景观照明中色光情感的定量化实验

肖俊宏，马 剑，刘 刚，孙立晔，张明宇

景观照明中色光情感的定量化实验

肖俊宏，马 剑，刘 刚，孙立晔，张明宇

(天津大学建筑学院，天津 300072)

针对以往色彩情感定量化研究结果缺乏对城市景观照明这种大尺度色光环境的适用性的问题，提出了一种适用于大尺度景观照明空间的色彩情感定量化方法．对56个大尺度单一色刺激，用19个色光情感尺度进行30人的视觉评测实验．通过因子分析，获得了活动性、评价性和适应性3个单色光情感因子．色光属性与色光情感之间的相关分析结果显示，色光的明度对色光情感的影响最大、色相的影响较小．同时，给出了不同彩色光正、负向情感对应的亮度参考值，并用数理统计分析方法分别建立了基于心理计量尺度的单色光情感及情感因子预测模型．

景观照明；色光；色光情感；定量化

随着照明新光源(如LED)以及新技术的研发与应用，使得景观照明中可供使用的彩色光越来越丰富，为景观照明色彩意境的营造提供了更为广阔的空间．但是，由于彩色光的应用缺乏理论支持及科学定量的依据，致使其在我国景观照明中的应用还存在着很大的盲目性和随意性．那么如何科学合理地运用色光所唤起的色彩情感与色彩偏好是解决上述问题的关键．以往色彩情感和偏好定量化研究都是针对物体色进行的小角度观察实验[1-9]，其结果缺乏对城市景观照明这种大尺度色光环境的适用性；而色光情感定量化研究，正是要探索一种适用于大尺度景观照明空间的色彩情感、偏好的定量化研究方法，为景观照明色光设计提供可靠、科学的参考依据．

笔者以大尺度单色光为研究对象，通过实验心理学方法对其所唤起的色彩情感进行定量测量和参量化表达；通过统计分析找到人们对色光的认知规律特性，并得到色光情感的基本尺度，建立色光情感量化模型及国际照明委员会(commission internationale de l'eclairage，CIE)色度参数与色彩情感对应的量化关系．

1 实验方法

1.1实验物理刺激的选取

将红、黄、绿、青、蓝、紫6种纯色以及投影再现的红色金卤灯、蓝色金卤灯、紫色金卤灯和高压钠灯4种非饱和色[10]，按照亮度10%递减的规律进行选取．为了确保等距划分的色光刺激能产生等距的视觉感知，本实验引用了基于视觉感知实验的孟塞尔明度值作为进一步选取色光刺激的依据．图1为所选56个色光刺激在国际照明委员会制定的均匀色度空间CIELAB上的分布图，其中，L*为明度，a*为红-绿轴，b*为黄-蓝轴．

图1 56个色样在CIELAB色度空间的分布Fig.1 56 color samples in the CIELAB color space

1.2实验样本的选取

选取天津大学在校大学生30人为实验样本，平均年龄为(20.78±2.73)岁．其中男生、女生各15名；建筑专业、非建筑专业各15名．在实验前，被试者均被要求进行石原氏色盲测验(Ishihara color blindness test)，以确保被试者具有正常的色彩视觉．

1.3实验所用情感尺度的选取

本实验选取19个常用色彩情感尺度来描述单一色光刺激．根据Osgood确立的语义差别法，将这19对情感尺度按照语义划分为3组，如表1所示．

表1 实验所用的19对色彩情感尺度Tab.1 19 color-emotion scales in the experiment

1.4实验方案及过程控制

本视觉评价实验在暗室中进行，用已标定的松下PT-U1X86投影仪随机地将56个色光刺激以全屏(2.2,m×1.65,m)方式依次投出．被试者坐在距屏幕约4.5,m处，以大约20°的视角对其进行观察评价．色刺激呈现10,s，然后投影仪投出白屏，此时要求被试者在40,s的时间内，用所选的19个情感尺度对刚才呈现的色刺激进行5级语义差别描述，然后再依次进行下一个色刺激评价．

2 实验结果分析与讨论

2.1性别、专业差异的影响分析

将主观评价实验所得的31,920个数据，按照算术平均数来进行统计分析．采用皮尔逊积差相关分析方法对不同性别、不同专业的情感评价数据进行相关分析．结果显示，男性与女性、建筑专业与非建筑专业在19个情感尺度上相关性均达到了显著水平．这表明性别、专业的差异对本研究中所选色彩情感总体评价没有影响．

