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木质视环境人体心理影响

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随着人们对室内环境品味要求的提高,木质材料及其所营造的室内居住视环境受到了人们的关注。木质材料的视觉环境学品质十分特殊,对人们的心理有着比较重要的影响。而人体的心理、生理之间的关系和影响又是密不可分的,因此,从心理生理学角度全面研究木质视环境对人体的影响是十分科学和必要的,这也是近来一些专家学者进一步开展木质视环境研究的切入点。国内外关于木质视环境对人体影响的研究工作可概括为3个主要方面:一是研究木质材料的表面视觉物理量、视觉心理量和视觉环境学特性;二是研究木质材料对室内空间视环境物理量场的影响以及状况模拟;三是研究木质室内环境对生物体及人体视觉生理及居住健康性的影响作用。目前第一部分的研究工作取得了很好的进展,但后2方面的研究开展起来往往会涉及到木材学、建筑环境学、心理学、生理学、人体工程学等方面的知识,覆盖范围比较广,因此从全局的角度考虑这项研究工作就显得十分重要。为此本文简要概述目前国内外关于木质视环境对人体影响的主要研究工作,并对存在的问题提出一点设想和建议,以期为人们未来的进一步研究提供少许基础和借鉴。

1木质视环境品质的组成因子

木质视环境由木质材料的材色、光泽、纹理、木材率、设计加工艺术等组成因子构成,这些因子间的相互作用和影响构筑了木质材料的视觉环境学品质,并影响着在其中学习工作人群的身心健康,这是人们评价木质材料视觉品质的基本出发点。概略说来,既往研究表明材色是反映木质材料表面视觉特征和引起人体视觉心理感觉最为重要的自然属性,不同材色会对人产生不同的影响。大部分木材的色相为黄色及橙黄色,与视觉环境学品质中的温暖特性有密切关系;明度的高低一定程度上改变了材色的表现及影响效果,如白桦(Betulaplatyphylla)等明度高的木材与视觉环境学品质中的明快特性存在显著对应关系,而紫檀(Pterocarpussantalinus)等明度低的木材,与深沉、稳重特性的关联程度也很高(刘一星等,1995)。光泽也是如此,光泽的高低对判别物体的光滑、软硬和冷暖特性都有作用。木材的表面存在微小凹凸,能使光线散射,缓和了闪耀,能减少眼睛的疲劳和损伤。光谱反射曲线也显示,与金属、瓷砖、玻璃等相比,其光泽较为柔和,并呈漫反射,具有较好的光泽。此外,木材能反射红外线,使身体易于接收更多的红外线,感到温暖;组成木材的主要化学成分木质素又对紫外线有较强的吸收功能,减少了人体皮肤的色斑沉积甚至致癌(刘一星,1994)。木材的纹理也是木质视环境的一个极其重要的特征,木纹由一系列平行但不等间距的线条构成的,增田稔(1983)研究了木材纹理的浓淡变化特性及其数量化表达方法;武者利光(1980)指出,木材的生长轮宽度和颜色深浅呈现出涨落起伏的变化形式,与人的心脏跳动涨落所呈现的1/f波谱分布形式相吻合,因此木材表面呈现出的特征及性状,使居于其间的人感到自然亲近,增添几分生命气息。室内空间木材率的多少也关系着木质视环境的综合品质,随着木材率的变化,木质材料呈现给人们的温暖感、稳静感、舒畅感、上乘感、自然感等心理生理感受也会发生相应的变化(Nakamuraetal.,2004)。此外,室内木质视环境的设计加工艺术也是构成木质视环境的一个重要因子,木质材料的尺度、体量、立体造型、设计风格、与其他材料的颜色搭配和比例、在室内空间的布设位置等均会对人体产生不同的视觉影响和冲击效果,间接反映在产生不同的视觉环境学品质效果。

2木质视环境对人体心理生理的影响

木质材料先天便具有独特的视环境特性,再加上后天人们根据各自需求及钟爱进行的一些加工和改造,令其所构筑的木质视环境装饰空间,对居于其间工作和学习的人们有着潜移默化的影响。无疑这种影响是长期而且不容忽视的,因此近年来,关于木质视环境对人体心理生理影响的研究逐渐引起了人们的关注,成为研究木质材料表面物理性状、视觉特性、艺术形式之外的另一分支。

