城市光環(huán)境以及其對人的心理和生理的影響如何，是城市規劃、建筑設計以及環(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(zhù)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)驗室研究光環(huán)境的身心體驗提供了理論基礎和技術(shù)支持。來(lái)自同濟大學(xué)的研究團隊就基于可穿戴設備獲取生理反饋數據，結合面部表情與自我報告等多模態(tài)數據，探究了在復雜的真實(shí)城市場(chǎng)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成影響的視覺(jué)環(huán)境，依據時(shí)間維度可劃分為晝間和夜間兩類(lèi)。城市景觀(guān)照明在亮度、光譜、強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了與自然光下的日間或夜間都不同的視覺(jué)形象，也令身處其中的人們感受不同的情緒體驗。研究探索景觀(guān)照明是如何通過(guò)作用于視覺(jué)及心理體驗，進(jìn)而對人們的行為活動(dòng)產(chǎn)生積極或負面影響，將對商業(yè)街景觀(guān)照明設計乃至城市景觀(guān)照明的規劃與設計提供理論指導和技術(shù)支持。
環(huán)境感受一直是國內外景觀(guān)學(xué)領(lǐng)域的核心問(wèn)題。環(huán)境心理學(xué)家認為，情緒需求的背后是人成長(cháng)時(shí)期的經(jīng)驗判斷，往往存在文化、性別、生活習慣等的認知差異。加之環(huán)境情緒感受常常多為主觀(guān)而隱晦，難以用言語(yǔ)準確表述。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(lái)的難題。
城市光環(huán)境對人體視覺(jué)—情緒的影響機制復雜，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(jué)、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，對復雜城市景觀(guān)要素重塑后營(yíng)造的城市夜間風(fēng)貌，此夜景觀(guān)通過(guò)視覺(jué)系統映射入人腦，經(jīng)過(guò)腦部負責情緒加工的神經(jīng)系統處理，產(chǎn)生不同的審美感受及情緒體驗。例如有研究對比了不同人種對香港晝間及夜間景色的認知差異發(fā)現，香港受訪(fǎng)者認為同一城市景觀(guān)中的“夜晚"比“白天"更女性化、神秘、富有想象力，而美國受訪(fǎng)者認為“夜晚"更成功、更有魅力；此外有研究發(fā)現，黑暗和光照條件(如篝火、手電筒和星光)可以增強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(lèi)別:
主觀(guān)測評：采用基于語(yǔ)義差異法的量表測量，但存在主觀(guān)性偏差，難以捕捉瞬時(shí)或無(wú)意識的情緒變化等問(wèn)題；
生理測量：以神經(jīng)學(xué)測量方法，將原有的難以準確量化的環(huán)境感知，經(jīng)由生理數據建立起與環(huán)境體驗的關(guān)聯(lián)；
行為測量：包括面部表情、語(yǔ)音語(yǔ)調、肢體運動(dòng)以及眼動(dòng)追蹤等；
情感分析法：使用自然語(yǔ)言處理、計算語(yǔ)言學(xué)和生物識別等數字技術(shù)來(lái)對文本進(jìn)行系統地識別，從而通過(guò)對海量網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)數據的辨析，提取并量化情感狀態(tài)。
隨著(zhù)認知神經(jīng)學(xué)以及可穿戴傳感器技術(shù)和生物信號數據分析技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現實(shí)時(shí)測量人體在不同環(huán)境刺激中的情緒感受。生理數據監測以更客觀(guān)、更高精度、更減輕被試負擔、更生態(tài)有效的優(yōu)勢已成為城市景觀(guān)、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(guān)照明作為刺激源時(shí)被試的多源生理反饋數據，結合面部表情與主觀(guān)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)數據的現場(chǎng)實(shí)驗
實(shí)驗共招募同濟大學(xué)在讀研究生被試6名，男女各半，平均年齡為24歲。
本實(shí)驗利用監測設備的可穿戴性，嘗試在城市現場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗。實(shí)時(shí)采集真實(shí)場(chǎng)景中被試的皮電(SC)、心電（ECG）和皮溫（Temp）為主的生理數據和面部表情數據來(lái)擬合在不同光環(huán)境中的情感體驗（圖1），并用主觀(guān)問(wèn)卷法和訪(fǎng)談法對生理信號分析結果進(jìn)行驗證。
圖1 頭戴式&手戴式實(shí)驗設備
面部表情是面部肌肉的一個(gè)或多個(gè)動(dòng)作或狀態(tài)的結果，是人類(lèi)在身體外觀(guān)投射出的情緒指標。Ekman系統地建立了人臉表情圖像庫，細致地描述了每一種表情所對應的包括眉毛、眼睛、眼瞼、嘴唇等的面部變化。其中，人類(lèi)在試圖隱藏某種情感時(shí)無(wú)意識做出的、短暫的微表情，往往能表達人試圖壓抑與隱藏的真正情感，其持續時(shí)間通常僅為1/25s—1/3s。