2.2色光情感因子分析

本研究采用主成分分析法对19个情感变量进行因子提取，并利用垂直正交旋转的方差最大法进行因子旋转．得到3个公共因子，分别定义为色光的活动性(activity)情感因子、评价性(evaluation)情感因子及适应性(adaptability)情感因子，方差累积贡献率达到90.36%，分析结果详见表2．

表2 19对色光情感因子负荷矩阵Tab.2 Factor matrix of 19 chromatic-light emotions

2.3色光属性与色光情感的相关分析

对色光属性(明度值L*、彩度值C*及色相角H*)与色光各情感尺度及情感因子进行皮尔逊积差相关分析，分析结果如表3所示．结果显示，色光的明度值L*除了与“热闹的-宁静的”、“兴奋的-镇静的”、“温暖的-寒冷的”、“浪漫的-现实的”4个情感尺度相关性不显著外，均与其他情感尺度显著相关，尤其是与评价性和适应性因子中的情感尺度相关度较高．由此可见，色光的亮度对景观照明整体氛围的评价具有很重要的影响．

色光的彩度值C*主要对活动性因子中的情感尺度影响较大；而色相角H*对色光情感的影响相对于明度值及彩度值的影响要小，这一点与之前Wright等[1]、Hogg[2]以及Xin等[8]的研究结论一致．

值得注意的是，有好多色光情感是受色光属性综合影响的，如“振奋的-抑郁的”、“有活力的-无活力的”、“快乐的-悲伤的”等情感尺度同时受明度和彩度的影响，即若要营造上述色光情感氛围就要同时兼顾色光的亮度和彩度；还有“热闹的-宁静的”、“兴奋的-镇静的”、“温暖的-寒冷的”尺度同时受彩度和色相的影响，“高雅的-粗俗的”、“平常的-不平常的”情感尺度主要受明度和色相的影响，而“现代的-传统的”情感尺度则是同时受3个属性影响．

综上所述，色光的明度是景观照明色光情感表达最重要的影响因素，其次是色光的彩度，而色相的影响相对较小．表4为统计分析后建立的色光亮度与其主导情感之间的量化关系，可为色光使用提供量化的参考．

表3 色光情感与色光属性之间的相关分析Tab.3 Correlation analysis of chromatic-light emotions and color-appearance attributes

2.4色光情感的定量化表达

为了直接定量化地预测色光的色彩情感，考虑用数理统计分析的方法，建立基于色彩心理计量尺度的色光情感数学模型，为照明设计及实际应用中色光情感的预测提供更为直接、方便的途径．

采用相关分析和统计描述气泡图的方法来分析各情感因子及其代表情感尺度与色光3属性之间的关系．气泡图不仅可以将色光情感在色彩心理计量尺度空间分布的情况很好地表示出来，而且还可以将双向的心理情感及其感受强度直观地进行描述，便于发现色光情感分布的规律．最后用回归分析方法将这一规律用色光的属性来进行定量化表达．

(1)“温暖的-寒冷的”情感尺度．图2是56个色刺激的“温暖的-寒冷的”感受在CIELAB空间的分布气泡．图中白色气泡表示有温暖感的色刺激，黑色气泡则表示寒冷感，气泡的大小表示色刺激在本情感尺度上的感受强度．由图2和表3的相关分析可知，“温暖的-寒冷的”情感尺度与明度值L*的关联不大，主要是受色相角H*与彩度值C*的影响．温暖感主要集中在红、橙、黄、紫色相上，寒冷感则主要集中在蓝色系上．白色气泡在色相角为41°时最大，表明该处色刺激的温暖感受最强．同时白色气泡会随着与中心点(a*=0，b*=0)的距离的加大而增大，这表明“温暖的-寒冷的”情感感受强度会随着色刺激的彩度增加而增大．这一规律可以用色刺激色相角h与色相角41°之间差值的余弦值和彩度C*乘积来表示．将其与“温暖的-寒冷的”情感尺度心理测量值进行回归分析，可得基于心理计量空间CIELCH的量化模型，即

表4 色光主导情感随亮度变化的趋势Tab.4 Variation tendency of chromatic-light emotions with marginal values of brightness

