基于VR技術的適老色彩環境循證設計方法探索
——以適老建筑室內色彩設計為例

陳堯東，崔 哲，郝洛西

(1.西南交通大學建筑與設計學院，成都 611756；2.同濟大學建筑與城市規劃學院，上海 200092)

引言

循證設計(evidence-based design，EBD)源于循證醫學(evidence based medicine，EBM)，是當代建筑及環境設計發展的重大趨勢之一[1]。循證設計是一種以高品質、健康型設計為導向，有機整合了科學研究的龐大“研創”體系，作為一種科學的、客觀的設計方法，能讓設計過程在關鍵節點有理可述、有據可循，充分建立起了建筑空間、環境與人之間的聯系，能有效實現針對特定人群“個性化”及“定制化”的環境營造。循證設計方法第一次被提出是在1984年，Ulrich[2]在一個醫療建筑的設計項目中，通過將科研實驗與設計有機結合，基于研究所證明的環境因素(自然光)對于病患的病情的影響作用，實現了一個療愈型的醫療空間環境的設計與營造。1996年，Sacket等[3]精確定義了循證設計的核心價值——循證設計強調建筑環境設計應基于嚴謹的科學研究，結合實踐經驗，并綜合空間使用者主觀意向及客觀生理數據，據此，提出最優設計方案。因此，這種設計方法能最大限度地建立設計對象與使用人群之間的聯系，不僅對用戶自知的主觀感受，還對用戶不自知的客觀健康因素做出科學的回應。近年來，循證學的應用范圍得到極大的延伸，在眾多領域得到應用[4]，如建筑、規劃、護理學、心理學等領域。其中，室內色彩環境的循證設計基于色彩對人視覺及情緒(色彩心理學)的影響，通過科學的實驗研究，量化最佳色彩參數，建立室內色彩環境與空間使用者健康及情緒之間的數據關系，進而指導實際工程設計與應用。

循證設計是一個整合了科研實驗、工程設計于一體的龐大體系，具有周期長、流程繁雜等缺點，因此，如何運用科學的手段及最新技術提高工作效率和設計品質具有較大的科研意義及工程指導價值。近年來，虛擬現實技術(virtual reality,VR)的日趨成熟，對于虛擬場景的構建及對真實世界的模擬真實感越來越強、還原度越來越高；能給使用者極強的臨場感及沉浸感。因此，VR技術在各個領域得到了廣泛的應用，比如教育[5,6]、工業設計[7]、醫療行業[8]等。其中，VR技術在城市和建筑行業的應用最為深入及廣泛[9-11]，其原因在于：虛擬現實技術能快速完成大量空間及環境元素的構建及模擬，并提供沉浸式展示，設計者及終端用戶能夠非常快速地完成對待選方案的評價及擇優實驗，從而大大縮短設計的周期，此外，相較于傳統的搭建真實場景進行模擬研究的實驗方法，VR技術還能節省大量人力、物力及相關經費的支出。因此，VR技術在輔助完成循證設計方面具有非常大的先天優勢及潛力。

本文以養老空間色彩環境的循證設計為例，系統介紹了VR技術在替代真實建筑空間及空間中的視覺要素，進行高還原的空間建構及沉浸式室內色彩模擬，完成循證設計流程的有效性及可靠度。研究充分證明了VR技術對于完成高品質的適老型室內色彩環境的營造起到了“場景模擬”、“設計溝通”及“方案確定”等輔助作用；對于實現“以特定人群需求為導向”(user-oriented)的個性化及定制化設計也能提供研究數據支持。

1 研究內容及方法

本研究選取了上海市第三社會福利院失智老人照料中心養老單元間為研究對象。研究基于老年人對室內色彩識別的視覺及心理特征，結合色彩心理學理論，對老年單元間色彩進行了系統的策略性改造設計，并應用VR技術，構建大量以色彩參數為變量的沉浸式虛擬場景，甄選老年被試進入虛擬場景，進行主觀評價，最終確定出適合于老年人的養老空間的色彩改造方案。

