城市光環(huán)境以及其對人的心理和生理的影響如何，是城市規(guī)劃、建筑設(shè)計以及環(huán)境心理學(xué)等諸多學(xué)科共同討論的課題，但如何科學(xué)地量化評估卻較為困難。

隨著近幾年神經(jīng)生物學(xué)及可穿戴生理傳感器技術(shù)的成熟化，對實驗室研究光環(huán)境的身心體驗提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。來自同濟大學(xué)的研究團隊就基于可穿戴設(shè)備獲取生理反饋數(shù)據(jù)，結(jié)合面部表情與自我報告等多模態(tài)數(shù)據(jù)，探究了在復(fù)雜的真實城市場景中光環(huán)境對情緒的影響 [1]。

城市光環(huán)境與情緒感知

城市光環(huán)境是指城市空間中對人生理與心理構(gòu)成影響的視覺環(huán)境，依據(jù)時間維度可劃分為晝間和夜間兩類。城市景觀照明在亮度、光譜、強度以及變化模式上與自然光截然不同。非自然的人工照明令城市空間呈現(xiàn)了與自然光下的日間或夜間都不同的視覺形象，也令身處其中的人們感受不同的情緒體驗。研究探索景觀照明是如何通過作用于視覺及心理體驗，進而對人們的行為活動產(chǎn)生積極或負面影響，將對商業(yè)街景觀照明設(shè)計乃至城市景觀照明的規(guī)劃與設(shè)計提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

環(huán)境感受一直是國內(nèi)外景觀學(xué)領(lǐng)域的核心問題。環(huán)境心理學(xué)家認為，情緒需求的背后是人成長時期的經(jīng)驗判斷，往往存在文化、性別、生活習(xí)慣等的認知差異。加之環(huán)境情緒感受常常多為主觀而隱晦，難以用言語準(zhǔn)確表述。因此，雖然環(huán)境情緒感受非常重要，但如何對情緒感受進行量化是一直以來的難題。

城市光環(huán)境對人體視覺—情緒的影響機制復(fù)雜，可概括為兩個層面：（1）光照的本質(zhì)因素（亮度、光譜、空間分布等），以光的輻射能形式對人體視覺、生理及心理層面產(chǎn)生作用，例如明亮的燈光可以提高安全感(低喚醒的愉快)、興奮性(愉快的喚醒)和偏好；（2）以人工光為技術(shù)手段，對復(fù)雜城市景觀要素重塑后營造的城市夜間風(fēng)貌，此夜景觀通過視覺系統(tǒng)映射入人腦，經(jīng)過腦部負責(zé)情緒加工的神經(jīng)系統(tǒng)處理，產(chǎn)生不同的審美感受及情緒體驗。例如有研究對比了不同人種對香港晝間及夜間景色的認知差異發(fā)現(xiàn)，香港受訪者認為同一城市景觀中的“夜晚"比“白天"更女性化、神秘、富有想象力，而美國受訪者認為“夜晚"更成功、更有魅力；此外有研究發(fā)現(xiàn)，黑暗和光照條件(如篝火、手電筒和星光)可以增強人對地方的審美印象。

光環(huán)境研究的情緒評測方法

目前，光環(huán)境研究的情緒評測方法可分為以下四個類別:

• 主觀測評：采用基于語義差異法的量表測量，但存在主觀性偏差，難以捕捉瞬時或無意識的情緒變化等問題；

• 生理測量：以神經(jīng)學(xué)測量方法，將原有的難以準(zhǔn)確量化的環(huán)境感知，經(jīng)由生理數(shù)據(jù)建立起與環(huán)境體驗的關(guān)聯(lián)；

• 行為測量：包括面部表情、語音語調(diào)、肢體運動以及眼動追蹤等；

• 情感分析法：使用自然語言處理、計算語言學(xué)和生物識別等數(shù)字技術(shù)來對文本進行系統(tǒng)地識別，從而通過對海量網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)據(jù)的辨析，提取并量化情感狀態(tài)。

