手機(jī)顯示對視覺健康影響的研究綜述

何 滎，劉駿宏，文棟焱

(1.重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，重慶 400045；2.重慶大學(xué)山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045)

引言

隨著大數(shù)據(jù)、5G、云計(jì)算等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類已逐步邁進(jìn)全新的信息社會。經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展提高了信息交換的數(shù)量與質(zhì)量，手機(jī)憑借便捷高效和越發(fā)多元的功能，早已成為工作生活中視覺信息最重要載體之一。

雖然手機(jī)極大地提升了信息交換的頻率，但使用時(shí)間的大幅增加，引發(fā)慢性肌肉損傷[1]、頸部疾病[2]等健康問題，最為關(guān)鍵最為直接的是對視覺健康的影響。伴隨人們對視覺健康的越發(fā)重視，也引起了國內(nèi)越來越多學(xué)者的關(guān)注，截至目前，已有相對豐富的研究成果。本文利用CiteSpace軟件，以中國知網(wǎng)為數(shù)據(jù)庫來源，對國內(nèi)研究手機(jī)顯示對視覺健康影響的110篇相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，總結(jié)國內(nèi)該研究領(lǐng)域的研究進(jìn)程、研究熱點(diǎn)及重要研究結(jié)論，系統(tǒng)綜述20年來的主要研究內(nèi)容，明確手機(jī)影響視覺健康的研究演化路徑和發(fā)展趨勢。

1 文獻(xiàn)檢索策略

首先，研究的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源選擇了中國知網(wǎng)綜合性學(xué)術(shù)信息資源庫，檢索時(shí)間為2022年12月4日，通過多次檢索實(shí)踐后最終確定以檢索主題詞為“手機(jī)屏幕+手機(jī)屏+手持顯示終端”和篇關(guān)摘(即篇名+關(guān)鍵詞+摘要)“視覺+健康+視覺健康+視覺效應(yīng)+非視覺效應(yīng)+視覺疲勞+生理節(jié)律”進(jìn)行模糊檢索，模糊檢索會關(guān)聯(lián)搜索關(guān)鍵詞的同義詞以獲得更多搜索結(jié)果，確保搜索范圍涵蓋完整、全面，初步檢索后得到320篇文獻(xiàn)(圖1)；其次，由于檢索到的文獻(xiàn)涵蓋的學(xué)科領(lǐng)域和研究方向較為廣泛，為了將主題進(jìn)一步聚焦，通過去除篇關(guān)摘“缺陷檢測+機(jī)器視覺+視覺體驗(yàn)+交互+手機(jī)膜+電器+智能手環(huán)”，篩除掉研究手機(jī)電路、屏幕缺陷檢測等無關(guān)研究方向的文章后剩余153篇文獻(xiàn)；最后，為保證文獻(xiàn)的研究質(zhì)量與效力，對所得到的文獻(xiàn)記錄進(jìn)行人工復(fù)查，剔除報(bào)道、會議通知、征稿啟事等文獻(xiàn)類型，得到以中國知網(wǎng)中研究手機(jī)影響視覺健康的共110篇文獻(xiàn)作為本次分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖1 文獻(xiàn)篩選流程圖Fig.1 Flow chart of document screening

CiteSpace是應(yīng)用Java語言開發(fā)的一款信息可視化軟件，它主要基于共引分析理論(co-ciation)和尋徑網(wǎng)絡(luò)算法(path finder)對特定領(lǐng)域文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量，以探尋出學(xué)科領(lǐng)域演化的關(guān)鍵路徑及其知識拐點(diǎn)，并通過一系列可視化圖譜的繪制來形成對學(xué)科演化潛在動(dòng)力機(jī)制的分析和學(xué)科發(fā)展前沿的探測[3]。

2 圖譜分析結(jié)果

2.1 文獻(xiàn)數(shù)量分析

篩選文獻(xiàn)后可以在知網(wǎng)上得到所選文獻(xiàn)的發(fā)文量逐年統(tǒng)計(jì)圖(圖2)，領(lǐng)域文獻(xiàn)數(shù)量及其變化趨勢大致可分為三個(gè)研究階段。第一，2003年至2009年，我國有關(guān)手機(jī)顯示對視覺健康的影響處于初步發(fā)展階段，從2003年起有相關(guān)發(fā)文，且直至2009年，發(fā)文數(shù)量基本呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢；第二，2009年至2014年期間，發(fā)文量明顯增加，2014年是手機(jī)影響視覺健康研究的爆發(fā)年份，可能與手機(jī)用戶規(guī)模的持續(xù)增長以及手持顯示終端的技術(shù)發(fā)展有關(guān)[4]；第三，2014年至今，該領(lǐng)域研究熱度波動(dòng)較大但總體數(shù)量仍然較多，說明持續(xù)受到大量學(xué)者重視。

