基于VR技术的适老色彩环境循证设计方法探索——以适老建筑室内色彩设计为例

陈尧东，崔 哲，郝洛西

(1.西南交通大学建筑与设计学院，成都 611756；2.同济大学建筑与城市规划学院，上海 200092)

引言

循证设计(evidence-based design，EBD)源于循证医学(evidence based medicine，EBM)，是当代建筑及环境设计发展的重大趋势之一[1]。循证设计是一种以高品质、健康型设计为导向，有机整合了科学研究的庞大“研创”体系，作为一种科学的、客观的设计方法，能让设计过程在关键节点有理可述、有据可循，充分建立起了建筑空间、环境与人之间的联系，能有效实现针对特定人群“个性化”及“定制化”的环境营造。循证设计方法第一次被提出是在1984年，Ulrich[2]在一个医疗建筑的设计项目中，通过将科研实验与设计有机结合，基于研究所证明的环境因素(自然光)对于病患的病情的影响作用，实现了一个疗愈型的医疗空间环境的设计与营造。1996年，Sacket等[3]精确定义了循证设计的核心价值——循证设计强调建筑环境设计应基于严谨的科学研究，结合实践经验，并综合空间使用者主观意向及客观生理数据，据此，提出最优设计方案。因此，这种设计方法能最大限度地建立设计对象与使用人群之间的联系，不仅对用户自知的主观感受，还对用户不自知的客观健康因素做出科学的回应。近年来，循证学的应用范围得到极大的延伸，在众多领域得到应用[4]，如建筑、规划、护理学、心理学等领域。其中，室内色彩环境的循证设计基于色彩对人视觉及情绪(色彩心理学)的影响，通过科学的实验研究，量化最佳色彩参数，建立室内色彩环境与空间使用者健康及情绪之间的数据关系，进而指导实际工程设计与应用。

循证设计是一个整合了科研实验、工程设计于一体的庞大体系，具有周期长、流程繁杂等缺点，因此，如何运用科学的手段及最新技术提高工作效率和设计品质具有较大的科研意义及工程指导价值。近年来，虚拟现实技术(virtual reality,VR)的日趋成熟，对于虚拟场景的构建及对真实世界的模拟真实感越来越强、还原度越来越高；能给使用者极强的临场感及沉浸感。因此，VR技术在各个领域得到了广泛的应用，比如教育[5,6]、工业设计[7]、医疗行业[8]等。其中，VR技术在城市和建筑行业的应用最为深入及广泛[9-11]，其原因在于：虚拟现实技术能快速完成大量空间及环境元素的构建及模拟，并提供沉浸式展示，设计者及终端用户能够非常快速地完成对待选方案的评价及择优实验，从而大大缩短设计的周期，此外，相较于传统的搭建真实场景进行模拟研究的实验方法，VR技术还能节省大量人力、物力及相关经费的支出。因此，VR技术在辅助完成循证设计方面具有非常大的先天优势及潜力。

本文以养老空间色彩环境的循证设计为例，系统介绍了VR技术在替代真实建筑空间及空间中的视觉要素，进行高还原的空间建构及沉浸式室内色彩模拟，完成循证设计流程的有效性及可靠度。研究充分证明了VR技术对于完成高品质的适老型室内色彩环境的营造起到了“场景模拟”、“设计沟通”及“方案确定”等辅助作用；对于实现“以特定人群需求为导向”(user-oriented)的个性化及定制化设计也能提供研究数据支持。

1 研究内容及方法

本研究选取了上海市第三社会福利院失智老人照料中心养老单元间为研究对象。研究基于老年人对室内色彩识别的视觉及心理特征，结合色彩心理学理论，对老年单元间色彩进行了系统的策略性改造设计，并应用VR技术，构建大量以色彩参数为变量的沉浸式虚拟场景，甄选老年被试进入虚拟场景，进行主观评价，最终确定出适合于老年人的养老空间的色彩改造方案。

