石 林， 王志創(chuàng)， 嚴(yán)心怡， 王邵馨

(1.中國海洋大學(xué)工程學(xué)院機(jī)電工程系, 山東 青島 266100; 2.中國海洋大學(xué)語言與腦科學(xué)實驗室， 山東 青島 266100)

海洋平臺居住空間是海上作業(yè)人員起居、娛樂、會議的必備場所。隨著中國海洋開發(fā)事業(yè)從近海走向深遠(yuǎn)海，居住空間的設(shè)計和建造日益得到重視。美觀大方的空間效果不僅代表著優(yōu)秀的舾裝設(shè)計水平，還直接影響著作業(yè)人員的工作狀態(tài)和身心健康。相對于陸上建筑，海洋平臺居住空間設(shè)計的特殊性主要表現(xiàn)在兩個方面：一是安全性要求高，不管是國際組織還是國內(nèi)相關(guān)部門都對海洋平臺居住空間的安全性做出了相應(yīng)要求，舾裝材料的選擇和設(shè)施規(guī)格都有嚴(yán)苛的規(guī)定；另一方面是出于經(jīng)濟(jì)性的考慮，在建造設(shè)計中追求標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的建造。2015年，中海油研究總院發(fā)布了《海上固定平臺生活樓總體規(guī)劃指南(暫行)》，該指南已經(jīng)在四大海域的多個油田進(jìn)行了應(yīng)用[1]。海洋平臺生活樓標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的推進(jìn)對人性化的要求更高，并使得以往居住空間的設(shè)計方案無法順應(yīng)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，更加人性化的、符合人員生理和心理需求的內(nèi)裝設(shè)計方案的提出已成為海洋平臺生活樓建造的重要議題。然而，生活樓居住空間中的形態(tài)設(shè)計要素眾多，本文嘗試通過眼動分析并結(jié)合專家評估的方法析出關(guān)鍵設(shè)計要素，從而能夠更有針對性的對平臺居住空間形態(tài)設(shè)計要素實施人性化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計。

1 居住空間形態(tài)設(shè)計要素解構(gòu)

視覺是人類最重要的感覺，人所感受的80%以上的外界信息來自視覺[2]，因此，視覺信息對人的認(rèn)知與心理具有至關(guān)重要的影響。人在通過視覺感知外界的形狀、顏色、空間位置等物理信息的同時，不同的視覺效果也會給人帶來不同的心理感受，產(chǎn)生如溫馨、舒適、明快等的意象認(rèn)知。海洋平臺居住環(huán)境是在特定的空間中對環(huán)境設(shè)施進(jìn)行的合理的設(shè)計與布置，其中，既包含床、桌子、椅子、柜子等環(huán)境設(shè)施的造型、材質(zhì)、色彩等要素，又包含了各個設(shè)施設(shè)計、布局而產(chǎn)生的尺度感。

“尺度”指的是人與物之間的比例關(guān)系，尺度是相對于人而言的，不同物體的尺度直接影響著人對物體的使用及舒適程度[3]。一般來說，建筑或產(chǎn)品的設(shè)計應(yīng)滿足人的生理和心理兩方面的尺度要求，不僅需要符合人體工程學(xué)的設(shè)計規(guī)范，同時，也要給人以視覺上的舒適體驗。在海洋平臺居住空間中，人的尺度把握主要包含了基礎(chǔ)設(shè)施和空間環(huán)境中的形體、色彩、質(zhì)感、光影及空間感的視覺感知，因此，從這五個方面進(jìn)行居住空間設(shè)計要素的解構(gòu)，將有助于把握人對視覺空間感知的生理及心理效果。

1.1 形體

形體，可以理解為二維造型，或者三維造型，簡而言之，就是形狀和體積，它是視覺認(rèn)識的基礎(chǔ)[4]。在視覺認(rèn)知中，形體具有大小、形狀、體量的區(qū)別。

