城市光環(huán)境以及其對人的心理和生理的影響如何,，是城市規(guī)劃,、建筑設(shè)計(jì)以及環(huán)境心理學(xué)等諸多學(xué)科共同討論的課題，但如何科學(xué)地量化評估卻較為困難,。

隨著近幾年神經(jīng)生物學(xué)及可穿戴生理傳感器技術(shù)的成熟化,，對實(shí)驗(yàn)室研究光環(huán)境的身心體驗(yàn)提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。來自同濟(jì)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)就基于可穿戴設(shè)備獲取生理反饋數(shù)據(jù)，結(jié)合面部表情與自我報(bào)告等多模態(tài)數(shù)據(jù),，探究了在復(fù)雜的真實(shí)城市場景中光環(huán)境對情緒的影響 [1],。

城市光環(huán)境與情緒感知

城市光環(huán)境是指城市空間中對人生理與心理構(gòu)成影響的視覺環(huán)境，依據(jù)時(shí)間維度可劃分為晝間和夜間兩類,。城市景觀照明在亮度,、光譜、強(qiáng)度以及變化模式上與自然光截然不同,。非自然的人工照明令城市空間呈現(xiàn)了與自然光下的日間或夜間都不同的視覺形象,，也令身處其中的人們感受不同的情緒體驗(yàn)。研究探索景觀照明是如何通過作用于視覺及心理體驗(yàn),，進(jìn)而對人們的行為活動(dòng)產(chǎn)生積極或負(fù)面影響,，將對商業(yè)街景觀照明設(shè)計(jì)乃至城市景觀照明的規(guī)劃與設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

環(huán)境感受一直是國內(nèi)外景觀學(xué)領(lǐng)域的核心問題,。環(huán)境心理學(xué)家認(rèn)為,，情緒需求的背后是人成長時(shí)期的經(jīng)驗(yàn)判斷，往往存在文化,、性別,、生活習(xí)慣等的認(rèn)知差異。加之環(huán)境情緒感受常常多為主觀而隱晦,，難以用言語準(zhǔn)確表述,。因此，雖然環(huán)境情緒感受非常重要,，但如何對情緒感受進(jìn)行量化是一直以來的難題,。

城市光環(huán)境對人體視覺—情緒的影響機(jī)制復(fù)雜，可概括為兩個(gè)層面：（1）光照的本質(zhì)因素（亮度,、光譜,、空間分布等），以光的輻射能形式對人體視覺,、生理及心理層面產(chǎn)生作用,，例如明亮的燈光可以提高安全感(低喚醒的愉快)、興奮性(愉快的喚醒)和偏好,；（2）以人工光為技術(shù)手段,，對復(fù)雜城市景觀要素重塑后營造的城市夜間風(fēng)貌，此夜景觀通過視覺系統(tǒng)映射入人腦,，經(jīng)過腦部負(fù)責(zé)情緒加工的神經(jīng)系統(tǒng)處理,，產(chǎn)生不同的審美感受及情緒體驗(yàn)。例如有研究對比了不同人種對香港晝間及夜間景色的認(rèn)知差異發(fā)現(xiàn),，香港受訪者認(rèn)為同一城市景觀中的“夜晚”比“白天”更女性化,、神秘,、富有想象力，而美國受訪者認(rèn)為“夜晚”更成功,、更有魅力,；此外有研究發(fā)現(xiàn)，黑暗和光照條件(如篝火,、手電筒和星光)可以增強(qiáng)人對地方的審美印象,。

光環(huán)境研究的情緒評測方法

目前，光環(huán)境研究的情緒評測方法可分為以下四個(gè)類別:

• 主觀測評：采用基于語義差異法的量表測量,，但存在主觀性偏差，難以捕捉瞬時(shí)或無意識的情緒變化等問題,；

• 生理測量：以神經(jīng)學(xué)測量方法,，將原有的難以準(zhǔn)確量化的環(huán)境感知，經(jīng)由生理數(shù)據(jù)建立起與環(huán)境體驗(yàn)的關(guān)聯(lián),；

• 行為測量：包括面部表情,、語音語調(diào)、肢體運(yùn)動(dòng)以及眼動(dòng)追蹤等,；

• 情感分析法：使用自然語言處理,、計(jì)算語言學(xué)和生物識別等數(shù)字技術(shù)來對文本進(jìn)行系統(tǒng)地識別，從而通過對海量網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)據(jù)的辨析,，提取并量化情感狀態(tài),。

