智能家居照明情感表達系統構建研究

李元超，張 昆

（中國礦業大學，江蘇 徐州 221000）

0 引言

當今信息化時代，隨著人們消費的升級，人們對生活和居住方式的需求除了功能上的滿足外，情感上的補償也急需提升，加之智能技術突飛猛進的發展，促使家居產品設計理念朝著智能化、情感化的方向發展。在這一趨勢下，照明系統作為家居中最重要的一部分也迫切的需要智能化與人性化的融合。因此本文在對典型用戶家居情感狀態進行調研分析后，構建了以情感為主導的智能家居照明系統，為智能家居照明系統的設計提供了思路和指導。

1 系統目標與構建原則

1.1 智能家居照明情感表達系統解析

智能家居照明又叫智慧家居照明，是以科技創新為基礎，利用互聯網、控制原理以及傳感器等技術滿足基于人與光節律要求的多元化選擇，并得到應用者全新體驗及認可的新式照明，其最突出的特點就是場景感知和高度集成的智能控制調節[1]。智能家居照明的情感表達系統是建立在智能家居照明設備的基礎上，以滿足使用者的情感需求為出發點，由與照明相關的人、物、事件、環境等相聯系、相制約的若干組成部分結合而成的、能喚醒并調節使用者情感狀態的一個有機整體。

1.2 智能家居照明情感表達系統目標

系統目標的研究主要從“家”這一概念出發，探究目標用戶對“家”的定義，明確用戶在家居環境中的情感狀態（包括家中情感類型、情感的強弱、情感維系時間的長短以及舒緩方式），在此基礎上將情感目標按照功能區域拆分，研究各功能區域的情感氛圍目標。研究采用了用戶訪談和問卷調研的方法，選擇了7位城市中擁有自己獨立住房，對新興科技產品有愛好的家庭用戶進行了非結構型訪談，訪談問題涉及基本信息、家中生活描述、家中情感狀況和智能電子產品使用情況四個方面。問卷調查選擇在市區住宅小區生活的住戶，通過選擇預先設定好的各功能區域氛圍代表圖片和氛圍相關的形容詞，采用網絡發放和實地發放結合的方式，收回有效問卷70份。調研結果及分析如下：

（1）“家”的概念：“家”在使用者心中是一個多層面的集合。它在物理意義上指的是我們日常生活的空間；在社會層面上指的是由兩人及以上組成的家庭，這一層面的家更多的是一種責任的體現；在精神層面上來講，“家”是情感上的歸宿和寄托，是由智慧、理想和情感筑造的“精神家園”。

（2）家居情感狀態：進家之前的情感是中性的，以放松、溫順為主，特殊情況下還有些焦慮，情感強度較低，持續時間較長，可通過轉移注意力的方式進行舒緩；進家之后情感會向積極的方向發展，最后趨于中性，情感以喜悅、依賴為主。特殊情況下（舉辦活動）情感會趨向于驚奇，情感強度較高，持續時間短，可通過家居行為活動的方式進行舒緩。另外，通過問卷調研和文獻研究相結合的方法，得出了各功能區域情感氛圍目標：客廳-和諧的；臥室-溫馨的；廚房-安全的；衛生間-安靜的。

（3）根據以上調研結果和分析并參考相關文獻資料，我們可得出情感表達系統的總目標：營造滿足使用者情感需求的照明氛圍。

1.3 智能家居照明情感表達系統構建原則

信息感知處理的智能化原則：系統可通過各種傳感器多方位、靈敏、快捷的收集用戶活動和環境的信息，完成照明效果的輸出，自動替用戶分憂解難，幫助用戶清除照明中令他們煩心的小事和重復單調的事情[2]。

產品互動的自然化原則：自然意味著和諧，象征著交互的無感知和流暢性，在照明系統中，我們應該減少與系統的互動。讓系統根據使用者的行為習慣制定相應的規則，在不改變用戶使用習慣的前提下，讓用戶在無意識的體驗中完成操作和服務。使其更符合用戶的心智模型，用起來更舒適。

