毛建赟,姚湘,霍世宇,許活鵬,王美琪
太空鍛煉區人機界面色彩環境舒適度設計研究
毛建赟1,2,姚湘1*,霍世宇1,許活鵬1,王美琪1
(1.湘潭大學,湖南 湘潭 411105;2.湖南國防工業職業技術學院,湖南 湘潭 411207)
研究載人航天器鍛煉區在不同色彩環境下對運動鍛煉的色彩環境舒適度、運動欲望及心率上升率的影響。36名受試者分為頭低位組(實驗組)和立位組(對照組),實驗要求被試者進行主觀問卷評價,同時采集實驗中的客觀數據。對主觀評價結果進行方差分析,并對心率信號進行心率上升率換算,分析不同色彩下主觀評價和心率數據的差異。最后以航天器鍛煉區的色彩搭配為例進行設計驗證。主觀評價顯示,不同顏色對心理狀態都有顯著性差異;在色彩環境舒適度上,通過研究冷暖色調對運動色彩環境舒適度均值的影響后發現,無色彩環境相對于其他顏色表現出顯著差異性;在運動欲望上,通過分析色彩的冷暖色調對運動欲望均值的影響發現,暖色環境相對于冷色表現出顯著差異性。客觀數據顯示,不同色彩下心率波動均在正常范圍內,而不同色彩環境下心率上升率差異不大,無統計學意義。在不同狀態下心率上升率有顯著差異。在狹小、密閉的鍛煉空間中,暖色環境相比冷色環境和無色彩環境更容易影響人的運動欲望,其中黃色環境表現較為明顯,而相比有色彩環境下,在無色彩環境下的運動則更為舒適。最后依據實驗結論開展設計實踐。
色彩;運動色彩環境舒適度;運動欲望;心率上升率
工作環境直接影響人-機-環境系統的整體效率和人的健康狀態[1]。運動鍛煉是載人航天中保障航天員生理及心理健康的重要一環。太空環境中,航天員會經歷一系列生理適應過程,其中最顯著的變化表現為心血管系統的調整、肌肉組織的萎縮,以及骨密度的減少。在無重力條件下,隨著飛行時間的延長,這些問題會進一步加劇。在軌鍛煉就是幫助航天員減少肌肉萎縮和骨量丟失不可或缺的方法。然而研究表明,現階段的在軌鍛煉還存在一定問題,不足以滿足保障航天員長期在軌時健康狀態的任務要求[2]。因此,載人航天器鍛煉區健康保障的建設和發展,要從飲食、失重生理效應防護、醫監醫保、心理健康維護等方面綜合開展[3-7]。而色彩的運用能以較低成本提高所處環境的色彩環境舒適度,運用適當的色彩對鍛煉空間的整個環境進行裝飾,以提高鍛煉時的整體效能。相關研究表明,不同的色彩對人的生理及心理影響是不同的,運用適當的色彩能有效提高人的工作效能,排除不良影響[1]。因此色彩作為系統中的重要內容,開展鍛煉區色彩設計研究是載人航天器人機界面設計的重要課題[8-10]。
航天器內設置鍛煉區對保障航天員的健康至關重要。目前,航天器內鍛煉區與工作區的環境色彩相同,缺乏針對鍛煉空間心理需求的考慮。區域劃分模糊及單調的空間可能導致舒適度下降和疲勞,從而影響載人航天任務。在這樣的封閉環境下,束縛感將不可避免地導致宇航員生理和心理狀態的變化[11]。因此,現有的鍛煉預防措施還不能滿足人類長期駐留或登陸火星的需求[12]。
心理學理論認為,不同顏色會對人產生不同的心理影響,積極的(或主動的)色彩能夠產生積極、進取的態度,消極的(被動的)色彩則會表現不安或焦慮的心理狀態[13-16]。暖色系和明度高的色彩具有向前、凸出、拉近的效果,而冷色系和明度較低的色彩則具有向后、凹進、推遠的效果[17]。在地面健身房色彩設計中,往往通過調整色彩主次之間的協調與對比關系以達到美化室內空間的目的[17-18]。航天器內部色彩設計旨在為環境中的人員提供心理的舒適感并確保其心理及生理的穩定。因此,在航天器內部色彩設計時,同樣需要通過平衡主次色彩的協調與對比,以創造一個舒適的空間。
色彩環境舒適度是指在指定環境與條件下,個體在心理與生理方面的滿足程度。色彩環境、舒適度與運動欲望之間的關系源于人與環境色彩的互動效應。在不同色彩下,個體主觀感受存在差異,而舒適度和運動欲望實質上是個體對特定色彩環境感受的反映與表達。在空間環境中的運動鍛煉無可避免地受到色彩環境的影響,只有準確把握色彩環境對人的影響,并據此規劃合理的色彩空間,才能達到空間的舒適感受及改善鍛煉的效能[19-24]。因此,本研究重點探索三個問題:(1)在什么色彩下運動鍛煉的感受更舒適;(2)在什么色彩下能夠提升運動的欲望;(3)不同色彩下心理與生理的關聯。以此為載人航天運動鍛煉色彩空間設計提供參考依據,進而改善航天員在鍛煉過程中的整體舒適度感受和運動效能,并提高長期失重環境下的生理和心理預防措施效果。
本研究旨在探討不同色彩環境及模擬航天環境因素對主觀評價和客觀生理信號的影響。試圖探究在不同色彩環境和不同狀態下,舒適度和運動欲望的變化和聯系。
