景观照明设计中色光的用户感性意象量化分析研究*

常 瑜 张明宇

0 引言

当前，景观照明已逐渐成为构建宜居夜间环境、提升居民幸福感、丰富夜间活动、推动旅游的重要手段[1]。在景观照明设计中，学者们同时关注定性与定量研究。第一，基于人文视角的定性研究，分析了光景在景观规划设计中的重要性[2]、“舞台化”展示属性[3]，结合实例说明景观照明艺术化处理的必要性[4-5]，要充分考虑并尊重地域文化特色[6-7]，认为景观照明设计须依据科学和美学探索，并以视觉为媒介提升整体感知[8]等。第二，基于技术层面的定量分析，如建立色光情感量化模型分析CIE色度参数与色彩情感对应的关系[9-10]；基于大数据分析进行景观照明远程监控仿真研究[11]；根据光谱理论对景观照明效果进行量化计算[12]；以及大量基于节能、设备管理、价值评估等考虑的量化分析[13-17]等。

总的来看，景观照明设计相关研究持续跟进，取得了较多成果，但也存在不足。首先，在研究视角上，以用户感性意象分析为切入点的研究较少。有学者针对夜游活动照度需求[18]以及特殊照明中用户需求因子[19]进行了分析等，但研究目的集中在节能、照明智能化实现等功能层面，且认可景观照明中色彩意境营造的对于用户感性意象的重要性，但针对色光的定量化研究不多。其次，在研究方法上，实证研究较多但其中缺乏仿真技术的介入，较大尺度的景观照明设计评价与分析难以有效开展。且已有研究表明，应用虚拟技术对光环境进行可视化模拟是经济、可行的。在一定程度上可以保证主观评价甚至光学测量等要求[20]。

因此，本文将面向景观照明设计，进一步展开相关环境色光的用户感性意象量化分析研究。具体而言，第一，基于用户感性意象分析的视角，将感性工学相关研究方法引入到景观照明设计中色光用户感性意象分析过程中，充分考虑用户的主观感受，通过SD语义差分法描述用户需求，提高用户需求量化分析的客观性、准确性。第二，在评价方法上，将虚拟仿真技术（VR）和熵权理论相结合，进行景观照明设计中色光的用户感性意象的测度，以此分析用户意象与景观照明中色光间的关系，为景观照明设计的创新提供依据。

1 用户感性意象定量分析研究

根据研究现状分析，可知本文的研究目的在于完成景观照明设计中色光的用户感性意象的量化分析实验，以此为进一步的景观照明设计提供数据参考。由此，提出了具体的研究框架（图1），即“景观照明设计典型化—用户感性意象的语义化—设计实验的计算机仿真—评价的数据化”。同时，在景观照明设计的典型化过程中，将运用典型样本筛选、专家评价与计算机辅助等方法；用户感性意象的语义化将包含相关资料收集、专家介入筛选等；设计实验的仿真将依据VR技术展开；评价的数据化将基于用户评价与熵权理论进行。

图1 研究框架Fig.1 research framework

1.1 景观照明设计的典型化

景观照明设计其功能、性质、体量、规模不同，在其照明方式、色光运用、灯具类型选择应用上有很大差异，对景观照明所反映出的用户感性意象进行定量化研究实则主要是分析在特定情境下用户对不同色光所产生心理感受倾向。因此，在进行目标景观照明设计的用户评价分析时，首先应展开景观照明设计的典型化处理（图2）。

图2 景观照明设计的典型化处理过程Fig.2 typical process of landscape lighting design

1.2 用户感性意象的语义化

在景观照明设计中，此外部刺激主要为色光，即用户感性意象可理解为用户对不同色光所产生的感受。因此，可通过分析和挖掘用户感性意象词汇，来阐释和评价景观照明在设计过程及其结果中的作用和效果，建构用户认知与景观照明设计间的关联性。用户感性意象的语义提取可分为三个基本步骤（图3）。

