景觀照明中典型建筑形體的色光情感定量化研究*

張明宇 董奇英 馬 劍 劉 剛

(天津大學天津市建筑物理環境與生態技術重點實驗室，300072)

1 研究目的及內容

現代城市中各種建筑類型因其功能、性質、體量、規模不同，在其夜景照明設計中照明方式、色光運用、燈具類型選擇應用上有很大差異，對色光情感進行定量化研究對實現城市光環境較高的心理滿意度和營造適宜氣氛具有重要的意義，不同色光產生的心理感受傾向是目前色光照明研究中的前沿問題。

本論文是國家自然科學基金項目“人工光環境中色光情感定量化研究”的部分研究。通過模擬實驗、主觀評價、數據統計分析等手段尋求建筑載體的色光情感定量化表達。

2 典型建筑類型和實驗典型光源

通過武漢、天津兩座城市的建筑現狀和照明情況的調研，在對武漢11條干道兩側的建筑類、天津中心城區13個地段的建筑風格、類型、建筑層數的調研，通過比選，最終選定以三種體量的典型建筑形式為研究對象。見圖1。

實驗中模擬的光源選用白色金鹵燈、藍色金鹵燈、紫色金鹵燈、紅色金鹵燈、高壓鈉燈、黃色LED、白色LED、藍色 LED、紫色 LED、紅色 LED共計十種。

圖1 選取的三種體量典型建筑形式

3 實際光源色的還原再現

在全黑環境的實驗室中，用BM-5彩色亮度計對所選擇的 LED光源進行色度測量。采用0°入射45°觀測的方法，對光源進行測量。首先由測量得到各色刺激的色度坐標 x、y及亮度因數 L*值，根據CIE 1976(L*a*b*)空間米制明度 L*的計算公式①荊其誠，焦書蘭等，北京:科學出版社，1979.:

L*=116(Y/Y0)1/3－16 Y/Y0>0.01

求得Y，(其中Y0為CIE標準照明體D65照射在完全反射漫射體上，再經完全反射漫射體反射到觀察者眼中的白物體色刺激的刺激值，Y0=100)根據下列CIE光譜三刺激值的公式②程杰銘等，《色彩學》北京:科學出版社，2006，98頁.:

表1 實際色光定量化再現數據

得出顏色刺激的色刺激值 X、Z。然后再根據ITU(國際電信聯盟)的PAL制式彩色顯示器XYZ系統向RGB空間的顏色轉換模型公式③何興國，《顏色科學》上海:東華大學出版社，2004，269－270頁.

本課題“計算機——等離子電視”組成的圖像投影系統作為建筑夜景模擬定量化再現輸出的裝置，依據已有色光還原的技術路線，通過實驗數據測量和數據模型的計算，得出與真實色光相對應的數字驅動值 Ir、Ig、Ib。

圖2 部分實驗研究樣本示意

4 夜景照明中建筑色光情感偏好定量化研究

對色光再現實驗中的30個建筑色光組合，借助根據語義差別 (SD)法設計的主觀評價量表，進行20人的主觀評價測試，運用SPSS分析軟件進行分析，得到了可供進行色光情感預測的評價因子、規律及初步的量化公式。實驗狀況見圖2～圖5。

4.1 實驗方法

圖3 實驗環境

圖4 實驗設備

選取天津大學20名在校學生為單色光情感評價實驗樣本，使用語義差別法對研究對象進行分析研究。根據前期預實驗得出的20組情感尺度作為本實驗的主觀評價量表，見表2。

圖5 實驗過程照片

4.2 實驗數據分析

4.2.1 信度分析

對選用的20對情感尺度進行因子分析，通過評價量表可靠性、情感尺度間的相關系數的分析剔除4對情感變量后，進而獲得了四個公共因子:色光活動性情感因子、建筑本質性因子、色光本質性情感因子、建筑評價性因子。

表2 主觀評價情感尺度的確定

表3 20對情感因子評價量表的信度分析

由表3可見，本實驗所用的20個詞對的建筑色光情感評價量表對30個建筑夜景圖片樣本的信度克倫巴赫 α(Cronbach's Alpha)系數值為0.805，因此本研究所用的建筑色光情感評價量表具有較好的內部一致性和可靠性。

剔除“公共的—私密的，華麗的—樸實”兩對情感因子后，信度系數提高至0.841，對最終量表內的相關系數增加，從整體上提高評價量表的可靠性，見表4。

表4 18對情感因子的信度分析

4.2.2 因子分析前提條件

表5 巴特利特球度檢驗和KMO檢驗

通過前期量表可靠性分析，現針對18組情感尺度進行因子分析前的統計檢驗，由表5可知:巴特利特球度檢驗統計量的觀測值為6142.048，相應的概率P-值接近0，小于顯著性水平 α(0.05)，則應認為相關系數矩陣與單位陣有顯著差異。同時，KMO值為0.860，根據Kaiser給出的常用的KMO度量標準:可知原有變量適合進行因子分析。各個情感尺度間大部分的相關系數都較高，各變量呈較強的線性關系。但是“沒有印象的—印象深刻的”和“簡單的—復雜的”兩個情感尺度之間的相關系數較低，不太適合進行因子分析，因此，去掉這兩個情感尺度，對剩余的16個情感尺度進行因子分析。見表6。

