景觀照明中色光情感的定量化實(shí)驗(yàn)

肖俊宏，馬 劍，劉 剛，孫立曄，張明宇

景觀照明中色光情感的定量化實(shí)驗(yàn)

肖俊宏，馬 劍，劉 剛，孫立曄，張明宇

(天津大學(xué)建筑學(xué)院，天津 300072)

針對以往色彩情感定量化研究結(jié)果缺乏對城市景觀照明這種大尺度色光環(huán)境的適用性的問題，提出了一種適用于大尺度景觀照明空間的色彩情感定量化方法．對56個大尺度單一色刺激，用19個色光情感尺度進(jìn)行30人的視覺評測實(shí)驗(yàn)．通過因子分析，獲得了活動性、評價(jià)性和適應(yīng)性3個單色光情感因子．色光屬性與色光情感之間的相關(guān)分析結(jié)果顯示，色光的明度對色光情感的影響最大、色相的影響較?。瑫r(shí)，給出了不同彩色光正、負(fù)向情感對應(yīng)的亮度參考值，并用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法分別建立了基于心理計(jì)量尺度的單色光情感及情感因子預(yù)測模型．

景觀照明；色光；色光情感；定量化

隨著照明新光源(如LED)以及新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，使得景觀照明中可供使用的彩色光越來越豐富，為景觀照明色彩意境的營造提供了更為廣闊的空間．但是，由于彩色光的應(yīng)用缺乏理論支持及科學(xué)定量的依據(jù)，致使其在我國景觀照明中的應(yīng)用還存在著很大的盲目性和隨意性．那么如何科學(xué)合理地運(yùn)用色光所喚起的色彩情感與色彩偏好是解決上述問題的關(guān)鍵．以往色彩情感和偏好定量化研究都是針對物體色進(jìn)行的小角度觀察實(shí)驗(yàn)[1-9]，其結(jié)果缺乏對城市景觀照明這種大尺度色光環(huán)境的適用性；而色光情感定量化研究，正是要探索一種適用于大尺度景觀照明空間的色彩情感、偏好的定量化研究方法，為景觀照明色光設(shè)計(jì)提供可靠、科學(xué)的參考依據(jù)．

筆者以大尺度單色光為研究對象，通過實(shí)驗(yàn)心理學(xué)方法對其所喚起的色彩情感進(jìn)行定量測量和參量化表達(dá)；通過統(tǒng)計(jì)分析找到人們對色光的認(rèn)知規(guī)律特性，并得到色光情感的基本尺度，建立色光情感量化模型及國際照明委員會(commission internationale de l'eclairage，CIE)色度參數(shù)與色彩情感對應(yīng)的量化關(guān)系．

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1實(shí)驗(yàn)物理刺激的選取

將紅、黃、綠、青、藍(lán)、紫6種純色以及投影再現(xiàn)的紅色金鹵燈、藍(lán)色金鹵燈、紫色金鹵燈和高壓鈉燈4種非飽和色[10]，按照亮度10%遞減的規(guī)律進(jìn)行選?。疄榱舜_保等距劃分的色光刺激能產(chǎn)生等距的視覺感知，本實(shí)驗(yàn)引用了基于視覺感知實(shí)驗(yàn)的孟塞爾明度值作為進(jìn)一步選取色光刺激的依據(jù)．圖1為所選56個色光刺激在國際照明委員會制定的均勻色度空間CIELAB上的分布圖，其中，L*為明度，a*為紅-綠軸，b*為黃-藍(lán)軸．

圖1 56個色樣在CIELAB色度空間的分布Fig.1 56 color samples in the CIELAB color space

1.2實(shí)驗(yàn)樣本的選取

選取天津大學(xué)在校大學(xué)生30人為實(shí)驗(yàn)樣本，平均年齡為(20.78±2.73)歲．其中男生、女生各15名；建筑專業(yè)、非建筑專業(yè)各15名．在實(shí)驗(yàn)前，被試者均被要求進(jìn)行石原氏色盲測驗(yàn)(Ishihara color blindness test)，以確保被試者具有正常的色彩視覺．