依據(jù)形體的大小來劃分，平臺居住空間中既包含門把手、柜門拉手、床頭燈、開關(guān)等較小的構(gòu)件，也包含床頭板、柜門、桌面、門、床簾、窗簾、電視面板、標(biāo)志牌等較大的構(gòu)件。其中，較小的構(gòu)件在視覺認(rèn)知中具有強(qiáng)調(diào)、集中視線的作用。而占據(jù)較大視覺面積的構(gòu)件，則不僅具有功能的作用，同時，也具有構(gòu)建空間層次的作用。

從形狀特征來看，決定形狀特征的主要元素為物體的輪廓線，在平臺居住空間中，輪廓線可以分為兩類：一類是圍壁和天花的巖棉板邊線以及房間的地腳線、陰角線等直線，另一類是各類家具的輪廓線，包括側(cè)窗的輪廓，床的護(hù)欄和床梯的輪廓等。這些家具曲線的應(yīng)用打破了由第一類的直線造成的嚴(yán)肅刻板的氛圍，讓單調(diào)緊張的空間變得更加活潑和富有情調(diào)。

從形體的體量來看，影響體量感的最重要的要素便是體積，居住空間中的體量感主要是通過具有三維立體效果的形態(tài)來表現(xiàn)的。但是，對于三維形態(tài)的劃分不是絕對的，如，椅子的骨架、靠背、扶手都可以被看作單獨的三維形態(tài)，但是在進(jìn)行舾裝設(shè)計時，將具有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者統(tǒng)一規(guī)格的環(huán)境設(shè)施看作展現(xiàn)體量感的要素，例如，椅子、臺燈、消防器材、沙發(fā)、茶幾等。

1.2 色彩

色彩是極為重要的視覺要素之一，環(huán)境設(shè)施的色彩構(gòu)成及心理效果是判斷視覺意象的重要條件。不同的色彩環(huán)境會給人帶來不同的生理感應(yīng)和心理聯(lián)想，如重量感、體積感、冷暖感等較為直觀的色彩聯(lián)覺；也能產(chǎn)生如干凈的、清爽的、熱烈的等較為強(qiáng)烈的心理情感。居住空間主要色塊包括圍壁、天花等板材色彩，床簾、窗簾等布藝色彩，桌子、柜子和床等木紋色。在色彩選擇上除了空間內(nèi)的布藝、家具之間的色彩要和諧統(tǒng)一之外，整體環(huán)境也不應(yīng)過于跳躍，以保持安定、平和的氛圍。

1.3 質(zhì)感

質(zhì)感是在材質(zhì)特性和處理工藝的共同作用下給人的一種視覺感受形式，由于海洋平臺的安全等級較高，在防火、減震、隔音、減重等方面有著特殊的要求，因此材質(zhì)的選擇空間較小。一般的肌理效果主要集中于木材及金屬表面的工藝處理，如在居住空間中占據(jù)較大面積的木材的肌理表現(xiàn)中，采用各類仿木紋的裝飾貼面，或扶手、門窗把手、掛鉤等小型金屬件中結(jié)合不同的進(jìn)步表面處理工藝進(jìn)行質(zhì)感的表達(dá)。

1.4 光影

光與影是一切視覺感知的前提，是塑造立體感的重要形式語言。光影的作用不僅是感知事物，同時也可以表達(dá)各異的情感與氛圍，起到豐富視覺體驗的作用。平臺居住空間的光照按來源可分為自然光和燈光兩個部分。由于平臺結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，居住空間的窗戶多為高而窄的永閉型側(cè)窗或天窗，燈光就成為采光的主要來源，包括頂燈、床頭燈、臺燈，在視覺感知中光源是較為重要的影響要素。

1.5 空間

人對于空間的感知由實體與空間共同構(gòu)成，兩者相輔相成，互為存在?？臻g可被定義為具體而真實的形態(tài)或結(jié)構(gòu)，是由基面、垂直面與頂面三個要素組成，是體的存在場所[5]?？臻g的感知是通過形態(tài)的構(gòu)成要素間的體量、色彩、面積、比例尺度、節(jié)奏韻律等多方面影響因素，強(qiáng)化對于空間的感知?？臻g可以包含物理空間與心理空間兩種，物理空間是實際的空間，而心理空間則是一種感覺的空間。例如，在小面積的空間中，使用大面積的高明度色彩可以增加空間的心理面積。根據(jù)《海上固定平臺生活樓總體規(guī)劃指南(暫行)》規(guī)定，居住用房依照功能將其劃分為休息空間、工作空間、洗漱空間。這些單獨空間經(jīng)過組合就形成了雙人間、四人間、六人間的居住空間(見圖1)，觀者可以通過空間構(gòu)成要素的暗示、引導(dǎo)等，產(chǎn)生不同的心理效果。

