智能家居照明情感表達(dá)系統(tǒng)構(gòu)建研究

李元超，張 昆

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇 徐州 221000）

0 引言

當(dāng)今信息化時(shí)代，隨著人們消費(fèi)的升級(jí)，人們對(duì)生活和居住方式的需求除了功能上的滿足外，情感上的補(bǔ)償也急需提升，加之智能技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，促使家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念朝著智能化、情感化的方向發(fā)展。在這一趨勢(shì)下，照明系統(tǒng)作為家居中最重要的一部分也迫切的需要智能化與人性化的融合。因此本文在對(duì)典型用戶家居情感狀態(tài)進(jìn)行調(diào)研分析后，構(gòu)建了以情感為主導(dǎo)的智能家居照明系統(tǒng)，為智能家居照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了思路和指導(dǎo)。

1 系統(tǒng)目標(biāo)與構(gòu)建原則

1.1 智能家居照明情感表達(dá)系統(tǒng)解析

智能家居照明又叫智慧家居照明，是以科技創(chuàng)新為基礎(chǔ)，利用互聯(lián)網(wǎng)、控制原理以及傳感器等技術(shù)滿足基于人與光節(jié)律要求的多元化選擇，并得到應(yīng)用者全新體驗(yàn)及認(rèn)可的新式照明，其最突出的特點(diǎn)就是場(chǎng)景感知和高度集成的智能控制調(diào)節(jié)[1]。智能家居照明的情感表達(dá)系統(tǒng)是建立在智能家居照明設(shè)備的基礎(chǔ)上，以滿足使用者的情感需求為出發(fā)點(diǎn)，由與照明相關(guān)的人、物、事件、環(huán)境等相聯(lián)系、相制約的若干組成部分結(jié)合而成的、能喚醒并調(diào)節(jié)使用者情感狀態(tài)的一個(gè)有機(jī)整體。

1.2 智能家居照明情感表達(dá)系統(tǒng)目標(biāo)

系統(tǒng)目標(biāo)的研究主要從“家”這一概念出發(fā)，探究目標(biāo)用戶對(duì)“家”的定義，明確用戶在家居環(huán)境中的情感狀態(tài)（包括家中情感類型、情感的強(qiáng)弱、情感維系時(shí)間的長(zhǎng)短以及舒緩方式），在此基礎(chǔ)上將情感目標(biāo)按照功能區(qū)域拆分，研究各功能區(qū)域的情感氛圍目標(biāo)。研究采用了用戶訪談和問卷調(diào)研的方法，選擇了7位城市中擁有自己獨(dú)立住房，對(duì)新興科技產(chǎn)品有愛好的家庭用戶進(jìn)行了非結(jié)構(gòu)型訪談，訪談問題涉及基本信息、家中生活描述、家中情感狀況和智能電子產(chǎn)品使用情況四個(gè)方面。問卷調(diào)查選擇在市區(qū)住宅小區(qū)生活的住戶，通過(guò)選擇預(yù)先設(shè)定好的各功能區(qū)域氛圍代表圖片和氛圍相關(guān)的形容詞，采用網(wǎng)絡(luò)發(fā)放和實(shí)地發(fā)放結(jié)合的方式，收回有效問卷70份。調(diào)研結(jié)果及分析如下：

（1）“家”的概念：“家”在使用者心中是一個(gè)多層面的集合。它在物理意義上指的是我們?nèi)粘Ｉ畹目臻g；在社會(huì)層面上指的是由兩人及以上組成的家庭，這一層面的家更多的是一種責(zé)任的體現(xiàn)；在精神層面上來(lái)講，“家”是情感上的歸宿和寄托，是由智慧、理想和情感筑造的“精神家園”。

（2）家居情感狀態(tài)：進(jìn)家之前的情感是中性的，以放松、溫順為主，特殊情況下還有些焦慮，情感強(qiáng)度較低，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，可通過(guò)轉(zhuǎn)移注意力的方式進(jìn)行舒緩；進(jìn)家之后情感會(huì)向積極的方向發(fā)展，最后趨于中性，情感以喜悅、依賴為主。特殊情況下（舉辦活動(dòng)）情感會(huì)趨向于驚奇，情感強(qiáng)度較高，持續(xù)時(shí)間短，可通過(guò)家居行為活動(dòng)的方式進(jìn)行舒緩。另外，通過(guò)問卷調(diào)研和文獻(xiàn)研究相結(jié)合的方法，得出了各功能區(qū)域情感氛圍目標(biāo)：客廳-和諧的；臥室-溫馨的；廚房-安全的；衛(wèi)生間-安靜的。

