一种基于情感的室内空间照明系统影响因素的建模方法

技术领域

本发明涉及一种建模方法，尤其是一种情感与照明空间影响因素之间关系的建模方法。

背景技术

照明环境是人们生活和工作空间最为重要的物理环境因素之一，近年来，随着社会经济的发展及人们物质生活水平的提高，随着对光的认识不断提升，人们对照明环境的质量越来越重视。照明环境对人的情感有很大影响，理想的照明环境不仅要满足人们视觉和生理上的需求，还要满足人们心理上的需求。如图1所示，早在1941年，科鲁伊索夫曲线由荷兰物理学家Kruithof收集的心理物理学数据构建而成，描述了照度水平和色温的区域，这些区域通常被认为对观察者来说是舒适的或令人满意的。由于Kruithof没有描述评估方法，没有数据的检验过程，只是定性范围的评估，并且照明环境的影响因素众多，包括照度、色温、显色指数、眩光、照射角度和方向等，仅用照度和色温作为照明系统的影响因素来分析照明系统与人的情感或感受之间的关系显然是不完善的。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种分析照度、色温、显色指数与情感关系的建模方法，综合评估照明系统对人情感的影响，具有系统性和科学性。

技术方案：本发明所述的一种基于情感的室内空间照明系统影响因素的建模方法，包括利用基于声学参数法的产品情感量化方法建立用户对照明环境的情感反馈矩阵，还包括以下步骤：

(11)设置照度、色温、显色指数与情感的对照实验；

(12)建立用户对照明环境的情感反馈矩阵；

(13)分别建立情感与照度、色温、显色指数之间的拟合方程；

(14)分别建立照度、色温和显色指数两两之间的拟合方程；

(15)用最小二乘法拟合照度、色温和显色指数对应情感值的k次曲面方程，确定最优解和最优区间范围。

进一步地，所述最优解为所述k次曲面方程上距离原点最近的点P(Q

所述步骤(11)的对照实验中分别设置m组照度、色温和显色指数数据，进行单一因素的控制变量实验，其他两个影响因素选择中间值。

所述步骤(13)中的拟合方程为高斯方程。

所述步骤(14)中的拟合方程为n次多项式方程。

有益效果：(1)构建了照明系统影响因素对情感综合影响的模型，可以客观准确地评价照明环境的优劣，从而优化照明环境设计；(2)引入显色指数作为照明系统的影响因素，丰富了照明系统与情感的关系模型；(3)将科学手段引入照明系统设计领域，推动工业设计行业的信息化建设和发展。

附图说明

图1为现有技术的科鲁伊索夫曲线；

图2为本发明的建模方法流程图；

图3为本发明的在k次拟合曲线上作切面得到的二维曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图2所示，所述基于情感的室内空间照明系统影响因素的建模方法，包括如下步骤：

(1)单因素控制变量实验

(11)选择照度、色温和显色指数作为室内空间照明系统的影响因素，其中：

照度是指每单位面积所接收到的光通量，用符号E表示，单位为lx。其公式如下：

其中

色温是指当某一种光源的色品与某一温度下的完全辐射体的色品相同时，完全辐射体的温度即为这种光源的色温，用符号T

显色指数是指光源对物体还原阳光下给人的视觉感受能力的高低，用符号Ra表示。显色性越高，显色指数值越接近100，对物体的色彩还原能力越强，人眼区分物体颜色越轻松。

设置m组照度数据{A

(12)选择l个音乐片段组成声学库，每个音乐片段的时长大约控制在5秒左右，声学库中的音乐片段被k个参数定义，得到参数矩阵P：

当被试者处于一个照明环境时，随机播放三个音乐片段，被试者选出最符合当前照明环境下的音乐片段。完成第一次选择后，再次随机播放三个不同的音乐片段，被试者做出第二次选择。完成前两次选择后，再次随机播放三个不同的音乐片段，被试者做出第三次选择。三次实验中播放的9段音乐片段互不相同。最终将前三个选取的音乐片段作为备选项，选出其中最符合当前照明环境下音乐片段，该音乐片段的被选频率记为0.5，另外两个音乐片段的被选频率记为0.25。所有被试者完成实验后，根据所有被试者的选择结果得到音乐片段被选频率矩阵F，计算所有频率矩阵的平均值

用户对照明环境的情感反馈被定义为矩阵V：

(2)拟合关系曲线

(21)根据步骤(1)的实验，随着照度、色温和显色指数的变化，情感变化基本符合正态分布。

情感与照度的关系式：

其中A

情感与色温的关系式：

其中A

情感与显色指数的关系式：

其中A

(22)根据上述关系式拟合照度、色温和显色指数之间的关系曲线。

色温与照度的关系式：

T(x

照度与显色指数的关系式：

E(x

色温与显色指数的关系式：

T(x

其中{a

(3)最小二乘法拟合曲面方程

根据步骤(2)计算离散点(Q

本式共有

(4)确定最优区间范围

k次曲面符合多维正态分布，取与原点距离最大的点P为最优解，与原点的距离用符号R表示，

在最优区间范围中用户的情感反馈较好，说明这种状态的照明环境让人感觉舒适，设计者可根据最优区间范围来科学地设计室内空间的照明系统，评估服务设计是否合理，为人们带来最舒适的照明体验。