景觀照明設(shè)計(jì)中色光的用戶感性意象量化分析研究*

常 瑜 張明宇

0 引言

當(dāng)前，景觀照明已逐漸成為構(gòu)建宜居夜間環(huán)境、提升居民幸福感、豐富夜間活動(dòng)、推動(dòng)旅游的重要手段[1]。在景觀照明設(shè)計(jì)中，學(xué)者們同時(shí)關(guān)注定性與定量研究。第一，基于人文視角的定性研究，分析了光景在景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)中的重要性[2]、“舞臺(tái)化”展示屬性[3]，結(jié)合實(shí)例說明景觀照明藝術(shù)化處理的必要性[4-5]，要充分考慮并尊重地域文化特色[6-7]，認(rèn)為景觀照明設(shè)計(jì)須依據(jù)科學(xué)和美學(xué)探索，并以視覺為媒介提升整體感知[8]等。第二，基于技術(shù)層面的定量分析，如建立色光情感量化模型分析CIE色度參數(shù)與色彩情感對(duì)應(yīng)的關(guān)系[9-10]；基于大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行景觀照明遠(yuǎn)程監(jiān)控仿真研究[11]；根據(jù)光譜理論對(duì)景觀照明效果進(jìn)行量化計(jì)算[12]；以及大量基于節(jié)能、設(shè)備管理、價(jià)值評(píng)估等考慮的量化分析[13-17]等。

總的來看，景觀照明設(shè)計(jì)相關(guān)研究持續(xù)跟進(jìn)，取得了較多成果，但也存在不足。首先，在研究視角上，以用戶感性意象分析為切入點(diǎn)的研究較少。有學(xué)者針對(duì)夜游活動(dòng)照度需求[18]以及特殊照明中用戶需求因子[19]進(jìn)行了分析等，但研究目的集中在節(jié)能、照明智能化實(shí)現(xiàn)等功能層面，且認(rèn)可景觀照明中色彩意境營(yíng)造的對(duì)于用戶感性意象的重要性，但針對(duì)色光的定量化研究不多。其次，在研究方法上，實(shí)證研究較多但其中缺乏仿真技術(shù)的介入，較大尺度的景觀照明設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)與分析難以有效開展。且已有研究表明，應(yīng)用虛擬技術(shù)對(duì)光環(huán)境進(jìn)行可視化模擬是經(jīng)濟(jì)、可行的。在一定程度上可以保證主觀評(píng)價(jià)甚至光學(xué)測(cè)量等要求[20]。

因此，本文將面向景觀照明設(shè)計(jì)，進(jìn)一步展開相關(guān)環(huán)境色光的用戶感性意象量化分析研究。具體而言，第一，基于用戶感性意象分析的視角，將感性工學(xué)相關(guān)研究方法引入到景觀照明設(shè)計(jì)中色光用戶感性意象分析過程中，充分考慮用戶的主觀感受，通過SD語義差分法描述用戶需求，提高用戶需求量化分析的客觀性、準(zhǔn)確性。第二，在評(píng)價(jià)方法上，將虛擬仿真技術(shù)（VR）和熵權(quán)理論相結(jié)合，進(jìn)行景觀照明設(shè)計(jì)中色光的用戶感性意象的測(cè)度，以此分析用戶意象與景觀照明中色光間的關(guān)系，為景觀照明設(shè)計(jì)的創(chuàng)新提供依據(jù)。

1 用戶感性意象定量分析研究

根據(jù)研究現(xiàn)狀分析，可知本文的研究目的在于完成景觀照明設(shè)計(jì)中色光的用戶感性意象的量化分析實(shí)驗(yàn)，以此為進(jìn)一步的景觀照明設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)參考。由此，提出了具體的研究框架（圖1），即“景觀照明設(shè)計(jì)典型化—用戶感性意象的語義化—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)仿真—評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)化”。同時(shí)，在景觀照明設(shè)計(jì)的典型化過程中，將運(yùn)用典型樣本篩選、專家評(píng)價(jià)與計(jì)算機(jī)輔助等方法；用戶感性意象的語義化將包含相關(guān)資料收集、專家介入篩選等；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的仿真將依據(jù)VR技術(shù)展開；評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)化將基于用戶評(píng)價(jià)與熵權(quán)理論進(jìn)行。

