景观照明中典型建筑形体的色光情感定量化研究*

张明宇 董奇英 马 剑 刘 刚

(天津大学天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室，300072)

1 研究目的及内容

现代城市中各种建筑类型因其功能、性质、体量、规模不同，在其夜景照明设计中照明方式、色光运用、灯具类型选择应用上有很大差异，对色光情感进行定量化研究对实现城市光环境较高的心理满意度和营造适宜气氛具有重要的意义，不同色光产生的心理感受倾向是目前色光照明研究中的前沿问题。

本论文是国家自然科学基金项目“人工光环境中色光情感定量化研究”的部分研究。通过模拟实验、主观评价、数据统计分析等手段寻求建筑载体的色光情感定量化表达。

2 典型建筑类型和实验典型光源

通过武汉、天津两座城市的建筑现状和照明情况的调研，在对武汉11条干道两侧的建筑类、天津中心城区13个地段的建筑风格、类型、建筑层数的调研，通过比选，最终选定以三种体量的典型建筑形式为研究对象。见图1。

实验中模拟的光源选用白色金卤灯、蓝色金卤灯、紫色金卤灯、红色金卤灯、高压钠灯、黄色LED、白色LED、蓝色 LED、紫色 LED、红色 LED共计十种。

图1 选取的三种体量典型建筑形式

3 实际光源色的还原再现

在全黑环境的实验室中，用BM-5彩色亮度计对所选择的 LED光源进行色度测量。采用0°入射45°观测的方法，对光源进行测量。首先由测量得到各色刺激的色度坐标 x、y及亮度因数 L*值，根据CIE 1976(L*a*b*)空间米制明度 L*的计算公式①荆其诚，焦书兰等，北京:科学出版社，1979.:

L*=116(Y/Y0)1/3－16 Y/Y0>0.01

求得Y，(其中Y0为CIE标准照明体D65照射在完全反射漫射体上，再经完全反射漫射体反射到观察者眼中的白物体色刺激的刺激值，Y0=100)根据下列CIE光谱三刺激值的公式②程杰铭等，《色彩学》北京:科学出版社，2006，98页.:

表1 实际色光定量化再现数据

得出颜色刺激的色刺激值 X、Z。然后再根据ITU(国际电信联盟)的PAL制式彩色显示器XYZ系统向RGB空间的颜色转换模型公式③何兴国，《颜色科学》上海:东华大学出版社，2004，269－270页.

本课题“计算机——等离子电视”组成的图像投影系统作为建筑夜景模拟定量化再现输出的装置，依据已有色光还原的技术路线，通过实验数据测量和数据模型的计算，得出与真实色光相对应的数字驱动值 Ir、Ig、Ib。

图2 部分实验研究样本示意

4 夜景照明中建筑色光情感偏好定量化研究

对色光再现实验中的30个建筑色光组合，借助根据语义差别 (SD)法设计的主观评价量表，进行20人的主观评价测试，运用SPSS分析软件进行分析，得到了可供进行色光情感预测的评价因子、规律及初步的量化公式。实验状况见图2～图5。

4.1 实验方法

图3 实验环境

图4 实验设备

选取天津大学20名在校学生为单色光情感评价实验样本，使用语义差别法对研究对象进行分析研究。根据前期预实验得出的20组情感尺度作为本实验的主观评价量表，见表2。

图5 实验过程照片

4.2 实验数据分析

4.2.1 信度分析

对选用的20对情感尺度进行因子分析，通过评价量表可靠性、情感尺度间的相关系数的分析剔除4对情感变量后，进而获得了四个公共因子:色光活动性情感因子、建筑本质性因子、色光本质性情感因子、建筑评价性因子。

表2 主观评价情感尺度的确定

表3 20对情感因子评价量表的信度分析

由表3可见，本实验所用的20个词对的建筑色光情感评价量表对30个建筑夜景图片样本的信度克伦巴赫 α(Cronbach's Alpha)系数值为0.805，因此本研究所用的建筑色光情感评价量表具有较好的内部一致性和可靠性。

剔除“公共的—私密的，华丽的—朴实”两对情感因子后，信度系数提高至0.841，对最终量表内的相关系数增加，从整体上提高评价量表的可靠性，见表4。

表4 18对情感因子的信度分析

4.2.2 因子分析前提条件

表5 巴特利特球度检验和KMO检验

通过前期量表可靠性分析，现针对18组情感尺度进行因子分析前的统计检验，由表5可知:巴特利特球度检验统计量的观测值为6142.048，相应的概率P-值接近0，小于显著性水平 α(0.05)，则应认为相关系数矩阵与单位阵有显著差异。同时，KMO值为0.860，根据Kaiser给出的常用的KMO度量标准:可知原有变量适合进行因子分析。各个情感尺度间大部分的相关系数都较高，各变量呈较强的线性关系。但是“没有印象的—印象深刻的”和“简单的—复杂的”两个情感尺度之间的相关系数较低，不太适合进行因子分析，因此，去掉这两个情感尺度，对剩余的16个情感尺度进行因子分析。见表6。