（3）根據(jù)以上調(diào)研結(jié)果和分析并參考相關(guān)文獻(xiàn)資料，我們可得出情感表達(dá)系統(tǒng)的總目標(biāo)：營(yíng)造滿足使用者情感需求的照明氛圍。

1.3 智能家居照明情感表達(dá)系統(tǒng)構(gòu)建原則

信息感知處理的智能化原則：系統(tǒng)可通過(guò)各種傳感器多方位、靈敏、快捷的收集用戶活動(dòng)和環(huán)境的信息，完成照明效果的輸出，自動(dòng)替用戶分憂解難，幫助用戶清除照明中令他們煩心的小事和重復(fù)單調(diào)的事情[2]。

產(chǎn)品互動(dòng)的自然化原則：自然意味著和諧，象征著交互的無(wú)感知和流暢性，在照明系統(tǒng)中，我們應(yīng)該減少與系統(tǒng)的互動(dòng)。讓系統(tǒng)根據(jù)使用者的行為習(xí)慣制定相應(yīng)的規(guī)則，在不改變用戶使用習(xí)慣的前提下，讓用戶在無(wú)意識(shí)的體驗(yàn)中完成操作和服務(wù)。使其更符合用戶的心智模型，用起來(lái)更舒適。

多樣照明的功能化原則：滿足實(shí)用性的前提下，針對(duì)不同情景、不同功能區(qū)域，可以采用多樣組合的照明形式，通過(guò)明與暗、冷與暖、多與少以及亂與律的多樣復(fù)合搭配，更好的滿足用戶的需求。

氛圍營(yíng)造的個(gè)性化原則：注重使用性的同時(shí)也要注重照明氛圍的營(yíng)造，可通過(guò)一些燈光裝飾搭配以及光影效果來(lái)滿足使用者的差異化照明需求。

2 情感表達(dá)方式與影響要素

2.1 系統(tǒng)中物的情感傳遞

在照明系統(tǒng)中，“物”是照明的載體，是所有使用價(jià)值、情感價(jià)值、社會(huì)價(jià)值以及文化價(jià)值的結(jié)晶和落腳點(diǎn)。其對(duì)人情感的影響，一方面來(lái)自于“物”本身的形態(tài)語(yǔ)義，以形達(dá)意；另一方面，物與人之間不同的交流互動(dòng)方式也會(huì)帶給使用者不同的情感體驗(yàn)。

（1）物的靜態(tài)語(yǔ)義。產(chǎn)品語(yǔ)義是基于用戶認(rèn)知的基礎(chǔ)上，研究產(chǎn)品造型形態(tài)與意義的關(guān)系[3]。形態(tài)包含兩個(gè)層次的意思：“形”指的是我們?nèi)搜鬯吹降奈矬w外部輪廓，“態(tài)”則指的是蘊(yùn)含在物中的神態(tài)或精神價(jià)值，也就是由物的形所傳達(dá)的情感[4]。照明系統(tǒng)中我們經(jīng)常通過(guò)語(yǔ)義的賦能，使得照明產(chǎn)品可以通過(guò)造型的點(diǎn)、線、面、體和與之相關(guān)的尺寸、形狀、比例以及相互之間的構(gòu)成、色彩、材質(zhì)等關(guān)系，作為傳達(dá)情感信息的語(yǔ)音和符號(hào)。一款名為“山水禪意”的燈如圖1所示，巧妙的將燈與中國(guó)的山水形態(tài)相結(jié)合，營(yíng)造了一種讓人平和的禪意氛圍；以蒲公英為造型的“蒲公英燈”如圖2所示，其設(shè)計(jì)特點(diǎn)就在于其開關(guān)方式，這種形態(tài)的設(shè)計(jì)讓使用者一看就懂的輕輕一吹就能開關(guān)，也勾起了我們兒時(shí)娛樂的歡快回憶。其實(shí)，在賦予照明產(chǎn)品形態(tài)語(yǔ)義后，使用者都會(huì)按照符合自己心智模型的理解能力和思維方式主動(dòng)的對(duì)照明產(chǎn)品的形態(tài)語(yǔ)義進(jìn)行解碼，喚醒使用者的情感記憶，在腦中構(gòu)建同化這些符號(hào)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，以達(dá)到與產(chǎn)品形態(tài)語(yǔ)義的共鳴，產(chǎn)生出某種特定的情感，完成情感的傳遞。