1.3實(shí)驗(yàn)所用情感尺度的選取

本實(shí)驗(yàn)選取19個常用色彩情感尺度來描述單一色光刺激．根據(jù)Osgood確立的語義差別法，將這19對情感尺度按照語義劃分為3組，如表1所示．

表1 實(shí)驗(yàn)所用的19對色彩情感尺度Tab.1 19 color-emotion scales in the experiment

1.4實(shí)驗(yàn)方案及過程控制

本視覺評價(jià)實(shí)驗(yàn)在暗室中進(jìn)行，用已標(biāo)定的松下PT-U1X86投影儀隨機(jī)地將56個色光刺激以全屏(2.2,m×1.65,m)方式依次投出．被試者坐在距屏幕約4.5,m處，以大約20°的視角對其進(jìn)行觀察評價(jià)．色刺激呈現(xiàn)10,s，然后投影儀投出白屏，此時(shí)要求被試者在40,s的時(shí)間內(nèi)，用所選的19個情感尺度對剛才呈現(xiàn)的色刺激進(jìn)行5級語義差別描述，然后再依次進(jìn)行下一個色刺激評價(jià)．

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1性別、專業(yè)差異的影響分析

將主觀評價(jià)實(shí)驗(yàn)所得的31,920個數(shù)據(jù)，按照算術(shù)平均數(shù)來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析．采用皮爾遜積差相關(guān)分析方法對不同性別、不同專業(yè)的情感評價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析．結(jié)果顯示，男性與女性、建筑專業(yè)與非建筑專業(yè)在19個情感尺度上相關(guān)性均達(dá)到了顯著水平．這表明性別、專業(yè)的差異對本研究中所選色彩情感總體評價(jià)沒有影響．

2.2色光情感因子分析

本研究采用主成分分析法對19個情感變量進(jìn)行因子提取，并利用垂直正交旋轉(zhuǎn)的方差最大法進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)．得到3個公共因子，分別定義為色光的活動性(activity)情感因子、評價(jià)性(evaluation)情感因子及適應(yīng)性(adaptability)情感因子，方差累積貢獻(xiàn)率達(dá)到90.36%，分析結(jié)果詳見表2．

表2 19對色光情感因子負(fù)荷矩陣Tab.2 Factor matrix of 19 chromatic-light emotions

2.3色光屬性與色光情感的相關(guān)分析

對色光屬性(明度值L*、彩度值C*及色相角H*)與色光各情感尺度及情感因子進(jìn)行皮爾遜積差相關(guān)分析，分析結(jié)果如表3所示．結(jié)果顯示，色光的明度值L*除了與“熱鬧的-寧靜的”、“興奮的-鎮(zhèn)靜的”、“溫暖的-寒冷的”、“浪漫的-現(xiàn)實(shí)的”4個情感尺度相關(guān)性不顯著外，均與其他情感尺度顯著相關(guān)，尤其是與評價(jià)性和適應(yīng)性因子中的情感尺度相關(guān)度較高．由此可見，色光的亮度對景觀照明整體氛圍的評價(jià)具有很重要的影響．

色光的彩度值C*主要對活動性因子中的情感尺度影響較大；而色相角H*對色光情感的影響相對于明度值及彩度值的影響要小，這一點(diǎn)與之前Wright等[1]、Hogg[2]以及Xin等[8]的研究結(jié)論一致．

值得注意的是，有好多色光情感是受色光屬性綜合影響的，如“振奮的-抑郁的”、“有活力的-無活力的”、“快樂的-悲傷的”等情感尺度同時(shí)受明度和彩度的影響，即若要營造上述色光情感氛圍就要同時(shí)兼顧色光的亮度和彩度；還有“熱鬧的-寧靜的”、“興奮的-鎮(zhèn)靜的”、“溫暖的-寒冷的”尺度同時(shí)受彩度和色相的影響，“高雅的-粗俗的”、“平常的-不平常的”情感尺度主要受明度和色相的影響，而“現(xiàn)代的-傳統(tǒng)的”情感尺度則是同時(shí)受3個屬性影響．

綜上所述，色光的明度是景觀照明色光情感表達(dá)最重要的影響因素，其次是色光的彩度，而色相的影響相對較?。?為統(tǒng)計(jì)分析后建立的色光亮度與其主導(dǎo)情感之間的量化關(guān)系，可為色光使用提供量化的參考．

