城市滨水环境夜间照明心理压力恢复性研究_吕坤.pdf

光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明工程1城市滨水环境夜间照明心理压力恢复性研究*吕 坤，聂 玮，马翊萌，代宝莉，李照天，林 樾安徽建筑大学 建筑与规划学院，安徽 合肥 230009摘要：文章通过皮肤电反应与主观量表评价的方法，探究在城市虚拟现实（VR）环境中城市滨水环境夜间照明的心理压力恢复性。首先让被试者进行 TSST 压力测试，然后被试者通过 VR 头戴式显示设备观看 3 类共 9 个空间的虚拟全景视频，每种空间展示 120 s，期间监测被试者的皮肤电导水平（EDA），被试者在观看完视频后需要完成恢复性评价量表。经过对主客观数据的分析和归一化对比后得出结论，夜间照明丰富的滨水环境压力恢复性最佳，仅驳岸照明的环境其次，无照明的环境最差。在实际滨水环境的压力恢复性景观营造中，建议提升水岸与水面的照明效果，以提升滨水环境的心理压力恢复性。关键词：城市滨水环境；夜间照明；心理压力；恢复性分类号：TU113.6+660引言忙碌的现代生活导致的心理压力是人们面临医疗问题的前兆。慢性压力会抑制免疫系统，引发心血管疾病、中风、抑郁、哮喘和其他严重的健康问题。幸运的是，越来越多的证据表明，接触大自然可以抑制现代生活导致的慢性压力，树木、草地、水体和空地环境已被证明有助于减少心理压力。大量研究证明城市滨水空间具有高效的心理压力缓解作用，但是各类空间的空间特征和压力影响方式仍不甚明确，在实际的压力恢复性空间的营造中仍缺乏现实的准确理论指导。因此，文章通过现代的虚拟现实技术，利用更真实、高精度的模型渲染技术和专业级的头戴式独立显示头盔，通过实时无线生理监测设备等，从滨水空间的空间照明效果入手，对不同滨水环境压力恢复性的差异进行数字化探索，以期为现实设计提供更客观准确的理论依据。1研究背景风景园林专业是协调人与自然环境关系的科学，研究人员针对人与自然环境的关系进行了诸多理论和实践层面的探索。在理论层面，Stephen Kaplan1和 Rachel Kaplan2提出了恢复性环境（Restorative Environment）概念和注意力恢复理论（Attention Restoration Theory,ART），Rogers Ulrich3提出了减压理论（Stress Reduction Theory,SRT）；在实践层面，经过国内外相关学者的研究，已证实自然环境具有注意力恢复和压力减轻作用。2010 年以来，滨水环境的压力恢复性逐渐成为国内外相关学者的研究热点，国外的研究主要集中在自然环境的减压机制、相关环境与公共疾病之间的关系；国内的研究主要集中在国外研究的综述总结、环境对比实验、恢复性环境的影响机制上4。针对各类环境中具体的空间细节差异的研究相对不足，大多数研究还处于理论探索和验证阶段，尚未对现实的压力恢复性环境提供更有价值的参考依据。在实验方式上，大多数研究仍使用低清晰度的屏幕、投影仪等平面 2D 照片型环境模拟方法，通过主观问卷评价判断照片的恢复性价值。有研究表明，屏幕环境模拟和主观评价的方式有明显的不足之处，实验场景的沉浸感、实验数据的准确性和客观性与真实环境有差异，且实验设备条件存在限制，会产生较大的偏差。整体而言，相较于国外，国内的研究有所滞后，且针对滨水环境的研究不如绿色环境成熟，研究方法多为理论总结和主观调查问卷的方式，研究方法的客观性和科学准确性仍有提升空间。2实验方法首先，对滨水环境空间进行实地采集、聚类筛选，依据真实环境的空间特征，创建相应的虚拟环境模型。其次，被试者佩戴头戴式显示器，观看 3D 场景视频，文章编号：2096-9317（2023）01-0001-03*基金项目：安徽省自然科学基金项目“基于出行时空行为的城市绿地空间慢行机能优化方法研究”（编号：1908085QE209）；安徽省住房城乡建设科技计划项目“EOD 模式的城市更新与水生态资源开发运营一体化技术集成研究”（编号：2022-YF094）作者简介：吕坤，男，硕士，研究方向为风景园林规划与设计。