隨著認(rèn)知神經(jīng)學(xué)以及可穿戴傳感器技術(shù)和生物信號數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測量人體在不同環(huán)境刺激中的情緒感受,。生理數(shù)據(jù)監(jiān)測以更客觀,、更高精度、更減輕被試負(fù)擔(dān),、更生態(tài)有效的優(yōu)勢已成為城市景觀,、環(huán)境心理學(xué)等領(lǐng)域評價(jià)研究的新熱點(diǎn)。本研究嘗試采用神經(jīng)生物學(xué)研究方法,，采集城市景觀照明作為刺激源時(shí)被試的多源生理反饋數(shù)據(jù),，結(jié)合面部表情與主觀評價(jià)，以城市商業(yè)街為對象探索夜間光環(huán)境對情緒感知的影響作用,。

基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)共招募同濟(jì)大學(xué)在讀研究生被試6名,，男女各半，平均年齡為24歲,。

本實(shí)驗(yàn)利用監(jiān)測設(shè)備的可穿戴性,，嘗試在城市現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)時(shí)采集真實(shí)場景中被試的皮電(SC),、心電（ECG）和皮溫（Temp）為主的生理數(shù)據(jù)和面部表情數(shù)據(jù)來擬合在不同光環(huán)境中的情感體驗(yàn)（圖1）,，并用主觀問卷法和訪談法對生理信號分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,。

圖1 頭戴式&手戴式實(shí)驗(yàn)設(shè)備

面部表情是面部肌肉的一個(gè)或多個(gè)動(dòng)作或狀態(tài)的結(jié)果，是人類在身體外觀投射出的情緒指標(biāo),。Ekman系統(tǒng)地建立了人臉表情圖像庫,，細(xì)致地描述了每一種表情所對應(yīng)的包括眉毛、眼睛,、眼瞼,、嘴唇等的面部變化。其中,，人類在試圖隱藏某種情感時(shí)無意識做出的,、短暫的微表情，往往能表達(dá)人試圖壓抑與隱藏的真正情感,，其持續(xù)時(shí)間通常僅為1/25s—1/3s,。 

本實(shí)驗(yàn)使用諾達(dá)思的面部表情分析系統(tǒng)（FaceReader）進(jìn)行面部表情分析。軟件通過分析面部圖像,，可辨析快樂,、悲傷、憤怒,、驚奇,、懼怕、厭惡,、中性表情,，以及20種微表情分析，亦可基于情緒二維理論對情緒的效價(jià)與喚醒度進(jìn)行分析,。軟件可以分析實(shí)時(shí)錄制或錄制好的面部表情視頻,，本研究采用實(shí)時(shí)錄制視頻待測試結(jié)束后統(tǒng)一進(jìn)行分析的方法。此外,，由于夜間城市戶外的場景被試面部照度偏低,，實(shí)驗(yàn)使用紅外攝像的方式，軟件對人臉的識別率可達(dá)到100%,。

實(shí)驗(yàn)位點(diǎn)選取上海南京東路步行街東拓段外灘起始區(qū)域的道路中央,。被試的主要視線方向內(nèi)包括了多個(gè)歷史保護(hù)建筑及當(dāng)代商業(yè)建筑，并由建筑形成較為連續(xù)的空間限定,。視野內(nèi)街道元素較明確,，夜晚光環(huán)境主要由建筑立面照明、路中心的步道燈以及店面逸散光和店招發(fā)光面構(gòu)成,。實(shí)驗(yàn)場景包括日間與夜間共計(jì)四個(gè)場景,。日間實(shí)驗(yàn)在全陰天自然光下的城市環(huán)境中進(jìn)行；夜間實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)場景,，即保持照明環(huán)境中的其他景觀照明元素如路面,、店鋪照明不變,，僅改變被試視野范圍內(nèi)棟主要建筑立面的照明狀況，分別為全黑模式,、點(diǎn)亮模式和閃爍模式,，其中閃爍模式為點(diǎn)亮模式持續(xù)、全黑模式持續(xù)的交替循環(huán)播放,。

實(shí)驗(yàn)程序主要包括（圖2）：（1）準(zhǔn)備階段,；（2）實(shí)驗(yàn)階段：被試身體保持靜止，視線可以旋轉(zhuǎn),，對整體空間進(jìn)行觀察與感受,，之后聽從開始指令依次經(jīng)歷照明場景，每個(gè)場景持續(xù)70s,，放映同時(shí)對被試的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行記錄,；（3）問卷訪談階段。