圖1 研究框架Fig.1 research framework

1.1 景觀照明設(shè)計(jì)的典型化

景觀照明設(shè)計(jì)其功能、性質(zhì)、體量、規(guī)模不同，在其照明方式、色光運(yùn)用、燈具類型選擇應(yīng)用上有很大差異，對(duì)景觀照明所反映出的用戶感性意象進(jìn)行定量化研究實(shí)則主要是分析在特定情境下用戶對(duì)不同色光所產(chǎn)生心理感受傾向。因此，在進(jìn)行目標(biāo)景觀照明設(shè)計(jì)的用戶評(píng)價(jià)分析時(shí)，首先應(yīng)展開景觀照明設(shè)計(jì)的典型化處理（圖2）。

圖2 景觀照明設(shè)計(jì)的典型化處理過程Fig.2 typical process of landscape lighting design

1.2 用戶感性意象的語義化

在景觀照明設(shè)計(jì)中，此外部刺激主要為色光，即用戶感性意象可理解為用戶對(duì)不同色光所產(chǎn)生的感受。因此，可通過分析和挖掘用戶感性意象詞匯，來闡釋和評(píng)價(jià)景觀照明在設(shè)計(jì)過程及其結(jié)果中的作用和效果，建構(gòu)用戶認(rèn)知與景觀照明設(shè)計(jì)間的關(guān)聯(lián)性。用戶感性意象的語義提取可分為三個(gè)基本步驟（圖3）。

圖3 用戶感性意象的語義提取過程Fig.3 semantic extraction process of user’s perceptual image

在具體的語義分析過程中要注意，第一，對(duì)目標(biāo)景觀照明設(shè)計(jì)有充分的理解，是語義提取的前提和準(zhǔn)備；第二，初步語義信息的提煉與整理應(yīng)以主要依據(jù)專家意見，結(jié)合焦點(diǎn)小組法等展開；第三，語義的典型化。需要根據(jù)實(shí)際景觀照明設(shè)計(jì)情況及評(píng)價(jià)研究工作需要展開。

同時(shí)，要充分利用奧斯古德的語義差異法，將目標(biāo)景觀照明設(shè)計(jì)中所包含的感性意象形容詞和其反義詞，進(jìn)行組別、等級(jí)劃分，為用戶感性意象的定量分析提供良好基礎(chǔ)。

1.3 基于熵權(quán)理論的用戶評(píng)價(jià)分析

根據(jù)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的實(shí)際情況，在確立景觀照明設(shè)計(jì)分析的計(jì)算機(jī)輔助模型及用戶感性語義化之后，在具體的實(shí)驗(yàn)中，引入熵權(quán)理論，用于針對(duì)具體設(shè)計(jì)的用戶感性意象評(píng)價(jià)。其中，重點(diǎn)在于用戶評(píng)價(jià)賦值，為降低主觀性，增強(qiáng)對(duì)具體景觀照明設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的客觀性，數(shù)據(jù)處理基于熵權(quán)理論進(jìn)行，熵可以用來測(cè)度系統(tǒng)穩(wěn)定性，采用其中的系列公式[21]計(jì)算得出相關(guān)量化評(píng)價(jià)結(jié)果，用各意象尺度的重要度權(quán)值表示，具體步驟如下：

第一，針對(duì)每個(gè)景觀照明設(shè)計(jì)場(chǎng)景，用戶展開初步評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)運(yùn)用Likert五級(jí)制（1-5分）進(jìn)行賦值。

第二，依據(jù)Likert制得出的用戶初步結(jié)果，記錄給出相應(yīng)分值人數(shù)的比例，以此作為各目標(biāo)景觀照明設(shè)計(jì)隸屬于各評(píng)價(jià)等級(jí)的概率pij，匹配熵權(quán)理論的應(yīng)用。然后，求解具體目標(biāo)景觀照明設(shè)計(jì)熵權(quán)系數(shù)對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)中各指標(biāo)賦予相應(yīng)的權(quán)重，熵的介入用來計(jì)算各目標(biāo)景觀照明設(shè)計(jì)的相對(duì)重要性，具體如下：。

j—評(píng)價(jià)等級(jí)

n—評(píng)價(jià)等級(jí)數(shù)量

由此，通過上述依據(jù)Likert五級(jí)制和熵權(quán)理論的計(jì)算過程，可最終獲得具體景觀照明設(shè)計(jì)方案在各個(gè)意象評(píng)價(jià)尺度（用戶意象語義化）上的量化評(píng)價(jià)，即在各個(gè)意象評(píng)價(jià)尺度的重要度權(quán)值，為設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)提供重要參考。

2 景觀照明設(shè)計(jì)典型分析與實(shí)驗(yàn)