圖2 發(fā)文量逐年統(tǒng)計(jì)圖Fig.2 Year by year statistical chart of the number of documents issued

2.2 發(fā)文學(xué)科分布

知網(wǎng)生成的學(xué)科分布圖(圖3)顯示，2003年至2022年間的文獻(xiàn)研究領(lǐng)域主要分布于四個(gè)學(xué)科：電信技術(shù)、預(yù)防醫(yī)學(xué)與衛(wèi)生學(xué)、計(jì)算機(jī)軟件及計(jì)算機(jī)應(yīng)用、眼科與耳鼻喉科，呈現(xiàn)明顯的跨學(xué)科特征，其中電信技術(shù)領(lǐng)域的研究數(shù)量最多。

圖3 學(xué)科分布圖Fig.3 Discipline distribution map

2.3 作者共現(xiàn)分析

將得到的110篇文獻(xiàn)導(dǎo)入CiteSpace進(jìn)行轉(zhuǎn)存，對轉(zhuǎn)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化圖譜繪制，得到作者共現(xiàn)分析結(jié)果(圖4)?？梢钥闯鰪埰G霞、李宏汀、徐偉丹及張露超等人具有密切的合作聯(lián)系，這幾位學(xué)者大都來自浙江理工大學(xué)；吳涵、卞立軍、陳燁樺、耿珊珊及郭鄭等學(xué)者也形成一個(gè)密集的聯(lián)系，他們都來自南京醫(yī)科大學(xué)；措加旺姆、拉瓜登頓、蘭萍及劉娟等學(xué)者的組團(tuán)聯(lián)系中，幾乎每位學(xué)者都來自西藏大學(xué)。聚集組團(tuán)的分析可以看出，研究機(jī)構(gòu)集中于各高校，其中天津醫(yī)科大學(xué)、四川大學(xué)、上海理工大學(xué)、浙江理工大學(xué)、西藏大學(xué)等高校較為關(guān)注手機(jī)顯示對視覺健康的影響，并得出了豐富的研究成果。

圖4 作者共現(xiàn)圖譜Fig.4 Cooccurrence atlas of authors

3 研究熱點(diǎn)分析

3.1 關(guān)鍵詞分析

關(guān)鍵詞是對文獻(xiàn)主題的概括，在一定時(shí)域內(nèi)，同一關(guān)鍵詞在多篇文獻(xiàn)中頻繁出現(xiàn)，表明主題被集中討論。通過CiteSpace軟件中的尋徑算法，根據(jù)關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次數(shù)量和中心性，提取有效關(guān)鍵詞并生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析(圖5)。

如表1所示，首先，“手機(jī)屏幕”、“智能手機(jī)”、“手機(jī)”、“大學(xué)生”、“屏幕亮度”、“玩手機(jī)”、“低頭族”和“環(huán)境照度”等詞的頻次量最高，與其他關(guān)鍵詞共現(xiàn)的概率較高；其次，“手機(jī)屏幕”、“智能手機(jī)”、“手機(jī)”和“大學(xué)生”四個(gè)關(guān)鍵詞的中心性大于0.1，說明為中心節(jié)點(diǎn)，在研究中具有較大的影響力；此外，“屏幕亮度”、“環(huán)境照度”、“手機(jī)媒體”、“節(jié)律因子”和“視力”等關(guān)鍵詞說明這些研究內(nèi)容和研究方向是手機(jī)影響視覺健康的討論熱點(diǎn)，同時(shí)也是主要影響因素或后果；最后，關(guān)鍵詞出現(xiàn)的時(shí)間體現(xiàn)出學(xué)者們研究重點(diǎn)的演變，研究重點(diǎn)由最開始“屏幕亮度”“環(huán)境照度”到“大學(xué)生”“視力”再到“真性近視”“節(jié)律因子”，說明研究的主要內(nèi)容不再局限于觀看手機(jī)這一行為本身，近年來開始有越來越多學(xué)者將手機(jī)與其他研究熱點(diǎn)交叉分析，綜合性的考慮研究。

