近20 年国内植物色彩与人体响应的关系∗

朱玉洁 翁羽西 黄钰麟 王敏华 董建文

福建农林大学园林学院 福州 350002

色彩是人类在感知和认知属性中与主观偏好相关的重要组成部分之一[1]。 古希腊医学之父希波克拉底曾提出“颜色是人体和内心之间的桥梁”[2]。 相关研究表明, 植物景观、 森林景观等对人体的生理和心理有积极影响[3-5], 其中植物色彩的影响越来越受到关注。 本文以植物色彩为研究对象, 梳理国内植物色彩量化方法和植物色彩与人体响应关系的相关研究进展和实践状况,通过比较研究和综合分析, 总结当前研究存在的问题并指出植物色彩与人体响应未来的研究方向。

1 植物色彩研究趋势及研究热点变化

1.1 研究趋势

以“中国知网CNKI” 作为数据来源。 以“植物色彩” “森林色彩” “植物颜色” 为检索关键词, 时间跨度为20 年(1998—2018), 在“中国知网(http: / /www.cnki.net/) ” 中进行高级检索, 共检索到326 篇文献, 其中硕士论文9 篇,博士论文1 篇, 核心期刊10 篇。 从发表年度趋势(图1) 得知, 学术界对植物色彩与森林色彩的研究日益重视。

图1 相关论文发表趋势图

随后缩小范围, 在326 篇文献中以“心理”“生理” “量化” “视觉” “评价” 等主题词进行筛选, 得出60 篇植物色彩量化、 植物色彩与人体响应关系的相关论文, 绝大部分发表于2010 年之后, 其中核心期刊6 篇。 在2010 年以前, 每年的文献数量都没有超过1 篇, 2010 年后文献数量整体呈增加趋势, 在2016 年达到18 篇, 到2017 年虽有所下滑, 但总体呈现快速上升趋势, 这说明国内学者对植物色彩与人体响应的关系研究有很高的热忱。

1.2 研究热点变化

运用Citespace (5.0.R7 SE) 以CNKI 数据分析1998—2018 年植物色彩研究热点的趋势。 首先设置Citespace 的网络节点为关键词(keyword),得到关键词共现图(图2), 通过关键词共现分析可知, 研究主要集中在植物色彩搭配及应用上,而植物色彩与人体生理和心理响应的研究则较少：之后运用Citespace 的聚类以及LLR 算法得到植物色彩相关研究的5 个核心聚类及关键词时间轴线分析图(图3), 关键词时间轴线分析反映了整体研究时间跨度内关键词按照时间轴线的分布状况：最后通过聚类及关键词时间轴线变化图可知, 植物色彩与人的心理响应是其中的一大研究内容,随着时间的推移, 其研究动向朝着植物色彩与人的生理、 心理交互作用发展。

2 研究进展回顾

在60 篇文献的基础上, 进一步筛选重点研究植物色彩与人体响应关系方面的文献, 最终筛选出8 篇文献, 并从干预材料、 被试者、 样本量、 是否进行色彩量化、 测量指标(视觉响应、生理响应、 心理响应) 和有无压力任务进行总结(表1)。

图3 关键词时间轴线变化图

2.1 植物色彩量化实践

目前, 单一颜色植物研究较多, 多以红色、绿色、 黄色、 白色植物作为研究对象。 色彩空间以一个三维的颜色模型存在, 使用一组3 个、 4个值或颜色的成份表示色彩在其空间中的位置。植物色彩量化的方法在不断的探索之中, 国内目前的色彩量化方法主要是运用Photoshop、 colorimpact、 imageJ 等软件通过HSB 等色彩空间进行量化, 目前只有2 篇文章对植物色彩进行了量化分析。 张喆[6-7]采用 HSV 色彩空间, 借助FRAGSTATS 和ArcGIS10.3 软件对森林色彩斑块构成的空间关系进行计算, 得出高景观美景度、高视觉吸引力、 高生理放松度、 高心理舒缓度的森林色彩比例： 此外, 孙亚美[8]也采用HSV 色彩空间对秋色叶植物进行量化, 利用MATLAB 对秋色叶植物的照片进行计算, 获取其颜色直方图,进而对植物色彩进行分析。 以上2 篇文献都是基于HSV 色彩空间进行分析。 而Lab 色彩空间也是一个较好的色彩量化方法[9], García 等[10]在研究中指出将色彩空间转换为HSB 色彩空间或Lab 色彩空间可以有效地量化色彩。