隨著認知神經(jīng)學(xué)以及可穿戴傳感器技術(shù)和生物信號數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展，可以實現(xiàn)實時測量人體在不同環(huán)境刺激中的情緒感受。生理數(shù)據(jù)監(jiān)測以更客觀、更高精度、更減輕被試負擔(dān)、更生態(tài)有效的優(yōu)勢已成為城市景觀、環(huán)境心理學(xué)等領(lǐng)域評價研究的新熱點。本研究嘗試采用神經(jīng)生物學(xué)研究方法，采集城市景觀照明作為刺激源時被試的多源生理反饋數(shù)據(jù)，結(jié)合面部表情與主觀評價，以城市商業(yè)街為對象探索夜間光環(huán)境對情緒感知的影響作用。

基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場實驗

實驗共招募同濟大學(xué)在讀研究生被試6名，男女各半，平均年齡為24歲。

本實驗利用監(jiān)測設(shè)備的可穿戴性，嘗試在城市現(xiàn)場進行實驗。實時采集真實場景中被試的皮電(SC)、心電（ECG）和皮溫（Temp）為主的生理數(shù)據(jù)和面部表情數(shù)據(jù)來擬合在不同光環(huán)境中的情感體驗（圖1），并用主觀問卷法和訪談法對生理信號分析結(jié)果進行驗證。

圖1 頭戴式&手戴式實驗設(shè)備

面部表情是面部肌肉的一個或多個動作或狀態(tài)的結(jié)果，是人類在身體外觀投射出的情緒指標(biāo)。Ekman系統(tǒng)地建立了人臉表情圖像庫，細致地描述了每一種表情所對應(yīng)的包括眉毛、眼睛、眼瞼、嘴唇等的面部變化。其中，人類在試圖隱藏某種情感時無意識做出的、短暫的微表情，往往能表達人試圖壓抑與隱藏的真正情感，其持續(xù)時間通常僅為1/25s—1/3s。 

本實驗使用諾達思的面部表情分析系統(tǒng)（FaceReader）進行面部表情分析。軟件通過分析面部圖像，可辨析快樂、悲傷、憤怒、驚奇、懼怕、厭惡、中性表情，以及20種微表情分析，亦可基于情緒二維理論對情緒的效價與喚醒度進行分析。軟件可以分析實時錄制或錄制好的面部表情視頻，本研究采用實時錄制視頻待測試結(jié)束后統(tǒng)一進行分析的方法。此外，由于夜間城市戶外的場景被試面部照度偏低，實驗使用紅外攝像的方式，軟件對人臉的識別率可達到100%。

實驗位點選取上海南京東路步行街東拓段外灘起始區(qū)域的道路中央。被試的主要視線方向內(nèi)包括了多個歷史保護建筑及當(dāng)代商業(yè)建筑，并由建筑形成較為連續(xù)的空間限定。視野內(nèi)街道元素較明確，夜晚光環(huán)境主要由建筑立面照明、路中心的步道燈以及店面逸散光和店招發(fā)光面構(gòu)成。實驗場景包括日間與夜間共計四個場景。日間實驗在全陰天自然光下的城市環(huán)境中進行；夜間實驗分為三個場景，即保持照明環(huán)境中的其他景觀照明元素如路面、店鋪照明不變，僅改變被試視野范圍內(nèi)棟主要建筑立面的照明狀況，分別為全黑模式、點亮模式和閃爍模式，其中閃爍模式為點亮模式持續(xù)、全黑模式持續(xù)的交替循環(huán)播放。

實驗程序主要包括（圖2）：（1）準(zhǔn)備階段；（2）實驗階段：被試身體保持靜止，視線可以旋轉(zhuǎn)，對整體空間進行觀察與感受，之后聽從開始指令依次經(jīng)歷照明場景，每個場景持續(xù)70s，放映同時對被試的各項指標(biāo)進行記錄；（3）問卷訪談階段。