表1 關(guān)鍵詞頻次排名Table 1 Keyword frequency ranking

運(yùn)算軟件得到研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)共引圖譜(圖6)，運(yùn)算后生成207個(gè)主題節(jié)點(diǎn)，共有322條連接線。節(jié)點(diǎn)的大小代表關(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)，節(jié)點(diǎn)直徑越大，表示次數(shù)越多。節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)的連線粗細(xì)代表了的該節(jié)點(diǎn)之間的共現(xiàn)頻率，顏色代表了不同的時(shí)間年代區(qū)域。關(guān)鍵詞的共現(xiàn)次數(shù)越多，表明在此時(shí)間段內(nèi)的研究熱度越高。

圖6 主題關(guān)鍵詞共現(xiàn)共被引分析Fig.6 Analysis of cooccurrence and co-citation of subject keywords

從節(jié)點(diǎn)的尺度及連線的密度可以看出，“手機(jī)屏幕”、“智能手機(jī)”和“環(huán)境照度”等關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)直徑較大，共現(xiàn)頻率較高，證明這些關(guān)鍵詞是領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)及主題，也表明在這期間，學(xué)者對手機(jī)影響視覺健康的基礎(chǔ)理論和設(shè)計(jì)較關(guān)注。

3.2 研究熱點(diǎn)演變

關(guān)鍵詞詞頻排名變化可以提取出相關(guān)領(lǐng)域具有突出推動(dòng)作用的技術(shù)、理論和方法等研究熱點(diǎn)與熱點(diǎn)的演變。對中國知網(wǎng)選取的110篇中文期刊文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析，設(shè)置最短時(shí)間2年，狀態(tài)轉(zhuǎn)換值為0.3，狀態(tài)差值為2，由此獲得突變強(qiáng)度較高的13個(gè)關(guān)鍵詞(表2)。

表2 突顯關(guān)鍵詞詞頻排名Table 2 Highlight keyword frequency ranking

由凸顯關(guān)鍵詞詞頻排名可以看出，手機(jī)影響視覺健康研究前沿顯著劃分為兩個(gè)階段：第一個(gè)階段為2003年至2012年期間，手機(jī)顯示對視覺健康的影響處于研究初期，并且研究熱點(diǎn)集中于手機(jī)本身和手機(jī)短信上；第二個(gè)階段始于2013年，產(chǎn)生了大量具有凸顯度和中心度的凸顯詞，表明這時(shí)候逐漸催生了不同的研究分支，如環(huán)境照度、屏幕亮度、近視、節(jié)律等，并形成多元化的研究中心。這兩個(gè)階段的演變總體上呈現(xiàn)出由單一籠統(tǒng)的研究走向具體、多元的發(fā)展趨勢，從局限于手機(jī)本身到更關(guān)注于手機(jī)與顯示特性、使用環(huán)境、使用者等各因素之間互動(dòng)的影響。

3.3 研究熱點(diǎn)聚類

對全部文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類，得出以下聚類(圖7)，可見生成6個(gè)明顯的聚類主題，聚類的平均輪廓值(sil-houette)為0.939，聚類模塊(modularity)為0.8103，均為適用區(qū)間，說明聚類內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理。聚類主題中除了手機(jī)本身之外，“傳播”、“屏幕亮度”及“低頭族”是三個(gè)主要的關(guān)注主題，其中“手機(jī)屏幕”聚類與“智能手機(jī)”和“低頭族”兩個(gè)聚類間聯(lián)系緊密。關(guān)鍵詞聚類圖一方面表明了目前國內(nèi)已有研究仍然最關(guān)注這些方面，并已取得豐碩的學(xué)術(shù)成果；但另一方面，手機(jī)顯示對視覺健康的影響是多方面的[5]，國內(nèi)在相關(guān)研究方面已建立成熟的研究體系，隨著顯示技術(shù)及應(yīng)用場景的更新，手機(jī)顯示對視覺健康的影響具有交叉性和復(fù)合型特征，在未來多學(xué)科交叉融合的研究前景較大。

圖7 關(guān)鍵詞聚類主題分析Fig.7 Keyword clustering theme analysis

4 研究因素交叉分析

4.1 研究方法分類

為進(jìn)一步了解各影響因素的構(gòu)成及分布特征，以交叉分析和單因素分析作為研究方法分類標(biāo)準(zhǔn)。單因素分析以一個(gè)特定因素作為主導(dǎo)，而交叉分析通常用于分析兩個(gè)或兩個(gè)以上分組變量 (字段)之間的關(guān)系[6]。

對篩選出的110篇文獻(xiàn)進(jìn)行閱讀、分析和綜合(表3)可以看出：研究單一因素對視覺功效的影響文獻(xiàn)占比遠(yuǎn)低于研究多因素交叉影響的文獻(xiàn)占比，再次說明手機(jī)對視覺功效的影響往往同時(shí)受多方面因素共同作用，并且在此基礎(chǔ)上還需要從不同維度進(jìn)行分組。

