照明環(huán)境對交互閱讀視覺和認(rèn)知的影響

王立雄，孔光燕，張麗娟，于 娟，吳雨婷

(1.天津大學(xué) 建筑學(xué)院，天津 300072；2.天津市建筑物理環(huán)境與生態(tài)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(天津大學(xué))，天津 300072)

數(shù)字化媒體的迅猛發(fā)展使閱讀方式改革進(jìn)一步深化。《第十八次全國國民閱讀調(diào)查報(bào)告》顯示數(shù)字化閱讀方式和綜合閱讀方式接觸率分別已經(jīng)達(dá)到79.4%和81.3%，且呈上升態(tài)勢。視覺顯示終端(visual display terminal，VDT)與紙質(zhì)交互閱讀是日常學(xué)習(xí)和工作中不可或缺的閱讀模式。VDT屏幕和紙質(zhì)文稿分別通過自發(fā)光和光線反射實(shí)現(xiàn)信息可讀，而交互閱讀時(shí)視線在VDT與紙質(zhì)文稿之間頻繁移動(dòng)，對光環(huán)境提出了更高的要求。

目前國內(nèi)外針對照明環(huán)境對VDT作業(yè)的影響展開了大量研究，主要集中在照明要素對視覺舒適、視覺疲勞和視覺績效等感知層面的影響。文獻(xiàn)[1]通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了進(jìn)行VDT作業(yè)時(shí)，高色溫下的視覺舒適性及表現(xiàn)均優(yōu)于低色溫；文獻(xiàn)[2]研究了色溫和照度水平對學(xué)生短時(shí)記憶再認(rèn)和腦疲勞的影響；文獻(xiàn)[3]通過主觀評價(jià)實(shí)驗(yàn)得出屏幕中心垂直照度為163～300 lx時(shí)，屏幕閱讀舒適性最佳；文獻(xiàn)[4]指出光源光色會(huì)影響VDT閱讀時(shí)的視覺功效；文獻(xiàn)[5]研究得出工作面照度均勻度、光源色溫、閱讀背景面反射系數(shù)、閱讀背景面亮度及VDT屏幕亮度對交互閱讀舒適的影響；文獻(xiàn)[6]研究得出可通過調(diào)節(jié)VDT背景飽和度提高視覺績效。除主觀評價(jià)之外，部分學(xué)者通過客觀指標(biāo)的測量，研究照明與視覺的關(guān)系。文獻(xiàn)[7]研究瞳孔變化與視覺適應(yīng)的函數(shù)關(guān)系；文獻(xiàn)[8]研究表明最小瞳孔直徑可有效評估VDT作業(yè)視覺疲勞；文獻(xiàn)[9]通過主觀舒適評分和腦電信號，建立數(shù)學(xué)模型對VDT視覺舒適度進(jìn)行客觀描述。現(xiàn)有主要研究多集中在水平照度、色溫、屏幕亮度等單一光參數(shù)對閱讀視覺感知的影響，未考慮水平紙面照度與垂直視屏面照度比例關(guān)系。認(rèn)知心理學(xué)中解釋認(rèn)知效率是采用最佳的心理資源達(dá)到學(xué)習(xí)和解決問題的能力[10]，應(yīng)用心理學(xué)中提到高情緒喚醒狀態(tài)帶來的自我認(rèn)識更清楚[11]。對于交互閱讀來說，認(rèn)知效率可看做是學(xué)習(xí)和記憶能力的體現(xiàn)，高喚醒程度可使人們對作業(yè)內(nèi)容有更好的反應(yīng)和清晰的自我認(rèn)識，從而提高認(rèn)知表現(xiàn)。因此交互閱讀照明環(huán)境設(shè)計(jì)，除應(yīng)關(guān)注人的視覺感知外，更應(yīng)該了解照明環(huán)境對人的認(rèn)知表現(xiàn)影響。

