，该系统直接由经验观察到的偏好和测量的光学行为提供信息，而不是通过固定的静态比例测量。 最终，这种方法为将钻石切割质量与人类观察者感知的视觉性能相关联提供了坚实的、有科学依据的基础。

新的GIA系统的最终产品将包括工具、说明和示例，以帮助受过教育和训练有素的珠宝商引导客户完成复杂的视觉品味购买过程。

术语表

领结效果： 拉长钻石中心的一个特征性的深色区域，有时类似于一个深色的形状 领结，例如侯爵形、椭圆形或梨形钻石。 当观察者（从高角度）遮挡的光通过刻面排列引导到中心时，就会发生这种情况。

亮度： 钻石反射的白光的印象并送回给观众。 这种效果源于虚拟面，即石头内的微小表面，根据它们如何反射光线，它们可能看起来明亮或黑暗。 钻石的 亮度 取决于它能从周围捕捉和返回光线的程度，以及到达观察者的光的排列和能量。 虚拟面图案的不同明暗元素之间的强烈对比通常使钻石看起来更明亮。 参见对比度模式。

经典模式： 径向风格的变化（见下文）传统上与椭圆形、梨形和侯爵形切割有关，特别是在20世纪50年代至2000年左右的时期。 这些模式分为三个部门。 所有在领结的中心都结合了径向变化，通常沿梨的翅膀到尖端，沿着两翼和侯爵的尖端，以及椭圆形的两个头或梨头的簇状图案，具有不同的CI图案。  

对比模式： 指在钻石的正面视图中，明亮和黑暗区域并排出现的方式。 良好的对比度图案具有明暗区域的特征，这些区域明显不同，平衡良好，分布均匀，使图案在眼睛中脱颖而出。 如果黑暗区域太大、不均匀或放置得很奇怪，对比度模式就不那么讨人喜欢了。 当浅色和深色斑块之间只有细微的差异，或者斑块非常小时，石头可能看起来扁平或暗淡。  

碎冰： 鑽石上的區域類似於 碎冰 由许多微小的虚拟面组成。 这些小面通常出现在钻石的末端，但也可能出现在其他地方，这取决于面的排列和比例。 随着运动，这些小面闪烁，创造出活泼、闪亮的效果。 它们是更大面的细分，在钻石内多次反射，就像镜子大厅。  

模糊的模式： 其特点是没有强烈的对比度、主导焦点或对形状轮廓的依赖。 相反，这些模式显示了明亮的反射点的平衡、均匀分布，导致视觉平衡，优先考虑整体平衡，而不是对称或奇异对比度突出。 这些设计强调了有组织的复杂性，没有单个组件突出。 在贸易中通常被称为“碎冰”，这种图案通常具有低整体对比度和许多高亮度的闪光，与径向或经典图案中明显的领结或遮挡区域形成对比。

漏光/窗户： 这些术语指的是入射光的可见效应，这些光穿过抛光的宝石，但不会回到观察者的眼睛，造成看起来暗淡或毫无生命的区域。 两者都是“泄漏“和”窗口“指的是光回报的损失，尽管它们的焦点不同。 泄漏 描述不会导致可观察到的亮度或火灾的分布或分散的区域。 視窗 指观察者通常可以通过钻石看到其下方的表面的集中区域。 大窗户或过度泄漏会削弱钻石的外观，但在某些情况下，泄漏点会导致对比。

掩盖： 指钻石中的黑暗区域收集和反射来自观察者的光线，通常是钻石照明环境中最暗的地方。 观察者的头部、身体、衣服或头发在钻石中投下阴影或反射，使石头的某些部分看起来更暗。 观察者越近，或者（在昏暗的光线下）他们的衣服或头发越黑，就越引人注目 遮挡 变成。

径向模式： 其特点是从中心点发出的虚拟面，类似于车轮的辐条或花的花瓣，几乎没有碎冰。  

扫描/线框： Octonus的Helium和Sarine的DiaScan是GIA用于钻石扫描和测绘的仪器示例，从而实现精确的3D 线框 抛光钻石。 这些线框作为详细的数字模型，捕捉每个面及其共享边缘的精确角度和几何关系。 那样的 线框 对于检查钻石的比例和对称性，以及评估其切割质量和光学性能的计算至关重要。  

消星： 当钻石移动（或观察者或光源移动）时就会发生；亮度和对比度的模式变得生动起来，产生戏剧性的闪光和小闪光。 当虚拟面从亮到暗迅速变化时，它们会产生明显的闪光效果，特别是在捕捉点光源和产生火时。 这些照明的快速变化使钻石具有活泼、闪烁的外观，散落在石头上的锐利爆裂和精确的光。 它是在運動中的亮度和火焰。

虚拟面： A 虚拟面 是钻石中的一种光学效果，其中实际的刻面，如皇冠、亭子和腰带上的刻面，由于石头内反复反射（如镜子大厅或万花筒），似乎被细分为许多较小的多边形。 这些 虚拟方面 不是真的；当光在钻石内来回回反射，分割原始面，使它们似乎分裂和繁殖时，它們就是被創造的。 其结果是眼睛感知到的镶嵌的马赛克状图案，类似于钻石内光和几何形状的相互作用产生的面。  

窗口：  见漏光。