4.2.3 因子提取

本研究在色光情感的因子提取中，采用了主成份分析法 (Principal Component Analysis)，并利用垂直正交旋轉 (Orthogonal Rotation Method)的方差最大法 (Varimax)進行因子旋轉，期望能將評價最終確定的16個建筑色光情感變量以少數的公共因子概化表達。

公共因子確定后，根據因子得分系數矩陣，可以分別得到30個建筑色光樣本在4個公共因子上的得分情況，進而得到建筑色光對人產生的情感偏好。

4.2.4 因子得分

從4個因子在所有樣本得分數據整體折線圖(見圖6)的趨勢來看，因子4得分幾乎全為正值，說明其解釋的情感尺度“難于識別—易于識別”、“難尋視覺目標—易尋視覺目標”、“傳統的—現代的”建筑評價性指標都表現為正向情感即色光與三種類型建筑組合后給人的情感偏好為易于識別、易尋視覺目標和現代的。因子1和因子2得分趨勢呈相反狀態，不同類型樣本之間呈現的情感偏好也較大。因子3的折線趨勢說明其對人產生的情感偏好與光源的性質和建筑類型都有很大關系。

表6 各情感尺度與因子對應表

圖6 30個建筑色光樣本在四個因子上得分均值折線

結合上分析，人均得分權重求和均值大于0，說明該組合主導情感為建筑色光情感尺度中的正向情感，如“溫暖的”、“尺度適當的”等等;小于0的組合引發的主導情感為色光情感中的負向情感，即“寒冷的”、“尺度不適當的”等。

4.3 結論

a)三種類型建筑在因子1(色光活動性指標)上的得分趨勢幾乎一致，三種建筑與白色金鹵燈、白色LED、藍色金鹵燈、藍色LED四種光源組合后情感偏好為寒冷的、鎮靜的、寧靜的、肅穆的和無活力的;相反，與紫色金鹵燈、紫色LED、高壓鈉燈、黃色LED、紅色金鹵燈、紅色LED六種光源組合后產生正向的情感偏好，即溫暖的、興奮的、熱鬧的、活躍的、有活力的，在照明設計師以往經驗上，色光應用到不同建筑形體上的夜景照明中，色光的冷暖在建筑夜景照明中情感偏好的主導作用。

b)三種建筑類型在因子4(建筑評價性指標)上的得分幾乎都為正值，由此可以得出，夜景照明中描述建筑“難于識別的—”、“難尋視覺目標—”和“傳統的—”三個情感尺度與色光差異甚微。也就是說，建筑設計師塑造的建筑日景效果 (建筑評價性指標)在夜景表現上，與光色關系小。

c)根據各因子的方差貢獻率確定權重，從而得到色光情感綜合評價得分計算公式:

F=0.31F1+0.23F2+0.1F3+0.07F4

和根據情感得分排序得到以下結論:建筑的夜景照明中人的情感偏好的產生與色光關系密切，而建筑本身具有的尺度、功能、性質、材質、色彩等因素對人產生的情感偏好無主要影響。

5 結語

本論文針對典型建筑形體的色光情感影響進行定量化研究。在大量調研基礎上統計歸納了三種典型建筑形體和三種夜景照明方式，借助測量儀器和計算機模擬軟件等手段進行場景實驗室定量化再現模擬，在已有研究成果的基礎上進行建筑形體色光情感的定量化拓展研究;論文運用實驗心理學、主觀評價分析法、統計學理論等研究方法，分析得到了基于三種典型建筑形體的色光情感規律和綜合評價公式，為今后建筑夜景照明中色光運用提供定量化參考依據，同時也為今后實驗對象的進一步拓展拓寬了空間。

［1］肖俊宏.景觀照明中色光偏好定量化方法研究:［博士學位論文］，天津;天津大學，2008.

［2］王婷.建筑景觀照明中涂料墻面色光情感定量化方法研究:［碩士學位論文］，天津;天津大學，2009.

［3］牛盛楠.建筑景觀照明中材質色光情感定量化研究:［博士學位論文］，天津;天津大學，2010.

［4］郝洛西.城市照明設計，遼寧:遼寧科學技術出版社.

［5］譚榮波，梅曉仁.SPSS統計分析實用教程，北京:科學出版社，2007.

［6］湯岐山.光色主觀評價的色彩再現與視角還原方法:［碩士學位論文］，天津;天津大學，2005.

［7］荊其誠，焦書蘭等.色度學，北京:科學出版社，1979.

［8］程杰銘等.色彩學，北京:科學出版社，2006，98.

［9］何興國.顏色科學，上海:東華大學出版社，2004，269～270.