图2 “温暖的-寒冷的”在CIELAB空间的气泡Fig.2 Geometric pattern of warm-cool in the CIELAB color space

式中EWC、C*、h、2R分别为“温暖的-寒冷的”情感尺度(warm-cool)、心理计量尺度空间CIELAB中的公制彩度和公制色刺激色相角及判定系数．

(2)用上述数理统计方法，可以分别得到“明亮的-昏暗的”情感尺度以及3个情感因子的量化模型．

“明亮的-昏暗的”情感尺度为

色光活动性情感因子为

色光评价性情感因子为

色光适应性情感因子为

式中EBD、AC、E、AD、L*分别为“明亮的-昏暗的(bright-dark)”情感尺度、活动性情感因子、评价性情感因子、适应性情感因子及心理计量尺度空间CIELAB中的公制明度．

3 结 论

(1)将实验数据按照样本性别、专业、差异来分组讨论，结果发现，性别和专业差异对色光情感评价结果没有显著影响．

(2)对选用的19个情感尺度进行因子分析，获得了3个单色光情感因子：活动性情感因子、评价性情感因子及适应性情感因子．

(3)色光属性(明度、彩度、色相)与色光情感的相关分析结果显示，色光的明度对色光情感的影响最大，其次是色光的彩度，而色相的影响相对较小．

(4)将实验结果综合统计，给出了红、黄、橙黄、绿、青、蓝、紫7种色调的色光主导情感对应的亮度参考指标．

(5)对色光属性与色光情感之间的关系进一步分析，采用统计气泡图和回归分析的方法分别得到3个情感因子及其代表情感尺度的基于心理计量尺度的量化预测模型，为实际色光情感预测提供了科学、便捷的方法．

由于本研究是针对大尺度景观照明空间的色彩情感、偏好的定量化研究方法初探，因此实验样本在数量和类型方面还存在一定的局限性，在将来的进一步工作中将不断地扩充和完善．

［1］ Wright B，Rainwater L. The meanings of color [J]. The Journal of General Psychology，1962，67：89-99.

［2］ Hogg J. A principal component analysis of semantic differential judgments of single colors and color pairs [J]. The Journal of General Psychology，1969，80：129-140.

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［4］ Sato T，Kajiwara K，Hoshino H，et al. Quantitative evaluation and categorization of human emotion induced by colour [J]. Advances in Colour Science and Technology，2000，3：53-59.

［5］ Sato T，Kajiwara K，Xin J，et al. Numerical expression of colour emotion and its application [C]// Proceedings of SPIE—The International Society for Optical Engineering Rochester. New York，USA，2002，4421：409-412.

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［10］ 肖俊宏. 景观照明中色光偏好定量化方法研究[D]. 天津：天津大学建筑学院，2008：52.

Xiao Junhong. Research on Quantificational Method of Chromatic-Light Preference in Landscape Illumination [D]. Tianjin：School of Architecture，Tianjin University，2008：52(in Chinese).

Quantitative Experiment on Chromatic-Light Emotions in Landscape Illumination

XIAO Jun-hong，MA Jian，LIU Gang，SUN Li-ye，ZHANG Ming-yu
(School of Architecture，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

As the existing quantitative studies on color emotions are not applicable to large-scale light environment，a quantitative method of color emotions study for large-scale landscape illumination environment has been put forward. A psychophysical experiment has been conducted， in which 30 observers assessed 56 large-scale monochromatic stimuli on 19 chromatic-light emotional scales. Factor analysis has identified three chromatic-light emotional factors including romaticlight activity，chromatic-light evaluation，and chromatic-light adaptability. Pearson correlation coefficient has beenused to investigate the relationship between color-appearance attributes and chromatic-light emotions. The results indicate that lightness has the most apparent influence on the chromatic-light emotions while chromatic-light hue has little influence. According to the positive chromatic-light emotions and negative chromatic-light emotions，the marginal values of brightness for different chromatic-light sources have been proposed. Based on color psychological-measure scales，the predictive models of monochromatic-light emotions and monochromatic-light emotional factors have been established with mathematical statistical analysis.

landscape illumination；chromatic light；chromatic-light emotions；quantitative

TU113.6

A

0493-2137(2010)01-0009-05

2008-09-16；

2009-09-16.

国家自然科学基金资助项目(50778119).

肖俊宏（1976— ），女，博士研究生．

肖俊宏，maggie_xjh@163.com.