多樣照明的功能化原則：滿足實用性的前提下，針對不同情景、不同功能區域，可以采用多樣組合的照明形式，通過明與暗、冷與暖、多與少以及亂與律的多樣復合搭配，更好的滿足用戶的需求。

氛圍營造的個性化原則：注重使用性的同時也要注重照明氛圍的營造，可通過一些燈光裝飾搭配以及光影效果來滿足使用者的差異化照明需求。

2 情感表達方式與影響要素

2.1 系統中物的情感傳遞

在照明系統中，“物”是照明的載體，是所有使用價值、情感價值、社會價值以及文化價值的結晶和落腳點。其對人情感的影響，一方面來自于“物”本身的形態語義，以形達意；另一方面，物與人之間不同的交流互動方式也會帶給使用者不同的情感體驗。

（1）物的靜態語義。產品語義是基于用戶認知的基礎上，研究產品造型形態與意義的關系[3]。形態包含兩個層次的意思：“形”指的是我們人眼所看到的物體外部輪廓，“態”則指的是蘊含在物中的神態或精神價值，也就是由物的形所傳達的情感[4]。照明系統中我們經常通過語義的賦能，使得照明產品可以通過造型的點、線、面、體和與之相關的尺寸、形狀、比例以及相互之間的構成、色彩、材質等關系，作為傳達情感信息的語音和符號。一款名為“山水禪意”的燈如圖1所示，巧妙的將燈與中國的山水形態相結合，營造了一種讓人平和的禪意氛圍；以蒲公英為造型的“蒲公英燈”如圖2所示，其設計特點就在于其開關方式，這種形態的設計讓使用者一看就懂的輕輕一吹就能開關，也勾起了我們兒時娛樂的歡快回憶。其實，在賦予照明產品形態語義后，使用者都會按照符合自己心智模型的理解能力和思維方式主動的對照明產品的形態語義進行解碼，喚醒使用者的情感記憶，在腦中構建同化這些符號的認知結構，以達到與產品形態語義的共鳴，產生出某種特定的情感，完成情感的傳遞。

圖1 山水禪意燈Fig.1 The landscape of Zen lamp

圖2 蒲公英燈Fig.2 Dandelion lamp

（2）物的動態語義。從情感的角度出發，人與照明產品需要多方面的交互，交流互動才會產生情感，這種交互情感的產生不僅源自于照明產品本身所具備的動態屬性，而且也與人對照明產品的使用方式有關。視知覺理論認為，運動或變化的物體更容易引起視覺主體的注意，墨爾本設計師Nick Rennie設計了一款無線落地燈Sway如圖3所示，它可以像不倒翁一樣不停地擺動；由惠靈頓維多利亞三位大學生設計的Pinokio Lamp燈如圖4所示，它的特色是會追蹤人臉，并且會隨之移動，當你捂住臉時，它會很詫異的呆住，然后左顧右盼的去找你，像你捉迷藏一樣。相對于一般的靜態照明產品而言，這些“會動的燈”對于審美主體視覺體驗的影響也更加明顯，更能使人喚起相關聯的情感記憶。同時，照明產品使用方式也屬于動態語義的范疇，包括開啟方式、照明強弱的控制和動態設置等，涉及了人、機器和環境之間的互動和信息交換過程，這個過程應該是智能、自適應的自然式交互，是無感知的情況下做到真正的“懂你”的交互。

圖3 Sway落地燈Fig.3 Sway lamp

圖4 Pinokio LampFig.4 Pinokio Lamp

2.2 系統中光的情感表達

光是我們感知世界的媒介，通過光的設計可使物體變得靈動，創造空間的魔幻，喚起了人們的情感回憶。光的情感表達方式同樣是靜態和動態兩方面：靜態情感表達方式來自于光本身的物理屬性，包括光的亮度、分布、色溫以及光的布置四個方面；動態情感表達方式指的是光與影產生的韻律和動感。