表3 文獻(xiàn)研究方法分類Table 3 Classification of literature research methods

4.2 交叉研究因素分類

對交叉影響的39篇文獻(xiàn)中研究內(nèi)容和研究結(jié)論進(jìn)行提煉，得到影響視覺健康的兩類因素：外部因素和顯示因素。根據(jù)各類因素在文獻(xiàn)中的出現(xiàn)頻次及相互聯(lián)系，得到展示影響因素聯(lián)系程度的桑基圖(圖8)，?；鶊D能清晰地體現(xiàn)不同因素之間的連接強(qiáng)度關(guān)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效可視化[7]，圖中柱形色塊表示影響因素出現(xiàn)的頻次，色塊之間連線的寬度體現(xiàn)關(guān)聯(lián)數(shù)值的大小。對各類因素中的主要因素分類(表4)，構(gòu)建手機(jī)影響視覺健康的基本結(jié)構(gòu)體系。

表4 主要影響因素分類Table 4 Classification of main influencing factors

圖8 研究因素?；鶊DFig.8 Sankey diagram of research factors

4.3 視覺健康影響因素

如表4所示，視覺健康受到的影響分為三類：視覺效應(yīng)、非視覺效應(yīng)和其他影響。由圖8?；鶊D中三類影響不同顏色的柱形色塊占比可見：手機(jī)顯示對視覺健康的影響中，對視覺效應(yīng)的影響最大，非視覺效應(yīng)的影響次之，對其他方面影響相對小一些。

(1)視覺效應(yīng)方面。由?；鶊D中影響因素的柱形色塊大小可見，手機(jī)對視覺效應(yīng)的主要影響是造成視覺疲勞，其次是影響使用者的視覺功效以及造成眼部疾病。

?；鶊D中因素間的關(guān)聯(lián)曲線寬度體現(xiàn)了因素間聯(lián)系的強(qiáng)弱：造成視覺疲勞的外部因素主要有觀看時(shí)間、觀看距離和環(huán)境照度；顯示因素主要有屏幕亮度。外部因素和顯示因素共同作用、交叉影響。例如，有學(xué)者指出環(huán)境照度和手機(jī)屏幕亮度的最優(yōu)值是線性變化的[8]，研究表明，當(dāng)手機(jī)屏幕亮度為60 cd/m2時(shí)，閱讀舒適性最好的環(huán)境照度范圍為20～50 lx，當(dāng)手機(jī)屏幕亮度為100 cd/m2時(shí)，不同工況下閱讀舒適性普遍較好[9]。還有研究表明，在運(yùn)動(dòng)場景中進(jìn)行移動(dòng)閱讀也極易造成不適感覺，如視覺疲勞、惡心和頭暈[10]。

影響視覺功效的外部因素主要有觀看時(shí)間、觀看距離和環(huán)境照度；顯示因素方面主要有屏幕亮度、動(dòng)態(tài)畫面清晰度和版面設(shè)計(jì)。屏幕亮度、藍(lán)光及動(dòng)態(tài)畫面清晰度[11]主要會降低用戶的視覺功效、誘發(fā)視覺疲勞。此外還有學(xué)者指出，用戶心理[12]和觀看視角[13]也會影響觀看者視覺功效、增加視覺負(fù)荷。

造成眼部疾病的主要原因包含外部因素中的觀看姿勢、觀看距離、觀看時(shí)間和顯示因素中的手機(jī)膜、美瞳。以觀看時(shí)間為例，調(diào)查顯示在長時(shí)間使用手機(jī)后，68.3%的使用者常出現(xiàn)眼疲勞；54.8%的使用者常出現(xiàn)眼睛干澀；19.0%經(jīng)常出現(xiàn)畏光的不適癥狀；用眼姿勢不當(dāng)者更易出現(xiàn)不適癥狀[14]；不良的觀看姿勢也非常容易引起眼部疾病[15]。此外，佩戴美瞳長時(shí)間使用手機(jī)可能會造成細(xì)菌感染甚至磨損眼角膜[16]。