故本文采用主觀評價(jià)、視覺任務(wù)績效與生理測量相結(jié)合的方法，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展交互閱讀照明環(huán)境視覺感知和認(rèn)知評價(jià)實(shí)驗(yàn)。探討水平紙面照度與垂直視屏面照度的配比關(guān)系，研究水平照度、照度配比、色溫、屏幕亮度多參數(shù)，對視覺舒適、視覺功效、視覺疲勞、認(rèn)知效率和情緒喚醒5種不同生理和心理需求的影響，得出優(yōu)選照明參數(shù)，改善VDT與紙質(zhì)交互閱讀照明環(huán)境。

1 交互閱讀照明環(huán)境評價(jià)實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

為實(shí)現(xiàn)照明參數(shù)的調(diào)控，綜合考慮了燈具配光、燈具與作業(yè)面的距離，并通過DIALux evo軟件模擬得出燈具布置方案，兼顧實(shí)用性和人體工學(xué)，搭建了交互閱讀照明環(huán)境研究實(shí)驗(yàn)平臺，見圖1(a)。該平臺通過調(diào)整兩個(gè)光源的光通量，實(shí)現(xiàn)照度和照度配比的調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)空間見圖1(b)，包括實(shí)驗(yàn)區(qū)和控制區(qū)。實(shí)驗(yàn)區(qū)由低透光率、低反光率的黑絲絨布圍合而成，尺寸為2.4 m×1.8 m×2.4 m，水平和垂直背景面由低反射系數(shù)(0.4)的黑卡紙覆蓋。控制區(qū)內(nèi)的照明控制器可實(shí)現(xiàn)閱讀環(huán)境照度配比1.5～5.5范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)，水平照度0～1 000 lx范圍內(nèi)無極調(diào)節(jié)，色溫3 500、4 000、5 000 K分檔調(diào)節(jié)。

圖1 交互閱讀照明環(huán)境研究實(shí)驗(yàn)平臺和空間(mm)Fig.1 Experimental platform and space of interactive reading lighting environment(mm)

根據(jù)團(tuán)隊(duì)已有研究[3,5]，水平照度選取300、500、750 lx，光源色溫選取3 500、4 000、5 000 K；CIE標(biāo)準(zhǔn)S 008/E-2001《室內(nèi)工作場所照明》中指出主觀效果明顯可感覺到照度最小變化的照度差約為1.5倍，依據(jù)此原則，照度配比選取1.5、2.5、5.5；電腦屏幕亮度根據(jù)實(shí)際亮度選取100、180、260 cd/m2。為減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)并避免被試的練習(xí)效應(yīng)，采用正交實(shí)驗(yàn)，在Minitab軟件中生成正交實(shí)驗(yàn)表，最終得到27種實(shí)驗(yàn)工況。為避免因屏幕亮度的更換增加實(shí)驗(yàn)復(fù)雜程度，按照屏幕亮度，將實(shí)驗(yàn)工況分為3組，同時(shí)被試以3種拉丁方組間順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，降低被試在實(shí)驗(yàn)過程中的疲勞，實(shí)驗(yàn)工況設(shè)置見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)工況設(shè)置Tab.1 Experimental conditions setting

實(shí)驗(yàn)設(shè)置了抄寫和數(shù)字串核對任務(wù)。抄寫任務(wù)，被試需在紙上抄寫電腦屏幕上顯示的文字，并在抄寫結(jié)束后對當(dāng)前照明環(huán)境進(jìn)行-3～3的舒適度評價(jià)；數(shù)字串核對任務(wù)，被試需在屏幕上勾選出與紙質(zhì)材料不同的數(shù)字串，后臺統(tǒng)計(jì)正確率。實(shí)驗(yàn)過程中被試佩戴生理測量設(shè)備。眼動(dòng)儀記錄瞳孔直徑、眨眼頻率，評估視覺疲勞[12]；無線皮電(electrodermal activity,EDA)傳感器記錄被試的皮電水平(skin conductance,SC)；無線血容量脈搏(photoplethysmograph,PPG)傳感器記錄被試的心率變異性(heart rate variability,HRV)時(shí)域分析的兩個(gè)指標(biāo)，分別為相鄰心跳間期差值均方的平方根(root mean square of successive differences,RMSSD)和平均心率(average heart rate,AVHR)。其中,SC和RMSSD均可反映交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)的平衡狀態(tài)，SC越低、RMSSD越高，副交感神經(jīng)越活躍，認(rèn)知效率較強(qiáng)[13]，故采用兩個(gè)生理參數(shù)同時(shí)作為認(rèn)知效率的評估指標(biāo)；AVHR可表征人的情緒喚醒程度，HR升高，個(gè)體情緒喚醒增加[14]。為了排除被試的個(gè)體差異，對3項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，均選用變化率為最終評估指標(biāo)，變化率公式為