在微重力環境下,人體將面臨諸多挑戰,航天員長期在太空逗留會引發一系列生理問題。頭低位臥床實驗(Head-Down Tilt Bed Rest, HDBR)所引發的生理變化與微重力環境的影響具有相似性,因此其已成為研究地面失重生理效應的主要方法之一[25]。長期以來,頭低位臥床實驗一直被用于模擬地面失重效應的研究,以便深入了解在這種特殊環境中身體生理機能的變化[26-29]。NASA和中國航天員科研訓練中心也廣泛使用頭低位臥床實驗來模擬太空失重環境[26-28]。本研究通過采用短時頭低位方法,用于在地面模擬太空微重力環境。
研究從主觀的層面上運用色彩影響人的主觀情緒,消除主觀疲勞,以獲得良好的鍛煉情緒。在完成各類色彩環境測試之后,本次實驗要求被試者填寫運動時的色彩環境舒適度及運動欲望的主觀評價。
同時,本研究選取心率上升率作為生理信號研究的指標,旨在評估不同色彩環境和狀態下的影響。心率信號作為一種在運動生理領域廣泛應用的測量指標,可以有效地反映個體運動負荷的強度[30-32]。通過對心率上升率進行客觀的數據分析,從而探討在運動過程中采用色彩刺激是否能夠調節個體的鍛煉狀態,以進一步提高運動表現。
從學校招募36名志愿者學生,其中實驗組18人,對照組18人,年齡為(22.5±2.5)歲,所有參與者均無心腦血管疾病及精神病史。為確保太空微重力環境模擬的準確性,筆者對受試者進行了一系列的身體檢查,包括頭低位實驗及眼科檢查等。經檢查,所有受試者均符合實驗要求,具備健康的身體狀況、正常的視力及色覺功能。為確保實驗結果的可靠性,本研究要求受試者在實驗前充分休息,保持情緒穩定。在研究開始前一天,受試者避免過量飲酒、使用處方藥、吸煙,以及攝入對身體具有刺激作用的飲料(如咖啡或能量飲料)。此外,受試者被要求在實驗前3 h內避免劇烈運動,確保身體不會過度興奮或疲勞。實驗前,筆者向受試者詳細介紹了實驗過程及注意事項,所有受試者均簽署了知情同意書。
圖片樣本來源于互聯網調查。本研究通過網絡爬蟲程序對中國健身房的環境圖片進行色彩圖片爬取。在經過篩選和處理之后,共收集到360張符合要求的圖片。這種數據采集方法旨在確保研究樣本具有廣泛的代表性和多樣性,為研究提供可靠的支持。本研究根據健身房實際環境選取具有針對性的四種顏色的色彩樣本:紅色(R);黃色(Y);綠色(G);藍色(B)。
通過采用K-means聚類分析方法,為每幅圖像設定五個顏色簇,從而提取了各種顏色在健身房的主要色相,并將這些主要色相作為該幅圖像的調色板,提取圖像顏色結果,然后進行實驗,見圖1。
鮮艷與高明度的顏色有助于提高物體的辨識度和可見性,從而增強運動反應和敏捷性。基于此原則,在各色相中選取一種色彩,共計得到四種色彩樣本。此外,目前航天器內部主要采用白色,由于色彩圖片及提取原因,純白色樣本未被提取,故增加純白色樣本。通過以上圖像顏色提取,共計得到五種色彩樣本,見表1。

圖1 K-means聚類色彩可視化
表1 環境色彩樣本

Tab.1 Environmental color samples
參考現有空間站的環境結構和鍛煉區域布局,本實驗在工程訓練中心實驗室進行。該實驗室環境安靜、空間相對較小,并確保了溫度控制和充足的采光條件,以滿足相關實驗需求。實驗選用KT板和彩色噴繪的PP紙搭建模擬環境,在獨立區域內構建1.2 m×2 m×2 m的微密閉空間。通過三面封閉的方式排除其他因素干擾,以更好地模擬實驗環境。將鍛煉區環境色作為變量,照明等其他條件則是定量。實驗環境見圖2。實驗房間布局中灰色區域是色彩環境鍛煉區,其余區域是頭低位等候區、心率測量等候區。

圖2 實驗環境
2.4.1 實驗程序
實驗前向受試者詳細介紹實驗過程及注意事項。記錄每位受試者的年齡、身高、體重等生理數據。實驗分為兩組:實驗組(頭低位)與對照組(立位組)。人數和性別作為定量指標。受試者進入搭建好的空間環境中,保持靜坐5 min以達到平穩狀態。隨后,連續測量受試者的心率(共3次,每次持續10 s),當其中兩次測量結果相同且與第三次測量結果相差不超過1次時,認定受試者處于安靜狀態,可開始實驗。頭低位組則在–30°模擬微重力30 min之后進行實驗。受試者進入色彩環境并開始蹲起運動共2 min,運動強度控制在最大心率的64%~76%的低強度運動區間,期間佩戴心率表并記錄相關生理信息(0 s、30 s、60 s、90 s、)。運動結束后讓受試者填寫主觀評價問卷。主觀量表采取9分制,對在色彩空間中運動時的舒適度及對運動的欲望進行評分,然后讓受試者休息30 min以進行下一輪色彩實驗。見圖3。

圖3 實驗流程
2.4.2 運動設置
動作標準及幅度參考:受試者做平行蹲起,即要求受試者盡可能地在下蹲最底端處保持大腿平行于地面,使不同受試者及相同受試者不同重復次數之間的動作幅度標準盡量保持一致,并且在正式實驗之前已經提前熟悉了鍛煉動作。實驗采用Polar OH1型號心率帶記錄心率。