圖1 山水禪意燈Fig.1 The landscape of Zen lamp

圖2 蒲公英燈Fig.2 Dandelion lamp

（2）物的動(dòng)態(tài)語(yǔ)義。從情感的角度出發(fā)，人與照明產(chǎn)品需要多方面的交互，交流互動(dòng)才會(huì)產(chǎn)生情感，這種交互情感的產(chǎn)生不僅源自于照明產(chǎn)品本身所具備的動(dòng)態(tài)屬性，而且也與人對(duì)照明產(chǎn)品的使用方式有關(guān)。視知覺理論認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)或變化的物體更容易引起視覺主體的注意，墨爾本設(shè)計(jì)師Nick Rennie設(shè)計(jì)了一款無(wú)線落地?zé)鬝way如圖3所示，它可以像不倒翁一樣不停地?cái)[動(dòng)；由惠靈頓維多利亞三位大學(xué)生設(shè)計(jì)的Pinokio Lamp燈如圖4所示，它的特色是會(huì)追蹤人臉，并且會(huì)隨之移動(dòng)，當(dāng)你捂住臉時(shí)，它會(huì)很詫異的呆住，然后左顧右盼的去找你，像你捉迷藏一樣。相對(duì)于一般的靜態(tài)照明產(chǎn)品而言，這些“會(huì)動(dòng)的燈”對(duì)于審美主體視覺體驗(yàn)的影響也更加明顯，更能使人喚起相關(guān)聯(lián)的情感記憶。同時(shí)，照明產(chǎn)品使用方式也屬于動(dòng)態(tài)語(yǔ)義的范疇，包括開啟方式、照明強(qiáng)弱的控制和動(dòng)態(tài)設(shè)置等，涉及了人、機(jī)器和環(huán)境之間的互動(dòng)和信息交換過(guò)程，這個(gè)過(guò)程應(yīng)該是智能、自適應(yīng)的自然式交互，是無(wú)感知的情況下做到真正的“懂你”的交互。

圖3 Sway落地?zé)鬎ig.3 Sway lamp

圖4 Pinokio LampFig.4 Pinokio Lamp

2.2 系統(tǒng)中光的情感表達(dá)

光是我們感知世界的媒介，通過(guò)光的設(shè)計(jì)可使物體變得靈動(dòng)，創(chuàng)造空間的魔幻，喚起了人們的情感回憶。光的情感表達(dá)方式同樣是靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面：靜態(tài)情感表達(dá)方式來(lái)自于光本身的物理屬性，包括光的亮度、分布、色溫以及光的布置四個(gè)方面；動(dòng)態(tài)情感表達(dá)方式指的是光與影產(chǎn)生的韻律和動(dòng)感。

（1）光的靜態(tài)屬性。光的亮度，確切的說(shuō)是光影的亮度對(duì)比，即物體亮度與其背景亮度的對(duì)比，是決定了物體可見度的重要因素。光與影的對(duì)比度過(guò)小，會(huì)降低物體的清晰度，影響使用者的可用性；對(duì)比度過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致眩光，對(duì)使用者尤其是兒童的眼睛生理發(fā)育有一定的影響。除了與光源照度的強(qiáng)弱以外，光線照射方向不同，形成的光影對(duì)比效果不同，帶給人的感覺也不同。例如，光線從背面投射在物體周圍產(chǎn)生的光環(huán)，營(yíng)造出了趣味性的氛圍，但從下向上投射形成的光影會(huì)帶給我們心里的不適，往往用這種方式來(lái)營(yíng)造陰森恐怖的氛圍[5]。

光與影的明暗分布可分為三種：重點(diǎn)照明、局部照明和整體照明（如圖5所示），不同的明暗分布會(huì)給使用者帶來(lái)不同的情感體驗(yàn)。重點(diǎn)照明是一種指向性照明，亮部與陰影的強(qiáng)烈對(duì)比，營(yíng)造一種精神層面的沖擊感。局部照明采用均勻式照明，利用光線將空間分隔，滿足不同使用者的心理感受。整體照明是利用一種均勻光源照亮整個(gè)室內(nèi)環(huán)境，使空間整體變得柔和舒展。另外，也可將這幾種照明方式進(jìn)行混合搭配，取長(zhǎng)補(bǔ)短，滿足使用者不同的情感需求。