園林結(jié)合了文化與自然，體現(xiàn)了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等因素影響下人類自然觀的綜合演變。隨著技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)進(jìn)行相關(guān)的景觀照明設(shè)計(jì)與之形成呼應(yīng)。因此，本文選取園林景觀照明設(shè)計(jì)為研究對(duì)象展開具體的實(shí)驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，具體將根據(jù)第1章節(jié)中的評(píng)價(jià)方法建構(gòu)實(shí)驗(yàn)。

在實(shí)驗(yàn)中，將評(píng)價(jià)過程按照“用戶意象詞匯提取—計(jì)算機(jī)輔助仿真VR場(chǎng)景建立—用戶評(píng)價(jià)賦值—評(píng)價(jià)權(quán)重計(jì)算與分析”展開，園林夜景照明的人工光源類型包括金屬鹵化物燈、高壓鈉燈以及 LED 燈[22]，但當(dāng)前在景觀設(shè)計(jì)中起主要照明作用且分布較廣的燈具為L(zhǎng)ED燈[23-24]。故實(shí)驗(yàn)中計(jì)算機(jī)仿真場(chǎng)景中采用模擬LED燈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，目的在于通過用戶對(duì)場(chǎng)景的評(píng)價(jià)，解析園林景觀照明設(shè)計(jì)中色光與用戶感性意象間的關(guān)聯(lián)性，為景觀照明設(shè)計(jì)提供參考。

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本情況

第一，實(shí)驗(yàn)用戶選擇。在參與實(shí)驗(yàn)的用戶（被測(cè)試者）選擇上，以天津市高校設(shè)計(jì)類專業(yè)師生為主，篩選出20人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，其中男女比例為1比1。在進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)之前，參與者均完成并通過了石原氏色盲測(cè)驗(yàn)，確保能夠正常感知實(shí)驗(yàn)中園林景觀照明設(shè)計(jì)場(chǎng)景所展示的色彩視覺。

第二，基于虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程。本次具體的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)將依托虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備（VR）進(jìn)行，將由Twinmotion軟件生成計(jì)算機(jī)輔助照明場(chǎng)景依次通過VR方式展示給參與實(shí)驗(yàn)被試者，被試者在虛擬環(huán)境中進(jìn)行多視角的觀察，每個(gè)照明場(chǎng)景呈現(xiàn)30 s，然后被試者在額外30 s時(shí)間內(nèi)，用所選情感尺度對(duì)虛擬照明場(chǎng)景中所展示的視覺感受依次進(jìn)行賦值（1～5分），同時(shí)也緩解了用戶的視覺疲勞，避免評(píng)價(jià)出現(xiàn)不合理誤差。

2.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象：園林景觀照明

實(shí)驗(yàn)通過對(duì)北京、蘇州兩座城市的園林景觀照明現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研。具體而言，對(duì)蘇州拙政園、留園、獅子林等10余處，以及北京頤和園、八大處、靜明園等10余處園林的風(fēng)格、類型、夜間照明情況等進(jìn)行了調(diào)研和比較，確認(rèn)以“橋、廊、亭”三處景觀樣式作為本次實(shí)驗(yàn)的典型景觀照明設(shè)計(jì)研究對(duì)象，且“廊、橋、亭”在作為重要的園林建筑，體現(xiàn)著園林的文化與特色[25-26]，具體經(jīng)過計(jì)算機(jī)輔助建模后生成的典型場(chǎng)景方案（圖4）。

圖4 典型場(chǎng)景方案Fig.4 typical scenario scheme

2.3 語義篩選

依據(jù)第1.2小節(jié)語義收集-甄選的方法并結(jié)合園林景觀照明設(shè)計(jì)的基本要求，充分考慮照明色彩情感尺度，在線上、線下多渠道展開語義詞匯的初步收集，然后運(yùn)用專家焦點(diǎn)小組等方法進(jìn)行語義分析、提煉形成典型的、可用于本次評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的語義詞匯集，并依據(jù)奧斯古德語義差分法，將詞匯集進(jìn)行了分組和評(píng)價(jià)賦值（表1）。

表1 用戶意象詞匯Tab.1 use image vocabulary

2.4 實(shí)驗(yàn)過程控制及用戶評(píng)價(jià)