本實驗的生理層面旨在探討色彩對心率上升率的干預作用。為了控制變量,實驗僅選擇在低強度范圍內進行觀測。運動強度區間的設定是為了確保在進行實驗時,達到預設的運動強度要求[33-35],從而驗證實驗設置的有效性。運動強度指標見表2。
表2 運動強度指標

Tab.2 Exercise intensity index
3.1.1 色彩對心理狀態的影響分析
在對色彩環境與狀態兩個自變量進行方差分析時,在不同色彩環境下對心理狀態的影響方面,結果顯示具有顯著性差異(=0.000<0.05)。然而,其他自變量及各項之間的交互作用均未表現出顯著性差異(>0.05)。針對色彩環境變量,通過對各組均值之間的多重比較分析發現,白色環境與其他顏色之間存在顯著性差異(<0.05),見圖4。

圖4 不同色彩環境下對運動心理的均值影響
3.1.2 色彩對運動欲望的影響分析
對色彩環境變量進行各組均值之間的多重比較后發現,黃色環境相對藍色(=0.000<0.05)和白色(=0.047<0.05)呈現顯著性差異,而與紅色和綠色之間無顯著性差異(>0.05)。藍色環境相對其他各顏色都呈現出顯著性差異性(≤0.05),各色彩環境對運動欲望均值的影響見圖5a。
通過分析冷暖色調對運動欲望均值的影響,發現暖色環境相對冷色表現出顯著差異性(=0.011< 0.05),對無色彩沒有表現出差異性(>0.05),冷暖色彩環境下對運動欲望的均值影響見圖5b。

圖5 顏色環境下對運動欲望的影響
3.1.3 色彩對運動色彩環境舒適度的影響分析
對色彩環境變量進行各組均值之間的多重比較發現,黃色對紅色(=0.000<0.05)和藍色(=0.000< 0.05)呈現出顯著性差異,而黃色對白色和綠色無顯著性差異(>0.05),各色彩環境對運動色彩環境舒適度均值的影響見圖6a。通過分析色彩的冷暖色調對運動色彩環境舒適度均值的影響研究發現,無色彩環境相對其他顏色呈現出顯著差異性(< 0.05),冷暖色彩環境下對運動色彩環境舒適度的均值影響見圖6b。在不同狀態下頭低位組(實驗組)和立位組(對照組)呈現出顯著性差異(=0.014< 0.05),在不同顏色、不同狀態下頭低位組(實驗組)和立位組(對照組)無顯著性差異(>0.05),如圖7所示。

圖6 色彩環境下對運動舒適度的影響

圖7 不同色彩與不同狀態下運動色彩環境舒適度的影響
3.1.4 主觀問卷評價分析結論
研究選取了不同色彩作為環境,讓被試者在其中進行運動并從色彩是否影響心理狀態、色彩環境舒適度、運動欲望三個角度對主觀情緒進行評分。
研究結果表明,不同顏色對心理狀態具有一定的影響。在本研究中,白色對心理狀態的影響最為微弱,而藍色對心理狀態產生了最顯著的影響。實驗結果顯示,在不同顏色及狀態間,心理狀態未出現顯著差異。然而,相較于白色環境,具有顏色的環境對心理狀態產生了更為明顯的影響。
在運動欲望方面,黃色所得分值最高,與藍色和白色的差異相對較大,而與紅色和綠色的差異較小。因此可以推斷,黃色環境更有利于激發個體的運動欲望。同時,暖色系(如黃色和紅色)相較于冷色系(如藍色和綠色)及無色環境(如白色)所獲得的分值較高,表明在暖色系環境中,人們的運動欲望較冷色系和無色環境更為強烈。
在運動色彩環境舒適度方面,黃色、綠色和白色所得分值較紅色和藍色高,表明黃色、綠色和白色更適宜作為運動場所的色彩設計選擇。同時,無色環境相對有色環境具有更高的舒適度。此外,實驗組(頭低位組)與對照組(立位組)相比,感受到的舒適度更高。綜合考慮,有色環境更容易對被試者的情緒產生影響,暖色系列(以黃色為代表)所得分值較高,而在運動環境舒適度評價中,無色環境(如白色)則表現為更舒適。
在平靜狀態下,健康成人的心率大約在60~100次/min,一般平均為75次/min左右,心率的波動受多種因素影響,如年齡、情緒、體溫等。心率上升通常可以歸因于三個主要原因:(1)生理原因,如運動、情緒波動、體溫變化等;(2)藥物作用,如興奮劑、特定藥物等;(3)疾病影響,如心臟疾病、貧血等[36]。此外,不同個體之間存在一定差異,因此不同人群的平均心率也會有所不同。
為了在本研究中準確反映受試者的心率變化,筆者首先排除了藥物和疾病兩個因素的潛在干擾。同時,筆者邀請受試者提前熟悉實驗環境,以降低情緒變化對實驗結果的影響。因此,在本研究中,筆者選擇了某時刻的心率變化率,即心率上升率作為評估標準,以分析不同色彩環境對不同受試者心率的影響,其中心率上升率的計算,見式(1)[37]。


3.2.1 運動生理數據分析與結論
不同色彩方案下心率上升率見圖8a,可見不同色彩下心率波動均在正常范圍內,不同色彩方案下心率上升率差異不大,無統計學意義(>0.05)。不同狀態下心率上升率有顯著差異(=0.048<0.05)如圖8b所示,可見頭低位與正常位(立位)之間心率上升率有顯著差異,頭低位心率上升速率均高于正常位,具體表現為,在運動時的第0 s、第30 s、第120 s相比第90 s有顯著性差異。其余自變量及其各項之間的交互作用均無顯著性差異(>0.05)。