4.2.3 因子提取

本研究在色光情感的因子提取中，采用了主成份分析法 (Principal Component Analysis)，并利用垂直正交旋转 (Orthogonal Rotation Method)的方差最大法 (Varimax)进行因子旋转，期望能将评价最终确定的16个建筑色光情感变量以少数的公共因子概化表达。

公共因子确定后，根据因子得分系数矩阵，可以分别得到30个建筑色光样本在4个公共因子上的得分情况，进而得到建筑色光对人产生的情感偏好。

4.2.4 因子得分

从4个因子在所有样本得分数据整体折线图(见图6)的趋势来看，因子4得分几乎全为正值，说明其解释的情感尺度“难于识别—易于识别”、“难寻视觉目标—易寻视觉目标”、“传统的—现代的”建筑评价性指标都表现为正向情感即色光与三种类型建筑组合后给人的情感偏好为易于识别、易寻视觉目标和现代的。因子1和因子2得分趋势呈相反状态，不同类型样本之间呈现的情感偏好也较大。因子3的折线趋势说明其对人产生的情感偏好与光源的性质和建筑类型都有很大关系。

表6 各情感尺度与因子对应表

图6 30个建筑色光样本在四个因子上得分均值折线

结合上分析，人均得分权重求和均值大于0，说明该组合主导情感为建筑色光情感尺度中的正向情感，如“温暖的”、“尺度适当的”等等;小于0的组合引发的主导情感为色光情感中的负向情感，即“寒冷的”、“尺度不适当的”等。

4.3 结论

a)三种类型建筑在因子1(色光活动性指标)上的得分趋势几乎一致，三种建筑与白色金卤灯、白色LED、蓝色金卤灯、蓝色LED四种光源组合后情感偏好为寒冷的、镇静的、宁静的、肃穆的和无活力的;相反，与紫色金卤灯、紫色LED、高压钠灯、黄色LED、红色金卤灯、红色LED六种光源组合后产生正向的情感偏好，即温暖的、兴奋的、热闹的、活跃的、有活力的，在照明设计师以往经验上，色光应用到不同建筑形体上的夜景照明中，色光的冷暖在建筑夜景照明中情感偏好的主导作用。

b)三种建筑类型在因子4(建筑评价性指标)上的得分几乎都为正值，由此可以得出，夜景照明中描述建筑“难于识别的—”、“难寻视觉目标—”和“传统的—”三个情感尺度与色光差异甚微。也就是说，建筑设计师塑造的建筑日景效果 (建筑评价性指标)在夜景表现上，与光色关系小。

c)根据各因子的方差贡献率确定权重，从而得到色光情感综合评价得分计算公式:

F=0.31F1+0.23F2+0.1F3+0.07F4

和根据情感得分排序得到以下结论:建筑的夜景照明中人的情感偏好的产生与色光关系密切，而建筑本身具有的尺度、功能、性质、材质、色彩等因素对人产生的情感偏好无主要影响。

5 结语

本论文针对典型建筑形体的色光情感影响进行定量化研究。在大量调研基础上统计归纳了三种典型建筑形体和三种夜景照明方式，借助测量仪器和计算机模拟软件等手段进行场景实验室定量化再现模拟，在已有研究成果的基础上进行建筑形体色光情感的定量化拓展研究;论文运用实验心理学、主观评价分析法、统计学理论等研究方法，分析得到了基于三种典型建筑形体的色光情感规律和综合评价公式，为今后建筑夜景照明中色光运用提供定量化参考依据，同时也为今后实验对象的进一步拓展拓宽了空间。

［1］肖俊宏.景观照明中色光偏好定量化方法研究:［博士学位论文］，天津;天津大学，2008.

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［3］牛盛楠.建筑景观照明中材质色光情感定量化研究:［博士学位论文］，天津;天津大学，2010.

［4］郝洛西.城市照明设计，辽宁:辽宁科学技术出版社.

［5］谭荣波，梅晓仁.SPSS统计分析实用教程，北京:科学出版社，2007.

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［7］荆其诚，焦书兰等.色度学，北京:科学出版社，1979.

［8］程杰铭等.色彩学，北京:科学出版社，2006，98.

［9］何兴国.颜色科学，上海:东华大学出版社，2004，269～270.