（1）光的靜態屬性。光的亮度，確切的說是光影的亮度對比，即物體亮度與其背景亮度的對比，是決定了物體可見度的重要因素。光與影的對比度過小，會降低物體的清晰度，影響使用者的可用性；對比度過高則會導致眩光，對使用者尤其是兒童的眼睛生理發育有一定的影響。除了與光源照度的強弱以外，光線照射方向不同，形成的光影對比效果不同，帶給人的感覺也不同。例如，光線從背面投射在物體周圍產生的光環，營造出了趣味性的氛圍，但從下向上投射形成的光影會帶給我們心里的不適，往往用這種方式來營造陰森恐怖的氛圍[5]。

光與影的明暗分布可分為三種：重點照明、局部照明和整體照明（如圖5所示），不同的明暗分布會給使用者帶來不同的情感體驗。重點照明是一種指向性照明，亮部與陰影的強烈對比，營造一種精神層面的沖擊感。局部照明采用均勻式照明，利用光線將空間分隔，滿足不同使用者的心理感受。整體照明是利用一種均勻光源照亮整個室內環境，使空間整體變得柔和舒展。另外，也可將這幾種照明方式進行混合搭配，取長補短，滿足使用者不同的情感需求。

圖5 光影明暗分布圖示Fig.5 Distribution diagram of light and shadow

色溫是光的屬性之一，暖色光（偏紅色、橙色）、中性光（偏白色）和冷色光（偏藍色）是衡量光線顏色成分、分析光線色彩傾向的一種標準。研究表明，當被試者在涼爽的環境中對某些波長光色反應積極時，卻在溫暖的環境中反映消極[6]，這也就是為什么暖色光帶給人以溫暖和興奮的體驗，而冷色光會讓人涼爽和鎮靜的原因。

光在空間中的布置對光線的明暗、方向、均勻性都有很大的關系。大多數的家居空間的照明都是通過規律與秩序的照明光線來劃分空間，使空間整體上有一致性，但有時為了點綴或豐富家居照明環境，我們也經常將照明有意布置的隨意無序，用來強調或美化這一區域，這樣可以消除使用者的不變的審美疲勞，帶給使用者煥然一新的新奇體驗。

（2）光影的韻律和動感。相對于光與影靜態的物理屬性，其動感和韻律來自于光源的和遮罩物的變化。光源的變化、光照的異動以及燈具本身的原因會使照明產生運動感，光與影利用這種跳動感使空間發生了豐富的變化，引起人們情感的共鳴。例如對于遮罩物而言，遮罩物通過本身所具有的材質、圖案或光源透過圖案產生的光照變化可以產生意想不到的光影效果。另外，遮罩物通過一定周期性的變化，引起光影的變形，使之形成具有韻律的秩序特征，產生很多有趣多變的情感照明態勢，這也會對人的生理、心理產生微妙的影響。

2.3 情感表達的影響要素

（1）人：家庭人口結構的的多樣性，意味著家庭對照明需求的差異，這種差異體現在不同年齡、性別、職業等方面，如老年人和年輕人的差異、未成年人和成年人的差異、男人和女人的差異等，因而不同的使用者對照明情感表達的要求也不同。另外，當有客人來訪或他人的因素，照明也應該做出相應的改變。