圖8 不同色彩方案與不同狀態心率上升率的影響
通過分析可知,在本次不同色彩下的運動實驗中包含:暖色調(紅色、黃色);冷色調(藍色、綠色);無彩色(白色)。在這些色彩方案中,相較于其他顏色,藍色對心率上升的影響更為顯著。在不同狀態下,對照組(立位)的心率上升率顯著低于實驗組(頭低位)的心率上升率,表明頭低位模擬的太空環境下心率上升率與對照組模擬的地面環境存在顯著差異。
本次實驗旨在探討不同色彩環境下站立位與頭低位之間的差異。根據生理數據分析,發現色彩對實驗組和對照組的心率并無顯著影響,表明色彩對心率沒有明顯的干預作用。這一結論與部分研究成果是一致的[24]。盡管不同色彩環境對心率上升率的影響未表現出顯著性差異,但這并不意味著所有顏色的心理生理效應完全相同。實際上,顏色對人的心理狀態和生理狀態的影響會受到其他因素的影響,如試驗環境、光照條件、個體差異等。在后續研究中,可以進一步考慮這些影響因素,并設定針對性的實驗條件來揭示顏色對應的生理效應。
另一方面,研究發現在頭低位組與正常位組之間,心率上升率存在顯著差異。這可能與運動時頭低位環境對心血管系統產生較大負荷有關[38-39]。在頭低位狀態下,心臟需要克服重力,使血液返回到心臟,從而導致心率上升,并消耗更多的能量。
然而,從主觀數據分析來看,色彩對受試者的心理具有顯著影響。盡管如此,不同實驗組別之間的交互性作用并沒有顯著影響,說明頭低位與立位條件下受試者對顏色的感受是相似的。此外,在運動色彩環境舒適度這個方面,實驗結果顯示頭低位組(實驗組)比站立位組(對照組)感受到更高的舒適度。本研究還發現,在鍛煉空間中,暖色系(如紅色、黃色)更容易調動人的運動欲望和積極性。這與許多關于色彩對鍛煉影響的研究結果是一致的[15-17]。
綜合以上分析,可以得出以下結論:雖然色彩對心率并無顯著影響,但在鍛煉空間中,它確實能夠顯著地影響人的心理狀態、舒適度,以及運動意愿。因此,在設計鍛煉空間時,應充分考慮色彩環境的選擇,特別是暖色調,以提高運動者的舒適度和積極性。同時,針對不同的鍛煉環境,也應提供適宜的色彩方案來提高使用者的體驗舒適度。
通過實驗分析得知白色在空間內能夠顯著提升運動的色彩環境舒適度,黃色對運動的欲望有顯著影響,故鍛煉區的色彩環境營造將以實驗得到的結果作為色彩設計的依據,即色彩設計的來源。在色彩布局與規劃中,遵循一般性原則與方法進行研究。實驗收集了健身房圖片和現有空間站圖片作為設計參考,來指導色彩設計風格與規劃。本研究旨在實現理論色彩、設計原則與設計參考的有機整合,進而提高空間站鍛煉區的色彩環境舒適度并激發運動欲望,以實現設計實踐目標。色彩設計策略如圖9所示。
同樣的空間環境條件下,設備設施空間布局的不同,給人的視覺感受也會不同[1]。所以健身區設計應盡可能地創造出功能最全面、空間利用最合理、環境最宜人的健身環境。結合形式美的一般性法則對健身區進行布置設計以滿足功能需求、美學要求、心理需求、身體需求。同時,考慮航天員在靜態時和動態時的尺寸,以安全距離和最小距離進行綜合考量布置。安全距離是為了防止碰到某物,而最小距離是為了避免空間的浪費及考慮健身時所必須的最小范圍。

圖9 鍛煉區色彩設計策略
健身區作為航天員太空活動的重要一環,其活動內容也較為豐富,主要有:空間環境、燈光組件、硬件設施、各類標識、裝飾元素等。通過對鍛煉區環境、運動器械、鍛煉需求等分析,將設計元素一一羅列布局,首先考慮將不同功能的器械進行整合[40-44]。如圖10所示,將艙室空間一分為二,分別為左右兩部分的鍛煉空間,并將健身器材整合到了一個單獨的空間,通過腰部的柔索固定設備將人固定于中間開展運動,運動包括了:自行車有氧鍛煉、上肢力量鍛煉、跑步有氧鍛煉、蹲起下肢力量鍛煉等。

圖10 空間布局
鍛煉區色彩方案設計的主要目的在于營造健身氛圍,提供良好的健身空間視覺環境,以提升運動積極性、效率等。結合實驗取得的色彩及色彩設計原則(如色彩的和諧性、功能性、色彩與照明的協調性等)。鑒于黃色對運動欲望有較大的影響,因此將其作為空間裝飾的點綴色以提升運動空間的色彩功能需求。白色對運動色彩環境舒適度有較大影響,更適合作為大面積的空間環境色,以提升整體的空間運動色彩環境舒適度并帶來明亮通暢的視覺效果。通過這樣的搭配方案,以達到營造舒適的健身氛圍、提供良好的健身空間視覺環境、提升運動積極性及運動效率的目的。
故本次案例將選取實驗暖色環境中的黃色和無彩色的白色進行深入設計。最終的色彩方案見圖11。

圖11 鍛煉區方案最終效果展示