如图1所示，养老单元间是一个宽6.6 m，进深7.3 m的6人间，南向开窗，开窗面积为7.14 m2(3.57 m2×2)。房间室内布局分为公共活动区(2 m×7.3 m×2.4 m)和2个休息区(2.65 m×7.3 m×3.2 m)。公共区域位于房间中央，内部布置有洗手池，顶部有空调系统，层高较低(2.4 m)。休息区沿公共区域对称分布于东西两侧，各布置3张床位，层高3.2 m。

图1 养老单元间的平面及空间布局图Fig.1 Layout of the standard ward

1.1 室内色彩改造策略

基于老年人对色彩识别的视觉及心理特征，结合色彩心理学理论，本研究制定了养老单元间的色彩改造策略，如图2所示，主要讨论的色彩类型及区域有：①背景墙面色彩：背景墙是室内色彩面积最大的区域，其色彩影响着整个空间色颜色氛围，对老年人的视觉及心理的影响不可回避，因此纳入本次研究的讨论范围；②公共区域装饰墙色彩：公共区域由于层高较矮，自然光照无法达到，且室内反射率低，导致该区域空间给人昏暗、压抑之感，老年人也不太愿意在此区域活动，因此，研究试图通过局部运用彩色装饰墙面激活该空间，探讨局部区域颜色对老人的视觉、行为及情绪的影响作用。③窗帘色彩：窗帘作为室内空间除墙面外，另一种大面积色彩元素，对老年人的影响也不容忽视；④私人区域主题色：私人区域的主题色可以帮助老人区分自己床位及识别自己的私人物品，增强归属感。由于老年人视觉系统的衰退，对颜色的识别能力降低，因此主题色试图讨论老年人对不同对比度的颜色的识别能力及喜好度。

图2 养老单元间室内色彩方案示意图Fig.2 Interior color strategy of the standard ward

由于色彩系统是一个庞大的体系，本研究为了缩小探讨范围，对市场上的室内空间常用的色彩进行大样本量的抽样调研，归纳总结各类颜色的趋势及规律，并据此找出降维的方法。根据调研显示：背景墙面色彩、公共区域装饰墙色彩及窗帘色彩3类色彩在饱和度(S)和明度(B)值上都相对集中，各有倾向性，而色相(H)值相对离散。因此，研究将S和B值取定为各类样本的平均值：背景墙面色彩，S=14%、B=83%；公共区域装饰墙色彩，S=64%、B=76%；窗帘色彩,S=60%、B=24%。色相(H值)选用标准12色相中的9种颜色。具体色彩选择如表1所示。

私人区域主题配色，为了探索老年人对临近色及对比色识别能力和视觉偏好度，研究在12 色环种选取8钟三色搭配的类型。如表2所示，实验所选颜色搭配分为两类：“120°对比色”、“120°对比色+30°邻近色”。具体配色选择如表2所示。

1.2 循证实验

本轮研究共有21为老年被试参与实验(部分老人由于无法适应VR场景，中途退出实验),其中男性8位，女性13位，年龄范围在65～90岁之间，平均年龄82岁。

实验步骤为：①被试进入实验间，熟悉整个空间，其间，主试简要介绍本实验的过程、讲解VR场景中的注意事项，并帮助老年人进行心理建设，以免其在进入VR场景时出现异常反应。②被试坐定在公共区域中间的凳子上，戴上头盔，允许被试站立及扭头看看四周，主试切换场景，让被试初步了解及适应所有虚拟场景，适应时间约5 min。③主试随机切换各个区域的颜色，让被试初步了解将要完成的颜色筛选工作。④主试切换第1个区域的颜色(背景墙颜色、公共区域装饰墙颜色、私人区域主题色及窗帘颜色评价顺序提前随机排序)，切换1轮，让被试熟悉，然后主试进行第2轮颜色切换，速度均匀、平缓，让被试在看到自己喜欢的颜色就叫停，主试就记录下颜色编号，每个类色彩选择1～2种。⑤以④所述步骤将所有区域颜色评价完成，期间，被试如果感到眼部疲劳或不适，可以摘下头盔，休息2 min，以避免因疲劳引起的评价误差。⑥被试完成所有问卷，离开实验间。图3为实验过程照片及场景、问卷等信息。