如圖1所示，養老單元間是一個寬6.6 m，進深7.3 m的6人間，南向開窗，開窗面積為7.14 m2(3.57 m2×2)。房間室內布局分為公共活動區(2 m×7.3 m×2.4 m)和2個休息區(2.65 m×7.3 m×3.2 m)。公共區域位于房間中央，內部布置有洗手池，頂部有空調系統，層高較低(2.4 m)。休息區沿公共區域對稱分布于東西兩側，各布置3張床位，層高3.2 m。

圖1 養老單元間的平面及空間布局圖Fig.1 Layout of the standard ward

1.1 室內色彩改造策略

基于老年人對色彩識別的視覺及心理特征，結合色彩心理學理論，本研究制定了養老單元間的色彩改造策略，如圖2所示，主要討論的色彩類型及區域有：①背景墻面色彩：背景墻是室內色彩面積最大的區域，其色彩影響著整個空間色顏色氛圍，對老年人的視覺及心理的影響不可回避，因此納入本次研究的討論范圍；②公共區域裝飾墻色彩：公共區域由于層高較矮，自然光照無法達到，且室內反射率低，導致該區域空間給人昏暗、壓抑之感，老年人也不太愿意在此區域活動，因此，研究試圖通過局部運用彩色裝飾墻面激活該空間，探討局部區域顏色對老人的視覺、行為及情緒的影響作用。③窗簾色彩：窗簾作為室內空間除墻面外，另一種大面積色彩元素，對老年人的影響也不容忽視；④私人區域主題色：私人區域的主題色可以幫助老人區分自己床位及識別自己的私人物品，增強歸屬感。由于老年人視覺系統的衰退，對顏色的識別能力降低，因此主題色試圖討論老年人對不同對比度的顏色的識別能力及喜好度。

圖2 養老單元間室內色彩方案示意圖Fig.2 Interior color strategy of the standard ward

由于色彩系統是一個龐大的體系，本研究為了縮小探討范圍，對市場上的室內空間常用的色彩進行大樣本量的抽樣調研，歸納總結各類顏色的趨勢及規律，并據此找出降維的方法。根據調研顯示：背景墻面色彩、公共區域裝飾墻色彩及窗簾色彩3類色彩在飽和度(S)和明度(B)值上都相對集中，各有傾向性，而色相(H)值相對離散。因此，研究將S和B值取定為各類樣本的平均值：背景墻面色彩，S=14%、B=83%；公共區域裝飾墻色彩，S=64%、B=76%；窗簾色彩,S=60%、B=24%。色相(H值)選用標準12色相中的9種顏色。具體色彩選擇如表1所示。

私人區域主題配色，為了探索老年人對臨近色及對比色識別能力和視覺偏好度，研究在12 色環種選取8鐘三色搭配的類型。如表2所示，實驗所選顏色搭配分為兩類：“120°對比色”、“120°對比色+30°鄰近色”。具體配色選擇如表2所示。

1.2 循證實驗

本輪研究共有21為老年被試參與實驗(部分老人由于無法適應VR場景，中途退出實驗),其中男性8位，女性13位，年齡范圍在65～90歲之間，平均年齡82歲。

實驗步驟為：①被試進入實驗間，熟悉整個空間，其間，主試簡要介紹本實驗的過程、講解VR場景中的注意事項，并幫助老年人進行心理建設，以免其在進入VR場景時出現異常反應。②被試坐定在公共區域中間的凳子上，戴上頭盔，允許被試站立及扭頭看看四周，主試切換場景，讓被試初步了解及適應所有虛擬場景，適應時間約5 min。③主試隨機切換各個區域的顏色，讓被試初步了解將要完成的顏色篩選工作。④主試切換第1個區域的顏色(背景墻顏色、公共區域裝飾墻顏色、私人區域主題色及窗簾顏色評價順序提前隨機排序)，切換1輪，讓被試熟悉，然后主試進行第2輪顏色切換，速度均勻、平緩，讓被試在看到自己喜歡的顏色就叫停，主試就記錄下顏色編號，每個類色彩選擇1～2種。⑤以④所述步驟將所有區域顏色評價完成，期間，被試如果感到眼部疲勞或不適，可以摘下頭盔，休息2 min，以避免因疲勞引起的評價誤差。⑥被試完成所有問卷，離開實驗間。圖3為實驗過程照片及場景、問卷等信息。

