博物館照明中照度與相關(guān)色溫對視覺感知的影響

黨 睿，楊 頔

(天津大學(xué)建筑學(xué)院，天津市建筑物理環(huán)境與生態(tài)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072)

引言

中國傳統(tǒng)繪畫存量巨大，并且畫面內(nèi)容豐富、色彩多樣，具有極高的文化價(jià)值和藝術(shù)價(jià)值。博物館光環(huán)境是決定觀賞效果的核心，而博物館出于文物保護(hù)需求照度值較低[1]，并且根據(jù)Kruithof曲線[2]使用低色溫光源進(jìn)行照明。低照度、低色溫的特殊光環(huán)境導(dǎo)致目前中國傳統(tǒng)繪畫展廳存在沉悶、壓抑、乏味、細(xì)節(jié)辨認(rèn)不清等問題，光環(huán)境舒適度較差[3]。

1 背景

在光源相關(guān)色溫(CCT)可調(diào)的情況下，與性別、文化差異、繪畫內(nèi)容等相比，光源是影響視覺感知的主要因素[4]。因此，對于視覺感知來說，對光源的研究是最主要的。而光源的照度對于視覺感知是決定性的影響因素。Loe等[5]在等尺寸模擬的畫廊中進(jìn)行了視覺感受光照實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)需要大約200 lx的照度才能滿足視覺要求。Huang[6]使用4種CCT約3 000 K，Duv(在CIE顏色空間中與黑體軌跡的距離)約-0.005的光源，在兩個(gè)照度水平(20、500 lx)照射一幅油畫，得出結(jié)論：照度在評估照明質(zhì)量時(shí)起重要作用，人眼對顏色飽和度的感知受到照度水平的影響。與此同時(shí)，CCT對照明質(zhì)量也有著無可替代的重要地位。在不同的光環(huán)境下滿足人們舒適需求的CCT不一樣，如在辦公環(huán)境中人們比較偏好高色溫的光源[7]，而低色溫光源則更適用于放松的環(huán)境中[8]，所以CCT的適宜值要根據(jù)不同的光環(huán)境而定。綜上所述，光源照度和CCT是博物館照明中的兩個(gè)決定性因素。但隨著LED(Light Emitting Diode)的發(fā)展，目前適宜博物館特殊光環(huán)境的照度和CCT尚未有定論。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)工況

實(shí)驗(yàn)在天津大學(xué)全暗光學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，采用11通道光譜可調(diào)諧的燈箱THOUSLITE LEDCube(操作軟件為LED Navigator V6.3.7)來產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)中所用的28種工況。燈箱尺寸為38 cm×50 cm×55 cm，采用灰色吸光布粘貼在燈箱內(nèi)壁，避免眩光對照射效果的影響，在標(biāo)準(zhǔn)A光源下使用PR670光譜輻射度計(jì)測得吸光布的CIE L*a*b*色坐標(biāo)[9]為(39.7, 12.7, 1.1)。

根據(jù)CIE 157：2004[1]和ANSI/IES RP-30-17[10]中關(guān)于博物館環(huán)境照明的規(guī)定，選取了50 lx、100 lx、150 lx、200 lx四個(gè)照度值以及2 700 K、3 000 K、3 500 K、4 000 K、4 500 K、5 000 K、5 500 K七個(gè)CCT作為實(shí)驗(yàn)變量，共計(jì)28種工況。上述實(shí)驗(yàn)工況均滿足∣Duv∣≤0.005 4[11]且顯色指數(shù)Ra、Rf、Rg和色域形狀滿足標(biāo)準(zhǔn)要求且最大程度保持一致。28種實(shí)驗(yàn)工況參數(shù)和光譜功率分布如表1、圖1所示。

表1 28個(gè)工況的照明信息

圖1 28個(gè)工況的相對光譜功率分布Fig.1 Relative spectral power distributions of 28 lighting conditions

2.2 繪畫與被試

中國傳統(tǒng)繪畫具有極高的收藏價(jià)值和藝術(shù)價(jià)值。然而，關(guān)于博物館內(nèi)中國傳統(tǒng)繪畫顏色偏好的研究不多。油畫的研究成果不適用于在脆弱的紙或絲綢上作畫的中國傳統(tǒng)繪畫。因此實(shí)驗(yàn)選取了具有代表性的一幅繪畫作為實(shí)驗(yàn)用繪畫樣本，該畫原作是《枇杷山鳥圖》，為南宋林椿創(chuàng)作的絹本設(shè)色畫，現(xiàn)藏于北京故宮博物院。本研究采用的是打印樣本，畫面尺寸為27 cm×27 cm，如圖2所示。

