85、关于视觉可见性评估及视障人士对建筑元素可见性偏好的研究

关于视觉可见性评估及视障人士对建筑元素可见性偏好的研究

1. 实验环境与任务

在特定的实验环境中，参与者的任务是在周边视野（即偏心度）中找到平台显示器，并尽快默读所有文本信息。实验开始前，参与者会了解实验的总体目标、任务、眼动仪校准过程和问卷。参与者坐在椅子上，先完成一次练习，以熟悉实验任务。校准后，进行由11次试验组成的实验任务，包括9种实验条件（3种显示器类型×3种偏心度水平）和2种无显示器的干扰条件。在所有条件下，参与者的视线会被眼罩遮挡，移除眼罩后，参与者从坐姿开始注视前方的初始固定目标，在注视目标时，尝试用周边视野找到平台显示器，找到后尽快准确阅读显示器上的所有文本信息，然后尽快将视线移回目标。每次试验结束后，参与者需回答问卷。

2. 实验结果

2.1 第一维度：感知可见性

项目	显示器			F(2,176)	偏心度（度）			F(2,176)	F(4,176)
	D1	D2	D3		0	45	60
总体显著性	3.07	3.22	4.33	59.37**	3.86	3.64	3.13	22.36**	1.40
亮度	2.33	2.51	3.68	102.62**	2.88	2.91	2.72	5.28**	1.25
眩光	4.36	4.28	4.13	2.12	4.04	4.17	4.55	9.13**	6.98**
清晰度	3.42	3.49	3.84	11.67**	4.48	3.71	2.57	107.86**	2.64*
锐度	3.88	3.93	4.49	22.52**	4.62	4.19	3.49	52.73**	3.18*
背景模糊度	3.67	3.91	4.35	21.13**	3.96	3.97	4.00	5.28**	1.25

注：* : p < 0.01, : p < 0.05

• 总体显著性 ：显示器和偏心度之间存在显著差异，无显著交互作用。内部照明的显示器D3得分（4.33）高于外部照明的D1（3.07）和D2（3.22），偏心度60度条件下的平均得分接近中性（3.13），总体显著性可接受。
• 亮度 ：显示器和偏心度对亮度得分有显著主效应。D3的主观亮度评价略为正（3.68），D1（2.33）和D2（2.51）略为负。45度偏心度条件下的主观亮度评价（2.91）比0度条件下略有改善，无交互作用。
• 眩光 ：各显示器之间眩光得分无差异，所有显示器得分都很高，表明无眩光相关问题。偏心度条件之间有显著差异，但各水平得分都很高。D3在45度偏心度条件下的得分比预期趋势略有下降，总体上所有显示器都没有严重的眩光问题。
• 清晰度 ：显示器和偏心度对清晰度得分有显著主效应。D3清晰度相对较高（4.13），D1（3.42）和D2（3.93）高于中性得分。只有60度偏心度条件下得分略为负（2.57），且存在显著交互作用，D1在60度偏心度条件下的清晰度得分变为负（1.85），D2（2.61）和D3（3.08）接近中性。
• 锐度 ：与清晰度得分趋势相似。D3得分高（4.49），D1（3.88）和D2（3.93）略为正。偏心度对锐度得分有负面影响，但得分仍高于中性。存在交互作用，D1在60度偏心度条件下的得分（2.80）比预期趋势下降更多。
• 背景模糊度 ：发现显示器和偏心度的主效应，但无交互作用。D3得分相对高于D1和D2，偏心度条件之间有显著差异，但差异不大。总体上，D1 - D3在背景模糊度方面没有问题，所有得分都高于中性。

2.2 第二维度：感知视觉美学

双因素方差分析显示，显示器和偏心度因素存在显著差异。D3得分略为正（3.78），D1（3.07）和D2（3.09）接近中性。60度偏心度条件下，感知的整体美学显著减弱。交互作用虽不显著（p = 0.067），但似乎存在材料相关的差异，D1在60度偏心度的美学方面存在弱点。

2.3 第三维度：注视行为

• TF（首次注视时间） ：各显示器之间无差异，偏心度有显著影响，但结果较复杂。意外的是，0度偏心度的平均TF（1.11 s）比其他角度条件（0.84 s和0.91 s）长，未发现显著交互作用。
• TR（阅读时间） ：各显示器和偏心度条件之间无差异，表明每个显示器在每个偏心度条件下阅读文本所需的时间相同。

3. 视障人士与建筑元素可见性

3.1 视障情况概述

全球约10亿人有中度至重度视力障碍，其中约9.497亿人可通过眼镜矫正，仍有8.75亿人因疾病或创伤而严重视力受损。世界卫生组织（WHO）根据视力（VA）将视力障碍分为中度（6/18至优于6/60）、重度（6/60至优于6/120）和失明（差于6/120）。除了VA，其他视觉质量也可能受影响，不同VA水平的人可能有不同程度的其他视觉缺陷。