照明工程 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明2记录被试者的皮肤电导水平（EDA）的实时数据，并完成场景量表评价。最后，通过主客观数据的结合分析，对比不同场景下的压力恢复性差异，得出可供实践参考的理论结论。2.1 实验场景的筛选与创建在实验场景的选择上，对真实滨水环境的空间类型进行调查取样，研究不同空间类型的基本压力恢复性，最终确定以混合型的水岸环境为实验场景，以无光照环境、仅驳岸照明环境和水域加驳岸照明环境三类滨水环境为实验对象（后文将三种照明环境称为A1、A2、A3）。剔除照片中不在研究范围内的额外元素，创建相应的实验场景模型，并在渲染软件中统一所有场景的视角、元素纹理和动画参数等视觉特征，最终导出超高分辨率、高刷新率的 360全景视频。为提高实验的普遍性和准确性，每类照明场景分别选取 3 处视角，最终得到 3 组共 9 个照明场景的全景视频。实验中全景视频通过 HTC VIVE PRO 专业虚拟现实头戴式显示设备展示给被试者，每段视频播放时长为 30 s。2.2 主观数据收集研究采用基于注意力恢复理论（ART）的压力恢复感知量表（PRS）获取被试者在观看不同场景时的主观感受和评价。ART 理论认为环境的逃离性、魅力性、延展性和兼容性四个特征可以帮助观看者减少定向注意力的使用，从而获得压力缓解的效果。在主观评价问卷中采用李克特七级量表的形式，并在其中加入ART 理论中的逃离性、魅力性、延展性和兼容性四个特征的单独评价，被试者需要在每个实验场景对 4 个恢复性特质（逃离性、魅力性、延展性和兼容）和综合恢复性共 5 个项目进行量表打分，七级量表分别用-3、-2、-1、0、1、2、3 代表非常不同意、很不同意、不太同意、无感、同意、很同意、非常同意。2.3 客观数据收集客观数据选用皮肤电反应（EDA）作为生理指标，EDA 具有反应快速、准确的优势。EDA 采集设备使用Empatica 公司的 E4 医疗级无线智能腕带（E4 腕带），该设备的数据准确可靠并已投入科学研究5。E4 腕带能在不对被试者造成额外影响的前提下准确采集被试者的运动状态、皮肤温度、皮肤电反应（EDA）、基于脉搏收缩压的心率（HR）等生理数据。EDA 数据来自皮肤电活动传感器，单位为微西门子（S），数据采样率为 4 Hz。EDA 数据可以反映被试者实时的生理状态，当被试者压力升高时，交感神经会激活，刺激皮肤分泌汗液，被监测手腕的皮肤表面的细微电水平会升高，反之则下降。可以通过提取分析这种皮肤电反应的变化趋势来估计副交感神经系统激活或迷走神经张力，进而判断被试者的压力状态。3实验流程经过 G-power 软件计算实验样本量，统计分析使用单因素方差分析方法，达到中等效应量 0.25，得有效被试者量为 28 时，即满足实验的样本量要求。实验对象最终选择 30 位年龄为 18 26 岁、身体健康、心理正常的大学本科生或研究生，男女比例相近。实验员在测试确保实验 VR 播放设备和生理监测设备正常后，告知被试者实验的大体流程与注意事项，为被试者清洁 EDA 电极下方的手腕皮肤并佩戴好 E4腕带。随后被试者选择好舒适放松的姿态静坐，做好准备后进入 1 段 TSST 社会性压力测试，包含 1 段 5 min限时的智商检测题，用以提高被试者的压力水平。在完成压力施加阶段后，被试者佩戴好头戴式 VR 显示器，做好准备后闭眼休息一段时间，在 VR 设备播放提示音后实验正式开始。被试者在保持视角不大幅度移动的前提下自由观看实验滨水场景，场景播放 30 s后关闭视频，被试者放松休息，做好准备，在提示音响起时观看下一个实验场景，依次观看完 9 个场景后，被试者摘离头盔与手环，完成相应的量表评价后结束实验。4数据处理与分析4.1 主观量表分析（1）信度分析。