圖2 實驗流程

日間與夜間光環(huán)境下的情緒差異

（一）面部表情數(shù)據(jù)結(jié)果

將視頻片段依據(jù)場景模式裁剪后導(dǎo)入面部表情分析系統(tǒng)（FaceReader）中進行情緒識別分析。結(jié)果顯示（圖3），愉快表情強度在日間顯著高于夜間點亮及閃爍模式；驚奇表情強度在日間顯著低于夜間三場景；懼怕表情強度日間的表情強度顯著高于夜間三場景；厭惡表情強度在日間顯著高于全黑和點亮模式。

圖3 不同場景下的愉悅、驚奇、懼怕、厭惡表情強度

對情緒效價和喚醒的分析結(jié)果顯示（圖4），被試的效價值在點亮模式下顯著低于全黑模式，日間較夜間三個場景的效價值更低；而喚醒度在各場景下均無顯著性差異。

圖4 不同場景下的情緒效價值、喚醒度值

（二）生理反饋數(shù)據(jù)結(jié)果

皮電和皮溫通常認為與情緒喚醒有關(guān)。刺激源使人越激動，人汗液分泌越多，皮膚電的水平變化越大，皮電水平與喚醒值呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。本研究中，皮電結(jié)果表明日間場景的喚醒度最高，并反映出了刺激值差異相對較低的三個夜間場景間的區(qū)別，即閃爍模式、點亮模式、全黑模式的喚醒度依降低。

心電數(shù)據(jù)的LF/HF值與人的交感神經(jīng)興奮相關(guān)，LF/HF值越大，喚醒度提升。本次實驗的LF/HF及HF值均未能有效反映喚醒度差異，心率及心率變異性在各場景下也均未呈現(xiàn)出顯著變化趨勢。

（三）主觀評價結(jié)果

采用分層聚類法分析，結(jié)果表明在正面情緒方面，被試評分從高至低依次為閃爍模式和點亮模式、日間場景和全黑模式，且被試在點亮及閃爍模式中的正面情緒得分顯著高于全黑模式；在負面情緒方面，被試評分最高的是全黑模式、其次為閃爍模式和點亮模式，低的是日間場景。

總體來看，被試的皮電、皮溫、面部表情信號以及主觀量表結(jié)果均呈現(xiàn)出日間與夜間光環(huán)境下的顯著差異。基于可穿戴傳感器的情緒體驗測量技術(shù)，將有助于更好地測量及理解城市夜空間的環(huán)境體驗，為未來城市景觀照明設(shè)計提供更有效的理論指導(dǎo)。

光環(huán)境測評中多模態(tài)方法的優(yōu)勢

近年來我國城市夜景建設(shè)呈現(xiàn)數(shù)量激增的態(tài)勢。從情緒感知角度對城市夜景觀進行評測，可以避免因?qū)徝乐饔^性而導(dǎo)致美學(xué)評價的不確定性。實驗結(jié)果顯示，采用可穿戴設(shè)備進行生理反饋采集，并結(jié)合面部表情與主觀問卷的多模態(tài)研究，在城市光環(huán)境研究領(lǐng)域亦具有一定的可行性。該評測方法可以應(yīng)于與對建成環(huán)境的后評估，有利于城市夜景建設(shè)的有序發(fā)展。

后續(xù)研究可以以本研究為基礎(chǔ)，增大被試的數(shù)量，提高數(shù)據(jù)采樣的精度；抑或引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，替代現(xiàn)場實驗，能夠有效規(guī)避戶外實驗中環(huán)境因素控制及場景多樣化設(shè)計的局限，為城市步行空間光環(huán)境設(shè)計策略帶來更科學(xué)的實驗數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻

[1]林怡,曾憲憲,陳神飛,肖曉溪,楊秀 & 杜怡婷.(2022).基于多源生理反饋的城市景觀照明對情緒影響的實驗探索——以上海南京東路步行街東段為例.照明工程學(xué)報(05),129-143.

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