2.1木质视环境对人体心理影响

人们置身于木质材料围筑的视环境空间时,会有一种自然和温馨的感受,多项研究表明这是由于木材特有的视环境品质调节了人们的心理感觉。对于这方面的许多研究引入了环境心理学方面的一些理论方法,用来研究人在建筑与室内木质视环境中的行为及人对木质视环境的主观评价,所应用的方法有秩位法、一对比较法、绝对评分法、意味微分法、情绪状态法和使用状况评价等,其中以意味微分法的应用最为普遍,主要是因为该法能够通过将人们对木质视环境所引起的心理感觉变化的征兆进行分类,使容易产生误解的语言表达转化为精确的数字比较,有了这些数字的描述,人们就可以清晰准确地分析木质材料对人们心理影响作用的大小。关于木质视环境对人体心理的影响,日本学者开展的研究较早,对木材材色与人体心理感受间的关系的研究结果表明:木材材色的明度、色调、色饱和度等木质视环境因子的变化均会引起人体心理感受的变化。在色调方面,木材的色调值与人的温暖感心理量间存在较强的正相关性;在明度方面,明度高的木材易使人产生明快、整洁、雅致和舒畅的感觉,明度低的木材则易使人产生深沉、稳重、严肃的感觉;色饱和度变化会增加华丽、刺激或淳朴、质感的表达,这些研究结果表明人体对木材材色的心理感受是材色诸多视觉因子共同影响作用的结果(增田稔,1985;1992;Itoetal.,2006)。仲村匡司等(1996)提取出部分心理量的相关影响因子;田中至盛等(2001)建立了材色与心理量之间的数学关系式;仲村匡司等(1990;1995)研究了木材纹理的模拟变化、周期变化、纹理宽度和纹理间距比例的变化以及纹理不规则变化对人体心理感受的影响,结果表明纹理的变化会同时引起人体心理感受的变化,并存在一定的规律性;武者利光(1980)通过对木材径向纹理图案的线变化模式进行频谱特性解析,发现木材构造所呈现的功率谱符合1/f的分布方式,木材构造所呈现的1/f涨落介于完全无秩序的白色涨落1/槡f和趋于单调的1/f2涨落之间,恰如其分地避免了1/槡f涨落所带来的变化激烈和1/f2涨落所引起的贫乏的极端情况,所以给人以运动、生命的自然感及和谐、流畅的韵律感;Broman(1995;2001)采用多变量分析的方法对木材表面视觉特征与视觉心理的相互关系进行了定量研究;Rice等(2006)研究了木制品外观表现与人心理良好感受之间的内在关系;Nakamura等(2004)研究了室内空间木材率的组成形式及量度对人心理感受的影响,结果表明随着木材率的增加,人体的温暖感、稳静感和舒畅感的心理感受均出现相应的变化,并在某一木材率范围内存在最佳的心理感觉。在国内,刘一星(1994)、刘一星等(1995)、李坚等(1995)开展了早期关于木材视觉物理量与视觉心理量关系的研究工作,对我国110种树种的木材表面视觉物理量进行了测定,并对木材视觉物理量与视觉心理量间的关系进行了统计分析,结果表明:视觉物理量单变量与人体的视觉心理量存在一定的相关性,综合视觉物理量参数(主成分)与视觉心理量也存在着显著的相关性。董君伟等(2005)提出了对木材纹理物理量的分析与定义,于海鹏等(2004)基于改进后的视觉物理量建立了预测木材的视觉心理量及环境学品质的数学表达式。以上研究共同证明了木质视环境对人体的心理感受存在着重要的影响,材色、光泽、纹理等木质视环境组成因子协同调节着木质视环境空间内人体的心理健康。

2.2木质视环境对人体生理影响

人们在木质视环境空间中休憩时,机体会感到轻松惬意,一些研究结果已初步揭示这主要是由于木质视环境对人体的生理指标起到了积极的调节作用。迄今,木质视环境对人体生理影响的研究已成为木质环境学领域一个崭新内容,许多学者开展了相关的研究工作,所采用的主要方法是通过生理反馈试验来研究木质视环境对人体生理的影响,多数研究采用多道生理记录仪对由木质视环境引起的人体生理指标的变化进行监测记录,通过对监测结果的统计分析来解析木质视环境对人体生理健康的影响机制,探讨木质视环境组成因子与人体生理指标、心理感觉间的关系(于海鹏等,2003;Kimetal.,2004)。其中,关于木质视环境对人体自主神经系统、中枢神经系统影响的研究是最具代表性的,成果也是较为系统的,受到了木质环境学领域研究者的关注。