(1)

1.2 實(shí)驗(yàn)流程

將實(shí)驗(yàn)加載于ErgoLAB人機(jī)環(huán)境同步平臺，實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)過程中被試的生理指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)不同工況下生理數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄和同步。具體實(shí)驗(yàn)包括以下兩個(gè)階段：

1)準(zhǔn)備及測試階段：保證被試悉知實(shí)驗(yàn)流程和注意事項(xiàng)、正確佩戴生理指標(biāo)測量儀器，并在全黑環(huán)境下對被試進(jìn)行5 min的生理指標(biāo)基線采集。

2)視覺任務(wù)實(shí)驗(yàn)階段：

工作人員在實(shí)驗(yàn)平臺輸入被試名稱和實(shí)驗(yàn)組編號，進(jìn)行第一組正式實(shí)驗(yàn)；

工作人員調(diào)節(jié)照明環(huán)境、屏幕亮度參數(shù)，使實(shí)驗(yàn)環(huán)境達(dá)到相應(yīng)工況的參數(shù)值。被試根據(jù)實(shí)驗(yàn)平臺指示，依次進(jìn)行抄寫—視覺舒適評價(jià)—數(shù)字串核對任務(wù)，完成后示意并閉眼休息。調(diào)整照明參數(shù)，重復(fù)上述步驟，直至完成第一組的9種工況實(shí)驗(yàn)，時(shí)長約22 min。

第二、三組的實(shí)驗(yàn)重復(fù)以上步驟，每組實(shí)驗(yàn)中間，被試休息3～5 min，避免視覺疲勞；工作人員檢查儀器，并調(diào)整ErgoLAB平臺上的設(shè)計(jì)程序。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

共計(jì)30位(15男、15女)被試參與實(shí)驗(yàn)，年齡在18～30歲之間，被試視力(校正后)正常、身心健康且無眼部疾病。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和分段，并進(jìn)行指標(biāo)的變化率計(jì)算，共獲得810組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值，利用極值對數(shù)據(jù)進(jìn)行趨同歸一化處理，其中主觀舒適評分、核對得分、平均瞳孔直徑、RMSSD變化率、AVHR變化率5項(xiàng)指標(biāo)，值越大表明對應(yīng)評價(jià)項(xiàng)越好，將其賦為正值；眨眼頻率、SC變化率指標(biāo)值越小，對應(yīng)評價(jià)項(xiàng)越好，將其賦為負(fù)值，結(jié)果見圖2，照明環(huán)境對不同的評價(jià)指標(biāo)有不同程度的影響。

圖2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果直方圖Fig.2 Histogram of experimental results

2 主客觀數(shù)據(jù)分析

2.1 各評價(jià)指標(biāo)的相關(guān)影響要素及重要性

通過方差分析和極差分析，分別得出交互閱讀視覺感知和認(rèn)知表現(xiàn)的顯著影響因素及重要性排序，結(jié)果見表2。由表2可得出：

表2 交互閱讀視覺感知和認(rèn)知表現(xiàn)顯著影響因素分析結(jié)果Tab.2 Significant influencing factors of visual perception and cognitive performance in interactive reading