对 30 份主观恢复性评价量表采用 SPSS 软件进行信度分析，结果表明逃离性、延展性、魅力性和兼容性的 Cronbachs Alpha 系数分别为0.783、0.746、0.807 和 0.777，环境舒适性 Cronbachs Alpha 系数为 0.734，全部处于 0.7 0.9 之间，说明量表的内部一致性较高，量表问卷数据有效可靠。（2）量表结果处理与分析。对量表结果的总压力恢复打分结果进行整理后在 SPSS 软件中进行单因素方差分析。首先数据经验证后符合正态性分布，而且接受方差齐性假设（p=0.117 0.05），因此选用 LSD 方法进行单因素方差分析。单因素方差分析结果表明，数据与组别之间具有显著性（p 0.05）。LSD 事后多重分析结果表明，A1 与 A2 不具有差异性（p=0.871），光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明工程3A1 与 A3 在 p=0.05 级别上具有显著相关性（p=0.041），A2 与 A3 在 p=0.052 水平上具有显著差异（p=0.052），但因数据统计多以 p=0.05 为标准，故在数据和图表中仍将 A2 与 A3 视为差异不显著，但实际中可认为 A2与 A3 具有显著的差异性。压力恢复性问卷统计结果如图 1 所示。综合而言，不同照明环境中，A3 场景的量表得分最高，被试者普遍认为其压力恢复性最佳；A1 得分最低，被认为压力恢复性最差；A2 和 A1 环境得分差异不大，A2 结果略高于 A1。远离性延展性魅力性兼容性恢复性总评价量表评价统计结果ababA12.001.500.500.00-0.501.00A2A3图 1压力恢复性问卷统计结果4.2 生理数据分析收集 30 位被试者的 EDA 生理数据，最终获取 30 位被试者共 43 200 个 EDA 数据。EDA 数据采样率为 4 Hz，且皮肤电反应的变化更加稳定，更加适合用来分析变化趋势性。经过数据的初步整理后，发现所有场景的被试者 EDA 数据均呈线性下降的趋势，因此 EDA 的下降率更适合用于反映每一个实验场景对被试者的压力缓解效果。下降率采用场景播放第一秒和最后一秒范围内的 EDA 均值计算以提高实验数据的准确性，通过计算每组场景所有被试者的平均 EDA 下降率来比较不同场景压力恢复性的差异。3 类照明场景中，A1 的 EDA 没有下降，反而有轻微上升，A2、A3 的 EDA 呈现显著的下降趋势，但是每组场景的变化趋势和波动状态有差异，代表不同照明环境具有不同的压力恢复效益。对比各类场景的下降率可发现，A2、A3 的 EDA 下降率明显高于 A1，A2和 A3 的差异不大，而 A1 的 EDA 下降率在三者中最低，呈现负下降趋势。4.3 归一化结果因问卷量表结果和 EDA 数据单位不一致，为在同一个维度进行数据的对比和分析，对所有实验数据进行归一化处理，公式如下：（1）式中：xnorm为归一化后的数据；x 为原始数据；xmax、xmin分别为原始数据集的最大值和最小值。对主客观数据经过归一化处理后，将数据分析结果转换成差异性分析柱图。根据主观压力恢复量表评分和客观生理数据的归一化结果，发现主客观结论相符，即从主客观两方面得出了一致的结论，最终结论如下：（1）夜晚在无照明的环境下，滨水空间原本具有的压力恢复性会消失，甚至会出现压力增加的情况；（2）基于主客观数据归一分析结果，夜间照明丰富的滨水环境压力恢复性最佳，显著高于仅驳岸照明和无照明的类型，具体的照明方式为水面灯光照明配合驳岸与植物的氛围照明；（3）仅驳岸照明的形式也具有一定的压力缓解效果，在条件有限的情况下也可以采用，即对主要景观驳岸和构筑物进行灯光氛围照明。5结束语综上所述，在“健康中国”的建设目标下，对夜间城市滨水环境灯光照明进行有计划的布置可以显著提升环境的心理压力缓解水平。无灯光照明的滨水环境在夜间不具有压力恢复效果，而且会增大观赏者的压力水平；夜间较丰富的照明，如水面照明、植物照明和构筑物氛围照明，能很大程度上提高夜间滨水环境的压力缓解效果。实际建设中可以通过改善照明提升城市滨水环境的景观性和疗愈质量，提高游赏市民