2.2.1木质视环境对自主神经系统的影响木质视环境对自主神经系统的影响,主要表现在当人们置身于木质视空间时,人体交感神经活动和副交感神经活动的变化以及均衡性,具体反映在心率、脉搏、血压、皮肤电位、呼吸、瞳孔直径和瞳孔光反射等生理指标的变化上。研究表明人们在观测木质壁面时,人体的心率、血压的变化与人体的自然感、喜爱感、舒适感等心理感受相对应,木质材料的视觉刺激不会引起强烈的生理反应(Tsunetsuguetal.,2001;青木務等,2001;Sakuragawaetal.,2005)。Yamaguchi等(2001)利用近红外光谱法对红、蓝、绿和黄4种色相的视觉刺激影响脑活动及血压的规律进行了分析。对人体观察装饰材料的心率变化结果表明(Tsunetsuguetal.,2002;2005b;2007),人们在观察各种材质的墙面时自身的心电RR间期都略缩短,RR标准差略增大,心率稍呈加快趋势;心率变异指标RMSSD,PNN50,HRVI开始时呈小幅度下降趋势,显示观察各材料时,交感神经活动和副交感神经的活动变化幅度不大,自主神经状态改变很小;后期下降幅度稍明显,与其他材料相比,木材的心率变异较小,自然、舒适的评价值高于其他材料的壁面。Tsunetsugu等(2005b)还分析了处于实际尺寸大小的木质材料装饰空间中人体的生理反应变化。

2.2.2木质视环境对中枢神经系统的影响木质视环境对人体中枢神经系统的影响,主要变现在木质视环境对人体的脑波、动态脑血流量等生理指标的作用上,脑电波可反映中枢神经系统的活动变化,与人的视觉联系最为密切。对不同材料构成的壁面所引起人体脑波变化的研究表明,观察各种壁面时,睁眼阻断了α波,所以重点考察β波的变化,受各种壁面的视觉刺激,人体的β波均呈一定程度增加,初期以观察金属壁面和石材壁面时人脑呈现出的β波最为明显,木材最弱,显示金属、石材等装饰材料对人体的视觉冲击要高于木材;在观察中期和后期,金属和石材的β波有所缓和降低,反映经过一段时间后人眼对金属和石材的视觉冲击已开始疲乏,人脑已不再思考处理其有关的信息;而木材的β波则上扬,可能是由于逐渐读懂了木材的纹理和光泽的内涵,大脑开始思考其相关含义或做出联想,因而兴奋性增强,说明木材丰富的视觉特性对人中枢神经系统有积极的影响作用(Yamaguchietal.,2001;Tsunetsuguetal.,2001)。以近红外光谱法监测得到的脑血液动态流量及分布也辅助证实了上述推断(Tsunetsuguetal.,2005a)。Tsunetsugu等(2001)还研究了主观评价和自主神经系统活动、中枢神经系统活动之间在接受视觉刺激时的对应关系。在实际尺寸的房间中采取不同比例的木质装饰时,测试人体生理反应的结果表明,当房间木材率为0时,舒张期血压有下降明显,但观察到自主神经活动的相对变化较少;当房间木材率为45%时,舒张期血压降低而脉搏数显著增加,对应此房间的“舒适”感主观得分最高;当房间木材率为90%时,初始接触时收缩期血压和舒张期血压都有较幅度的降低,但当大范围接触木材后,脑部的活动迅速减少,脉搏有所增加,结果表明,不同比例的室内木材装饰引起了不同的生理反应,尤其是在自主神经活动(Tsunetsuguetal.,2007;佐藤宏等,2000)。

2.2.3木质视环境对内分泌系统的影响人体内分泌系统也会受到不同木质视环境因子的影响,人体血液、唾液、粪便中的情感激素都会因木质视环境的变化而变化,木质视环境对人体的良性调节作用也将会对内分泌产生影响。由于监测手段、试验环境控制等原因,关于木质视环境对人体内分泌系统影响的研究起步较晚,取得的重要科研成果仍比较少,许多问题仍需要进一步深入的研究,才能科学地解析木质视环境对人体内分泌系统的影响机制。

3木质视环境对人体影响的综合分析方法及评价模型人们在选用木质材料进行室内装饰时,十分重视木质视环境的各组成因子对人体身心健康的影响,但由于不同木质材料组成的木质视空间的性能品质存在差异,很难准确评价木质视环境对人体的影响作用大小。因此选择科学有效的评价方法,将木质视环境对人体身心健康的影响进行准确评价,既丰富了木质视环境对人体影响的研究内容,也便于人们在实际应用中选择合适的木质材料装饰室内空间。

