王舒陽(yáng)

(上海華為技術(shù)有限公司，上海 201206)

引言

當(dāng)今大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、材料革新等技術(shù)領(lǐng)域的突破為照明設(shè)計(jì)帶來(lái)功能實(shí)現(xiàn)、生產(chǎn)制造的巨大變化，人們對(duì)光環(huán)境的認(rèn)知隨著科技的進(jìn)步與生活水平的提升，有了更加清晰的追求。照明設(shè)計(jì)也要在這樣的一個(gè)背景下去適應(yīng)新興技術(shù)所帶來(lái)的變化，基于現(xiàn)實(shí)的健康照明的科學(xué)理論研究，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)，使體驗(yàn)者有更加真實(shí)的沉浸體驗(yàn)，大膽探索一種以VR 作為探索健康照明起點(diǎn)，思辨未來(lái)的光環(huán)境設(shè)計(jì)，“以人為本”，滿足人們對(duì)光環(huán)境更高層次的需要。

1 健康光照的相關(guān)研究

1.1 光與晝夜節(jié)律的關(guān)系

光雖是無(wú)形的，但卻在人類的健康領(lǐng)域中扮演著重要的角色。光的不同屬性會(huì)影響照明效果，如顏色、溫度、照度、自然光或人工光……光會(huì)在三個(gè)主要健康領(lǐng)域影響人們：視覺(jué)效果、情感效應(yīng)和晝夜節(jié)律。健康光照環(huán)境涵蓋了“視覺(jué)功能、生理調(diào)節(jié)、情緒干預(yù)”三個(gè)方面，是一個(gè)適用于所有人居環(huán)境的、持續(xù)的、廣泛的光環(huán)境概念[1]。在該研究中主要關(guān)注的是光與晝夜節(jié)律的關(guān)系。

光不僅會(huì)產(chǎn)生視覺(jué)效應(yīng)，還會(huì)產(chǎn)生非視覺(jué)的效應(yīng)?！半m然人們還在持續(xù)探索以完全理解光的非視覺(jué)效應(yīng)，但是已經(jīng)有定量模型被提出，去根據(jù)人眼入射光的特征來(lái)評(píng)估光的晝夜節(jié)律刺激”[2]。在研究了晝夜節(jié)律與照明設(shè)計(jì)的關(guān)系后，筆者了解到在視網(wǎng)膜中存在了一種特殊的細(xì)胞，稱為第三類感光細(xì)胞(ipRGC)。“ipRGCs 向視交叉上核(SCN) 報(bào)告光刺激以減緩人類血液中褪黑激素的分泌，從而影響晝夜節(jié)律。褪黑激素促進(jìn)困倦，減慢身體功能并降低活動(dòng)水平”[3]。ipRGCs 的發(fā)現(xiàn)解釋了光如何影響晝夜節(jié)律的原理。

1.2 光對(duì)人類晝夜節(jié)律系統(tǒng)產(chǎn)生有益影響

在文獻(xiàn)[3]中，作者得出結(jié)論：色溫5 000 K時(shí)的節(jié)律效率相對(duì)3 000 K并無(wú)明顯提升，且色溫4 000 K時(shí)的節(jié)律效率低于3 000 K時(shí)的節(jié)律效率；而基于EML 模型的計(jì)算結(jié)果顯示：自3 000 K以上節(jié)律效率隨著色溫的上升而增強(qiáng)，即5 000 K所對(duì)應(yīng)的光譜節(jié)律效率明顯強(qiáng)于3 000 K。雖然基于兩類模型得出的趨勢(shì)存在差異，尚有待進(jìn)一步研究加以明確，但是對(duì)于照明光譜視覺(jué)效率與節(jié)律效率之間的關(guān)系可得出一致結(jié)論: 當(dāng)色溫一定時(shí)，光譜的節(jié)律效率均隨著視覺(jué)效率的增加而呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，即傳統(tǒng)的追求高視覺(jué)效率的照明方式將很可能不利于提供高效率的節(jié)律照明[4]。由此找到了關(guān)于光對(duì)人類晝夜節(jié)律系統(tǒng)產(chǎn)生有益影響的科學(xué)支持結(jié)果,不適應(yīng)的光環(huán)境很可能對(duì)人體的生物節(jié)律產(chǎn)生不良的影響，并且很有可能引起一些例如節(jié)性情感障礙等疾病。由于缺乏自然光照，紐約地鐵MTA 地下工作的工人(工作時(shí)間缺乏自然光)普遍存在晝夜節(jié)律紊亂的問(wèn)題。同樣的問(wèn)題也發(fā)生在光污染嚴(yán)重的大城市的人身上。作為一名城市設(shè)計(jì)師，有責(zé)任幫助那些飽受晝夜節(jié)律紊亂之苦的人們。