表1 背景墻面色彩、公共區域裝飾墻色彩及窗簾色彩3類顏色待選方案Table 1 The three color scenes of the background wall,public area and curtain

表2 私人區域主題色配色待選方案Table 2 Color scenes of the private area

圖3 實驗過程照片及場景、問卷等信息Fig.3 Photos and other information during the experiment

1.3 數據分析

通過應用Excel等統計軟件對所得數據進行分析處理，得到了老年人對養老單元間內各區域色彩的偏好情況。圖4所示為老年人對背景墻的顏色選擇情況，橫坐標為各顏色的H值，縱坐標為選擇人次。可以看出，顏色分布相對較均勻，偏好并不顯著，原因可能在于明度較高的色彩較淡、給人的視覺刺激較弱，老年人甚至感受不到這類顏色的差異，因此即使色相不同，老年人并沒有表現出明顯的偏好。盡管如此，從圖4中仍然可以看出：藍綠色系被選擇的次數更多，票數最高的兩種顏色H值分別為120和180。

圖4 背景墻顏色評價結果 Fig.4 The result of color selection of the background wall

圖5所示為老年人對公共區域裝飾墻色彩的選擇結果，可以看出，與背景墻顏色選擇結果相比，此類色彩選擇更為集中，色相值為180的藍色被10個老年被試選為最偏好的顏色，接近半數被試。當顏色較鮮艷時(如顏色飽和度在63.6%、明度在75.6%左右時)，不同色相的色彩對人視覺及情緒的影響較淡顏色更強烈，因此被試的好、惡傾向更明顯。老年人偏好藍綠色系的原因有以下兩點：①由于老年人的視覺衰退，對顏色的敏感度降低，根據人眼對不同顏色的光的視敏感曲線顯示[13]，人眼對555 nm的光的敏感度最高，即人眼藍、綠色光的敏感度高于紅光。②顏色心理學理論研究顯示[14]，藍綠色能使人鎮靜、給人安靜、清爽的感覺，紅黃色容易使老年人煩躁，同時容易產生其他負面情緒。此外，該實驗的時間正值夏季，這也加劇了被試對藍綠色系的偏好。

圖5 公共區域裝飾墻色彩評價結果 Fig.5 The result of color selection of the public area

圖6 窗簾色彩評價結果Fig.6 The result of color selection of the curtain

圖6所示為老年人對窗簾顏色的選擇結果，顏色分布相對較均勻，與背景墻的淡顏色原因一樣，當顏色樣本明度較低，顏色較暗時，不同的色相表現的差異并不明顯，給人的視覺刺激差異不大。而圖6中與背景墻及公共區域顏色選擇存在較大差異的點在于：對于較暗的顏色、對于窗簾，比起藍綠色系，被試反而傾向于紅色系，H=0及H=336的兩種顏色。

圖7所示為被試對私人區域主題色的選擇結果，從圖中可以看出老年人最傾向于第8種搭配，有11個人選擇，超過半數，而第5、6、7種并列第二，均得到了6票。可見相較于“120°對比色”，大部分票數集中到了“120°對比色+30°鄰近色”。因此，對于私人區域主題色，在標準12色環中，老年人比較傾向于選用“對比色+臨近色”做搭配。其原因可能在于：對比色雖然能幫助老年人很好的識別物體，但是從視覺偏好度來說，臨近色給老年人的視覺感受較柔和，不會產生強烈的刺激。因此，老人傾向于選“對比色+臨近色”。

圖7 私人區域主題色評價結果Fig.7 The result of color selection of private area

2 實驗結論

在適老空間中，室內色彩及其搭配不僅可以改變室內光譜環境，并通過視覺作用影響老年人的情緒及生理節律；因此室內色彩的合理應用能通過視覺及情感作用改善空間環境的品質，從而提高老年人的生活質量及幸福感。

