城市光環境以及其對人的心理和生理的影響如何，是城市規劃、建築設計以及環境心理學等諸多學科共同討論的課題，但如何科學地量化評估卻較為(wei) 困難。
隨著近幾年神經生物學及可穿戴生理傳(chuan) 感器技術的成熟化，對實驗室研究光環境的身心體(ti) 驗提供了理論基礎和技術支持。來自同濟大學的研究團隊就基於(yu) 可穿戴設備獲取生理反饋數據，結合麵部表情與(yu) 自我報告等多模態數據，探究了在複雜的真實城市場景中光環境對情緒的影響 [1]。
城市光環境與(yu) 情緒感知
城市光環境是指城市空間中對人生理與(yu) 心理構成影響的視覺環境，依據時間維度可劃分為(wei) 晝間和夜間兩(liang) 類。城市景觀照明在亮度、光譜、強度以及變化模式上與(yu) 自然光截然不同。非自然的人工照明令城市空間呈現了與(yu) 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(men) 感受不同的情緒體(ti) 驗。研究探索景觀照明是如何通過作用於(yu) 視覺及心理體(ti) 驗，進而對人們(men) 的行為(wei) 活動產(chan) 生積極或負麵影響，將對商業(ye) 街景觀照明設計乃至城市景觀照明的規劃與(yu) 設計提供理論指導和技術支持。
環境感受一直是國內(nei) 外景觀學領域的核心問題。環境心理學家認為(wei) ，情緒需求的背後是人成長時期的經驗判斷，往往存在文化、性別、生活習(xi) 慣等的認知差異。加之環境情緒感受常常多為(wei) 主觀而隱晦，難以用言語準確表述。因此，雖然環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。
城市光環境對人體(ti) 視覺—情緒的影響機製複雜，可概括為(wei) 兩(liang) 個(ge) 層麵：（1）光照的本質因素（亮度、光譜、空間分布等），以光的輻射能形式對人體(ti) 視覺、生理及心理層麵產(chan) 生作用，例如明亮的燈光可以提高安全感(低喚醒的愉快)、興(xing) 奮性(愉快的喚醒)和偏好；（2）以人工光為(wei) 技術手段，對複雜城市景觀要素重塑後營造的城市夜間風貌，此夜景觀通過視覺係統映射入人腦，經過腦部負責情緒加工的神經係統處理，產(chan) 生不同的審美感受及情緒體(ti) 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現，香港受訪者認為(wei) 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(wei) “夜晚"更成功、更有魅力；此外有研究發現，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。
光環境研究的情緒評測方法
目前，光環境研究的情緒評測方法可分為(wei) 以下四個(ge) 類別:
主觀測評：采用基於(yu) 語義(yi) 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：以神經學測量方法，將原有的難以準確量化的環境感知，經由生理數據建立起與(yu) 環境體(ti) 驗的關(guan) 聯；
行為(wei) 測量：包括麵部表情、語音語調、肢體(ti) 運動以及眼動追蹤等；
情感分析法：使用自然語言處理、計算語言學和生物識別等數字技術來對文本進行係統地識別，從(cong) 而通過對海量網絡用戶數據的辨析，提取並量化情感狀態。
隨著認知神經學以及可穿戴傳(chuan) 感器技術和生物信號數據分析技術的發展，可以實現實時測量人體(ti) 在不同環境刺激中的情緒感受。生理數據監測以更客觀、更高精度、更減輕被試負擔、更生態有效的優(you) 勢已成為(wei) 城市景觀、環境心理學等領域評價(jia) 研究的新熱點。本研究嚐試采用神經生物學研究方法，采集城市景觀照明作為(wei) 刺激源時被試的多源生理反饋數據，結合麵部表情與(yu) 主觀評價(jia) ，以城市商業(ye) 街為(wei) 對象探索夜間光環境對情緒感知的影響作用。
基於(yu) 多模態數據的現場實驗
實驗共招募同濟大學在讀研究生被試6名，男女各半，平均年齡為(wei) 24歲。
本實驗利用監測設備的可穿戴性，嚐試在城市現場進行實驗。實時采集真實場景中被試的皮電(SC)、心電（ECG）和皮溫（Temp）為(wei) 主的生理數據和麵部表情數據來擬合在不同光環境中的情感體(ti) 驗（圖1），並用主觀問卷法和訪談法對生理信號分析結果進行驗證。
圖1 頭戴式&手戴式實驗設備
麵部表情是麵部肌肉的一個(ge) 或多個(ge) 動作或狀態的結果，是人類在身體(ti) 外觀投射出的情緒指標。Ekman係統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的包括眉毛、眼睛、眼瞼、嘴唇等的麵部變化。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(yu) 隱藏的真正情感，其持續時間通常僅(jin) 為(wei) 1/25s—1/3s。
