博物馆展示照明环境设计视觉认知评价.pdf
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1、F&ID第30卷第11期 2023年11月 家具与室内装饰73基金项目:教育部人文社会科学研究一般项目(20YJA760030);教育部产学合作协同育人项目(220605377203404);广州市哲学社会科学发展 “十四五”规划共建课题(2021GZGJ283)作者简介:胡林辉(1981-),男,博士,教授,研究方向:文化空间与展示设计,E-mail:通信作者:罗胜京(1973-),男,高级平面艺术设计师,研究方向:建筑设计及其理论,E-mail:引文格式:胡林辉,刘涛,李聪聪,等.博物馆展示照明环境设计视觉认知评价J.家具与室内装饰,2023,30(11):73-79.HU Linhui,
2、LIU Tao,LI Congcong,et al.Visual Cognitive Evaluation of the Design of the Lighting Environment for the Museums DisplayJ.Furniture&Interior Design,2023,30(11):73-79.照明设计是博物馆展示设计的重要组成部分1。照明是展览呈现不可分割的组成部分,是影响展览效果最重要的因素之一2。优秀的照明环境有利于加强展品特性的传达3,且优秀的照明环境对提高博物馆的吸引力,实现展陈的价值有着重要作用。但目前对博物馆展品照明环境的研究分析却极为罕见,且很
3、少有研究对博物馆展示照明环境中的色温和照度值进行科学的评测。低照度、低色温的特殊光环境导致目前展陈环境存在沉闷、压抑、乏味、细节辨认不清等问题,光环境舒适度较差4。本文件模拟预设15种灯光测试参数,再渲染得到30张实验刺激样本。第二阶段,设置实验程序。共招募40名志愿者作为实验样本进行眼动实验。实验结束后要求被试者填写问卷。第三阶段,整理和分析眼动实验数据和问卷数据。使用SPSS 26对被试者的实验数据进行分析。第四阶段,根据分析结果,提出博物馆展陈照明环境的设计方向。1.1 刺激选择博物馆展陈形式和展品类型有很多种,展台是博物馆中最主要的展陈方式之一,本实验主要针对展台形式进行借助眼动追踪技
4、术,以广东省博物馆中具有代表性的展品为例,来揭示被试者处于不同光照展陈环境下的视觉特征和规律。1 研究方法本研究以博物馆展品照明环境为刺激对象,采用主观与客观、眼动实验与问卷相结合的方法开展研究。整个研究的过程分为四个阶段(图1)。第一阶段,选择广东省博物馆中2组具有代表性的文物作为实验展品,还原其在博物馆实际场景中的展陈方式。使用灯光模拟软Visual Cognitive Evaluation of the Design of the Lighting Environment for the Museums Display胡林辉,刘 涛,李聪聪,罗胜京 Hu Linhui&Liu Tao&L
5、i Congcong&Luo Shengjing(广东工业大学艺术与设计学院,广东广州 510000)摘 要:照明环境中的色温(CCT)和照度值是影响博物馆展品视觉呈现效果的重要因素。通过采用问卷调查和眼动跟踪记录相结合的方法,获取参观者对博物馆展陈实验场景的生理和心理数据,并进行分析,以此对博物馆展示照明环境中的色温和照度值进行评测。实验研究结果表明:不同色温和照度值的图像会影响被试者的视觉偏好,并产生显著差异。当光照环境的CCT参数在6000 k时,会使被试者保持更持久的视觉停留时长。照度值在300 lx的光照环境是最佳的视觉体验环境。该研究结果能为建筑与环境设计师在博物馆照明设计时提供一
6、定的科学依据。关键词:照明环境设计;眼球追踪;博物馆展陈;视觉认知DOI:10.16771/43-1247/ts.2023.11.013中图分类号:TS664.1 文献标识码:A 文章编号:1006-8260(2023)11-0073-07Abstract:Color temperature(CCT)and illuminance value in the lighting environment are important factors affecting the visual presentation of museum exhibits.By using a combination o
7、f a questionnaire survey and eye tracking records,the physiological and psychological data of visitors on the experimental scenes of the museum exhibition were obtained and analyzed so as to evaluate the color temperature and illuminance values in the exhibition lighting environment of the museum.Th
8、e experimental results show that images with different color temperatures and illuminance values affect participants visual preferences and produce significant differences.When the CCT parameter is 6000k,the lighting environment will give the participants a longer visual stay.The illumination enviro
9、nment with an illuminance value of 300 lx is the best visual experience environment.The results of this study can provide a certain scientific basis for architectural and environmental designers to design museum lighting.Key words:Lighting environment design;Gazetracking;Museum exhibition;Visual cog