圖1 定員60人生活樓四人間和六人間布局Fig.1 Quadruple and six-person living room layout for 60 people

將居住空間的舾裝環(huán)境解構(gòu)成形體、色彩、質(zhì)感、光影、空間感這五個基本要素，通過對比平臺設(shè)計規(guī)范和技術(shù)資料，就可以明確可設(shè)計目標(biāo)。利用眼動分析法和專家評估法進(jìn)一步提取對空間感知影響較大的形態(tài)設(shè)計要素，提取流程如圖2所示。同時，居住空間虛擬環(huán)境的搭建以及樣本的選取也應(yīng)該遵循要素解構(gòu)結(jié)果。

圖2 關(guān)鍵形態(tài)設(shè)計要素提取流程Fig.2 Extraction process of key shape design elements

2 眼動實驗與分析

2.1 場景知覺與眼動技術(shù)

居住空間作為一個真實場景(Real-world Scene)，其本身是一個包含著大量刺激信息的復(fù)合體。這些刺激信息不僅包括上述的點、線、面、體、空間等形態(tài)設(shè)計要素，也包含這些設(shè)計要素之間的構(gòu)成法則以及感性意象。人通過感官得到的場景世界的信息，再經(jīng)過大

腦的加工，產(chǎn)生了對場景整體的認(rèn)識。在這個過程中，人們并不是對每一個目標(biāo)都予以注視，而是有選擇地注視他們感興趣的情景區(qū)域或者某些刺激物。也就是說，人的視覺認(rèn)知是一個零散的過程，通過整合小區(qū)域感知來形成整體的視覺意象[6-8]。場景認(rèn)知過程中的顯著特征就是眼球的運(yùn)動。運(yùn)用眼動追蹤技術(shù)，就可以獲取這些注視過程的位置、持續(xù)時間和運(yùn)動信息，從而對人們的視覺和心理活動進(jìn)行定量評估。

經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展，眼動追蹤技術(shù)在認(rèn)知心理學(xué)、市場營銷、人機(jī)交互等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用[9]。在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域，利用眼動追蹤技術(shù)進(jìn)行形態(tài)設(shè)計要素的提取和評價已經(jīng)獲得普遍的認(rèn)可。史浩天等[10]對裝載車等機(jī)電產(chǎn)品的外觀和內(nèi)飾分別進(jìn)行眼動實驗，通過獲取關(guān)注度較高的構(gòu)件來指導(dǎo)和改進(jìn)設(shè)計方案；王震亞，李海旺[11]采用眼動分析法，并以問卷調(diào)查法、訪談法作為輔助研究方法，進(jìn)行汽車造型特征的提?。桓咝♂榌12]對高壓電機(jī)造型設(shè)計要素進(jìn)行了提取，并結(jié)合仿生學(xué)進(jìn)行高壓電機(jī)的意象設(shè)計；唐觀民等[13]利用眼動追蹤技術(shù)對羽絨服的設(shè)計風(fēng)格特征進(jìn)行提取，深入探究服裝品牌的設(shè)計基因；張丙辰[14]則通過眼動追蹤技術(shù)，提取了列車內(nèi)裝環(huán)境的造型要素，并用于構(gòu)建視覺意象與列車內(nèi)裝環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)模型。

2.2 實驗素材選取

以定員60人的海洋平臺為例，四人間和六人間的房間數(shù)占總房間數(shù)的比值達(dá)到73.4%，居住人數(shù)上占總定員人數(shù)的比值達(dá)到90%(見表1)。因此，將四人間和六人間作為實驗設(shè)計首選材料。