本研究通過VR沉浸式呈現手段，基于真實的養老空間，構建虛擬顏色場景，讓老年人對虛擬顏色場景進行主觀評價，最終篩選出符合老年人視覺偏好的室內色彩設計方案，并通過數據統計、歸納總結及分析，得到一下適老性、健康型室內色彩設計結論及建議。圖8為根據實驗結論完成的養老單元間的色彩改造室內實景照片。

圖8 基于循證設計方法完成的養老空間色彩設計實景照片Fig.8 The photos of the color reformed standard ward

1)由于不同的色彩會給老年人不同視覺感受，養老空間色彩設計時應盡量避免武斷地從設計師的角度出發，忽略使用者的感受。客觀性較強的“循證設計”在養老空間的色彩設計中具有重要的指導意義。

2)對于養老空間的色彩設設計，明度過高或過低的顏色給人的視覺刺激較弱，老年人對色相的偏好度表現的不明顯，因此在使用此類顏色時，設計師自由度較大，可以更多的考慮其他用戶的偏好，如護工、家屬等。

3)當明度和飽和度處于中上水平，色彩較鮮艷時，對人的視覺及情緒影響較大，此時老年人對顏色的偏好較明顯。因此對于鮮艷顏色的應用應更加注意參考老年人的意見。

4)相較于紅黃色系，大部分老年人偏好藍、綠色系，藍綠色系給人清爽、安寧之感。

5)對于多種顏色搭配，從視覺偏好度出發，老年人更傾向于選擇鄰近色，因為鄰近色給人的視覺刺激更柔和，而從視覺作業角度出發，對比色能更有效的幫助老年人識別物體，能有效提高視覺作業效率。

3 總結

老年人是一個特殊的群體，對環境質量的要求也相對較高、較精細，因此采用循證設計的手段可以多維度挖掘老年對空間環境的視覺、情感及健康方面的需求，實現適老性環境的營造，而虛擬現實技術由于其對建筑空間及其他可視環境因素的高度還原性，能夠有效運用于循證設計的各個階段，大大縮短設計周期、提高設計品質。

目前基于VR技術的室內健康環境的研究尚存在以下問題：

1)對于環境參數的探討均基于視覺效應。目前，由于VR技術的限制，大部分以VR技術為工具的研究都是基于視覺效應。原因在于目前VR技術最為核心的部件為頭戴式顯示系統，而VR系統頭顯的本質是顯示器，因此運用VR技術進行科學研究也就只能局限于視覺系統作出定性探討，而無法進行定量研究。如室內光照環境可以完成對照明方式(空間光分布)的探討，對亮度、色溫做明暗、冷暖等傾向性的討論，而無法完成深入到數量級的定量研究。但盡管如此，VR技術在城市設計、建筑空間及環境模擬領域還是大有可為。

2)VR系統的互動性仍需加大開發力度。除了沉浸感強之外，VR技術的另一個優勢在于它在人機交互方面的強大潛能。而這一優勢也成功地在建筑設計各個階段的研究得到應用。如在建筑施工的研究中，運用VR技術探討施工流程，獲得最優的施工方案及流程。在建筑動態采光、智能遮陽研究方面，通過研究人的行為，探索遮陽控制界面的安裝位置及遮陽的動態模式。隨著技術發展、新的互動模式的不斷開發，VR技術基于人機交互功能的研究將能夠深入到更多領域。

3)沉浸感高，但還原度仍有待發展。目前，得益于VR技術的球幕顯示方式及互動性，VR技術能夠給用戶帶來極強的沉浸感及臨場感，但由于技術的限制及運行原理，VR技術對于真實世界的物體的細節及色彩的準確還原仍然無法替代真實空間，還需要克服大量的技術瓶頸。

致謝：感謝上海第三社會福利院的通力合作，為本研究提供實驗場地及被試。感謝上海邁動醫療器械有限公司、廣州先朗照明有限公司、偉加歐(上海)貿易有限公司、上海虛幻之光數字科技有限公司為本研究提供的技術支持。