不同色溫照明環(huán)境下VDT與紙質閱讀視疲勞對比

韓則陽，蘇曉明，郝占國

(內蒙古工業(yè)大學建筑學院 內蒙古自治區(qū)綠色建筑重點實驗室，內蒙古 呼和浩特 010051)

引言

在現(xiàn)代辦公環(huán)境中，長期在人工照明下進行電腦等VDT(visual display terminal)作業(yè)造成的視疲勞問題引起研究者們的廣泛關注。在諸多引起視疲勞的原因中[1]，工作環(huán)境差是一重要方面[2]；楊春宇等[3]發(fā)現(xiàn)人眼在不同照度及色溫組合下，視疲勞程度不同，最佳色溫和照度組合為5 000 K和2 000 lx，且光照時間與視疲勞程度正相關[4]；劉娜等人驗證了視疲勞程度與色溫的相關性，得出在4 500 K色溫下被試者視疲勞程度最小，2 700 K次之，6 400 K色溫最易引起視疲勞的結論[5]。除人工照明條件外，VDT作業(yè)方式也進一步加劇了人的視疲勞程度[6]，岳榮喜等[7]發(fā)現(xiàn)，VDT接觸時間長短與視疲勞程度正相關；陳成明，Hsu等[8，9]發(fā)現(xiàn)不同類型顯示器造成的視疲勞存在差異。此外，張敬怡等[10]發(fā)現(xiàn)在一般電腦作業(yè)情形下，背景亮度和反射系數(shù)對受試者的視覺舒適性影響最大；張文力和黃海靜等[11，12]發(fā)現(xiàn)不同類型受試者在相同作業(yè)環(huán)境下的舒適性需求和作業(yè)表現(xiàn)存在顯著差異。

在上述諸多研究中，還缺乏VDT作業(yè)方式引起的視疲勞與其他類型作業(yè)方式引起視疲勞程度的對比研究。本文將人工照明環(huán)境下VDT作業(yè)方式的視疲勞情況與相同條件下的紙質作業(yè)引起的視疲勞情況進行對比分析，對比內容為具體客觀指標值，相比主觀調查問卷結果更為明確，使對比結果更為直觀清晰，為綜合評價VDT作業(yè)對視疲勞的影響程度提供一定參考。

1 研究方法

1)對象。本實驗招募20位身體健康的在校研究生作為受試者，其中男性10人，女性10人，年齡為25±1歲，矯正視力4.8以上，非色盲、色弱。實驗前24 h內避免飲酒、熬夜、劇烈體力勞動等行為，作息穩(wěn)定。對每位受試者進行單獨測試。

2)視疲勞測量方法。本實驗通過光電容積脈搏描記法(Photo Plethysmo Graphy,PPG)測量人體脈搏信號得到的心率(Heart Rate,HR)值和視力測試的結果評價視疲勞程度。身體健康的成年人在安靜時HR波動不明顯，當心率上升，變化波動上升，變化速度快則視疲勞程度較嚴重，反之程度較輕[13]；視力測試目的在于評價受試者的物體識別能力，對比實驗前后受試者的識別能力，差別越大則視疲勞程度越嚴重，反之程度較輕[5]。

3)實驗儀器。利用ErgoLAB人機環(huán)境同步平臺(V2.2)下的心電模塊，通過無線脈搏傳感器(140E0A03V3)采集受試者脈搏信號，使用國際標準對數(shù)視力表進行視力測試。

4)實驗環(huán)境。實驗空間平面布局和實景照片如圖1、圖2所示。根據(jù)《建筑照明設計標準》(GB 50034—2013)，目前普通辦公室桌面照度標準值為300 lx，高檔辦公室的照度標準值為500 lx，本實驗保證測試區(qū)桌面照度為500 lx，環(huán)境背景照度設置為100 lx[5]。

圖1 實驗空間平面圖Fig.1 Experimental space plan

圖2 實驗空間實景照片F(xiàn)ig.2 Experimental space real scene

2 實驗過程

實驗于9月進行，實驗時間為8:30—12:00，14:30—18:00，將20名受試者平均分為兩組，每組10人(男性5人，女性5人)。兩組受試者分別在6 500 K和3 000 K色溫照明環(huán)境下進行測試。對每位受試者進行單獨的數(shù)據(jù)采集。受試者進入實驗空間后，靜坐5 min以適應空間照明環(huán)境，期間為其佩戴無線脈搏傳感器，后對其進行視力測試。測試完成后，確認數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定。第一階段實驗中，受試者在調整坐姿后開始紙質文本閱讀(工況1)，閱讀內容為《造房子》一書，書的位置基本保持不變，閱讀時間持續(xù)30 min，之后再次進行視力測試。完成后休息10 min。隨后進行第二階段實驗，過程與第一階段相同，將閱讀內容替換為相同內容的電子文本(工況2)，顯示器型號為聯(lián)想L2264F，屏幕亮度恒定，允許受試者按個人閱讀習慣調整閱讀器顯示比例。