表1 定員60人海洋平臺房間分布Table 1 Room capacity for 60 people on offshore platform

依據(jù)定員60人的海洋平臺四人間和六人間的設(shè)計圖紙，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)搜索、實地調(diào)研的方式收集了居住空間圖片，利用3DMax和UE4軟件對四人間、六人間進(jìn)行舾裝設(shè)計和虛擬空間的搭建，包括兩種設(shè)計風(fēng)格四人間A、四人間B，將四人間A的某些形態(tài)設(shè)計要素更改后的四人間C以及六人間D，如圖3所示。借用虛擬現(xiàn)實技術(shù)還原居住空間舾裝設(shè)計進(jìn)行眼動實驗具有如下優(yōu)勢：

圖3 不同風(fēng)格及規(guī)格居住用房虛擬空間Fig.3 Virtual space of residential houses of different styles and different specifications

(1)現(xiàn)在市場已經(jīng)由生產(chǎn)導(dǎo)向轉(zhuǎn)變?yōu)橐韵M(fèi)者為主導(dǎo)的行銷導(dǎo)向，產(chǎn)品更新迭代加快。憑借虛擬現(xiàn)實技術(shù)強(qiáng)大的渲染能力，可以在虛擬空內(nèi)將產(chǎn)品真實地展現(xiàn)出來，用戶對居住空間進(jìn)行的感官體驗全面自然，并且不受環(huán)境地點和經(jīng)濟(jì)成本的限制，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。

(2)以往的感性工學(xué)案例大多是對已經(jīng)成熟豐富的系列產(chǎn)品進(jìn)行研究，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以在產(chǎn)品設(shè)計初期或者大型項目的籌備階段依靠技術(shù)資料豐富樣本空間，從而進(jìn)行感性工學(xué)研究。

(3)借助虛擬引擎的編程系統(tǒng)，可以直接對形態(tài)設(shè)計要素進(jìn)行更換，嚴(yán)格的控制實驗變量。

(4)構(gòu)建的虛擬空間不僅可以進(jìn)行視覺形態(tài)設(shè)計要素的解構(gòu)和提取，也可以進(jìn)行其他方面的人體工學(xué)研究。

利用空間中的某幾個視角來代表整個立體空間，視角的選擇對于實驗結(jié)果有很大的影響。因此在圖片的選取上，不僅要遵循人的尺度和活動規(guī)律，也要保證樣本圖片的全面性和簡潔性，盡量用較少的圖片去反映空間的整體面貌。當(dāng)空間中元素較多時，優(yōu)先選擇符合人的生活習(xí)慣的視角。因為居住空間的逼仄狹窄，并不能在某一視角獲取空間的整體效果，在空間內(nèi)固定四臺攝像機(jī)(視角1、視角2、視角3、視角4)來截取居住空間舾裝效果圖。根據(jù)GB-10000-88立姿人體尺寸(男)，取26～35歲男性眼高的50百分位數(shù)P50=1 572 mm作為攝像機(jī)的高度。攝像機(jī)的位置和方向依據(jù)要素全面和重點優(yōu)點的原則進(jìn)行調(diào)整。

2.3 眼動實驗設(shè)計

假設(shè)：海洋平臺居住空間內(nèi)，某些視覺形態(tài)設(shè)計要素是影響居住空間整體設(shè)計意象的關(guān)鍵要素，并且這些設(shè)計要素在不同的房間規(guī)格和不同設(shè)計風(fēng)格內(nèi)具有一定的一致性。

實驗設(shè)備：Eyelink 1000Plus眼動儀(采樣頻率1 000 Hz)，主試機(jī)，被試機(jī)(分辨率1 920×1 080、刷新率60 Hz)，SR Research頭托(距離顯示器770 mm)。

實驗人員：由于海洋平臺特殊的工作環(huán)境和工作性質(zhì)，海上工作人員均為男性，選擇32名男性在校本科生和研究生作為被試，年齡分布在17～29歲。所有被試者裸眼或矯正視力正常，且先前均未參加過類似實驗。將A、B、C、D四個房間作為自變量。32名學(xué)生隨機(jī)分為4組(對應(yīng)A、B、C、D四個房間)，每組8人，各組之間為組間實驗，各小組內(nèi)進(jìn)行組內(nèi)實驗。在進(jìn)行組內(nèi)實驗時，為降低順序效應(yīng)的影響，采用拉丁方排序。