表1 背景墙面色彩、公共区域装饰墙色彩及窗帘色彩3类颜色待选方案Table 1 The three color scenes of the background wall,public area and curtain

表2 私人区域主题色配色待选方案Table 2 Color scenes of the private area

图3 实验过程照片及场景、问卷等信息Fig.3 Photos and other information during the experiment

1.3 数据分析

通过应用Excel等统计软件对所得数据进行分析处理，得到了老年人对养老单元间内各区域色彩的偏好情况。图4所示为老年人对背景墙的颜色选择情况，横坐标为各颜色的H值，纵坐标为选择人次。可以看出，颜色分布相对较均匀，偏好并不显著，原因可能在于明度较高的色彩较淡、给人的视觉刺激较弱，老年人甚至感受不到这类颜色的差异，因此即使色相不同，老年人并没有表现出明显的偏好。尽管如此，从图4中仍然可以看出：蓝绿色系被选择的次数更多，票数最高的两种颜色H值分别为120和180。

图4 背景墙颜色评价结果 Fig.4 The result of color selection of the background wall

图5所示为老年人对公共区域装饰墙色彩的选择结果，可以看出，与背景墙颜色选择结果相比，此类色彩选择更为集中，色相值为180的蓝色被10个老年被试选为最偏好的颜色，接近半数被试。当颜色较鲜艳时(如颜色饱和度在63.6%、明度在75.6%左右时)，不同色相的色彩对人视觉及情绪的影响较淡颜色更强烈，因此被试的好、恶倾向更明显。老年人偏好蓝绿色系的原因有以下两点：①由于老年人的视觉衰退，对颜色的敏感度降低，根据人眼对不同颜色的光的视敏感曲线显示[13]，人眼对555 nm的光的敏感度最高，即人眼蓝、绿色光的敏感度高于红光。②颜色心理学理论研究显示[14]，蓝绿色能使人镇静、给人安静、清爽的感觉，红黄色容易使老年人烦躁，同时容易产生其他负面情绪。此外，该实验的时间正值夏季，这也加剧了被试对蓝绿色系的偏好。

图5 公共区域装饰墙色彩评价结果 Fig.5 The result of color selection of the public area

图6 窗帘色彩评价结果Fig.6 The result of color selection of the curtain

图6所示为老年人对窗帘颜色的选择结果，颜色分布相对较均匀，与背景墙的淡颜色原因一样，当颜色样本明度较低，颜色较暗时，不同的色相表现的差异并不明显，给人的视觉刺激差异不大。而图6中与背景墙及公共区域颜色选择存在较大差异的点在于：对于较暗的颜色、对于窗帘，比起蓝绿色系，被试反而倾向于红色系，H=0及H=336的两种颜色。

图7所示为被试对私人区域主题色的选择结果，从图中可以看出老年人最倾向于第8种搭配，有11个人选择，超过半数，而第5、6、7种并列第二，均得到了6票。可见相较于“120°对比色”，大部分票数集中到了“120°对比色+30°邻近色”。因此，对于私人区域主题色，在标准12色环中，老年人比较倾向于选用“对比色+临近色”做搭配。其原因可能在于：对比色虽然能帮助老年人很好的识别物体，但是从视觉偏好度来说，临近色给老年人的视觉感受较柔和，不会产生强烈的刺激。因此，老人倾向于选“对比色+临近色”。

图7 私人区域主题色评价结果Fig.7 The result of color selection of private area

2 实验结论

在适老空间中，室内色彩及其搭配不仅可以改变室内光谱环境，并通过视觉作用影响老年人的情绪及生理节律；因此室内色彩的合理应用能通过视觉及情感作用改善空间环境的品质，从而提高老年人的生活质量及幸福感。