圖2 實(shí)驗(yàn)流程

日間與夜間光環(huán)境下的情緒差異

（一）面部表情數(shù)據(jù)結(jié)果

將視頻片段依據(jù)場景模式裁剪后導(dǎo)入面部表情分析系統(tǒng)（FaceReader）中進(jìn)行情緒識別分析,。結(jié)果顯示（圖3），愉快表情強(qiáng)度在日間顯著高于夜間點(diǎn)亮及閃爍模式,；驚奇表情強(qiáng)度在日間顯著低于夜間三場景,；懼怕表情強(qiáng)度日間的表情強(qiáng)度顯著高于夜間三場景；厭惡表情強(qiáng)度在日間顯著高于全黑和點(diǎn)亮模式,。

圖3 不同場景下的愉悅,、驚奇、懼怕,、厭惡表情強(qiáng)度

對情緒效價(jià)和喚醒的分析結(jié)果顯示（圖4）,，被試的效價(jià)值在點(diǎn)亮模式下顯著低于全黑模式，日間較夜間三個(gè)場景的效價(jià)值更低,；而喚醒度在各場景下均無顯著性差異,。

圖4 不同場景下的情緒效價(jià)值、喚醒度值

（二）生理反饋數(shù)據(jù)結(jié)果

皮電和皮溫通常認(rèn)為與情緒喚醒有關(guān),。刺激源使人越激動(dòng),，人汗液分泌越多，皮膚電的水平變化越大,，皮電水平與喚醒值呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系,。本研究中，皮電結(jié)果表明日間場景的喚醒度最高,，并反映出了刺激值差異相對較低的三個(gè)夜間場景間的區(qū)別,，即閃爍模式、點(diǎn)亮模式,、全黑模式的喚醒度依降低,。

心電數(shù)據(jù)的LF/HF值與人的交感神經(jīng)興奮相關(guān),，LF/HF值越大，喚醒度提升,。本次實(shí)驗(yàn)的LF/HF及HF值均未能有效反映喚醒度差異,，心率及心率變異性在各場景下也均未呈現(xiàn)出顯著變化趨勢。

（三）主觀評價(jià)結(jié)果

采用分層聚類法分析,，結(jié)果表明在正面情緒方面,，被試評分從高至低依次為閃爍模式和點(diǎn)亮模式、日間場景和全黑模式,，且被試在點(diǎn)亮及閃爍模式中的正面情緒得分顯著高于全黑模式,；在負(fù)面情緒方面，被試評分最高的是全黑模式,、其次為閃爍模式和點(diǎn)亮模式,，低的是日間場景。

總體來看,，被試的皮電,、皮溫、面部表情信號以及主觀量表結(jié)果均呈現(xiàn)出日間與夜間光環(huán)境下的顯著差異,?；诳纱┐鱾鞲衅鞯那榫w體驗(yàn)測量技術(shù)，將有助于更好地測量及理解城市夜空間的環(huán)境體驗(yàn),，為未來城市景觀照明設(shè)計(jì)提供更有效的理論指導(dǎo),。

光環(huán)境測評中多模態(tài)方法的優(yōu)勢

近年來我國城市夜景建設(shè)呈現(xiàn)數(shù)量激增的態(tài)勢。從情緒感知角度對城市夜景觀進(jìn)行評測,，可以避免因?qū)徝乐饔^性而導(dǎo)致美學(xué)評價(jià)的不確定性,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，采用可穿戴設(shè)備進(jìn)行生理反饋采集,，并結(jié)合面部表情與主觀問卷的多模態(tài)研究,，在城市光環(huán)境研究領(lǐng)域亦具有一定的可行性。該評測方法可以應(yīng)于與對建成環(huán)境的后評估,，有利于城市夜景建設(shè)的有序發(fā)展,。

后續(xù)研究可以以本研究為基礎(chǔ)，增大被試的數(shù)量,，提高數(shù)據(jù)采樣的精度,；抑或引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，替代現(xiàn)場實(shí)驗(yàn),，能夠有效規(guī)避戶外實(shí)驗(yàn)中環(huán)境因素控制及場景多樣化設(shè)計(jì)的局限,，為城市步行空間光環(huán)境設(shè)計(jì)策略帶來更科學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]林怡,曾憲憲,陳神飛,肖曉溪,楊秀 & 杜怡婷.(2022).基于多源生理反饋的城市景觀照明對情緒影響的實(shí)驗(yàn)探索——以上海南京東路步行街東段為例.照明工程學(xué)報(bào)(05),129-143.

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