以人為本
——思辨性健康照明設計

王舒陽

(上海華為技術有限公司，上海 201206)

引言

當今大數據、物聯網、人工智能、材料革新等技術領域的突破為照明設計帶來功能實現、生產制造的巨大變化，人們對光環境的認知隨著科技的進步與生活水平的提升，有了更加清晰的追求。照明設計也要在這樣的一個背景下去適應新興技術所帶來的變化，基于現實的健康照明的科學理論研究，運用虛擬現實(VR)技術，使體驗者有更加真實的沉浸體驗，大膽探索一種以VR 作為探索健康照明起點，思辨未來的光環境設計，“以人為本”，滿足人們對光環境更高層次的需要。

1 健康光照的相關研究

1.1 光與晝夜節律的關系

光雖是無形的，但卻在人類的健康領域中扮演著重要的角色。光的不同屬性會影響照明效果，如顏色、溫度、照度、自然光或人工光……光會在三個主要健康領域影響人們：視覺效果、情感效應和晝夜節律。健康光照環境涵蓋了“視覺功能、生理調節、情緒干預”三個方面，是一個適用于所有人居環境的、持續的、廣泛的光環境概念[1]。在該研究中主要關注的是光與晝夜節律的關系。

光不僅會產生視覺效應，還會產生非視覺的效應。“雖然人們還在持續探索以完全理解光的非視覺效應，但是已經有定量模型被提出，去根據人眼入射光的特征來評估光的晝夜節律刺激”[2]。在研究了晝夜節律與照明設計的關系后，筆者了解到在視網膜中存在了一種特殊的細胞，稱為第三類感光細胞(ipRGC)。“ipRGCs 向視交叉上核(SCN) 報告光刺激以減緩人類血液中褪黑激素的分泌，從而影響晝夜節律。褪黑激素促進困倦，減慢身體功能并降低活動水平”[3]。ipRGCs 的發現解釋了光如何影響晝夜節律的原理。

1.2 光對人類晝夜節律系統產生有益影響

在文獻[3]中，作者得出結論：色溫5 000 K時的節律效率相對3 000 K并無明顯提升，且色溫4 000 K時的節律效率低于3 000 K時的節律效率；而基于EML 模型的計算結果顯示：自3 000 K以上節律效率隨著色溫的上升而增強，即5 000 K所對應的光譜節律效率明顯強于3 000 K。雖然基于兩類模型得出的趨勢存在差異，尚有待進一步研究加以明確，但是對于照明光譜視覺效率與節律效率之間的關系可得出一致結論: 當色溫一定時，光譜的節律效率均隨著視覺效率的增加而呈現減少的趨勢，即傳統的追求高視覺效率的照明方式將很可能不利于提供高效率的節律照明[4]。由此找到了關于光對人類晝夜節律系統產生有益影響的科學支持結果,不適應的光環境很可能對人體的生物節律產生不良的影響，并且很有可能引起一些例如節性情感障礙等疾病。由于缺乏自然光照，紐約地鐵MTA 地下工作的工人(工作時間缺乏自然光)普遍存在晝夜節律紊亂的問題。同樣的問題也發生在光污染嚴重的大城市的人身上。作為一名城市設計師，有責任幫助那些飽受晝夜節律紊亂之苦的人們。

1.3 光療改善睡眠和健康問題

近年來多個研究表明, ipRGC 的信號會傳導至下丘腦, 腹外側視前(ventrolateral preoptic nu-cleus, VLPO)具有誘導睡眠的作用[5，6], 但是桿狀體細胞和錐狀體細胞同樣對睡眠具有影響[7]。由于缺乏自然光照，國際空間站(ISS)的宇航員們普遍存在晝夜節律紊亂的問題。圖1所示為美國宇航局研究并投入使用的一種光療裝置，它是一種強度和顏色可調的LED 燈，并且已交付給國際空間站(ISS)取代了之前使用的熒光燈泡。根據費城Thomas JeffersonUniversity 的George C. Brainard 教授的研究顯示，這種LED光療裝置將改善船員的睡眠和健康問題。

圖1 由美國國家航空航天局生產制造的LED 燈Fig.1 LED lamp made by NASA

2 以VR作為探索起點的健康照明的思辨設計

2.1 使用虛擬現實(VR)來模擬物理照明環境具有很大的可行性和潛力

在文獻[8]中,作者研究并比較了哪些主流媒介更適合模擬物理光照環境。得出以下結論：

1)“媒介展現整體能力順序是物理空間>虛擬現實復制品>視頻復制品>圖片復制品。”