實驗程序：

(1)被試通過居住空間的全景圖片對各自小組的房間進(jìn)行瀏覽，熟悉房間基本環(huán)境，排除因為對某個元素產(chǎn)生困惑導(dǎo)致長時間注視停留。

(2)進(jìn)入實驗室，介紹實驗項目和注意事項，消除實驗前的緊張感。調(diào)整座椅高度和前額支架。

(3)采用九點校準(zhǔn)法對眼動儀進(jìn)行校準(zhǔn)，提示實驗即將開始。練習(xí)實驗：向被試者呈現(xiàn)實驗指導(dǎo)語，觀看在計算機(jī)上呈現(xiàn)的圖片。每張圖片呈現(xiàn)5 000 ms之后黑屏3 000 ms，進(jìn)入DriftCorrection糾正隨著時間的推移可能累積的注視位置計算中的小漂移，播放下一張圖片。練習(xí)實驗結(jié)束，提示正式實驗開始，正式試驗流程與練習(xí)實驗相同。

(4)實驗結(jié)束。

2.4 結(jié)果分析

使用Data Viewer軟件，將實驗結(jié)果按照熱圖形式呈現(xiàn)(見圖4～7)。

從A組的熱圖來看，注視點基本按照形態(tài)要素進(jìn)行分布，驗證了形態(tài)設(shè)計要素解構(gòu)的合理性。其中床頭燈、床梯、門把手、電視、消防器材獲取了較大的關(guān)注(見圖4)。

圖4 A組熱圖Fig.4 Group A heat map

A、B兩組在設(shè)計風(fēng)格上大不相同。由于部分物品

擺設(shè)位置的不同在關(guān)注點的分布上也稍有區(qū)別。除了床頭燈、護(hù)欄、電視等要素之外，視角中可見的衣物掛鉤也吸引了極大的關(guān)注(見圖5)。

圖5 B組熱圖Fig.5 Group B heat map

C組相對于A組將護(hù)欄改為鋼管型的護(hù)欄，并更換了椅子和床頭燈的造型以及床簾的顏色。此三組圖片在關(guān)注點上并沒有明顯的區(qū)別，點元素中床頭燈、柜門拉手獲得的關(guān)注最多，床鋪的護(hù)欄和床梯作為線元素也獲得較多的關(guān)注，說明這些設(shè)計要素更能夠引起被試者的興趣(見圖6)。

圖6 C組熱圖Fig.6 Group C heat map

D組作為六人間，視野面積更加開闊，注視點也變得相對分散。但是在興趣點上依舊是床頭燈、柜門拉手、護(hù)欄、床梯等形態(tài)設(shè)計要素，與四人間沒有顯著區(qū)別(見圖7)。

圖7 D組熱圖Fig.7 Group D heat map

所有樣本按照形態(tài)設(shè)計要素劃分興趣區(qū)，導(dǎo)出數(shù)據(jù)。眼動實驗包含第一注視點時間、注視時間、注視次數(shù)等多種指標(biāo)。選擇注視時間作為評價指標(biāo)，某一興

趣區(qū)的注視時間越長，則表明對這一區(qū)域越感興趣，即更能夠影響房間的整體意象。對于同一被試的同一設(shè)計要素注視時間取和，計算各要素注視時間占總時間比值并進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果如表2所示。由上表可知，床頭燈、柜子拉手、護(hù)欄、床梯、窗簾、電視是對視覺意象影響較大的要素。