表3 色光情感與色光屬性之間的相關(guān)分析Tab.3 Correlation analysis of chromatic-light emotions and color-appearance attributes

2.4色光情感的定量化表達(dá)

為了直接定量化地預(yù)測色光的色彩情感，考慮用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析的方法，建立基于色彩心理計(jì)量尺度的色光情感數(shù)學(xué)模型，為照明設(shè)計(jì)及實(shí)際應(yīng)用中色光情感的預(yù)測提供更為直接、方便的途徑．

采用相關(guān)分析和統(tǒng)計(jì)描述氣泡圖的方法來分析各情感因子及其代表情感尺度與色光3屬性之間的關(guān)系．氣泡圖不僅可以將色光情感在色彩心理計(jì)量尺度空間分布的情況很好地表示出來，而且還可以將雙向的心理情感及其感受強(qiáng)度直觀地進(jìn)行描述，便于發(fā)現(xiàn)色光情感分布的規(guī)律．最后用回歸分析方法將這一規(guī)律用色光的屬性來進(jìn)行定量化表達(dá)．

(1)“溫暖的-寒冷的”情感尺度．圖2是56個色刺激的“溫暖的-寒冷的”感受在CIELAB空間的分布?xì)馀荩畧D中白色氣泡表示有溫暖感的色刺激，黑色氣泡則表示寒冷感，氣泡的大小表示色刺激在本情感尺度上的感受強(qiáng)度．由圖2和表3的相關(guān)分析可知，“溫暖的-寒冷的”情感尺度與明度值L*的關(guān)聯(lián)不大，主要是受色相角H*與彩度值C*的影響．溫暖感主要集中在紅、橙、黃、紫色相上，寒冷感則主要集中在藍(lán)色系上．白色氣泡在色相角為41°時(shí)最大，表明該處色刺激的溫暖感受最強(qiáng)．同時(shí)白色氣泡會隨著與中心點(diǎn)(a*=0，b*=0)的距離的加大而增大，這表明“溫暖的-寒冷的”情感感受強(qiáng)度會隨著色刺激的彩度增加而增大．這一規(guī)律可以用色刺激色相角h與色相角41°之間差值的余弦值和彩度C*乘積來表示．將其與“溫暖的-寒冷的”情感尺度心理測量值進(jìn)行回歸分析，可得基于心理計(jì)量空間CIELCH的量化模型，即

表4 色光主導(dǎo)情感隨亮度變化的趨勢Tab.4 Variation tendency of chromatic-light emotions with marginal values of brightness

圖2 “溫暖的-寒冷的”在CIELAB空間的氣泡Fig.2 Geometric pattern of warm-cool in the CIELAB color space

式中EWC、C*、h、2R分別為“溫暖的-寒冷的”情感尺度(warm-cool)、心理計(jì)量尺度空間CIELAB中的公制彩度和公制色刺激色相角及判定系數(shù)．

(2)用上述數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，可以分別得到“明亮的-昏暗的”情感尺度以及3個情感因子的量化模型．

“明亮的-昏暗的”情感尺度為

色光活動性情感因子為

色光評價(jià)性情感因子為

色光適應(yīng)性情感因子為

式中EBD、AC、E、AD、L*分別為“明亮的-昏暗的(bright-dark)”情感尺度、活動性情感因子、評價(jià)性情感因子、適應(yīng)性情感因子及心理計(jì)量尺度空間CIELAB中的公制明度．

3 結(jié) 論

(1)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按照樣本性別、專業(yè)、差異來分組討論，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，性別和專業(yè)差異對色光情感評價(jià)結(jié)果沒有顯著影響．

(2)對選用的19個情感尺度進(jìn)行因子分析，獲得了3個單色光情感因子：活動性情感因子、評價(jià)性情感因子及適應(yīng)性情感因子．

(3)色光屬性(明度、彩度、色相)與色光情感的相關(guān)分析結(jié)果顯示，色光的明度對色光情感的影響最大，其次是色光的彩度，而色相的影響相對較小．

(4)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合統(tǒng)計(jì)，給出了紅、黃、橙黃、綠、青、藍(lán)、紫7種色調(diào)的色光主導(dǎo)情感對應(yīng)的亮度參考指標(biāo)．