图3 用户感性意象的语义提取过程Fig.3 semantic extraction process of user’s perceptual image

在具体的语义分析过程中要注意，第一，对目标景观照明设计有充分的理解，是语义提取的前提和准备；第二，初步语义信息的提炼与整理应以主要依据专家意见，结合焦点小组法等展开；第三，语义的典型化。需要根据实际景观照明设计情况及评价研究工作需要展开。

同时，要充分利用奥斯古德的语义差异法，将目标景观照明设计中所包含的感性意象形容词和其反义词，进行组别、等级划分，为用户感性意象的定量分析提供良好基础。

1.3 基于熵权理论的用户评价分析

根据设计评价的实际情况，在确立景观照明设计分析的计算机辅助模型及用户感性语义化之后，在具体的实验中，引入熵权理论，用于针对具体设计的用户感性意象评价。其中，重点在于用户评价赋值，为降低主观性，增强对具体景观照明设计评价的客观性，数据处理基于熵权理论进行，熵可以用来测度系统稳定性，采用其中的系列公式[21]计算得出相关量化评价结果，用各意象尺度的重要度权值表示，具体步骤如下：

第一，针对每个景观照明设计场景，用户展开初步评价。评价运用Likert五级制（1-5分）进行赋值。

第二，依据Likert制得出的用户初步结果，记录给出相应分值人数的比例，以此作为各目标景观照明设计隶属于各评价等级的概率pij，匹配熵权理论的应用。然后，求解具体目标景观照明设计熵权系数对评价等级中各指标赋予相应的权重，熵的介入用来计算各目标景观照明设计的相对重要性，具体如下：。

j—评价等级

n—评价等级数量

由此，通过上述依据Likert五级制和熵权理论的计算过程，可最终获得具体景观照明设计方案在各个意象评价尺度（用户意象语义化）上的量化评价，即在各个意象评价尺度的重要度权值，为设计评价提供重要参考。

2 景观照明设计典型分析与实验

园林结合了文化与自然，体现了社会、经济等因素影响下人类自然观的综合演变。随着技术的发展，应进行相关的景观照明设计与之形成呼应。因此，本文选取园林景观照明设计为研究对象展开具体的实验，对其进行评价分析，具体将根据第1章节中的评价方法建构实验。

在实验中，将评价过程按照“用户意象词汇提取—计算机辅助仿真VR场景建立—用户评价赋值—评价权重计算与分析”展开，园林夜景照明的人工光源类型包括金属卤化物灯、高压钠灯以及 LED 灯[22]，但当前在景观设计中起主要照明作用且分布较广的灯具为LED灯[23-24]。故实验中计算机仿真场景中采用模拟LED灯进行实验，目的在于通过用户对场景的评价，解析园林景观照明设计中色光与用户感性意象间的关联性，为景观照明设计提供参考。

2.1 实验设计基本情况

第一，实验用户选择。在参与实验的用户（被测试者）选择上，以天津市高校设计类专业师生为主，筛选出20人进行实验评价，其中男女比例为1比1。在进行具体的实验之前，参与者均完成并通过了石原氏色盲测验，确保能够正常感知实验中园林景观照明设计场景所展示的色彩视觉。

第二，基于虚拟现实的实验过程。本次具体的评价实验将依托虚拟现实设备（VR）进行，将由Twinmotion软件生成计算机辅助照明场景依次通过VR方式展示给参与实验被试者，被试者在虚拟环境中进行多视角的观察，每个照明场景呈现30 s，然后被试者在额外30 s时间内，用所选情感尺度对虚拟照明场景中所展示的视觉感受依次进行赋值（1～5分），同时也缓解了用户的视觉疲劳，避免评价出现不合理误差。

2.2 实验对象：园林景观照明

实验通过对北京、苏州两座城市的园林景观照明现状进行了调研。具体而言，对苏州拙政园、留园、狮子林等10余处，以及北京颐和园、八大处、静明园等10余处园林的风格、类型、夜间照明情况等进行了调研和比较，确认以“桥、廊、亭”三处景观样式作为本次实验的典型景观照明设计研究对象，且“廊、桥、亭”在作为重要的园林建筑，体现着园林的文化与特色[25-26]，具体经过计算机辅助建模后生成的典型场景方案（图4）。