本實驗使用諾達思的麵部表情分析係統（FaceReader）進行麵部表情分析。軟件通過分析麵部圖像，可辨析快樂(le) 、悲傷(shang) 、憤怒、驚奇、懼怕、厭惡、中性表情，以及20種微表情分析，亦可基於(yu) 情緒二維理論對情緒的效價(jia) 與(yu) 喚醒度進行分析。軟件可以分析實時錄製或錄製好的麵部表情視頻，本研究采用實時錄製視頻待測試結束後統一進行分析的方法。此外，由於(yu) 夜間城市戶外的場景被試麵部照度偏低，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(dong) 路步行街東(dong) 拓段外灘起始區域的道路中央。被試的主要視線方向內(nei) 包括了多個(ge) 曆史保護建築及當代商業(ye) 建築，並由建築形成較為(wei) 連續的空間限定。視野內(nei) 街道元素較明確，夜晚光環境主要由建築立麵照明、路中心的步道燈以及店麵逸散光和店招發光麵構成。實驗場景包括日間與(yu) 夜間共計四個(ge) 場景。日間實驗在全陰天自然光下的城市環境中進行；夜間實驗分為(wei) 三個(ge) 場景，即保持照明環境中的其他景觀照明元素如路麵、店鋪照明不變，僅(jin) 改變被試視野範圍內(nei) 棟主要建築立麵的照明狀況，分別為(wei) 全黑模式、點亮模式和閃爍模式，其中閃爍模式為(wei) 點亮模式持續、全黑模式持續的交替循環播放。
實驗程序主要包括（圖2）：（1）準備階段；（2）實驗階段：被試身體(ti) 保持靜止，視線可以旋轉，對整體(ti) 空間進行觀察與(yu) 感受，之後聽從(cong) 開始指令依次經曆照明場景，每個(ge) 場景持續70s，放映同時對被試的各項指標進行記錄；（3）問卷訪談階段。
圖2 實驗流程
日間與(yu) 夜間光環境下的情緒差異
（一）麵部表情數據結果
將視頻片段依據場景模式裁剪後導入麵部表情分析係統（FaceReader）中進行情緒識別分析。結果顯示（圖3），愉快表情強度在日間顯著高於(yu) 夜間點亮及閃爍模式；驚奇表情強度在日間顯著低於(yu) 夜間三場景；懼怕表情強度日間的表情強度顯著高於(yu) 夜間三場景；厭惡表情強度在日間顯著高於(yu) 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(jia) 和喚醒的分析結果顯示（圖4），被試的效價(jia) 值在點亮模式下顯著低於(yu) 全黑模式，日間較夜間三個(ge) 場景的效價(jia) 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(jia) 值、喚醒度值
（二）生理反饋數據結果
皮電和皮溫通常認為(wei) 與(yu) 情緒喚醒有關(guan) 。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(yu) 喚醒值呈現正相關(guan) 關(guan) 係。本研究中，皮電結果表明日間場景的喚醒度最高，並反映出了刺激值差異相對較低的三個(ge) 夜間場景間的區別，即閃爍模式、點亮模式、全黑模式的喚醒度依降低。
心電數據的LF/HF值與(yu) 人的交感神經興(xing) 奮相關(guan) ，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出顯著變化趨勢。
（三）主觀評價(jia) 結果
采用分層聚類法分析，結果表明在正麵情緒方麵，被試評分從(cong) 高至低依次為(wei) 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麵情緒得分顯著高於(yu) 全黑模式；在負麵情緒方麵，被試評分最高的是全黑模式、其次為(wei) 閃爍模式和點亮模式，低的是日間場景。
總體(ti) 來看，被試的皮電、皮溫、麵部表情信號以及主觀量表結果均呈現出日間與(yu) 夜間光環境下的顯著差異。基於(yu) 可穿戴傳(chuan) 感器的情緒體(ti) 驗測量技術，將有助於(yu) 更好地測量及理解城市夜空間的環境體(ti) 驗，為(wei) 未來城市景觀照明設計提供更有效的理論指導。
光環境測評中多模態方法的優(you) 勢
近年來我國城市夜景建設呈現數量激增的態勢。從(cong) 情緒感知角度對城市夜景觀進行評測，可以避免因審美主觀性而導致美學評價(jia) 的不確定性。實驗結果顯示，采用可穿戴設備進行生理反饋采集，並結合麵部表情與(yu) 主觀問卷的多模態研究，在城市光環境研究領域亦具有一定的可行性。該評測方法可以應於(yu) 與(yu) 對建成環境的後評估，有利於(yu) 城市夜景建設的有序發展。
後續研究可以以本研究為(wei) 基礎，增大被試的數量，提高數據采樣的精度；抑或引入虛擬現實技術，替代現場實驗，能夠有效規避戶外實驗中環境因素控製及場景多樣化設計的局限，為(wei) 城市步行空間光環境設計策略帶來更科學的實驗數據支撐。
參考文獻
[1]林怡,曾憲憲,陳神飛,肖曉溪,楊秀 & 杜怡婷.(2022).基於(yu) 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(dong) 路步行街東(dong) 段為(wei) 例.照明工程學報(05),129-143.
關(guan) 注諾達思公眾(zhong) 號，聯係我們(men) 獲取更多產(chan) 品信息及學術文章！