10、nition博物馆展示照明环境设计视觉认知评价74研究。展台类道具是衬托各种展品实物、模型、沙盘和其他装饰物的器具,可使展品与地面相隔离,从而衬托和保护展品5。本实验选择了广东省博物馆的龙门石窟精品文物展的两件佛像作为实验展品样图(图2)。佛像是我国非常有代表性的文物,其常规展陈方式也是通过展台进行展示,符合本研究的展陈形式。研究采用2000 k、3000 k、4000 k、5000 k、6000 k这5种常用的CCT数值,光照强度则采用200 lx、300 lx、400 lx这3种照度值,共生成15种预定义的照明条件,2组30张刺激样本图(表1)。再将单个佛像的所有参数样本图按照相同CCT、
11、相同照度值的方式进行组合,形成同CCT 5组、同照度值的3组对比组,最后将单个佛像的所有参数图同时呈现在一张图上,作为整体对照。两个佛像共18组对比组,48张刺激样本。所有实验样本都是由专业灯光模拟软件进行参数设置,再渲染得到的刺激样本。渲染图的视角角度、尺寸都是依据人体工程学而设定(图3),最大限度模拟人的实际观展状态,减少其他因素的干扰,实验误差均在5%以内。1.2 被试者在此项研究中,我们招募了 40名广东工业大学设计学专业的本科生和研究生作为实验样本参加测试(20名男性和20名女性)。被试者的平均年龄分别为23.2岁(标准差1.6)。通过选择具有相同教育水平的被试者,降低被试者在动态视
12、觉认知中受先验知识的影响程度。所有的被试者都有正常或矫正到正常的视力,都是右撇子,并且从未参加过类似的研究。实验前,被试者被告知,他们的眼球运动数据将被记录下来,并在一个科学研究项目中进行分析,所有数据都将被匿名处理,并且获得广东工业大学学术道德与科技伦理专门委员会的批准。1.3 仪器及实验设计本次实验使用的仪器是Tobii x2-60眼球跟踪器(采样率为60 Hz,精度为0.4),该设备可以记录被试者观看不同场景时的眼球运动数据样品。刺激呈现由Tobii-Studio专业软件控制,刺激图像呈现在3500 cm2500 cm的显示屏上图1 测量方法的流程图图2 广东省博物馆展出的两件龙门石窟
13、艺术品图片图3 展品与被试者视觉距离与关系图4 实验过程中展品刺激图像的序列图4图2图3图 1Forum of Design设计论坛F&ID第30卷第11期 2023年11月 家具与室内装饰75(屏幕分辨率1920 1080像素,60 Hz)。实验前,要求被试者签署知情同意书,并进行实验说明,告知尽可能少移动头部,降低对眼动数据的影响。在实验过程中,所有干扰因素(光线、触觉、噪声、气味等)被最小化。实验是在一个42平方米的实验室里进行。窗帘紧闭,人造光用于消除眼睛疲劳。被试者坐在显示器前60 cm左右处,进行校准。校准完成后,使用Tobii-Studio实时记录眼动数据。实验设计分为两组,(图
14、像格式:JPG)(单参数图像:6000 ms;相同色温、光照强度图像:8000 ms;所有参数组合图像;10000 ms)(性别:男女)。实验自变量包括图像CCT、照度值和性别;实验因变量包括主观问卷数据和眼动指标。眼球运动指数包括被试者在感兴趣的区域上的第一次注视时间、总注视时间、总注视次数、感兴趣区域中的总注视时间、瞳孔直径、瞳孔变化率和其他参数。1.4 实验设置与程序在实验开始之前,我们向被试者简单介绍实验,并要求他们签署知情同意书。用下巴托固定被试者的头部,以确保眼睛水平高度。为了确保获得高质量的数据,要求被试者在实验过程中尽可能不移动头部。在图像显示之前,校准每个被试者眼睛的注视位置
15、。实验过程要求被试者的视线跟随屏幕白色背景上的移动红点。仪器校准成功后,刺激图像显示在屏幕上,并记录眼球运动轨迹。在实验过程中,会显示指令界面,用于向被试者解释实验的VI(Visual Identity)即视觉识别系统任务。刺激材料按照不同灯光参数的顺序依次呈现。每种刺激材料出现一次。实验的平均时间为10分钟,实验程序分为2个板块(根据两种形态),每个板块包括24个刺激图像(15个参数单张图像、5组相同光照强度图像、3组相同色温、1组所有参数的组合图)。实验结束后,被试者需填写一份关于该实验图像展示的电子问卷,问卷内容是根据李克特七级量表对实验图像的舒适度和偏好度进行评分。2 结果通过Ergo
16、-LAB软件对40名被试者表1 各灯光参数样本图光照强度/色温 2000 k 3000 k 4000 k 5000 k 6000 k 200 lx300 lx400 lx 2000k,200lx 3000k,200lx 4000k,200lx 5000k,200lx 6000k,200lx 2000k,300lx 3000k,300lx 4000k,300lx 5000k,300lx 6000k,300lx 2000k,400lx 3000k,400lx 4000k,400lx 5000k,400lx 6000k,400lx图5 不同光照强度图像之间眼球运动指数的平均值(95%置信区间)的比较
17、76眼动指标进行数据预处理。将注视时长、注视次数、平均瞳孔直径和AOI注视时间百分比作为眼动评价指标6。并将处理后的眼球运动数据导入SPSS 26进行进一步分析,获得眼球运动指数和视觉数据。使用单向方差分析(ANOVA)对注视计数(N)、总注视时间(s)、瞳孔直径(mm)这些参数进行单独分析。最后使用配对样本t检验和单因素方差进行数据分析,用于确定被试者在观看不同图像时眼球运动指数的差异,以便提取与用户视觉认知体验相关的眼动指标。2.1 问卷反馈数据问卷调查结果显示了被试者在观看不同灯光参数展品图像时的主观体验。被试者以7分制(0:非常不满意7:非常满意)对所展示的图像进行评分。他们对不同CC
18、T和照度值的舒适度和偏好度得分如表2所示。调查结果显示,6000 k和300 lx组合的舒适度和偏好度的评分最高。2000 k和200 lx图像组合的舒适度和偏好度的评分最低。在相同照度值条件的比较下,6000 k的舒适度和偏好度的评分最高,其次是5000 k、4000 k、3000 k、2000 k。在相同的CCT条件下比较,300 lx的舒适度和偏好度的评分最高,其次是400 lx,最低的是200 lx。2.2 注视数据分析实验将总注视时长、注视次数、平均瞳孔直径和AOI注视时间百分比作为眼动评价指标6,总注视时长是指被试者观看兴趣区时视线停留的时长。注视次数是指兴趣区被注视的总次数。当注
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