1)水平照度對交互閱讀的視覺感知和認(rèn)知表現(xiàn)均有影響，對視覺疲勞的影響較大，但對視覺功效和情緒喚醒無顯著作用。

2)照度配比主效應(yīng)對交互閱讀的視覺功效、視覺疲勞和認(rèn)知表現(xiàn)均有顯著影響。

3)照度配比與屏幕亮度的交互作用對視覺舒適有顯著影響，照度配比與光源色溫、屏幕亮度的交互作用對認(rèn)知表現(xiàn)有顯著影響。

4)光源色溫對視覺感知影響較大，尤其是對視覺舒適和視覺功效影響最大，對認(rèn)知表現(xiàn)無顯著影響，而對視覺疲勞的影響有待討論。

5)VDT屏幕亮度對認(rèn)知表現(xiàn)影響最大，對視覺疲勞影響也較顯著。

2.2 各要素對不同評價(jià)指標(biāo)的影響

基于方差分析結(jié)果，對相關(guān)要素不同水平之間進(jìn)行多重比較，進(jìn)一步分析各顯著影響要素的主效應(yīng)和交互效應(yīng)對交互閱讀視覺感知和認(rèn)知表現(xiàn)的影響規(guī)律，得出交互閱讀單一需求指標(biāo)的最佳照明參數(shù)。

2.2.1 視覺舒適主觀評分

結(jié)合多重比較和圖3可知，3個(gè)色溫水平的舒適評分差異顯著(P<0.05)，4 000 K時(shí)舒適評分顯著高于5 000、3 500 K的舒適評分。舒適主觀評分在水平照度為500 lx時(shí)，與300、700 lx差異顯著(P<0.05)，但300 lx與750 lx之間無顯著差異。500 lx時(shí)舒適主觀評分均值最高，但整體差距不大。從水平照度和色溫的交互效應(yīng)來看，同等照度水平下，4 000 K下的主觀評分最高，且視覺舒適主觀評分隨水平照度的增加而上升；經(jīng)過極差分析，5 000 K時(shí)水平照度對交互閱讀的主觀舒適評分影響效應(yīng)最大。從照度配比和屏幕亮度的交互效應(yīng)來看，屏幕亮度為100 cd/m2、照度配比為2.5時(shí)，舒適主觀評分最高，與屏幕亮度為180 cd/m2、照度配比為1.5時(shí)的工況相差不大。結(jié)合要素的重要性排序，得出以舒適主觀評分為評價(jià)指標(biāo)時(shí)的最優(yōu)照明環(huán)境為：色溫4 000 K、水平照度750 lx，當(dāng)屏幕亮度100 cd/m2時(shí)，垂直照度為300 lx(照度配比2.5)，當(dāng)屏幕亮度180 cd/m2時(shí)，垂直照度為500 lx(照度配比1.5)。

2.2.2 核對得分

結(jié)合多重比較和圖4可知:色溫5 000 K環(huán)境下的核對得分與3 500、4 000 K差異顯著(P<0.05)，但在3 500 K與4 000 K下無顯著差異；核對得分均值和最高值均在5 000 K色溫。核對得分在照度配比1.5和5.5時(shí)差異顯著；隨著照度配比的增加，核對得分逐漸下降，表明視覺功效隨之下降。綜上，以核對得分為評價(jià)指標(biāo)時(shí)的最優(yōu)照明環(huán)境為色溫5 000 K、照度配比1.5。

圖4 相關(guān)要素對核對得分的影響Fig.4 Influence of relevant factors on check score

2.2.3 平均瞳孔直徑

結(jié)合多重比較和圖5可知:水平照度、屏幕亮度不同水平之間的平均瞳孔直徑差異性顯著(P<0.05)，隨著水平照度、屏幕亮度的增加，平均瞳孔直徑均逐漸變小。色溫各水平之間，5 000 K環(huán)境下的平均瞳孔直徑與3 500、4 000 K下差異顯著(P<0.05)，但3 500 K和4 000 K無顯著差異；就分布狀態(tài)看，色溫對平均瞳孔直徑的影響程度較弱。從照度配比與水平照度的交互效應(yīng)看，通過極差分析后，可得出300 lx時(shí)照度配比對交互閱讀平均瞳孔直徑的影響效應(yīng)最大；水平照度300 lx、照度配比5.5時(shí)，平均瞳孔直徑最大；中、高照度(500、750 lx)下，照度配比對瞳孔直徑無明顯影響。綜上，以平均瞳孔直徑為視覺疲勞的評價(jià)指標(biāo)時(shí)，低視覺疲勞的最佳參數(shù)組合為：水平照度300 lx、屏幕亮度100 cd/m2、照度配比5.5，色溫3 500 K/4 000 K。