3.1评价体系的构建思路木质视环境对人体心理生理影响评价体系的构建,主要包括评价模型的构建、评价指标权重值的确定、运用构建的评价模型对待测目标进行综合评价及对评价结果进行解析,将最优评价方案反馈至决策人以指导生产实际4个方面。评价模型的构建应建立在对待评价问题的科学认识基础上,要对木质视环境各组成因子的内涵、它们之间的相互关系、木质视环境因子对人体心理生理影响作用机制等内容有一个全面的了解和认识。之后引用科学的评价方法,将主客观评价相结合,构建木质视环境对人体影响的综合评价模型。然后依据选用评价方法的基本原理,通过科学计算,求得各评价指标的综合权重值并对权重值加以验证。第3步为运用所确定的科学评价模型,对待评价的目标进行优选评价,给出评价结果。最后将评价结果进行科学解析,并对体现出的规律性加以概括总结,确定评价方案,反馈给目标决策人审核,根据修改建议对评价方案进行修改,直至决策人满意为止。应用最终确定的评价方案指导生产实际,突出木质视环境对人体心理生理的影响作用,并在实践的检验中不断丰富完善评价体系。

3.2评价体系的基本评价内容迄今,关于木质视环境对人体生理心理影响评价体系的基本评价内容主要包括3个部分(于海鹏等,2003)。首先,细化木质环境的视觉物理量、视觉心理量、视觉生理量及它们的对应表达参数。视觉物理量可以细分为材质、颜色、光泽、纹理、拼图、形状、空间大小、空间布局、木材率、照度、色温、亮度等,每个物理量又可各自细分为相关的对应参数,如颜色的物理量参数可分为色相(H)、明度(V)、饱和度(C)等;纹理的物理量参数可分为材面粗细均匀度、纹理对比度、纹理疏密、纹理周期变化、纹理方向性等。视觉心理量不但与视觉物理量有关,还与木质环境所表达的文化和氛围有关,因而表达的内容既包括直观的信息情况,也蕴藏着隐含的信息因素,可用明亮、宽敞、轻松、高雅、质朴、温暖、自然、大方、上乘、舒适、喜爱以及基于实际情况提取的反义词对来综合概括。视觉生理量可细分为反映生理变化的指标,如脑电、脑血流量、心电、血压、瞳孔直径、眼动、皮肤电位、激素含量等(刘一星等,2003)。其次,筛选木质环境的视觉物理量、视觉心理量和视觉生理量,并建立起它们之间的联系。经过第1步的细化工作后,可以得到很多表达木质视觉环境和人体心理生理感受的参数,筛选的目的就是要除去对生理反应和心理感知影响不显著的物理量参数,同时排除对环境刺激不敏感的生理量指标,最大限度减少无用信息;还有必要对剩余的物理量参数和生理量参数进行如主成分分析等的归纳整理,明晰它们的专业含义和变化规律。第三,综合分析评价。建立环境物理量、生理量和心理量的关系模型,利用逻辑关系解集、模糊评价、层次分析评价、神经元网络分析、支持向量机等手段对木质视环境对人体的影响进行总体评价,得出相应的结论,运用专业知识加以理论解析。

3.3评价方法或模型根据木质视环境与人体心理、生理感受间的关系,提出3种关于木质视环境对人体影响的评价方法。

3.3.1逻辑关系解集法设室内木质环境的视觉环境学品质为y,分别设y1,y2,y3……为反映视觉品质的温暖感、自然感、舒适感、上乘感等多个心理量,yi与材质、颜色、照明强度、室内木材率、空间大小等多个因素的多组参数有关,建立每一个视觉心理量yi与环境因子物理量(颜色、照度、色温、木材率等)x1,x2,x3…和人体生理量z1,z2,z3…之间的关系方程,得到下列方程组:y=f(y1,y2,y3…),yi=f(x1,x2,x3…,z1,z2,z3…)。通过上述多变量解析方程,能够更加深刻地剖析视觉心理量、视觉生理量与室内木质视环境的相互关系。也可基于GB/T12454-1990《视觉环境评价方法》评得室内木质环境视觉品质分值y,再根据关系解集反馈调整相关环境因子物理量的设计。其中yi,xi与zi的选定应建立在试验观察和数据分析处理的基础之上,常用的数据统计方法有方差分析、模糊评价、因子分析、聚类分析、回归与相关分析、主成分分析等,统计分析的作用不但可以合理减少试验的偏差,纠正谬误,还可以在保证不损失或少损失原指标所提供信息的前提下,大大减少分析指标个数,降低分析与运算的复杂性,并为最终合理的解释奠定基础。