2)“在主觀評分方面，虛擬現實照明環境的評分最接近物理光照環境，媒介近似系數的順序是物理空間(1)>VR復制(0.886)>視頻復制(0.752)>圖片復制(0.679)”

“VR 是展現平面、傳統照明與住宅中3D 全光譜照明的沉浸式體驗之間形成鮮明對比的最佳媒介”[9]。基于以上權威的科學研究報告，基于科學界關于媒介展現、虛擬現實照明環境的理論研究以及實踐案例支持，用VR 模擬物理照明環境具有很大的可行性和潛力。使用VR 模擬物理照明環境，與傳統真實的光環境模擬手段相比，虛擬現實技術具有更加敏捷、低成本的設計、反饋、迭代的特點，從虛擬現實的角度去探究健康照明療愈的思辨設計。

思辨設計(Speculative design)，在一個基于unity 引擎搭建的虛擬室內空間，空間的四周墻上播放一些平和、放松的自然場景的視頻，并且這個房間的光溫將達到2 700 K，這將在白天緩解人們的晝夜節律紊亂[3]。通過一些簡單抽象的燈光來構建一個用戶不同感覺的光空間。簡化場景給體驗者提供一個更純凈、寧靜的光療場景,使體驗者在VR 場景中停留超過5 min，嘗試在純凈和單調之間找到平衡點。

如圖2所示的迭代原型設計中，在unity 中構建造了一座寺廟，有一些陽光從太陽穿過寺廟，陽光的光溫為2 700 K，來表達提神和儀式的感覺。用戶在這樣的光環境中帶有儀式感，通常會感到空靈，放空思緒，有助于用戶從現實世界的紛擾中逃脫、放松，進入冥想狀態，探索使用VR技術構建和迭代VR照明場景，使設計師能夠在擬議特定的室內環境為用戶模擬光療的可能性，以促進健康的晝夜節律。

圖2 最終VR 原型Fig.2 Final VR prototype

2.2 以VR 作為探索起點的健康照明設計思辨

國內外已經有許多照明產品引入了生物節律調節的概念，例如Zumtobel 就通過Mellow Light V Tunable White 燈具和照明控制系統為用戶提供3 000～6 000 K之間不同色溫的照明環境來為用戶提供有助于生物節律穩定的照明解決方案。基于這些研究，通過VR 健康照明的設計原型，以人的日常生活四個使用場景(起床、工作、Happy hour、睡覺)，通過光雕投影技術在全黑的同一室內空間內營造了多個不同的季節，而這些季節會緩緩地隨著時間的推移變換：虛擬投影的花朵會從誕生、生長、結出花蕾、開花、凋謝到死亡，進而營造不同的光影視覺空間氛圍。在這個光影雕刻的營造的光環境中，通過虛擬花朵營造光環境的變化，讓用戶沉浸進入冥想狀態，去思考生命流逝的意義。

通過光雕投影(Projection mapping)的方式去模擬具有不同色溫的光環境以達到光療的目的。從用戶體驗的角度，通過光交互和光雕投影(Projectionmapping)領域的照明設計來優化迭代光療，如圖3所示，使用戶不僅可以通過光療收到療愈，還可以享受光療的過程，幫助人們改善生物節律，提升生活質量。

圖3 交互和光雕投影迭代VR 照明場景Fig.3 Interaction and projection mapping iteration VR lighting scene

2.3 健康照明的核心內涵是以人為本

近20年內，從白熾燈、金鹵燈、鈉燈、LED、OLED 到智控系統、互聯網+、智慧家居等智能控制技術的飛速發展，人類關于光對人的身心影響研究不斷深入,特別是光環境的研究與應用已從原有的視覺功效發展到與情緒、睡眠、認知、節律等各個方面有關的光與健康的問題，讓照明逐步走向動態照明, 即根據時間調整照明光譜及強度, 從而為人們創造安全、舒適、有益身心的健康照明光環境,這也對照明應用提出了更高的技術要求[10]。以VR 作為探索起點的健康照明，是一種對未來光環境思考的思辨設計，通過VR 智能技術, 實現因人、因時、因需而變的目標, 建立基于非視覺效應的動態光環境設計體系, 是對于健康光環境的新的思辨思考。一個宏闊的思維空間，一個盡可能深入驗證體驗的可能，這兩個方面是思辨設計的重要的基點，“思辨設計”不是告訴我們一個具體的答案而是提示出對未知的思考。思辨健康照明設計，把思辨的所有感受、感知、感覺轉換成創造的動力，“以人為本”——為人們的真實需求而用光，為更舒適的視覺體驗而用光。