在計(jì)算機(jī)輔助VR實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中，觀測(cè)角度不受影響，故本文將按照RGB標(biāo)準(zhǔn)，在Twinmotion軟件內(nèi)對(duì)照明顏色進(jìn)行直接色光賦值（也可導(dǎo)入IES文件），虛擬光源選用了黃色LED、白色LED、藍(lán)色LED、紫色LED、紅色LED共計(jì)五種，以此作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，其他相關(guān)參數(shù)的設(shè)定參考了城市景觀照明技術(shù)規(guī)范（DB11/T 388.2—2015），規(guī)范中指出景觀照明燈具宜結(jié)合建筑構(gòu)件設(shè)置，外觀、顏色宜與構(gòu)筑物協(xié)調(diào)一致。同時(shí)，因是景觀照明，所以亮度的分析參考CIE干擾光技術(shù)委員會(huì)（CIE/TC5-12）設(shè)定的“暗環(huán)境區(qū)域”（自然風(fēng)景區(qū)）?；诖?，同時(shí)為保證評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，將反射比統(tǒng)一設(shè)置為0.5、Ra統(tǒng)一設(shè)置為80、色溫統(tǒng)一設(shè)置為3500K，且根據(jù)景觀場(chǎng)景的面積，進(jìn)行光源數(shù)量和照度的匹配設(shè)定，以“亭”場(chǎng)景中使用白色LED光源時(shí)進(jìn)行示意，參數(shù)如表2所示。同時(shí)，增加不同照度情況的分析，以“亭”場(chǎng)景作為示意，針對(duì)白色LED不同照度的選擇參數(shù)如表3所示。值得注意的是，在本文VR實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中所有LED照明的位置均是為了突出亭、石頭等主要景觀構(gòu)筑物的特征，以方便用戶在實(shí)驗(yàn)中獲取針對(duì)性較強(qiáng)的用戶感性意象，故參數(shù)設(shè)定均屬于景觀照明，不涉及場(chǎng)景中的背景照明。

表2 照明參數(shù)設(shè)定（示意）Tab.2 lighting parameter setting(schematic)

表3 不同照度的參數(shù)設(shè)定（示意）Tab.3 parameter setting of different illuminance(schematic)

如圖所示為園林景觀“亭”的不同色光實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景（圖5）不同照度條件下園林景觀“亭”的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景（圖6），基于BIMmotion插件構(gòu)建的VR場(chǎng)景（圖7），用戶可通過虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行感知與評(píng)價(jià)，本次實(shí)驗(yàn)選取的是HTC-FOCUS一體式虛擬眼鏡。

第二，基于熵權(quán)理論的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合文中1.3小節(jié)的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算與分析，可量化分析用戶對(duì)不同照明條件下的典型景觀照明設(shè)計(jì)場(chǎng)景評(píng)價(jià)，“亭”-1場(chǎng)景的評(píng)價(jià)賦值與結(jié)果分析作為示意（表4），累計(jì)有24個(gè)場(chǎng)景參與了實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，形成最終評(píng)價(jià)結(jié)果。如圖8所示由所有評(píng)價(jià)結(jié)果形成的折線圖，建立權(quán)重折線圖可以直觀地表述不同照明指標(biāo)在各個(gè)意象尺度的評(píng)價(jià)權(quán)重及其排序的走向，如通過折線可清晰地判斷在8種照明指標(biāo)下針對(duì)“亭”場(chǎng)景的評(píng)價(jià)情況，為后續(xù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供可視化的依據(jù)，提高工作效率。

圖5 不同色光的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景（示意）Fig.5 experimental scenes of different colored lights (schematic)

圖6 不同照度條件下的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景（示意）Fig.6 experimental scene under different illumination conditions (schematic)

圖7 BIMmotion-VR實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景（亭）Fig.7 BIMmotion-VR experimental scene(pavilion)

圖8 評(píng)價(jià)結(jié)果（橋）Fig.8 evaluation results (bridge)

表4 “亭”-1場(chǎng)景的評(píng)價(jià)賦值與結(jié)果分析Tab.4 evaluation assignment and result analysis of ‘Pavilion-1’ scenario

通過實(shí)驗(yàn)分析，可以看出“亭、廊、橋”三種典型園林景觀建筑中的照明設(shè)計(jì)在不同的指標(biāo)下，用戶在評(píng)價(jià)尺度上的量化結(jié)果趨于一致，均可以表現(xiàn)出如下特點(diǎn)：

第一，“亭、廊、橋”三種典型園林景觀在采用藍(lán)色LED、紫色LED二種光源作為照明設(shè)計(jì)后，用戶感性意象偏向于冰冷的，其意象尺度評(píng)價(jià)權(quán)重值（以下簡(jiǎn)稱為“權(quán)重值”）在0.025 6～0.037 8之間、傷感的（權(quán)重值在0.021 2～0.172 2之間）、平靜的（權(quán)重值在0.026 7～0.079 8之間）、嚴(yán)肅的（權(quán)重值在0.020 1～0.042 2之間）；而在運(yùn)用黃色LED、紅色LED是能夠幫助用戶建立暖和的（權(quán)重值在0.166 8～0.297 8之間）、快樂的（權(quán)重值在0.062 2～0.094 2之間）感性意象；紅色LED亢奮的意象比較明顯（權(quán)重值在0.062 2～032 921之間）；但黃色LED和藍(lán)色LED都能形成較積極的（權(quán)重值在0.097 5～0.168 5之間）感性意象。可見，即使在不同類型的園林景觀照明設(shè)計(jì)中，色光的冷暖特性能夠與用戶的感性意象保持一致，且在園林景觀照明設(shè)計(jì)能夠起到關(guān)鍵性作用。