图4 典型场景方案Fig.4 typical scenario scheme

2.3 语义筛选

依据第1.2小节语义收集-甄选的方法并结合园林景观照明设计的基本要求，充分考虑照明色彩情感尺度，在线上、线下多渠道展开语义词汇的初步收集，然后运用专家焦点小组等方法进行语义分析、提炼形成典型的、可用于本次评价实验的语义词汇集，并依据奥斯古德语义差分法，将词汇集进行了分组和评价赋值（表1）。

表1 用户意象词汇Tab.1 use image vocabulary

2.4 实验过程控制及用户评价

在计算机辅助VR实验场景中，观测角度不受影响，故本文将按照RGB标准，在Twinmotion软件内对照明颜色进行直接色光赋值（也可导入IES文件），虚拟光源选用了黄色LED、白色LED、蓝色LED、紫色LED、红色LED共计五种，以此作为实验内容，其他相关参数的设定参考了城市景观照明技术规范（DB11/T 388.2—2015），规范中指出景观照明灯具宜结合建筑构件设置，外观、颜色宜与构筑物协调一致。同时，因是景观照明，所以亮度的分析参考CIE干扰光技术委员会（CIE/TC5-12）设定的“暗环境区域”（自然风景区）。基于此，同时为保证评价的准确性，将反射比统一设置为0.5、Ra统一设置为80、色温统一设置为3500K，且根据景观场景的面积，进行光源数量和照度的匹配设定，以“亭”场景中使用白色LED光源时进行示意，参数如表2所示。同时，增加不同照度情况的分析，以“亭”场景作为示意，针对白色LED不同照度的选择参数如表3所示。值得注意的是，在本文VR实验场景中所有LED照明的位置均是为了突出亭、石头等主要景观构筑物的特征，以方便用户在实验中获取针对性较强的用户感性意象，故参数设定均属于景观照明，不涉及场景中的背景照明。

表2 照明参数设定（示意）Tab.2 lighting parameter setting(schematic)

表3 不同照度的参数设定（示意）Tab.3 parameter setting of different illuminance(schematic)

如图所示为园林景观“亭”的不同色光实验场景（图5）不同照度条件下园林景观“亭”的实验场景（图6），基于BIMmotion插件构建的VR场景（图7），用户可通过虚拟现实设备对场景进行感知与评价，本次实验选取的是HTC-FOCUS一体式虚拟眼镜。

第二，基于熵权理论的设计评价。将实验数据，结合文中1.3小节的设计评价相关公式进行计算与分析，可量化分析用户对不同照明条件下的典型景观照明设计场景评价，“亭”-1场景的评价赋值与结果分析作为示意（表4），累计有24个场景参与了实验评价，形成最终评价结果。如图8所示由所有评价结果形成的折线图，建立权重折线图可以直观地表述不同照明指标在各个意象尺度的评价权重及其排序的走向，如通过折线可清晰地判断在8种照明指标下针对“亭”场景的评价情况，为后续的设计优化提供可视化的依据，提高工作效率。

图5 不同色光的实验场景（示意）Fig.5 experimental scenes of different colored lights (schematic)

图6 不同照度条件下的实验场景（示意）Fig.6 experimental scene under different illumination conditions (schematic)

图7 BIMmotion-VR实验场景（亭）Fig.7 BIMmotion-VR experimental scene(pavilion)

图8 评价结果（桥）Fig.8 evaluation results (bridge)

表4 “亭”-1场景的评价赋值与结果分析Tab.4 evaluation assignment and result analysis of ‘Pavilion-1’ scenario