（2）事件：各功能區域住戶不同的行為事件對照明系統情感的表達有著重要的影響。根據各功能區域住戶的行為活動可將其進行如下分類：

客廳作為家中的公共空間，是家庭娛樂、休閑、交談、團聚以及會客的場所?？蛷d中使用者特征的變化以及行為活動的不同使得客廳的照明不可能是一成不變的，而應該是多種的，不同的場景和事件可將客廳照明劃分為：日常照明、會客照明、團聚照明、精細作業照明（閱讀、學習、游戲等活動）和看電視照明。不同場景有不同的照明環境供不同使用者選擇，滿足他們不同的情感需求。臥室屬于家庭的私密空間，通常臥室中會有以下幾種活動：睡眠、看電視、閱讀、化妝、休閑、工作學習以及手工制作等，由于其行為活動的特殊性，使得照明環境更應滿足住戶的個性化特征，設計要力求營造溫馨恬靜的氛圍，整體不需要強烈的照明，色調要利于人們身心放松。廚房是從事炊事活動的空間，照明環境首先要注重功能性，注重一般照明與局部照明結合的照明方式，另外，一些裝飾照明也可以調節住戶做飯時的心情。衛生間的照明應該有足夠的照度以滿足排便、洗浴、洗漱、化妝、更衣等功能，同時燈光效果也應具有一定的藝術品位。另外，使用者在功能區域場景轉換時，要充分考慮到視覺系統的明暗適應以及照度變化對使用者心理的影響。

（3）環境：環境對人情感的影響是毋庸置疑的，室內格局、空間構成以及物品布置都會影響人們的行為和情感。與照明相關的各種物理設施，包括照明產品的形狀、材質、顏色、陳列形式，以及室內和室外的氣候一同構成了影響使用者情感的環境因素。

3 功能模型構建

3.1 系統框架

綜合上述研究并結合現有照明系統，提出了以情感為主導的智能家居照明的情感表達系統，如圖6所示。

圖6 智能家居照明情感表達系統Fig.6 Intelligent home lighting emotional expression system

3.2 功能模塊

信息輸入：將與照明相關的人、事件、環境的信息，不僅包括使用者進行家居活動的動作、姿態、語音以及面部表情等實時信息，而且也包括了使用者的情感類別、情感持續時間、情感強度、舒緩方式等實時信息，同時，家居微環境中的亮度、溫度、濕度等物理信息也同樣作為輸入到照明系統中進行信息編碼的源數據。

信息處理：照明系統信息處理的過程體現了照明系統的智能化。通過多通道傳感器的感知識別，提取相關信息的特征并按照一定的關系進行聚類融合，融合后的信息傳輸到智能處理系統，利用人工神經網絡和模糊算法等多技術的學習處理后進行判斷和決策，并將處理后的信息進行執行。

結果輸出：信息處理后的數據按照系統執行的要求對照明產品和光影效果做出響應式的輸出。對于照明產品而言，根據執行的要求對照明產品的姿態、色彩、材質等物理屬性進行動態變化；對光影而言，光屬性（亮度、照度、色溫、分布等）、光影韻律和動感以及用戶的使用方式的變化一同構成了系統輸出的結果，同時又作為反饋信息來調節優化人的情感狀態和信息的輸入。

4 結束語

美國社會未來學家約翰·奈斯比特曾說：“我們正走在高技術與高情感的兩個方向，人們試圖給每一種新技術都配上一種起補償作用的反應，一種高情感的補償[7]”。因此智能家居照明系統的設計不僅要充分考慮到新技術的應用對使用者和照明系統之間互動方式的影響，更應考慮到使用者的情感需求，做到真正“懂你”的情感照明系統，享受照明帶給我們的高情感補償。

[1]曹小兵.家居智能照明現狀與發展趨勢探析[J].燈與照明，2016，2.

[2]林山.改善用戶體驗的7種途徑[J].計算機與網絡，2014，22.

[3]李欣芮.面向產品造型的感性認知設計研究及應用[D].重慶：重慶大學，2016.

[4]曾超，曾亞琴.談自然形態在陶瓷茶咖具設計中的體現[J].景德鎮陶瓷，2013，1.

[5]孫杰，馬云林.光與影的交織—光影藝術在室內空間中的演繹與表達[J].價值工程，2016，3.

[6]劉煒.住宅人工照明光環境智能控制研究[D].重慶：重慶大學，2003.

[7]李靜.以情感體驗為目標的情侶產品設計探究[D].無錫：江南大學，2008.