第二，在采用藍(lán)色LED和紫色LED作為照明時(shí)，“亭、廊、橋”三種典型園林景觀均能夠得到偏向于美好的（權(quán)重值在0.097 5～0.168 5之間）、豐富的（權(quán)重值在0.068 7～0.193 7之間）、優(yōu)秀的（權(quán)重值在0.051 1～0.225 7之間）感性意象；同時(shí)，白色LED在各用戶感性意象評(píng)價(jià)尺度上較為均衡，相對(duì)而言，豐富的、歡樂的、優(yōu)秀的感性意象略明顯，表明白色LED有助于凸顯景觀設(shè)計(jì)的豐富與美感。

第三，以白色LED為基礎(chǔ)進(jìn)行照度實(shí)驗(yàn)。高照度LED易于提供清晰的（權(quán)重值在0.098 1～0.208 7之間）、活潑的（權(quán)重值在0.097 8～0.212 4之間）意象，但同時(shí)也是讓用戶感到刺眼的（權(quán)重值在0.098 1～0.021 24之間）、亢奮的（權(quán)重值在.0.097 8～0.208 7之間）；中等照度LED比較容易產(chǎn)生平庸的（權(quán)重值在0.036 9～0.089 7之間）、乏味的（權(quán)重值在0.030 8～0.097 9之間）感受；低照度LED相對(duì)而言，能夠讓人感覺到黯淡的（權(quán)重值在0.022 4～0.092 5之間）、消沉的（評(píng)價(jià)權(quán)重值在0.027 50～0.051 1之間）、模糊的（權(quán)重值在0.028 1～0.060 2之間），但同時(shí)也有助于平靜的（權(quán)重值在0.0201～0.0528之間）、傷感的（權(quán)重值在0.0275～0.0372之間）感性意象營(yíng)造。

3 結(jié)論

本文研究?jī)r(jià)值在于通過提出基于語義差分法與熵權(quán)理論的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法，以色光作為切入點(diǎn)，運(yùn)用VR技術(shù)初步解決景觀照明設(shè)計(jì)中用戶感性意象難以量化的問題，并建立了分析框架，即“景觀照明設(shè)計(jì)典型化—用戶感性意象的語義化—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)仿真—評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)化”。

第一，研究視角上，本文以用戶感性意象分析為研究視角，進(jìn)行景觀照明色光環(huán)境的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)。用戶感性意象可描述為運(yùn)用SD語義差分法經(jīng)過收集、分析和歸納形成的典型語義詞匯，對(duì)景觀照明設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)起到指導(dǎo)性作用，也將能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)修正提供參考。

第二，在研究方法上，置入了VR技術(shù)和熵權(quán)理論作為評(píng)價(jià)手段。具體本文構(gòu)建了“亭、廊、橋”三類典型計(jì)算機(jī)輔助照明設(shè)計(jì)VR場(chǎng)景；以“顏色、照度、用戶單純主觀感受”為依據(jù)，建立了12個(gè)用戶感性意象評(píng)價(jià)尺度，并依據(jù)該尺度集完成了20名用戶的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，且評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)運(yùn)用熵權(quán)理論進(jìn)行了分析，為較大尺度的景觀照明設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)與分析提供了方法。

同時(shí)，也注意到本研究具體的實(shí)驗(yàn)是針對(duì)園林景觀照明設(shè)計(jì)色光的用戶感性意象量化分析的初步研究，實(shí)驗(yàn)樣本以“亭、廊、橋”三種典型場(chǎng)景為依據(jù)，但景觀照明設(shè)計(jì)的感性意象來源是綜合的光環(huán)境，需繼續(xù)深入分析景觀夜間光景營(yíng)造的各項(xiàng)指標(biāo)。因此，本文在實(shí)驗(yàn)樣本的數(shù)量和類型上具有一定的局限性，在將來的景觀照明設(shè)計(jì)用戶感性意象量化分析的研究工作中將不斷擴(kuò)充和完善，以進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)方法的適用性。