通过实验分析，可以看出“亭、廊、桥”三种典型园林景观建筑中的照明设计在不同的指标下，用户在评价尺度上的量化结果趋于一致，均可以表现出如下特点：

第一，“亭、廊、桥”三种典型园林景观在采用蓝色LED、紫色LED二种光源作为照明设计后，用户感性意象偏向于冰冷的，其意象尺度评价权重值（以下简称为“权重值”）在0.025 6～0.037 8之间、伤感的（权重值在0.021 2～0.172 2之间）、平静的（权重值在0.026 7～0.079 8之间）、严肃的（权重值在0.020 1～0.042 2之间）；而在运用黄色LED、红色LED是能够帮助用户建立暖和的（权重值在0.166 8～0.297 8之间）、快乐的（权重值在0.062 2～0.094 2之间）感性意象；红色LED亢奋的意象比较明显（权重值在0.062 2～032 921之间）；但黄色LED和蓝色LED都能形成较积极的（权重值在0.097 5～0.168 5之间）感性意象。可见，即使在不同类型的园林景观照明设计中，色光的冷暖特性能够与用户的感性意象保持一致，且在园林景观照明设计能够起到关键性作用。

第二，在采用蓝色LED和紫色LED作为照明时，“亭、廊、桥”三种典型园林景观均能够得到偏向于美好的（权重值在0.097 5～0.168 5之间）、丰富的（权重值在0.068 7～0.193 7之间）、优秀的（权重值在0.051 1～0.225 7之间）感性意象；同时，白色LED在各用户感性意象评价尺度上较为均衡，相对而言，丰富的、欢乐的、优秀的感性意象略明显，表明白色LED有助于凸显景观设计的丰富与美感。

第三，以白色LED为基础进行照度实验。高照度LED易于提供清晰的（权重值在0.098 1～0.208 7之间）、活泼的（权重值在0.097 8～0.212 4之间）意象，但同时也是让用户感到刺眼的（权重值在0.098 1～0.021 24之间）、亢奋的（权重值在.0.097 8～0.208 7之间）；中等照度LED比较容易产生平庸的（权重值在0.036 9～0.089 7之间）、乏味的（权重值在0.030 8～0.097 9之间）感受；低照度LED相对而言，能够让人感觉到黯淡的（权重值在0.022 4～0.092 5之间）、消沉的（评价权重值在0.027 50～0.051 1之间）、模糊的（权重值在0.028 1～0.060 2之间），但同时也有助于平静的（权重值在0.0201～0.0528之间）、伤感的（权重值在0.0275～0.0372之间）感性意象营造。

3 结论

本文研究价值在于通过提出基于语义差分法与熵权理论的评价实验方法，以色光作为切入点，运用VR技术初步解决景观照明设计中用户感性意象难以量化的问题，并建立了分析框架，即“景观照明设计典型化—用户感性意象的语义化—设计实验的计算机仿真—评价的数据化”。

第一，研究视角上，本文以用户感性意象分析为研究视角，进行景观照明色光环境的设计与评价。用户感性意象可描述为运用SD语义差分法经过收集、分析和归纳形成的典型语义词汇，对景观照明设计的评价起到指导性作用，也将能够为设计修正提供参考。

第二，在研究方法上，置入了VR技术和熵权理论作为评价手段。具体本文构建了“亭、廊、桥”三类典型计算机辅助照明设计VR场景；以“颜色、照度、用户单纯主观感受”为依据，建立了12个用户感性意象评价尺度，并依据该尺度集完成了20名用户的设计评价实验，且评价的数据运用熵权理论进行了分析，为较大尺度的景观照明设计评价与分析提供了方法。

同时，也注意到本研究具体的实验是针对园林景观照明设计色光的用户感性意象量化分析的初步研究，实验样本以“亭、廊、桥”三种典型场景为依据，但景观照明设计的感性意象来源是综合的光环境，需继续深入分析景观夜间光景营造的各项指标。因此，本文在实验样本的数量和类型上具有一定的局限性，在将来的景观照明设计用户感性意象量化分析的研究工作中将不断扩充和完善，以进一步提高实验方法的适用性。