本研究通过VR沉浸式呈现手段，基于真实的养老空间，构建虚拟颜色场景，让老年人对虚拟颜色场景进行主观评价，最终筛选出符合老年人视觉偏好的室内色彩设计方案，并通过数据统计、归纳总结及分析，得到一下适老性、健康型室内色彩设计结论及建议。图8为根据实验结论完成的养老单元间的色彩改造室内实景照片。

图8 基于循证设计方法完成的养老空间色彩设计实景照片Fig.8 The photos of the color reformed standard ward

1)由于不同的色彩会给老年人不同视觉感受，养老空间色彩设计时应尽量避免武断地从设计师的角度出发，忽略使用者的感受。客观性较强的“循证设计”在养老空间的色彩设计中具有重要的指导意义。

2)对于养老空间的色彩设设计，明度过高或过低的颜色给人的视觉刺激较弱，老年人对色相的偏好度表现的不明显，因此在使用此类颜色时，设计师自由度较大，可以更多的考虑其他用户的偏好，如护工、家属等。

3)当明度和饱和度处于中上水平，色彩较鲜艳时，对人的视觉及情绪影响较大，此时老年人对颜色的偏好较明显。因此对于鲜艳颜色的应用应更加注意参考老年人的意见。

4)相较于红黄色系，大部分老年人偏好蓝、绿色系，蓝绿色系给人清爽、安宁之感。

5)对于多种颜色搭配，从视觉偏好度出发，老年人更倾向于选择邻近色，因为邻近色给人的视觉刺激更柔和，而从视觉作业角度出发，对比色能更有效的帮助老年人识别物体，能有效提高视觉作业效率。

3 总结

老年人是一个特殊的群体，对环境质量的要求也相对较高、较精细，因此采用循证设计的手段可以多维度挖掘老年对空间环境的视觉、情感及健康方面的需求，实现适老性环境的营造，而虚拟现实技术由于其对建筑空间及其他可视环境因素的高度还原性，能够有效运用于循证设计的各个阶段，大大缩短设计周期、提高设计品质。

目前基于VR技术的室内健康环境的研究尚存在以下问题：

1)对于环境参数的探讨均基于视觉效应。目前，由于VR技术的限制，大部分以VR技术为工具的研究都是基于视觉效应。原因在于目前VR技术最为核心的部件为头戴式显示系统，而VR系统头显的本质是显示器，因此运用VR技术进行科学研究也就只能局限于视觉系统作出定性探讨，而无法进行定量研究。如室内光照环境可以完成对照明方式(空间光分布)的探讨，对亮度、色温做明暗、冷暖等倾向性的讨论，而无法完成深入到数量级的定量研究。但尽管如此，VR技术在城市设计、建筑空间及环境模拟领域还是大有可为。

2)VR系统的互动性仍需加大开发力度。除了沉浸感强之外，VR技术的另一个优势在于它在人机交互方面的强大潜能。而这一优势也成功地在建筑设计各个阶段的研究得到应用。如在建筑施工的研究中，运用VR技术探讨施工流程，获得最优的施工方案及流程。在建筑动态采光、智能遮阳研究方面，通过研究人的行为，探索遮阳控制界面的安装位置及遮阳的动态模式。随着技术发展、新的互动模式的不断开发，VR技术基于人机交互功能的研究将能够深入到更多领域。

3)沉浸感高，但还原度仍有待发展。目前，得益于VR技术的球幕显示方式及互动性，VR技术能够给用户带来极强的沉浸感及临场感，但由于技术的限制及运行原理，VR技术对于真实世界的物体的细节及色彩的准确还原仍然无法替代真实空间，还需要克服大量的技术瓶颈。

致谢：感谢上海第三社会福利院的通力合作，为本研究提供实验场地及被试。感谢上海迈动医疗器械有限公司、广州先朗照明有限公司、伟加欧(上海)贸易有限公司、上海虚幻之光数字科技有限公司为本研究提供的技术支持。