圖5 相關(guān)要素對平均瞳孔直徑的影響Fig.5 Influence of relevant factors on mean pupil diameter

2.2.4 眨眼頻率

結(jié)合多重比較和圖6可知:屏幕亮度3個(gè)水平下的眨眼頻率均表現(xiàn)出顯著差異(P<0.05)，屏幕亮度為180 cd/m2時(shí)眨眼頻率最小，但與100 cd/m2時(shí)差異不大。水平照度在750 lx時(shí)，與300、500 lx有顯著差異(P<0.05)，但300 lx與500 lx之間無顯著差異；就分布狀態(tài)和平均值來看，中低水平照度(300、500 lx)下，眨眼頻率較小。眨眼頻率在照度配比為1.5時(shí)，與2.5和5.5差異性顯著，照度配比為2.5和5.5時(shí)無顯著差異；從分布狀態(tài)看，眨眼頻率的平均最低值、最低值均在照度配比為1.5的環(huán)境下。綜上，以眨眼頻率為視覺疲勞的評價(jià)指標(biāo)時(shí)，低視覺疲勞的最佳參數(shù)組合為：屏幕亮度180 cd/m2、水平照度300 lx/500 lx、照度配比1.5。

圖6 相關(guān)要素對眨眼頻率的影響Fig.6 Influence of relevant factors on blink frequency

2.2.5 SC變化率

結(jié)合多重比較和圖7可知:屏幕亮度3個(gè)水平下，SC變化率差異性顯著(P<0.05)，100 cd/m2時(shí)變化率最小。3個(gè)照度配比水平下的SC變化率差異性顯著(P<0.05)，從分布狀態(tài)看，隨著照度配比增加，SC變化率均逐漸上升。水平照度為750 lx時(shí)與300、500 lx的SC變化率差異性顯著(P<0.05)，但300 lx與500 lx之間相差不大；SC變化率平均值和最低值均在300 lx下。從因素的交互效應(yīng)看，在不同屏幕亮度下，隨著照度配比的增加，SC變化率呈不同趨勢的遞增狀態(tài)；屏幕亮度為100 cd/m2時(shí)極差值最大，照度配比對SC變化率影響效應(yīng)量最大。綜上，以SC變化率為評價(jià)指標(biāo)時(shí)，得出高認(rèn)知效率的最佳參數(shù)組合為：屏幕亮度100 cd/m2、照度配比1.5、水平照度300 lx。

圖7 相關(guān)要素對SC變化率的影響Fig.7 Influence of relevant factors on SC change rate

2.2.6 RMSSD變化率

結(jié)合多重比較和圖8可知:屏幕亮度100 cd/m2與260 cd/m2時(shí)RMSSD變化率無顯著差異，但從分布狀態(tài)看，100 cd/m2時(shí)的RMSSD變化率均值、上四分位數(shù)和上邊緣均優(yōu)于260 cd/m2。300 lx與500 lx水平下RMSSD變化率差異顯著(P<0.05)，而500 lx與750 lx無顯著差異；從分布狀態(tài)看，當(dāng)水平照度為300 lx時(shí)，RMSSD變化率最大。照度配比為1.5和5.5時(shí)，RMSSD變化率無顯著差異。分析屏幕亮度和照度配比的交互效應(yīng)，屏幕亮度為100 cd/m2、照度配比1.5的RMSSD變化率最大；屏幕亮度為100 cd/m2時(shí)，照度配比對RMSSD變化率影響效應(yīng)最大。綜上，以RMSSD變化率為評價(jià)指標(biāo)時(shí)，得出高認(rèn)知效率的最佳參數(shù)組合為：屏幕亮度100 cd/m2、照度配比1.5、水平照度300 lx。

圖8 相關(guān)要素對RMSSD變化率的影響Fig.8 Influence of relevant factors on RMSSD change rate