3.3.2模糊评价法模糊评价法是对事物或对象所受到的多种制约因素进行全面综合分析评价的一种方法,它可以通过数学运算将复杂的问题转化为定量的评价结果,给人们的决策带来很大的便利。影响因素的选取与权重的科学分配对模糊综合评价结果的可靠性和准确性存在着重要的影响,这是运用模糊评价法所面临的主要问题(Pan,2006)。木质视环境的组成因子较多,且相互关联,所以适于采用模糊综合评价法来综合处理各个评价因子中的模糊信息。根据室内木质视环境评价的特点,考虑室内设计、光环境、色彩和心理生理等方面,提出简化模型。将装饰色彩、纹理图案、空间造型、木材率、舒适感、美感、艺术性、心率变异、动态血压和脑波等作为评价指标,分别用u1,u2,u3…表示,共同组成一个因素集,作为一个模糊论域,记为:U=(u1,u2,u3,…,ui,…)。其次采用专家调研法或比较矩阵法对各级评判指标的权重赋值。设隶属于u1的权重因子a1,隶属于u2的权重因子a2…隶属于u9的权重因子a9,构建权重因子集:A=(a1,a2,a3,…,ai,…)。然后对木质视环境对人体的影响进行评价,采用“满意”、“不太满意”和“不满意”3个等级V1,V2和V3,得到评价子集:V=(V1,V2,V3)。用预先的评价问卷请专家对影响室内木质视环境的各因素进行评价,对某一单因素进行单一评价,计算某一因素的3个评价等级的百分比。设某一因素所得结果为r11,r12,r13,于是得到该因素的评价结果为Ri=[r11,r12,r13],把各因素的评价结果合并起来,得到模糊矩阵R。求得木质视环境对人体影响评价的最终结果,数学表达式为B=A•R。

3.3.3支持向量机法由于视觉环境的物理量、人体心理量、生理量自身及变化都较为复杂,简单的参数无法全面地描述它,而过于复杂的参数综合起来又会产生较高的信息维度,这是对其进行数学分析及建立判别模型的一大制约。这种情况下,可以考虑把核主分量分析(KPCA)和支持向量机(SVM)算法结合起来,用于判别空间视觉物理量场微量变化条件下的生理和心理向量变化。KPCA-SVM方法可以有效地减少特征向量的维数,加速SVM训练的收敛,取得较好的拟合率以及较高的判别率(周媛等,2006;包哲静,2007)。

4存在的不足与后续工作展望

今后,关于木质视环境对人体心理生理影响及评价的研究工作应着力在以下几个方面进行:

(1)关于木质视环境对人体心理影响的研究,一方面应该进一步提高主观评价的科学性,试验者所填写的调查问卷应该做到简洁又准确,提高评价数据的科学性;所选用的主观评价方法仍应不断改进和完善,可采用多种评价手段相结合的方式,建立一个完整全面的评价体系。另一方面,对视觉环境的非量化概念如何开展分析和评价,处理好量化与非量化的关系(杨公侠等,1999)。同时,可以考虑将情感建模和情感识别的有关方法也引入作为研究手段之一(张颖等,2003)。

(2)关于木质视环境对人体生理影响的研究,应该着力改进试验环境及试验条件,用真实的木质视空间代替简单的木质墙面;基于更科学有效地手段进行居住建筑室内自然状态下低密度能量场和物质场的模拟,提高试验的科学性;除考虑木质视环境的静态物理量因子外,也应关注室内环境动态因子的作用和影响规律。

(3)关于木质视环境对人体影响的评价,应该努力降低评价的主观色彩,多采用客观的评价方法及评价指标,多种检测手段并用分析,提高评价结果的准确性。还应该着力建立一个全面的木质材料视环境评价体系,所确定的评价模型及相关权重值对今后的后续研究应具有一定的指导意义。

(4)应着力加强人体在空间物理量场微量变化条件下的生理和心理反应研究,统筹木质视环境对人体生理心理的综合影响,全面解析木质视环境对人体生理心理影响间的关系及其相互作用机制。

(5)所有关于木质视环境对人体影响及评价的研究工作都应与人居生活实际相结合,研究成果应该对突出木质材料的装饰和调节效果,提高人们的居室视环境质量具有积极的促进作用。

木质视环境人体心理影响责任编辑:xchen1    阅读:人次
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