圖5 光影明暗分布圖示Fig.5 Distribution diagram of light and shadow

色溫是光的屬性之一，暖色光（偏紅色、橙色）、中性光（偏白色）和冷色光（偏藍(lán)色）是衡量光線顏色成分、分析光線色彩傾向的一種標(biāo)準(zhǔn)。研究表明，當(dāng)被試者在涼爽的環(huán)境中對(duì)某些波長(zhǎng)光色反應(yīng)積極時(shí)，卻在溫暖的環(huán)境中反映消極[6]，這也就是為什么暖色光帶給人以溫暖和興奮的體驗(yàn)，而冷色光會(huì)讓人涼爽和鎮(zhèn)靜的原因。

光在空間中的布置對(duì)光線的明暗、方向、均勻性都有很大的關(guān)系。大多數(shù)的家居空間的照明都是通過(guò)規(guī)律與秩序的照明光線來(lái)劃分空間，使空間整體上有一致性，但有時(shí)為了點(diǎn)綴或豐富家居照明環(huán)境，我們也經(jīng)常將照明有意布置的隨意無(wú)序，用來(lái)強(qiáng)調(diào)或美化這一區(qū)域，這樣可以消除使用者的不變的審美疲勞，帶給使用者煥然一新的新奇體驗(yàn)。

（2）光影的韻律和動(dòng)感。相對(duì)于光與影靜態(tài)的物理屬性，其動(dòng)感和韻律來(lái)自于光源的和遮罩物的變化。光源的變化、光照的異動(dòng)以及燈具本身的原因會(huì)使照明產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)感，光與影利用這種跳動(dòng)感使空間發(fā)生了豐富的變化，引起人們情感的共鳴。例如對(duì)于遮罩物而言，遮罩物通過(guò)本身所具有的材質(zhì)、圖案或光源透過(guò)圖案產(chǎn)生的光照變化可以產(chǎn)生意想不到的光影效果。另外，遮罩物通過(guò)一定周期性的變化，引起光影的變形，使之形成具有韻律的秩序特征，產(chǎn)生很多有趣多變的情感照明態(tài)勢(shì)，這也會(huì)對(duì)人的生理、心理產(chǎn)生微妙的影響。

2.3 情感表達(dá)的影響要素

（1）人：家庭人口結(jié)構(gòu)的的多樣性，意味著家庭對(duì)照明需求的差異，這種差異體現(xiàn)在不同年齡、性別、職業(yè)等方面，如老年人和年輕人的差異、未成年人和成年人的差異、男人和女人的差異等，因而不同的使用者對(duì)照明情感表達(dá)的要求也不同。另外，當(dāng)有客人來(lái)訪或他人的因素，照明也應(yīng)該做出相應(yīng)的改變。

（2）事件：各功能區(qū)域住戶不同的行為事件對(duì)照明系統(tǒng)情感的表達(dá)有著重要的影響。根據(jù)各功能區(qū)域住戶的行為活動(dòng)可將其進(jìn)行如下分類：

客廳作為家中的公共空間，是家庭娛樂、休閑、交談、團(tuán)聚以及會(huì)客的場(chǎng)所。客廳中使用者特征的變化以及行為活動(dòng)的不同使得客廳的照明不可能是一成不變的，而應(yīng)該是多種的，不同的場(chǎng)景和事件可將客廳照明劃分為：日常照明、會(huì)客照明、團(tuán)聚照明、精細(xì)作業(yè)照明（閱讀、學(xué)習(xí)、游戲等活動(dòng)）和看電視照明。不同場(chǎng)景有不同的照明環(huán)境供不同使用者選擇，滿足他們不同的情感需求。臥室屬于家庭的私密空間，通常臥室中會(huì)有以下幾種活動(dòng)：睡眠、看電視、閱讀、化妝、休閑、工作學(xué)習(xí)以及手工制作等，由于其行為活動(dòng)的特殊性，使得照明環(huán)境更應(yīng)滿足住戶的個(gè)性化特征，設(shè)計(jì)要力求營(yíng)造溫馨恬靜的氛圍，整體不需要強(qiáng)烈的照明，色調(diào)要利于人們身心放松。廚房是從事炊事活動(dòng)的空間，照明環(huán)境首先要注重功能性，注重一般照明與局部照明結(jié)合的照明方式，另外，一些裝飾照明也可以調(diào)節(jié)住戶做飯時(shí)的心情。衛(wèi)生間的照明應(yīng)該有足夠的照度以滿足排便、洗浴、洗漱、化妝、更衣等功能，同時(shí)燈光效果也應(yīng)具有一定的藝術(shù)品位。另外，使用者在功能區(qū)域場(chǎng)景轉(zhuǎn)換時(shí)，要充分考慮到視覺系統(tǒng)的明暗適應(yīng)以及照度變化對(duì)使用者心理的影響。