2.2.7 AVHR變化率

結(jié)合多重比較和圖9可知:屏幕亮度不同水平下，AVHR變化率差異性顯著(P<0.05)，AVHR變化率隨著屏幕亮度的增加逐漸下降。照度配比為1.5時(shí)，與2.5的AVHR變化率差異性顯著(P<0.05)；照度配比為2.5時(shí)，AVHR變化率平均值最大，但較為分散，需結(jié)合其他要素綜合考慮。從照度配比分別與屏幕亮度、色溫的交互效應(yīng)來看，屏幕亮度越小，照度配比對AVHR變化率的影響效應(yīng)越大，屏幕亮度100 cd/m2、照度配比2.5組合下的交互閱讀AVHR變化率最大。色溫4 000、5 000 K時(shí)，照度配比對交互閱讀AVHR變化率影響效應(yīng)量均較大；色溫4 000 K、照度配比2.5組合下的交互閱讀心率變化率最大。綜上，結(jié)合要素重要性排序，以心率變化率為情緒喚醒的評價(jià)指標(biāo)時(shí)，高情緒喚醒的最佳參數(shù)組合為：屏幕亮度100 cd/m2、照度配比2.5、色溫4 000 K。

圖9 相關(guān)要素對AVHR變化率的影響Fig.9 Influence of relevant factors on AVHR change rate

3 討 論

研究以水平照度、照度配比、光源色溫、VDT屏幕亮度為主要變量，重點(diǎn)探討了照明環(huán)境對交互閱讀視覺和認(rèn)知的綜合影響作用和各要素對不同指標(biāo)的影響規(guī)律兩個(gè)方面。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出：

1)水平照度對交互閱讀的視覺舒適和疲勞有顯著影響，但對視覺功效和情緒喚醒無顯著影響。究其原因，可能為研究選取的300、500、750 lx 3個(gè)照度值均為滿足視覺作業(yè)基本需求的較優(yōu)范圍，而水平照度與色溫的主效應(yīng)對人的AVHR生理響應(yīng)無顯著影響與文獻(xiàn)[15]的研究結(jié)論一致。

2)分析各評估項(xiàng)的影響要素(表3)，交互閱讀的視覺感知和認(rèn)知表現(xiàn)不僅受水平照度、照度配比、色溫、屏幕亮度的單一影響，還受到要素之間的交互效應(yīng)影響，且權(quán)重較高。

表3 不同評價(jià)指標(biāo)下的最優(yōu)照明環(huán)境Tab.3 Optimal lighting environment under different evaluation indicators

3)照度配比的主效應(yīng)雖然對視覺舒適無影響，但照度配比與屏幕亮度的交互效應(yīng)對視覺舒適有顯著影響；照度配比主效應(yīng)對認(rèn)知表現(xiàn)的重要程度雖較低，但是照度配比與屏幕亮度、色溫的交互效應(yīng)對認(rèn)知表現(xiàn)的影響更為顯著。因此，針對交互閱讀的照明環(huán)境設(shè)計(jì)，需平衡水平與垂直照度之間的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，選取不同指標(biāo)作為交互閱讀視覺感知和認(rèn)知表現(xiàn)評估項(xiàng)時(shí)，其要素及規(guī)律具有差異性和統(tǒng)一性。研究選取平均瞳孔直徑和眨眼頻率來表征視覺感知中的視覺疲勞，但兩者的顯著影響因素(表3)和規(guī)律未表現(xiàn)出完全一致的趨勢，實(shí)驗(yàn)得出色溫對平均瞳孔直徑影響顯著，而不影響眨眼頻率。究其原因，瞳孔的收縮與觀察者“感覺”到的光照亮度有關(guān)，也有研究指出色溫的增加會(huì)導(dǎo)致人眼感知到的亮度增加[16]，本研究得出的結(jié)論與之相符。因此瞳孔直徑的變化是否能準(zhǔn)確反映由照明引起的視覺疲勞需進(jìn)一步探索。同時(shí)研究選取了SC變化率與RMSSD變化率共同評估交互閱讀認(rèn)知效率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩者顯著影響因素相同，因此將兩者共同作為交互閱讀認(rèn)知效率的評價(jià)指標(biāo)，具有較強(qiáng)的可行性。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，總結(jié)出單一評價(jià)指標(biāo)下的最優(yōu)照明環(huán)境。如表3所示，舒適主觀評分為評價(jià)指標(biāo)的最佳視覺舒適參數(shù)與以SC變化率為評價(jià)指標(biāo)的高情緒喚醒參數(shù)相同，即高視覺舒適且高情緒喚醒的最佳照明環(huán)境參數(shù)為：水平照度750 lx、垂直照度300 lx(照度配比2.5)、色溫4 000 K，最佳屏幕亮度為100 cd/m2。同理,高視覺功效結(jié)合低視覺疲勞高認(rèn)知效率的最佳照明環(huán)境參數(shù)為：水平照度300 lx、垂直照度200 lx(照度配比1.5)、色溫5 000 K，而屏幕亮度可根據(jù)實(shí)際閱讀需求進(jìn)行調(diào)整，100 cd/m2時(shí)認(rèn)知效率最高，180 cd/m2時(shí)視覺疲勞程度最低。