2.2 植物色彩与人体响应关系的相关研究

植物色彩与人体响应的关系受到国内学者的高度关注, 相关研究从视觉响应、 生理响应及心理响应3 个方面展开。

2.2.1 植物色彩与人体视觉响应关系

人们通过5 种感官接收来自环境的信息, 研究表明, 超过70%来自视觉感知[11]。 视觉响应往往伴随着一系列的生理响应和心理响应。 目前, 眼动追踪技术快速发展, 近几年基于眼动实验的色彩偏好研究受到广泛关注, 兴趣区域内的第一注视点、 注视持续时间、 回视次数、 扫视次数、 注视点数量、 瞳孔大小等都是学者们进行眼动实验时着重研究的指标[12], 而在兴趣区域形成的热点图、 眼动轨迹图、 扫描路线图等能够直观反映出最吸引人的成分[13]。 在植物色彩方面, 国内目前在个体尺度上没有相关研究采用眼动追踪技术,但在植物群落方面, 张喆[7]在研究森林色彩特征与视觉关注规律的关系时, 采用注视点数目、 注视频率、 平均注视持续时间、 眼跳次数、 眼跳频率、 平均眼跳幅度、 平均眼跳速度7 个指标表达森林景观的吸引力。 一般中等明度色彩为33%～46%, 色彩斑块较小, 彼此分离且分布较均匀,色彩斑块多样性指数较高, 红色系较大的森林色彩为高视觉吸引力的森林色彩[7]。

表1 植物色彩与人体响应的关系研究重要文献

2.2.2 植物色彩与人体生理响应关系

人的生理响应主要通过眼睛及大脑来反映。目前植物色彩对人的生理响应研究主要集中于对人体自主神经系统和中枢神经系统的影响。 通过脑电(EEG)、 心率(HR)、 血压(BP)、 呼吸频率(RR)、 心电(ECG, R-R 间隔)、 皮肤电导率(GSR/SC) 和指尖脉搏(FP) 等生理指标来指示植物色彩对人的积极影响。 一般来说, 积极的生理反应包括收缩压、 舒张压、 心率、 指尖脉搏降低, RR 间隔变动系数变大, α 波增加, β 波减少。 大部分研究表明, 冷色系的植物色彩具有使人体趋向放松和平静的作用。

植物色彩对自主神经系统的影响主要表现在人体交感神经活动和副交感神经活动的变化以及均衡性。 交感神经系统和副交感神经系统在调节血压、 心率、 脉搏、 皮肤电导率等的过程中发挥重要作用[14]。 修美玲[15]以收缩压、 舒张压和脉搏作为生理指标, 当男性处于绿色环境中时, 其平均收缩压、 平均舒张压和平均动脉压均降低,而女性对任何色彩环境的反应都没有显著差异。王子梦秋[16]则以收缩压、 舒张压和心率作为生理指标, 血压的恢复作用效果不明显, 白色、 绿色和黄色植物对心率的降低均具有显著作用。 张喆[7]将皮肤电导率、 呼吸频率和心率3 个生理指标归为一个生理综合指数PI, PI 指数变化越大,说明森林色彩图片使人体更加舒缓放松。 就以上研究来看, 这些生理参数支持了冷色系的植物色彩如绿色、 蓝色等可以帮助自主神经系统放松,副交感神经兴奋增强从人体生理学上可以佐证心情放松的程度。 值得注意的是, 有些植物色彩不会引起强烈的生理反应, 交感神经活动和副交感神经活动的变化幅度不大, 自主神经状态改变很小, 效果常达不到统计学意义。

植物色彩对人体中枢神经系统的影响主要表现为植物色彩对人体脑电波等生理指标的作用。贾雪晴[17]以植物色彩刺激后所呈现的脑电图分析各种脑波(α 波、 β 波) 活动的强度, 客观评价人的情绪变化。 陈燕[18]的研究通过α 波和β 波振幅的差异探讨不同花卉色彩对不同人群的影响,其研究结果为办公室、 医院和老年人活动场所的花卉色彩布置提供一定的指导和建议。 α 波和β波在不同植物色彩中具有显著差异, 通常高α 波振幅与较低水平的生理唤醒以及清醒放松的感觉有关, 蓝色和绿色使α 波增加, β 波减少, 使人体趋向放松和平静。

李霞[19]的研究将自主神经系统和中枢神经系统的指标都列入测量指标, 选取血压、 心率、 心电(RR 间隔)、 脑电、 皮肤电导率和指尖脉搏作为生理指标的测量, 在个体植物和不同颜色植物群落景观的视觉刺激下, 受试者显示出积极的生理反应, 包括收缩压、 舒张压、 心率、 指尖脉搏的降低, α 波增加, β 波减少。 自主神经系统和中枢神经系统都能较好地指示不同植物色彩的人体响应。

自主神经系统的指标常达不到统计学意义,可尝试利用多通道近红外光谱(NIRS) 采集的脑血流量(CBF)[20-21]等比较敏感的生理指标, 以它们作为相关证据支持植物色彩在生活环境中起重要作用。