表2 單因素方差分析Table 2 ANOVA

續(xù)表2

床頭燈、門把手、柜子拉手、地腳線、陰角線、護(hù)欄、床梯、窗簾軌道、床簾軌道、門、床頭板、床簾、桌面、電視、椅子、沙發(fā)、滅火器、枕頭、頂燈在房間類型上并沒有顯著差異(P>0. 05)，即并沒有因為房間風(fēng)格或規(guī)格的改變而產(chǎn)生興趣區(qū)的改變。衣物掛鉤、柜子、床單、窗簾、浴室門、臺燈、茶幾存在顯著差異(P<0. 05)，通過LSD事后比較以及熱圖可知是因為視角選擇不同使得某些要素更多的暴露在視野中造成的。相比之下，六人間的布局使得柜子、床占據(jù)了更大的視野面積，這也相應(yīng)增加了受關(guān)注程度。

綜上所述，能夠引起被試較大的興趣，引發(fā)感性意象的要素可以大致分為三類：一是床頭燈、門把手、柜子拉手、護(hù)欄、床梯等點線元素，其本身特性就可以吸引目光，激發(fā)聯(lián)想。這類要素材質(zhì)基本固定，可以進(jìn)行造型相關(guān)的設(shè)計；二是床簾、窗簾、柜子、門等占據(jù)較大視野面積的元素，可以在表面裝飾和色彩上進(jìn)行選擇；最后是滅火器、電視機(jī)等特殊設(shè)備也引起較大關(guān)注。

3 專家評估

專家評估法是在定性分析的基礎(chǔ)上，以打分的形式作出定量評價。在海洋平臺居住空間缺乏足夠的設(shè)計經(jīng)驗和設(shè)計樣本的情況下，專家評估法尤其適合。并且眼動分析只能夠分析用戶對房間內(nèi)某一要素興趣程度，并不能直接判定某一構(gòu)件對人的視覺關(guān)注起主要做用的是造型因素還是色彩因素，專家評估法將對眼動分析結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充。評估表中將空間內(nèi)多個色彩要素歸結(jié)為布藝色彩(窗簾、床簾、床單)、家具色彩(椅子、沙發(fā)、茶幾、柜子)、門色彩(房門、浴室門)進(jìn)行評估。本次評估采用打分形式進(jìn)行，每項最高分為7分，共邀請到高校專家兩名，企業(yè)專家三名，均有五年以上的從事工業(yè)設(shè)計或船舶舾裝設(shè)計經(jīng)驗。綜合專家評估打分普遍較高的要素(每項滿分35分)，主要集中于床頭板(35分)、沙發(fā)(34分)、床梯(33分)、柜子(33分、)床頭燈(32分)、護(hù)欄(31分)、椅子(31分)、家具色彩(30分)、布藝(28分)、門(27分)，詳見要素打分情況統(tǒng)計表(見圖8)，評分結(jié)果與眼動分析結(jié)果基本一致。除此之外，還可以看出企業(yè)專家對門、柜子、沙發(fā)、椅子、臺燈等實用型家具更為看重，而高校專家則更加在意布藝和家具的色彩因素對整體視覺環(huán)境的影響。

圖8 專家評估Fig.8 Expert evaluation

4 結(jié)語

本文利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對海洋平臺居住空間進(jìn)行了搭建，擺脫了時間地點的限制，也為眼動分析提供了實驗樣本。采用組間實驗和組內(nèi)實驗結(jié)合的方式對四組不同風(fēng)格及規(guī)格的房間進(jìn)行眼動實驗。經(jīng)過熱圖和數(shù)據(jù)分析并結(jié)合專家評估，驗證了形態(tài)設(shè)計要素劃分的合理性，得出床頭燈、門把手、護(hù)欄、床梯、窗簾、門、電視等要素是關(guān)注度較大的要素，并且在不同的房間內(nèi)這些重點要素具有一定的一致性。

對居住空間形態(tài)設(shè)計要素的提取是量化居住空間感性設(shè)計的前提，為后續(xù)探究形態(tài)設(shè)計要素與感性意象之間的關(guān)系提供了基礎(chǔ)。此類設(shè)計方法對于汽車、輪船等外觀和內(nèi)飾設(shè)計優(yōu)化以及火車站、機(jī)場等前期規(guī)劃同樣適用。隨著虛擬眼動分析技術(shù)的日益成熟以及整合更多眼動指標(biāo)，這種設(shè)計要素提取的方法將會更加完善。