自載人航天時代起,對太空失重環境的生理與心理效應防護始終是航天員健康保障的重心。盡管在軌防護的鍛煉設備與設施逐步完善,其他輔助鍛煉設備也得到補充,但仍無法充分滿足綜合防護效果的需求。本研究通過實驗手段,探討了運動色彩環境對舒適度、運動意愿和心理影響的關系,提煉了適用于航天特殊環境的鍛煉區色彩設計及優化路徑,并通過案例應用驗證了其可靠性。研究成果有助于增強航天員在軌鍛煉時的色彩環境舒適度、激發運動意愿、提高空間可視性,從而獲得優質的運動鍛煉空間環境和效能提升。
本文由于客觀因素的影響,研究仍有一些不足,受試者樣本數量有限,在實驗時沒有考慮到不同性別之間的個體差異。也未充分考慮人體生理生態學差異,即使在相同性別、年齡、背景的受試者中,仍存在不同的生理反應和生態適應性。實驗主要關注短期反應,未能充分評估長期生理和心理影響。基于實驗時長及色彩樣本影響,實驗色彩范圍局限于地面商業健身房的主流色彩,缺乏現有空間站及相關密閉隔離環境的色彩樣本。色彩樣本主要采取網絡爬取和聚類的方式,未對聚類后每個色彩的明度、飽和度和對比度進行進一步論證。因此在后續的研究中將會把這些因素考慮在內并繼續優化及完善。
[1] 王子瑩, 巴劍波, 王川. 工作環境色彩對人體心理、生理和作業績效的影響[J]. 人類工效學, 2021, 27(3): 76-82. WANG Z Y, Ba J B, Wang C. The Impact of Work Environment Color on Human Psychology, Physiology and Job Performance[J]. Ergonomics, 2021, 27(3): 76-82.
[2] GOPALAKRISHNAN R, GENC K O, RICE A J, et al. Muscle Volume, Strength, Endurance, and Exercise Loads during 6-month Missions in Space[J]. Aviation, Space, and Environmental Medicine, 2010, 81(2): 91-104.
[3] HARGENS A R, Bhattacharya R, Schneider S M. Space Physiology VI: Exercise, Artificial Gravity, and Countermeasure Development for Prolonged Space Flight[J]. European Journal of Applied Physiology, 2013, 113(9): 2183-2192.
[4] 秦有年, 李志利, 王林杰. 耐力性鍛煉在載人航天飛行中的應用與發展[J]. 航天醫學與醫學工程, 2014, 27(6): 458-462.Qin Y N, Li Z L, Wang L J. Application and Development of Endurance Exercise in Manned Space Flight[J]. Aerospace Medicine and Medical Engineering, 2014, 27(6): 458-462.
[5] 李志利, 姜世忠. 長期失重生理效應體育鍛煉防護措施研究進展[J]. 載人航天, 2011, 17(1): 23-27.Li Z L, Jiang S Z. Research Progress on Physical Exercise Protection Measures for Long-term Weightlessness Physiological Effects[J]. Manned Space, 2011, 17(1): 23-27.
[6] 李瑩輝. 航天醫學研究現狀與趨勢[J]. 航天醫學與醫學工程, 2013, 26(6): 421-425.Li Y H. Current Status and Trends of Aerospace Medicine Research[J]. Aerospace Medicine and Medical Engineering, 2013, 26(6): 421-425.
[7] 張可盈, 張冰, 劉書娟, 等. 航天在軌失重環境條件下的體能訓練[J]. 解放軍醫學雜志, 2017, 42(10): 925-929.Zhang K Y, Zhang B, Liu S J, et al. Physical Fitness Training under Microgravity Conditions in Space Orbit[J]. Chinese Journal of Medicine, 2017, 42(10): 925-929.