2.2.3 植物色彩与人体心理响应关系

在色彩与视觉接触的那一刻, 通常都会使人引起丰富的联想, 颜色丰富的植物更有可能唤起人们心理上的共鸣。 植物色彩的心理响应主要有3 种评价方式。 一是审美偏好。 审美偏好主要采用美景度评价法(SBE)。 美景度评价法是通过公众或专家对景观打分判断色彩美景等级[22-23]。 二是心理联想和象征。 色彩的心理联想和象征是指从具体到抽象的过程, 即色彩在引起人的视觉的同时也会引发人对于该色彩相关的具体事物的联想, 进而产生特殊的象征意义[24]。 三是心理学量表。 目前国内有关植物色彩心理效益方面的研究主要是依托心理学量表的研究方法, 量化其对人的积极效应, 目前采用的量表主要有焦虑状态量表(STAI)、 心境状态量表(POMS) 和正负情绪量表(PANAS), 以此对受测者的心理响应进行评估[7], 焦虑值、 愤怒值、 活力值、 疲劳值、 正向情绪(PA) 和负向情绪(NA) 等的变化都表现出显著的色彩差异。 以上3 种评价方式用于心理响应常有显著差异, 未来可加入主观恢复性评价和认知水平恢复的测量, 语义差异法 (SD法)[25]也常用于评估植物色彩对人心理的影响。目前的研究表明, 生理和心理响应之间具有良好的一致性, 但是缺乏统计学上的意义, 未来可通过相关分析探讨生理和心理响应之间的关系。

3 展望

1) 研究方法。 未来应统筹植物色彩对人体视觉、 生理和心理响应的综合影响, 全面解析植物色彩属性对人体视觉、 生理和心理响应间的关系及其相互作用机制, 可以参照经典的统计学理论建立植物色彩物理量与视觉、 生理、 心理响应之间的回归模型, 如多重线性回归、 Logistic 回归模型。 自变量(植物色彩) 对因变量(视觉响应、生理响应、 心理响应) 的贡献程度由回归中的发生比率或边际效应来定量解释。 目前评价主体较多是大学生, 对一般大众的研究较少。 此外, 研究较多为小样本量的实验, 样本数量普遍低于100, 可以参照统计学理论, 根据研究范围计算抽样比例[26]。

2) 研究内容。 目前对植物色彩与人体响应关系的研究主要集中于对植物照片的色彩研究, 单一植物色彩、 单株植物的研究、 以植物器官与个体尺度和植物群落尺度的研究较多, 从整体植物景观尺度的相关研究较少。 近几年开始有对森林色彩季相不同与人体响应关系的相关研究[27], 后续研究可考虑以更大尺度的整体植物景观色彩研究为主, 如不同森林类型的对比等。 此外, 日照变化对园林植物色彩视觉的定量研究是园林植物色彩视觉质量研究的重要组成部分[28], 受日照影响的植物色彩表征对欣赏者的审美有很大差异,董建文等[23]研究指出“光线” 对风景游憩林美景度的贡献率达10.0%。 后续研究可考虑不同季节、不同光照水平下的植物景观色彩对人体响应的影响。

3) 实验设计。 未来可考虑增加疲劳或压力任务, 通过实验验证是否可以从压力中获得恢复。目前已有两个研究采取了跑步和负向情绪影像作为疲劳压力任务[15]。 此外, Necker 立方体模式控制测试[29], 前向和后向数字跨度测试[30], TSST特里尔社会压力测试[31](演讲、 口算等) 都是有效的压力任务。

4) 研究技术。 一方面, 虚拟现实和3D 技术可以通过计算机模拟及建模分析植物景观色彩的属性及与人体响应的关系。 如龚鹏等[32]对照片、动画媒介在城市植物视觉景观评估中的替代效应进行了研究。 徐晶菁[33]以实景照片、 模拟图片与动画三者作为视觉刺激材料, 对儿童、 青年、 中年及老年进行实验调查, 测定并分析了3 种植物色彩(白色、 红色与黄色) 及6 类色彩面积(0,10%, 20%, 30%, 40%与70%) 对不同社会类别人群的情绪影响类型与影响程度。 虚拟现实、3D、 模型等可以摆脱以实地景观进行调查出现的不可避免的问题, 可以更有目的性地对植物色彩进行深入研究。 另一方面, 随着越来越多便携式仪器的普及, 可以实现环境中脑电、 心电、 肌电、皮电、 皮温、 呼吸等多项生理指标的采集[34]。 随着这些技术的发展, 将迈向多模式结合, 有利于进一步拓展植物色彩与人体响应方面的研究。