本實(shí)驗使用諾達思的面部表情分析系統（FaceReader）進(jìn)行面部表情分析。軟件通過(guò)分析面部圖像，可辨析快樂(lè )、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)錄制視頻待測試結束后統一進(jìn)行分析的方法。此外，由于夜間城市戶(hù)外的場(chǎng)景被試面部照度偏低，實(shí)驗使用紅外攝像的方式，軟件對人臉的識別率可達到100%。
實(shí)驗位點(diǎn)選取上海南京東路步行街東拓段外灘起始區域的道路中央。被試的主要視線(xiàn)方向內包括了多個(gè)歷史保護建筑及當代商業(yè)建筑，并由建筑形成較為連續的空間限定。視野內街道元素較明確，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)光面構成。實(shí)驗場(chǎng)景包括日間與夜間共計四個(gè)場(chǎng)景。日間實(shí)驗在全陰天自然光下的城市環(huán)境中進(jìn)行；夜間實(shí)驗分為三個(gè)場(chǎng)景，即保持照明環(huán)境中的其他景觀(guān)照明元素如路面、店鋪照明不變，僅改變被試視野范圍內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、全黑模式持續的交替循環(huán)播放。
實(shí)驗程序主要包括（圖2）：（1）準備階段；（2）實(shí)驗階段：被試身體保持靜止，視線(xiàn)可以旋轉，對整體空間進(jìn)行觀(guān)察與感受，之后聽(tīng)從開(kāi)始指令依次經(jīng)歷照明場(chǎng)景，每個(gè)場(chǎng)景持續70s，放映同時(shí)對被試的各項指標進(jìn)行記錄；（3）問(wèn)卷訪(fǎng)談階段。
圖2 實(shí)驗流程
日間與夜間光環(huán)境下的情緒差異
（一）面部表情數據結果
將視頻片段依據場(chǎng)景模式裁剪后導入面部表情分析系統（FaceReader）中進(jìn)行情緒識別分析。結果顯示（圖3），愉快表情強度在日間顯著(zhù)高于夜間點(diǎn)亮及閃爍模式；驚奇表情強度在日間顯著(zhù)低于夜間三場(chǎng)景；懼怕表情強度日間的表情強度顯著(zhù)高于夜間三場(chǎng)景；厭惡表情強度在日間顯著(zhù)高于全黑和點(diǎn)亮模式。
圖3 不同場(chǎng)景下的愉悅、驚奇、懼怕、厭惡表情強度
對情緒效價(jià)和喚醒的分析結果顯示（圖4），被試的效價(jià)值在點(diǎn)亮模式下顯著(zhù)低于全黑模式，日間較夜間三個(gè)場(chǎng)景的效價(jià)值更低；而喚醒度在各場(chǎng)景下均無(wú)顯著(zhù)性差異。
圖4 不同場(chǎng)景下的情緒效價(jià)值、喚醒度值
（二）生理反饋數據結果
皮電和皮溫通常認為與情緒喚醒有關(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正相關(guān)關(guān)系。本研究中，皮電結果表明日間場(chǎng)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(chǎng)景間的區別，即閃爍模式、點(diǎn)亮模式、全黑模式的喚醒度依降低。
心電數據的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(chǎng)景下也均未呈現出顯著(zhù)變化趨勢。
（三）主觀(guān)評價(jià)結果
采用分層聚類(lèi)法分析，結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(chǎng)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(zhù)高于全黑模式；在負面情緒方面，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(chǎng)景。
總體來(lái)看，被試的皮電、皮溫、面部表情信號以及主觀(guān)量表結果均呈現出日間與夜間光環(huán)境下的顯著(zhù)差異?；诳纱┐鱾鞲衅鞯那榫w體驗測量技術(shù)，將有助于更好地測量及理解城市夜空間的環(huán)境體驗，為未來(lái)城市景觀(guān)照明設計提供更有效的理論指導。
光環(huán)境測評中多模態(tài)方法的優(yōu)勢
近年來(lái)我國城市夜景建設呈現數量激增的態(tài)勢。從情緒感知角度對城市夜景觀(guān)進(jìn)行評測，可以避免因審美主觀(guān)性而導致美學(xué)評價(jià)的不確定性。實(shí)驗結果顯示，采用可穿戴設備進(jìn)行生理反饋采集，并結合面部表情與主觀(guān)問(wèn)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。該評測方法可以應于與對建成環(huán)境的后評估，有利于城市夜景建設的有序發(fā)展。
后續研究可以以本研究為基礎，增大被試的數量，提高數據采樣的精度；抑或引入虛擬現實(shí)技術(shù)，替代現場(chǎng)實(shí)驗，能夠有效規避戶(hù)外實(shí)驗中環(huán)境因素控制及場(chǎng)景多樣化設計的局限，為城市步行空間光環(huán)境設計策略帶來(lái)更科學(xué)的實(shí)驗數據支撐。
參考文獻
[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(guān)照明對情緒影響的實(shí)驗探索——以上海南京東路步行街東段為例.照明工程學(xué)報(05),129-143.
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