[8] 劉偉波, 劉朝霞, 陳金盾, 等. 航天員長期駐留面臨的問題與對策[J]. 載人航天, 2015, 21(6): 545-552.Liu W B, Liu C X, Chen J D, et al. Problems and Countermeasures Faced by Long-term Staying of Astronauts[J]. Manned Space, 2015, 21(6): 545-552.
[9] 陳善廣, 鄧一兵, 李瑩輝. 航天醫學工程學主要研究進展與未來展望[J]. 航天醫學與醫學工程, 2018, 31(2): 79-89.Chen S G, Deng Y B, Li Y H. Main Research Progress and Future Prospects of Aerospace Medical Engineering[J]. Aerospace Medicine and Medical Engineering, 2018,31(2): 79-89.
[10] 王虹卉. 色彩在健身空間中的設計應用研究[D]. 長春: 吉林體育學院, 2017.Wang H H. Research on the Application of Color in the Design of Fitness Spaces[D]. Changchun: Jilin University of Physical Education, 2017.
[11] 周前祥, 姜國華, 鐘浩, 等. 載人航天器乘員艙內顏色匹配工效學設計虛擬現實仿真系統的研究[C]// 中國體視學學會圖像分析專業、中國體視學學會仿真與虛擬現實專業、中國航空學會信號與信息處理專業第一屆聯合學術會議論文集. 北京: 航天醫學工程研究所, 2000.Zhou Q X, Jiang G H, Zhong H,et al. Research on Ergonomic Design of Color Matching in the Crew Cabin of Manned Spacecraft and Virtual Reality Simulation System [C]// Proceedings of the First Joint Academic Conference of Image Analysis, Simulation and Virtual Reality, and Signal and Information Processing of the Chinese Society of Aeronautics and Astronautics. Beijing: Institute of Aerospace Medical Engineering, 2000.
[12] 王子牛, 李小濤, 呂松澤, 等. 高強度運動鍛煉在載人航天飛行失重防護中的應用與展望[J]. 當代體育科技, 2021, 11(33): 235-242.WANG Z N, Li X T, LYU S Z,et al. Application and Outlook of High Intensity Sports Exercise in Weight-lessness Protection in Manned Space Flight[J]. Contemporary Sports Technology, 2021, 11(33): 235-242.
[13] 湯盈, 侯天德. 色彩在體育運動中的應用[J]. 南京體育學院學報(自然科學版), 2006(2): 20-23.Tang Y, Hou T D. The Application of Color in Sports[J]. Journal of Nanjing Sport University (Natural Science Edition), 2006 (2): 20-23.
[14] 巫朝輝, 許春華. 紅、綠色對運動后心率變化影響的實驗研究[J]. 體育函授通訊, 2001(1): 24-25.Wu C H, Xu C H. Experimental Study on the Effects of Red and Green on Post Exercise Heart Rate Changes[J]. Sports Correspondence Communication, 2001(1): 24-25.
[15] 江宇, 張力為, 陳荔. 顏色對人的溫度感的影響——對運動員心理調節的啟示[J]. 北京體育大學學報, 2006(10): 1348-1350.Jiang Y, Zhang L W, Chen L. The Influence of Color on Human Temperature Perception and Its Inspiration on Athlete Psychological Regulation[J]. Journal of Beijing Sport University, 2006(10): 1348-1350.
[16] Akers A, Barton J, Cossey R, et al. Visual Color Perception in Green Exercise: Positive Effects on Mood and Perceived Exertion[J]. Environmental Science & Technology, 2012, 46(16): 8661-8666.
[17] 王文超. 城市公共空間人性化規劃設計探析——以健身房空間色彩效應為例[J]. 美與時代(城市版), 2020(1): 59-60.Wang W C. Analysis of Humanized Planning and Design of Urban Public Space: Taking the Color Effect of Gym Space as an Example[J]. Beauty and Era (Urban Edition), 2020(1): 59-60.
[18] Ohno H, Koizumi N. Mood Perception of Interior Colors in a Gym[J]. Otemae Univ, 2002(4421): 404-408.
[19] 劉沁, 張乘風. 視覺舒適度的理論模型及其圖像研究[J]. 激光雜志, 2010, 31(3): 28-29.Liu Q, Zhang C F. Theoretical Model of Visual Comfort and Its Image Research[J]. Laser Journal, 2010, 31(3): 28-29.
[20] 王首一, 李賢, 馮華. 基于視覺舒適度的高校體育館夜間照明環境預測模型研究[J]. 城市建筑, 2021, 18(7): 29-31.Wang S Y, Li X, Feng H. Research on the Prediction Model of Nighttime Lighting Environment in University Gymnasiums Based on Visual Comfort[J]. Urban Architecture, 2021, 18(7): 29-31.
[21] 閆靜茹, 岳東林. 光環境視覺舒適度及光環境對人體健康影響研究綜述[J]. 光源與照明, 2021(9): 47-49.Yan J R, Yue D L. Review of Research on Visual Comfort of Light Environment and the Impact of Light Environment on Human Health[J]. Light Source and Lighting, 2021(9): 47-49.