圖2 繪畫樣本Fig.2 Painting samples

25名被試參加了實(shí)驗(yàn)，男女比例為18∶7。被試年齡從19歲～31歲，平均年齡為23.8歲，標(biāo)準(zhǔn)差為2.9歲。所有被試視力或矯正視力正常，沒有色盲、色弱等缺陷。

2.3 評價(jià)方法

評價(jià)方法應(yīng)根據(jù)評價(jià)任務(wù)和要求來確定，針對不同的測試采用與之適應(yīng)的方法可以使評價(jià)結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠。實(shí)驗(yàn)中采用了主觀問卷打分的方法，被試需要用七級評價(jià)(-3～3分)對每個(gè)工況的清晰度和溫暖度進(jìn)行評分。在本研究中，“清晰度”代表繪畫細(xì)節(jié)的清晰程度；“溫暖度”代表繪畫外觀的暖黃色程度。28種工況以隨機(jī)順序分為四組，以組為單元進(jìn)行打分，防止被試產(chǎn)生疲勞，并且每組之間休息2 min。每組進(jìn)行打分之前，將整組工況輪流播放兩次，讓被試熟悉。首先對清晰度進(jìn)行打分，再熟悉一遍后對溫暖度打分。整個(gè)過程大約需要40 min，一天之內(nèi)完成。

3 數(shù)據(jù)可靠性分析

主觀評價(jià)實(shí)驗(yàn)中往往會出現(xiàn)誤判或異常值，為確保數(shù)據(jù)的可靠性應(yīng)該首先對評價(jià)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。Kendall提出的一致性系數(shù)被廣泛應(yīng)用于檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[13]，計(jì)算公式見式(1)。

(1)

由于評分者人數(shù)K=25，被評對象數(shù)N=7，超出Kendal一致性系數(shù)顯著性臨界值表的范圍，因此將W值轉(zhuǎn)化為χ2值，再進(jìn)行χ2檢驗(yàn)，計(jì)算公式為X2=K(N-1)W。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自由度d=N-1=6，查卡方檢驗(yàn)臨界值表[14]得到，當(dāng)顯著性為0.01時(shí)，如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)χ2值大于16.81，說明W值均達(dá)到極顯著水平，由表2可知被試對于工況的評價(jià)具有較強(qiáng)一致性。

表2 主觀評價(jià)得到數(shù)據(jù)的W值及χ2值

4 結(jié)果與討論

通過數(shù)據(jù)分析得到繪畫的清晰度和溫暖度在各個(gè)CCT下隨照度的變化情況，分別見圖3、圖4。

圖3 繪畫的清晰度平均值Fig.3 The mean scores of visibility of painting

圖4 繪畫的溫暖度平均值Fig.4 The mean scores of warmth of painting

隨著照度的增加，清晰度呈上升趨勢。如表3所示，當(dāng)顯著性為0.000時(shí)，繪畫的照度與清晰度的相關(guān)系數(shù)分別為0.835，證明照度與清晰度呈正相關(guān)。而對于溫暖度，即使照度發(fā)生變化，相同CCT的溫暖度幾乎不變，如圖4所示。

隨著CCT變高，清晰度輕微升高，而溫暖度呈現(xiàn)降低趨勢。當(dāng)顯著性為0.000時(shí)，繪畫的CCT與溫暖度的相關(guān)系數(shù)為-0.979，證明相關(guān)色溫與溫暖度呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)。根據(jù)表3，CCT與清晰度之間不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的正、負(fù)相關(guān)性，但通過圖3可以看出CCT在2 700 K、3 000 K時(shí)清晰度最低，在4 500 K、5 000 K、5 500 K取得較大值。因此認(rèn)為CCT對清晰度有著輕微的影響，為了得到較好的清晰度應(yīng)避免采用太低的CCT值，例如2 700 K。

表3 照度、CCT分別與溫暖度和清晰度的相關(guān)系數(shù)

5 結(jié)論

本研究通過心理物理實(shí)驗(yàn)，得到了博物館中人們觀察中國傳統(tǒng)繪畫時(shí)視覺感知與照度和相關(guān)色溫的關(guān)系。首先，照度與清晰度呈強(qiáng)正相關(guān)，而照度的改變不會影響溫暖度的變化。其次，相關(guān)色溫與溫暖度呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)，而對清晰度影響比較輕微。在后續(xù)的研究中，將增加實(shí)驗(yàn)繪畫樣本的類型，進(jìn)行視覺感知實(shí)驗(yàn)。