（3）環(huán)境：環(huán)境對(duì)人情感的影響是毋庸置疑的，室內(nèi)格局、空間構(gòu)成以及物品布置都會(huì)影響人們的行為和情感。與照明相關(guān)的各種物理設(shè)施，包括照明產(chǎn)品的形狀、材質(zhì)、顏色、陳列形式，以及室內(nèi)和室外的氣候一同構(gòu)成了影響使用者情感的環(huán)境因素。

3 功能模型構(gòu)建

3.1 系統(tǒng)框架

綜合上述研究并結(jié)合現(xiàn)有照明系統(tǒng)，提出了以情感為主導(dǎo)的智能家居照明的情感表達(dá)系統(tǒng)，如圖6所示。

圖6 智能家居照明情感表達(dá)系統(tǒng)Fig.6 Intelligent home lighting emotional expression system

3.2 功能模塊

信息輸入：將與照明相關(guān)的人、事件、環(huán)境的信息，不僅包括使用者進(jìn)行家居活動(dòng)的動(dòng)作、姿態(tài)、語(yǔ)音以及面部表情等實(shí)時(shí)信息，而且也包括了使用者的情感類別、情感持續(xù)時(shí)間、情感強(qiáng)度、舒緩方式等實(shí)時(shí)信息，同時(shí)，家居微環(huán)境中的亮度、溫度、濕度等物理信息也同樣作為輸入到照明系統(tǒng)中進(jìn)行信息編碼的源數(shù)據(jù)。

信息處理：照明系統(tǒng)信息處理的過(guò)程體現(xiàn)了照明系統(tǒng)的智能化。通過(guò)多通道傳感器的感知識(shí)別，提取相關(guān)信息的特征并按照一定的關(guān)系進(jìn)行聚類融合，融合后的信息傳輸?shù)街悄芴幚硐到y(tǒng)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊算法等多技術(shù)的學(xué)習(xí)處理后進(jìn)行判斷和決策，并將處理后的信息進(jìn)行執(zhí)行。

結(jié)果輸出：信息處理后的數(shù)據(jù)按照系統(tǒng)執(zhí)行的要求對(duì)照明產(chǎn)品和光影效果做出響應(yīng)式的輸出。對(duì)于照明產(chǎn)品而言，根據(jù)執(zhí)行的要求對(duì)照明產(chǎn)品的姿態(tài)、色彩、材質(zhì)等物理屬性進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化；對(duì)光影而言，光屬性（亮度、照度、色溫、分布等）、光影韻律和動(dòng)感以及用戶的使用方式的變化一同構(gòu)成了系統(tǒng)輸出的結(jié)果，同時(shí)又作為反饋信息來(lái)調(diào)節(jié)優(yōu)化人的情感狀態(tài)和信息的輸入。

4 結(jié)束語(yǔ)

美國(guó)社會(huì)未來(lái)學(xué)家約翰·奈斯比特曾說(shuō)：“我們正走在高技術(shù)與高情感的兩個(gè)方向，人們?cè)噲D給每一種新技術(shù)都配上一種起補(bǔ)償作用的反應(yīng)，一種高情感的補(bǔ)償[7]”。因此智能家居照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅要充分考慮到新技術(shù)的應(yīng)用對(duì)使用者和照明系統(tǒng)之間互動(dòng)方式的影響，更應(yīng)考慮到使用者的情感需求，做到真正“懂你”的情感照明系統(tǒng)，享受照明帶給我們的高情感補(bǔ)償。

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