[22] 袁枝亭. 基于眼動追蹤技術的衛浴空間色彩視覺舒適度研究[D]. 景德鎮: 景德鎮陶瓷大學, 2021.Yuan Z T. Research on Visual Comfort of Bathroom Color Based on Eye Tracking Technology[D]. Jingdezhen: Jingdezhen Ceramic University, 2021.
[23] 黃璞. 色彩美學在船舶艙室設計中的應用[J]. 包裝工程, 2022, 43(12): 273-277.Huang P. Application of Color Aesthetics in Ship Cabin Design[J]. Packaging Engineering, 2022, 43(12): 273-277.
[24] 李中付, 時粉周, 丁猛, 等. 船舶艙室色彩搭配對人體生理指標的影響研究[J]. 中華航海醫學與高氣壓醫學雜志, 2014, 21(3): 168-173.Li Z F, Shi F Z, Ding M, et al. Research on the Effect of Color Matching in Ship Cabins on Human Physiological Indicators[J]. Chinese Journal of Naval Medicine and Hyperbaric Medicine, 2014, 21(3): 168-173.
[25] 李瑩輝, 萬玉民, 白延強, 等. “地星”1號——60d頭低位臥床實驗研究概況[J]. 航天醫學與醫學工程, 2008(3): 291-294.Li Y H, Wan Y M, Bai Y Q, et al. Overview of Experimental Research on "Earth Star" 1: 60 Day Head Down Bed Rest[J]. Aerospace Medicine and Medical Engineering, 2008(3): 291-294.
[26] Shehab R L, Schlegel R E, Schiflett S G, et al. The NASA Performance Assessment Workstation: Cognitive Performance During Head-down Bed Rest[J]. Acta Astronautica, 1998, 43(3-6): 223-233.
[27] Dayal D, Jesudasen S, Scott R, et al. Effects of Short-term-12° Head-down Tilt on Cognitive Performance[J]. Acta Astro nautica, 2020, 175: 582-590.
[28] 王篤明, 韓奇沛. 短時頭低位模擬失重對于運動方向判斷的影響[C]// 第二十屆全國心理學學術會議——心理學與國民心理健康摘要集. 重慶: 中國心理學會, 2017: 1001-1003.Wang D M, Han Q P. The Impact of Short-term Head Low Simulated Weightlessness on Motor Direction Judgment[C]// 20th National Psychological Academic Conference: Summary of Psychology and National Mental Health. Chongqing: Chinese Psychological Society, 2017: 1001-1003
[29] 于洪強, 蔣婷, 王春慧. 體位改變30 min對眼內壓和視覺能力影響研究[J]. 航天醫學與醫學工程, 2016, 29(3): 195-200.Yu H Q, Jiang T, Wang C H. Study on the Effects of 30 Minute Postural Changes on Intraocular Pressure and Visual Ability[J]. Aerospace Medicine and Medical Engineering, 2016, 29(3): 195-200.
[30] 趙寶椿. 心率變化及其在運動實踐中的應用[J]. 贛南師范學院學報, 1993(S2): 83-90.Zhao B C. Heart Rate Changes and Their Application in Exercise Practice[J]. Journal of Gannan Normal University, 1993(S2): 83-90.
[31] 蘇志雄, 郝選明. 心率監測在運動訓練中的作用及影響因素[J]. 成都體育學院學報, 2002(2): 89-91. Su Z X, Hao X M. The Role and Influencing Factors of Heart Rate Monitoring in Sports Training [J]. Journal of Chengdu Sport University, 2002(2): 89-91.
[32] 馬毅明. 淺談運動生理指標在訓練中的應用[J]. 遼寧體育科技, 1999(3): 29-30.Ma Y M. Discussion on the Application of Sports Physiological Indicators in Training[J]. Liaoning Sports Science and Technology, 1999(3): 29-30.
[33] 顧正秋, 徐飛, 魏佳, 等. 說話測試作為血流限制運動強度評價指標的可行性[J]. 中國組織工程研究, 2022, 26(8): 1154-1159.Gu Z Q, XU F, WEI J, et al. Feasibility of Using Speech Tests as an Evaluation Index for Blood Flow Restriction Exercise Intensity[J]. China Tissue Engineering Research, 2022, 26 (8): 1154-1159.
[34] 李偉, 李勇奇, 林彥山. 運動強度的分類與比較[J]. 哈爾濱師范大學自然科學學報, 1999(1): 102-106.Li W, Li Y Q, Lin Y S. Classification and Comparison of Exercise Intensity[J]. Journal of Natural Science, Harbin Normal University, 1999(1): 102-106.
[35] 范利君, 陳學偉, 安改紅, 等. 不同運動強度下攝氧量、心率、通氣量隨時間的變化特征[C]// 2018年中國生理學會運動生理學專業委員會會議暨“科技創新與運動生理學”學術研討會論文集. 天津: 環境醫學與作業醫學研究所及天津體育學院, 2018.Fan L J, Chen X W, An G H, et al. The Characteristics of Changes in Oxygen Uptake, Heart Rate, and Ventilation Over Time under Different Exercise Intensities[C]// Proceedings of the 2018 Chinese Physiological Society Sports Physiology Professional Committee Mee-ting and the "Science and Technology Innovation and Sports Physiology" Academic Seminar. Tianjin: Institute of Environmental Medicine and Occupational Medicine and Tianjin Institute of Physical Education, 2018.