(2)非視覺效應(yīng)方面。手機(jī)對非視覺效應(yīng)最主要的影響是由于藍(lán)光影響使用者的晝夜節(jié)律、降低睡眠質(zhì)量[17]和影響使用者的工作效率及警覺性[18]。例如，有學(xué)者指出睡前使用富含藍(lán)光的智能手機(jī)可導(dǎo)致CID患者睡眠質(zhì)量降低、腦電頻譜密度改變，影響睡眠結(jié)構(gòu)[19]。也有研究表明，不同顯示技術(shù)的手機(jī)屏幕(LED背光LCD、OLED、SUPER AMOLED)藍(lán)光危害因子也不同，且不管何種手機(jī)，節(jié)律因子和藍(lán)光危害因子都隨色溫升高而增大[20]。還有研究表明，手機(jī)等設(shè)備發(fā)出過多的藍(lán)光會加速老化過程，對人體的皮膚、脂肪細(xì)胞、感覺神經(jīng)元等多種細(xì)胞產(chǎn)生有害影響[21]。長期保持不良的使用習(xí)慣還會致使內(nèi)分泌紊亂，輕者長痘、皮膚變差，重者會發(fā)生糖尿病等代謝性疾病[22]。

(3)其他影響。手機(jī)還會引起使用者其他方面的健康問題，其中影響觀看距離和觀看時(shí)間是造成使用手機(jī)引起頸椎病、腰椎病和手臂疾病[23]的重要因素，不恰當(dāng)?shù)挠^看姿勢還可能引發(fā)身體的其他疾病。實(shí)驗(yàn)表明，長期保持低頭玩手機(jī)的姿勢會導(dǎo)致肌張力和肌肉硬度增高，引發(fā)疼痛與頸椎功能障礙，出現(xiàn)肌肉疲勞[24]。除了身體健康，手機(jī)還會影響使用者的心理健康：早在2010年前后就有學(xué)者關(guān)注預(yù)防大學(xué)生對手機(jī)成癮[25]、探尋大學(xué)生手機(jī)依賴癥的心理原因及防治對策[26]；甚至有學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)證明，大學(xué)生手機(jī)依賴與抑郁呈正相關(guān)，夜間手機(jī)藍(lán)光可能對手機(jī)依賴與抑郁間關(guān)聯(lián)產(chǎn)生影響[27]。此外，手機(jī)顯示還會間接影響使用者的生命安全：步行時(shí)使用手機(jī)會極大降低使用者的環(huán)境感知能力，從而導(dǎo)致各類行人安全事故的增加[28]。

5 總結(jié)與展望

為系統(tǒng)梳理國內(nèi)關(guān)于手機(jī)影響視覺健康的研究成果，以中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中2003—2022年發(fā)表的110篇相關(guān)文獻(xiàn)為研究對象，通過CiteSpace文獻(xiàn)計(jì)量軟件和Origin數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行可視化分析，主要結(jié)論如下：

(1)目前國內(nèi)對手機(jī)影響視覺健康的研究已較為成熟，且已有豐富的研究成果和跨學(xué)科的研究方向，研究學(xué)者主要以高校為單位形成緊密的合作網(wǎng)絡(luò)。

(2)手機(jī)顯示對視覺健康主要由外部因素、視覺健康影響及顯示因素三方面，目前的研究內(nèi)容已涵蓋絕大范圍因素，但未來研究提倡交叉融合的研究思維，考慮因素間的相互影響、共同作用，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科、跨文化和多領(lǐng)域間的交融，以提升解決復(fù)雜問題的綜合能力，打破局限性。

(3)手機(jī)顯示對視覺健康造成的影響中，對視覺效應(yīng)造成的影響最明顯，主要是造成視覺疲勞、降低視覺功效和引起眼部疾?。粚Ψ且曈X效應(yīng)的影響次之，主要體現(xiàn)在影響生理節(jié)律上；此外還會造成其他影響，如頸椎病、腰椎病、肌肉硬化和影響使用者心理健康等。

未來對應(yīng)顯示技術(shù)的發(fā)展、顯示內(nèi)容、觀看場景的刷新，手機(jī)對視覺健康影響的發(fā)展也呈現(xiàn)出新的趨勢。顯示技術(shù)中，顯示特性如屏幕峰值亮度、顯示色域廣度、屏幕尺寸和刷新率正不斷提升；屏幕顯示技術(shù)如Mini LED、Micro-LED和E-paper更新迭代；顯示內(nèi)容如短視頻、圖片結(jié)合文字、動(dòng)態(tài)圖片的占比上升；觀看場景如步行觀看、乘車觀看等諸多移動(dòng)場景日益趨多。這些現(xiàn)實(shí)[1]表明，互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代里光學(xué)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新與人機(jī)互動(dòng)無時(shí)不刻進(jìn)行著緊密的有機(jī)融合，這對未來手機(jī)顯示影響視覺健康不斷拋出新的疑問，關(guān)于以上內(nèi)容的深入研究，對保障使用者視覺健康，建立良好舒適的視閱環(huán)境具有重要意義。