(5)對色光屬性與色光情感之間的關(guān)系進(jìn)一步分析，采用統(tǒng)計(jì)氣泡圖和回歸分析的方法分別得到3個情感因子及其代表情感尺度的基于心理計(jì)量尺度的量化預(yù)測模型，為實(shí)際色光情感預(yù)測提供了科學(xué)、便捷的方法．

由于本研究是針對大尺度景觀照明空間的色彩情感、偏好的定量化研究方法初探，因此實(shí)驗(yàn)樣本在數(shù)量和類型方面還存在一定的局限性，在將來的進(jìn)一步工作中將不斷地?cái)U(kuò)充和完善．

［1］ Wright B，Rainwater L. The meanings of color [J]. The Journal of General Psychology，1962，67：89-99.

［2］ Hogg J. A principal component analysis of semantic differential judgments of single colors and color pairs [J]. The Journal of General Psychology，1969，80：129-140.

［3］ Kobayashi S. Aim and method of the color image scale [J]. Color Research and Application，1981，6(2)：93-107.

［4］ Sato T，Kajiwara K，Hoshino H，et al. Quantitative evaluation and categorization of human emotion induced by colour [J]. Advances in Colour Science and Technology，2000，3：53-59.

［5］ Sato T，Kajiwara K，Xin J，et al. Numerical expression of colour emotion and its application [C]// Proceedings of SPIE—The International Society for Optical Engineering Rochester. New York，USA，2002，4421：409-412.

［6］ Ou L C，Luo M R，Woodcock A，et al. A study of colour emotion and colour preference(Part I)：Colour emotions for single colours [J]. Color Research and Application，2004，29(3)：232-240.

［7］ Ou L C，Luo M R，Woodcock A，et al. A study of colour emotion and colour preference (Part Ⅲ)：Colour preference modeling [J]. Color Research and Application，2004，29(5)：381-389.

［8］ Xin J H，Cheng K M，Taylor，G，et al. Cross-regional comparison of colour emotions (Part I)：Quantitative analysis[J]. Color Research and Application，2004，29(6)：451-457.

［9］ Gao X P，Xin J H. Investigation of human’s emotional responses on colors[J]. Color Research and Application，2006，31(5)：411-417.

［10］ 肖俊宏. 景觀照明中色光偏好定量化方法研究[D]. 天津：天津大學(xué)建筑學(xué)院，2008：52.

Xiao Junhong. Research on Quantificational Method of Chromatic-Light Preference in Landscape Illumination [D]. Tianjin：School of Architecture，Tianjin University，2008：52(in Chinese).

Quantitative Experiment on Chromatic-Light Emotions in Landscape Illumination

XIAO Jun-hong，MA Jian，LIU Gang，SUN Li-ye，ZHANG Ming-yu
(School of Architecture，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

As the existing quantitative studies on color emotions are not applicable to large-scale light environment，a quantitative method of color emotions study for large-scale landscape illumination environment has been put forward. A psychophysical experiment has been conducted， in which 30 observers assessed 56 large-scale monochromatic stimuli on 19 chromatic-light emotional scales. Factor analysis has identified three chromatic-light emotional factors including romaticlight activity，chromatic-light evaluation，and chromatic-light adaptability. Pearson correlation coefficient has beenused to investigate the relationship between color-appearance attributes and chromatic-light emotions. The results indicate that lightness has the most apparent influence on the chromatic-light emotions while chromatic-light hue has little influence. According to the positive chromatic-light emotions and negative chromatic-light emotions，the marginal values of brightness for different chromatic-light sources have been proposed. Based on color psychological-measure scales，the predictive models of monochromatic-light emotions and monochromatic-light emotional factors have been established with mathematical statistical analysis.

landscape illumination；chromatic light；chromatic-light emotions；quantitative

TU113.6

A

0493-2137(2010)01-0009-05

2008-09-16；

2009-09-16.

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50778119).

肖俊宏（1976— ），女，博士研究生．

肖俊宏，maggie_xjh@163.com.