1.3 光療改善睡眠和健康問(wèn)題

近年來(lái)多個(gè)研究表明, ipRGC 的信號(hào)會(huì)傳導(dǎo)至下丘腦, 腹外側(cè)視前(ventrolateral preoptic nu-cleus, VLPO)具有誘導(dǎo)睡眠的作用[5，6], 但是桿狀體細(xì)胞和錐狀體細(xì)胞同樣對(duì)睡眠具有影響[7]。由于缺乏自然光照，國(guó)際空間站(ISS)的宇航員們普遍存在晝夜節(jié)律紊亂的問(wèn)題。圖1所示為美國(guó)宇航局研究并投入使用的一種光療裝置，它是一種強(qiáng)度和顏色可調(diào)的LED 燈，并且已交付給國(guó)際空間站(ISS)取代了之前使用的熒光燈泡。根據(jù)費(fèi)城Thomas JeffersonUniversity 的George C. Brainard 教授的研究顯示，這種LED光療裝置將改善船員的睡眠和健康問(wèn)題。

圖1 由美國(guó)國(guó)家航空航天局生產(chǎn)制造的LED 燈Fig.1 LED lamp made by NASA

2 以VR作為探索起點(diǎn)的健康照明的思辨設(shè)計(jì)

2.1 使用虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)來(lái)模擬物理照明環(huán)境具有很大的可行性和潛力

在文獻(xiàn)[8]中,作者研究并比較了哪些主流媒介更適合模擬物理光照環(huán)境。得出以下結(jié)論：

1)“媒介展現(xiàn)整體能力順序是物理空間>虛擬現(xiàn)實(shí)復(fù)制品>視頻復(fù)制品>圖片復(fù)制品?！?/p>

2)“在主觀評(píng)分方面，虛擬現(xiàn)實(shí)照明環(huán)境的評(píng)分最接近物理光照環(huán)境，媒介近似系數(shù)的順序是物理空間(1)>VR復(fù)制(0.886)>視頻復(fù)制(0.752)>圖片復(fù)制(0.679)”

“VR 是展現(xiàn)平面、傳統(tǒng)照明與住宅中3D 全光譜照明的沉浸式體驗(yàn)之間形成鮮明對(duì)比的最佳媒介”[9]?；谝陨蠙?quán)威的科學(xué)研究報(bào)告，基于科學(xué)界關(guān)于媒介展現(xiàn)、虛擬現(xiàn)實(shí)照明環(huán)境的理論研究以及實(shí)踐案例支持，用VR 模擬物理照明環(huán)境具有很大的可行性和潛力。使用VR 模擬物理照明環(huán)境，與傳統(tǒng)真實(shí)的光環(huán)境模擬手段相比，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有更加敏捷、低成本的設(shè)計(jì)、反饋、迭代的特點(diǎn)，從虛擬現(xiàn)實(shí)的角度去探究健康照明療愈的思辨設(shè)計(jì)。

思辨設(shè)計(jì)(Speculative design)，在一個(gè)基于unity 引擎搭建的虛擬室內(nèi)空間，空間的四周墻上播放一些平和、放松的自然場(chǎng)景的視頻，并且這個(gè)房間的光溫將達(dá)到2 700 K，這將在白天緩解人們的晝夜節(jié)律紊亂[3]。通過(guò)一些簡(jiǎn)單抽象的燈光來(lái)構(gòu)建一個(gè)用戶不同感覺(jué)的光空間。簡(jiǎn)化場(chǎng)景給體驗(yàn)者提供一個(gè)更純凈、寧?kù)o的光療場(chǎng)景,使體驗(yàn)者在VR 場(chǎng)景中停留超過(guò)5 min，嘗試在純凈和單調(diào)之間找到平衡點(diǎn)。

如圖2所示的迭代原型設(shè)計(jì)中，在unity 中構(gòu)建造了一座寺廟，有一些陽(yáng)光從太陽(yáng)穿過(guò)寺廟，陽(yáng)光的光溫為2 700 K，來(lái)表達(dá)提神和儀式的感覺(jué)。用戶在這樣的光環(huán)境中帶有儀式感，通常會(huì)感到空靈，放空思緒，有助于用戶從現(xiàn)實(shí)世界的紛擾中逃脫、放松，進(jìn)入冥想狀態(tài)，探索使用VR技術(shù)構(gòu)建和迭代VR照明場(chǎng)景，使設(shè)計(jì)師能夠在擬議特定的室內(nèi)環(huán)境為用戶模擬光療的可能性，以促進(jìn)健康的晝夜節(jié)律。