[36] 許鐵, 張勁松, 燕憲亮. 急救醫學[M]. 南京: 南京東南大學出版社, 2019.Xu T, Zhang J S, Yan X L. Emergency Medicine[M]. Nanjing: Nanjing Southeast University Press, 2019.
[37] 宋平. 山區公路駕駛員心率變化規律研究[D]. 長春: 吉林大學, 2012.Song P. A Study on the Changes in Heart Rate of Mountain Road Drivers[D]. Jilin: Jilin University, 2012.
[38] 呂松澤. 短期模擬失重對人體運動能力的影響及經皮穴位電刺激的防護研究[D]. 西安:西安電子科技大學, 2023.LYU S Z. A Study on the Impact of Short-term Simulated Weightlessness on Human Sports Ability and the Protection of Percutaneous Acupoint Electrical Stimulation[D]. Xi’an: Xi'an University of Electronic Science and Technology, 2023.
[39] 邢文娟, 邢長洋, 凌樹寬, 等. 長期航天飛行心血管保護: 問題與挑戰[J]. 中國科學:生命科學, 2022, 52(2): 190-203.Xing W J, Xing C Y, Ling S K et al. Cardiovascular Protection in Long-term Space Flight: Issues and Challenges[J]. Chinese Science: Life Science, 2022, 52(2): 190-203.
[40] 胡凌云. 空間飛行器布局優化方法研究[J]. 航天器工程, 1997(4): 46-58.Hu L Y. Research on Optimization Methods for Space Vehicle Layout[J]. Spacecraft Engineering, 1997(4): 46-58.
[41] 周前祥, 姜國華. 載人航天器乘員艙結構布局工效學的研究進展[J]. 航天醫學與醫學工程, 2001(2): 144- 148.Zhou Q X, Jiang G H. Research Progress in Ergonomics of Structural Layout of Manned Spacecraft Crew Compartments[J]. Aerospace Medicine and Medical Engineering, 2001(2): 144-148.
[42] 葉平, 宋爽, 何雷, 等. 基于彈簧機構的宇航員抗阻力訓練器[J]. 機械工程學報, 2014, 50(23): 1-7.Ye P, Song S, He L, et al. Astronaut Resistance Training Device Based on Spring Mechanism[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2014, 50(23): 1-7.
[43] 帥令, 楊昌棋, 楊明坤. 天宮二號太空跑臺的設計缺陷分析[J]. 機械管理開發, 2018, 33(6): 1-3. Shuai L, Yang C Q, Yang M K. Design Defect Analysis of Tiangong-2 Space Race Platform[J]. Mechanical Management and Development, 2018, 33(6): 1-3.
[44] 王新鳳. 宇航員太空艙生活方式研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業大學, 2009.Wang X F. A Study on the Lifestyle of Astronauts in Spacecraft[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2009.
Comfort Design of Man-machine Interface Color Environment in the Exercise Area of Manned Spacecraft
MAO Jianyun1,2, YAO Xiang1*, HUO Shiyu1, XU Huopeng1, WANG Meiqi1
(1. Xiangtan University, Hunan Xiangtan 411105, China; 2. Hunan Defense Industry Polytechnic, Hunan Xiangtan 411207, China)
The work aims to study the effects of different color environments on color environment comfort, exercise desire and heart rate increase in the exercise area of manned spacecraft. 36 subjects were divided into two groups: the head down group (experimental group) and the standing group (control group). Subjective evaluation was carried out, and objective data were collected from the experiment. Variance analysis was conducted to the subjective evaluation results and heart rate increase conversion was carried out to heart rate signal. The difference between subjective evaluation and heart rate data under different colors was analyzed. Finally, the color matching of the spacecraft exercise area was taken as an example to verify the design. Subjective evaluation showed that different colors had significant differences in mental state. In terms of the comfort degree of color environment, the effect of warm and cold tones on the average comfort degree of sports color environment was studied, indicating that the achromatic environment showed significant differences compared with other colors. In terms of exercise desire, by analyzing the effect of the cold and warm tones of color on the mean value of exercise desire, it was found that the warm color environment showed significant differences compared with the cold color. The objective data showed that the fluctuation of heart rate under different colors was within the normal range, and the increase of heart rate under different color schemes had little difference, which was not statistically significant. There were significant differences in the increase of heart rate in different states. In a narrow and closed exercise space, warm environment is more likely to affect people's desire to exercise than cold environment and achromatic environment, in which yellow environment is more obvious, while achromatic environment is more comfortable than color environment. Finally, the reliability of the experimental results is verified by a case design.
color; comfort of sports color environment; exercise desire; heart rate increase
TB472
A
1001-3563(2024)04-0067-10
10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.04.007
2023-09-13
國家自然學科基金項目(52375269);國家社會科學基金藝術學一般項目(20BG115);湖南省教育廳科學研究優秀青年項目(23B0962)