3 實驗結果與分析

實驗一共采集20位受試者的40組數(shù)據(jù)，剔除信號采集不完整和心率值普遍低于60 bpm的異常數(shù)據(jù)后，最終獲得15位受試者的30組有效數(shù)據(jù)(表1和表2)，其中，心率值數(shù)據(jù)為在對心電數(shù)據(jù)做以下預處理后每3 min的平均心率值：選擇適中小波降噪，去除心電信號中的白噪聲；選擇0.5～20 Hz的通帶濾波；對奇異點取均值糾正。

表1 6500 K色溫環(huán)境實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計Table 1 Statistics of experimental data of 6500 K color temperature environment

表2 3000 K色溫環(huán)境實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計Table 2 Statistics of experimental data of 3000 K color temperature environment

3.1 視力變化與視疲勞

如表3所示，對所有受試者視力數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，在同一色溫環(huán)境條件下，進行紙質閱讀和VDT閱讀后，視力下降人數(shù)所占的比例相同，即閱讀模式與視疲勞無關，如表1和表2所示，下降程度均為0.1。同一閱讀模式下，受試者在不同色溫環(huán)境中的視力下降情況差別明顯，6 500 K色溫環(huán)境中視力下降人數(shù)占總人數(shù)56%，3 000 K色溫環(huán)境下視力下降人數(shù)占17%，兩種閱讀模式下比例相同，均顯示在6 500 K高色溫環(huán)境下視疲勞程度更高。在15位受試者中，受試者p10在閱讀紙質書后視力出現(xiàn)上升的情況，其原因可能為實驗前環(huán)境適應欠佳。

表3 視力變化情況統(tǒng)計Table 3 Statistics of change in vision

3.2 心率變化與視疲勞

受試者在實驗過程中的心率值變化幅度較小，主要通過對比心率的波動情況來判斷視疲勞程度。在同一閱讀模式下，對比圖3中兩條心率曲線，在紙質閱讀模式下，6 500 K色溫環(huán)境下心率曲線波動更大，視疲勞程度更高。對比圖4中兩條心率曲線，在VDT閱讀模式下，3 000 K色溫環(huán)境下心率曲線波動更大，視疲勞程度更高。

在同一色溫環(huán)境中，對比圖3和圖4中6 500 K色溫環(huán)境下兩條心率曲線，紙質閱讀時心率波動更大，實驗期間全程均有明顯波動，而VDT閱讀時僅在12～18 min時間段內出現(xiàn)明顯波動，即在此色溫環(huán)境下紙質閱讀造成的視疲勞更為嚴重。對比3 000 K色溫環(huán)境下兩條心率曲線，VDT閱讀時的心率曲線波動大，造成的視疲勞更為嚴重。兩組對比結果均表明閱讀模式與視疲勞程度有關。

圖3 紙質閱讀心率變化曲線Fig.3 HR curve in paper reading

圖4 VDT閱讀心率變化曲線Fig.4 HR curve in VDT reading

3.3 受試者性別與視疲勞

如表4所示，對不同性別受試者視力數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，除在6 500 K色溫下閱讀紙質書時男性視力下降比例高于女性，其余條件下均為女性視力下降比例高于男性，表明在多數(shù)實驗條件下女性更易產生視疲勞。

表4 性別與視力變化情況統(tǒng)計Table 4 Statistics of gender with change in vision

圖5 女性紙質閱讀心率變化曲線Fig.5 HR curve in paper reading of women

圖7 女性VDT閱讀心率變化曲線Fig.7 HR curve in VDT reading of women

圖8 男性VDT閱讀心率變化曲線Fig.8 HR curve in VDT reading of men

對比圖5和圖6中在紙質閱讀模式下不同色溫環(huán)境下的兩組心率曲線，女性的心率曲線波動均比男性的更大；對比圖7和圖8中在VDT閱讀模式下不同色溫環(huán)境下的兩組心率曲線，在6 500 K色溫環(huán)境下男性的心率曲線波動更大，在3 000 K色溫環(huán)境下女性的心率曲線波動更大。心率變化曲線分析結果與視力分析結果不完全相同，但均表明在多數(shù)實驗條件下女性更易產生視疲勞。

4 結論

根據(jù)以上研究結果，本文得到如下結論：

1)依據(jù)視力測試結果，閱讀模式與視疲勞程度之間不存在顯著的相關性，VDT和紙質兩種閱讀模式下均為6 500 K高色溫環(huán)境相比3 000 K低色溫環(huán)境更易引起視疲勞；

2)依據(jù)心率測試結果，閱讀模式與視疲勞程度相關，在6 500 K高色溫照明環(huán)境下，紙質閱讀造成的視疲勞更為嚴重，而在3 000 K低色溫照明環(huán)境下，VDT閱讀造成的視疲勞更為嚴重；紙質閱讀模式下，6 500 K高色溫環(huán)境更易引起視疲勞，與視力測試分析結果相同，與劉娜[5]等人的實驗結果類似，而在VDT閱讀模式下，3 000 K低色溫更易引起視疲勞；

3)對比不同性別受試者的視力變化和心率波動數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在本實驗條件下，女性較男性更易產生視疲勞。

5 展望

視力測試與心率測試分析得到的結論差異較大，造成差異原因可能為實驗樣本數(shù)不足或實驗過程設計不夠合理等，具體原因還有待進一步研究，從而明確閱讀模式與視疲勞的關系以及在VDT閱讀模式下更易引起視疲勞的色溫。