圖2 最終VR 原型Fig.2 Final VR prototype

2.2 以VR 作為探索起點(diǎn)的健康照明設(shè)計(jì)思辨

國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有許多照明產(chǎn)品引入了生物節(jié)律調(diào)節(jié)的概念，例如Zumtobel 就通過(guò)Mellow Light V Tunable White 燈具和照明控制系統(tǒng)為用戶提供3 000～6 000 K之間不同色溫的照明環(huán)境來(lái)為用戶提供有助于生物節(jié)律穩(wěn)定的照明解決方案。基于這些研究，通過(guò)VR 健康照明的設(shè)計(jì)原型，以人的日常生活四個(gè)使用場(chǎng)景(起床、工作、Happy hour、睡覺(jué))，通過(guò)光雕投影技術(shù)在全黑的同一室內(nèi)空間內(nèi)營(yíng)造了多個(gè)不同的季節(jié)，而這些季節(jié)會(huì)緩緩地隨著時(shí)間的推移變換：虛擬投影的花朵會(huì)從誕生、生長(zhǎng)、結(jié)出花蕾、開(kāi)花、凋謝到死亡，進(jìn)而營(yíng)造不同的光影視覺(jué)空間氛圍。在這個(gè)光影雕刻的營(yíng)造的光環(huán)境中，通過(guò)虛擬花朵營(yíng)造光環(huán)境的變化，讓用戶沉浸進(jìn)入冥想狀態(tài)，去思考生命流逝的意義。

通過(guò)光雕投影(Projection mapping)的方式去模擬具有不同色溫的光環(huán)境以達(dá)到光療的目的。從用戶體驗(yàn)的角度，通過(guò)光交互和光雕投影(Projectionmapping)領(lǐng)域的照明設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化迭代光療，如圖3所示，使用戶不僅可以通過(guò)光療收到療愈，還可以享受光療的過(guò)程，幫助人們改善生物節(jié)律，提升生活質(zhì)量。

圖3 交互和光雕投影迭代VR 照明場(chǎng)景Fig.3 Interaction and projection mapping iteration VR lighting scene

2.3 健康照明的核心內(nèi)涵是以人為本

近20年內(nèi)，從白熾燈、金鹵燈、鈉燈、LED、OLED 到智控系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)+、智慧家居等智能控制技術(shù)的飛速發(fā)展，人類關(guān)于光對(duì)人的身心影響研究不斷深入,特別是光環(huán)境的研究與應(yīng)用已從原有的視覺(jué)功效發(fā)展到與情緒、睡眠、認(rèn)知、節(jié)律等各個(gè)方面有關(guān)的光與健康的問(wèn)題，讓照明逐步走向動(dòng)態(tài)照明, 即根據(jù)時(shí)間調(diào)整照明光譜及強(qiáng)度, 從而為人們創(chuàng)造安全、舒適、有益身心的健康照明光環(huán)境,這也對(duì)照明應(yīng)用提出了更高的技術(shù)要求[10]。以VR 作為探索起點(diǎn)的健康照明，是一種對(duì)未來(lái)光環(huán)境思考的思辨設(shè)計(jì)，通過(guò)VR 智能技術(shù), 實(shí)現(xiàn)因人、因時(shí)、因需而變的目標(biāo), 建立基于非視覺(jué)效應(yīng)的動(dòng)態(tài)光環(huán)境設(shè)計(jì)體系, 是對(duì)于健康光環(huán)境的新的思辨思考。一個(gè)宏闊的思維空間，一個(gè)盡可能深入驗(yàn)證體驗(yàn)的可能，這兩個(gè)方面是思辨設(shè)計(jì)的重要的基點(diǎn)，“思辨設(shè)計(jì)”不是告訴我們一個(gè)具體的答案而是提示出對(duì)未知的思考。思辨健康照明設(shè)計(jì)，把思辨的所有感受、感知、感覺(jué)轉(zhuǎn)換成創(chuàng)造的動(dòng)力，“以人為本”——為人們的真實(shí)需求而用光，為更舒適的視覺(jué)體驗(yàn)而用光。