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、建筑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困難。
隨著近幾年神經生物學及可穿戴生理傳感器技術的成熟化，對實驗室研究光環境的身心體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于可穿戴設備獲取生理反饋數據，結合面部表情與自我報告等多模態數據，探究了在復雜的真實城市場景中光環境對情緒的影響 [1]。
城市光環境與情緒感知
城市光環境是指城市空間中對人生理與心理構成影響的視覺環境，依據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生積極或負面影響，將對商業街景觀照明設計乃至城市景觀照明的規劃與設計提供理論指導和技術支持。
環境感受一直是國內外景觀學領域的核心問題。環境心理學家認為，情緒需求的背后是人成長時期的經驗判斷，往往存在文化、性別、生活習慣等的認知差異。加之環境情緒感受常常多為主觀而隱晦，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。
城市光環境對人體視覺—情緒的影響機制復雜，可概括為兩個層面：（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視覺、生理及心理層面產生作用，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）以人工光為技術手段，對復雜城市景觀要素重塑后營造的城市夜間風貌，此夜景觀通過視覺系統映射入人腦，經過腦部負責情緒加工的神經系統處理，產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現，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環境體驗的關聯；
行為測量：包括面部表情、語音語調、肢體運動以及眼動追蹤等；
情感分析法：使用自然語言處理、計算語言學和生物識別等數字技術來對文本進行系統地識別，從而通過對海量網絡用戶數據的辨析，提取并量化情感狀態。
隨著認知神經學以及可穿戴傳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、更生態有效的優勢已成為城市景觀、環境心理學等領域評價研究的新熱點。本研究嘗試采用神經生物學研究方法，采集城市景觀照明作為刺激源時被試的多源生理反饋數據，結合面部表情與主觀評價，以城市商業街為對象探索夜間光環境對情緒感知的影響作用。
基于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24歲。
本實驗利用監測設備的可穿戴性，嘗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）為主的生理數據和面部表情數據來擬合在不同光環境中的情感體驗（圖1），并用主觀問卷法和訪談法對生理信號分析結果進行驗證。
圖1 頭戴式&手戴式實驗設備
面部表情是面部肌肉的一個或多個動作或狀態的結果，是人類在身體外觀投射出的情緒指標。Ekman系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（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束后統一進行分析的方法。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域的道路中央。被試的主要視線方向內包括了多個歷史保護建筑及當代商業建筑，并由建筑形成較為連續的空間限定。視野內街道元素較明確，夜晚光環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光面構成。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境中進行；夜間實驗分為三個場景，即保持照明環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、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：被試身體保持靜止，視線可以旋轉，對整體空間進行觀察與感受，之后聽從開始指令依次經歷照明場景，每個場景持續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
日間與夜間光環境下的情緒差異
（一）面部表情數據結果
將視頻片段依據場景模式裁剪后導入面部表情分析系統（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）生理反饋數據結果
皮電和皮溫通常認為與情緒喚醒有關。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正相關關系。本研究中，皮電結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值與人的交感神經興奮相關，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）主觀評價結果
采用分層聚類法分析，結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果均呈現出日間與夜間光環境下的顯著差異。基于可穿戴傳感器的情緒體驗測量技術，將有助于更好地測量及理解城市夜空間的環境體驗，為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勢
近年來我國城市夜景建設呈現數量激增的態勢。從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，并結合面部表情與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。該評測方法可以應于與對建成環境的后評估，有利于城市夜景建設的有序發展。
后續研究可以以本研究為基礎，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制及場景多樣化設計的局限，為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.照明工程學報(05),129-143.
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