4 結(jié) 論

本研究通過對主觀評價(jià)和生理指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，得出各照明要素對交互閱讀視覺舒適、視覺功效、視覺疲勞、認(rèn)知效率和喚醒程度的相關(guān)性和重要性；并分析要素不同水平之間對評估指標(biāo)的差異性，結(jié)合數(shù)據(jù)分布狀態(tài)，得出本研究范圍內(nèi)的最優(yōu)照明環(huán)境，為交互閱讀照明環(huán)境設(shè)計(jì)提供思路。具體結(jié)論如下：

1)水平照度對視覺感知和認(rèn)知表現(xiàn)均有顯著影響，尤其是對視覺疲勞影響最大。

2)照度配比主效應(yīng)對交互閱讀的視覺功效、視覺疲勞和認(rèn)知表現(xiàn)均有顯著影響，對視覺舒適無顯著影響。但照度配比與屏幕亮度的交互作用對視覺舒適有顯著影響，同時(shí)照度配比與光源色溫、屏幕亮度的交互作用對認(rèn)知表現(xiàn)有顯著影響。因此，在進(jìn)行交互閱讀空間照明設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮照度配比對作業(yè)者的生理及績效影響；且兩因素之間存在交互作用時(shí)，需綜合考慮對評估指標(biāo)的效應(yīng)量大小。

3)光源色溫對交互閱讀視覺舒適和視覺功效影響最大；VDT屏幕亮度對交互閱讀視覺疲勞、認(rèn)知效率和情緒喚醒影響最大。

4)高視覺舒適且高情緒喚醒的交互閱讀最佳照明環(huán)境參數(shù)為：水平照度750 lx、垂直照度300 lx(照度配比2.5)、色溫4 000 K，最佳屏幕亮度為100 cd/m2。高視覺功效以及高認(rèn)知效率、低視覺疲勞為交互閱讀最佳照明環(huán)境參數(shù)為：水平照度300 lx、垂直照度200 lx(照度配比1.5)、色溫5 000 K，且屏幕亮度建議為100 cd/m2。

5)針對交互閱讀行為認(rèn)知表現(xiàn)的兩個(gè)不同評價(jià)指標(biāo)(SC變化率和RMSSD變化率)，雖在不同照明參數(shù)下變化趨勢有差異，但得出高認(rèn)知效率和高視覺功效的環(huán)境相同，即低屏幕亮度、低照度配比、低水平照度、高色溫。

6)交互閱讀中，VDT屏幕亮度不宜過高(≤180 cd/m2)，有助于提高認(rèn)知效率并降低視覺疲勞。

本文在已有研究基礎(chǔ)上，選取了典型的變量水平，但取值數(shù)量較少，因此有待增加變量取值范圍，進(jìn)一步研究各要素對交互閱讀的影響規(guī)律。同時(shí)應(yīng)優(yōu)化組內(nèi)變量水平順序，以避免被試在實(shí)驗(yàn)過程中形成練習(xí)效應(yīng)，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。