病症	n	年龄（岁）	双眼VA（6/6正常）	视野丢失	亮度对比度阈值	红 - 绿对比度阈值	蓝 - 黄对比度阈值
视神经病变	1	29	6/8	周边>中央丢失	正常	比正常差2倍	比正常差2倍
色素性视网膜炎	8	33.9(17 - 70)	6/23(6/12 - 6/379)	周边>中央丢失	正常至比正常差3倍	比正常差3 - 13倍	比正常差2.5 - 12倍
AMD（自身数据）	1	72	6/24	中央>周边丢失	正常	比正常差1.2倍	比正常差3倍
角膜营养不良	1	44	6/44	中央缺陷	正常	比正常差3.5倍	比正常差9倍
锥杆营养不良	1	58	6/46	中央>周边丢失	正常	正常	比正常差2倍
AMD（自身数据）	1	77	6/72	中央>周边丢失	比正常差7倍	看不到CCT刺激	看不到CCT刺激
斯塔加特病	1	56	6/91	未评估	比正常差4倍	比正常差11倍	比正常差15倍

3.2 建筑环境感知问题

• 个人安全 ：视障人士更容易受伤，如滑倒、绊倒、摔倒、碰撞、交通事故等，大多发生在建筑环境中。即使咨询过眼科医生，视障仍会显著增加住院患者摔倒的风险，摔倒会导致受伤、恐惧摔倒、失去独立性甚至死亡。
• 识别建筑元素困难 ：视障人士难以识别建筑元素，会感到迷失方向，导致定向和移动效率低下。而且视障人士因视觉受损，认知负荷高，容易疲劳，提高建筑元素的可见性有助于改善空间的可用性和使用体验。

3.3 提高可见性的相关因素

• 视觉特征相关性 ：在改善建筑元素可见性的研究中，对受伤事件和未遂事件的调查发现，对比度、深度感知、看不见、中央模糊、明暗适应问题和周边视力差是常见的致因因素。预防因素包括使用颜色和图案对比、避免使用透明材料、改善平衡、减少杂乱、修改照明、提高周围环境意识和学会使用周边视力。定量分析证实，对比度敏感度差和高对比度视力差是事件发生的关键视觉预测因素，良好的整体健康状况也很重要。提高患者的对比度敏感度（如改善照明或修改物体对比度）、增加观察物体的大小（如使用放大镜）或靠近物体是提高建筑元素可见性的关键方法。
• 对比度研究 ：不同国家的无障碍标准都认识到对比度对公共空间中个人通行和安全的重要性，但当前标准中对比度要求的证据基础不明确，且有多种计算对比度的方程。常见的有韦伯对比度和米歇尔森对比度，不同标准对其计算方式有不同的修正。

不同研究对对比度与建筑元素可见性的关系进行了探讨：
- Dain等人的研究 ：使用仅在亮度对比度上有差异的建筑元素数字模拟，让有和无视力障碍的参与者对元素可见性进行评分。结果显示，较高的米歇尔森对比度与较高的可见性评分相关，视力较差的参与者需要更高的对比度。较大的元素或水平元素较少的元素比小元素或水平元素比例高的元素需要更低的对比度才能被评为“容易可见”。对于正常对比度敏感度（1.8）的人，元素在米歇尔森对比度为15 - 20%时被评为容易可见；对比度敏感度为1.5和1.0的人分别需要15 - 31%和22 - 48%的对比度；视力最差的人需要33 - 69%的对比度。中度和重度视障参与者分别需要22%和30%的对比度才能将元素评为容易可见。该研究的局限性是模拟且为灰度均匀亮度，优点是隔离了亮度对比度和形状的问题。
- Lukman等人的研究 ：在实验室环境中使用真实建筑元素，聚焦于门框和触觉地面表面指示器（TGSIs）。测量TGSIs和面板的亮度，并使用鲍曼 - 萨波林斯基方程计算对比度，对比度范围从7%（不锈钢TSI在木材背景上）到90%（黑色TGSI在白色背景上）。从1.5 m的距离对建筑元素进行评分，同时评估视觉检测和识别距离。结果表明，正常至重度视力障碍的人能在约5 - 6 m处检测和识别所有TGSI/背景组合，而被WHO归类为失明的人需要靠近至2 - 4 m。对比度越低，所需的视觉检测和识别距离越近。

综上所述，这些研究从不同角度揭示了显示器的特性以及视障人士对建筑元素可见性的需求，为相关设计和标准制定提供了有价值的参考。在实际应用中，可以根据这些研究结果来优化建筑环境，提高视障人士的安全性和使用体验。同时，实验方法的成本效益和简单性也满足了相关企业的需求。

关于视觉可见性评估及视障人士对建筑元素可见性偏好的研究

4. 对比度计算方法及研究结果总结

不同的对比度计算方法在不同的标准和研究中被使用，下面我们来梳理一下这些方法以及相关研究结果。

对比度计算方法	公式	应用标准
韦伯对比度	(物体强度 - 背景强度)/背景强度	部分研究
米歇尔森对比度（标准）	(最大强度 - 最小强度)/(最大强度 + 最小强度)	部分研究
米歇尔森对比度（ISO21542）	[(最大强度 - 最小强度)/(最大强度 + 最小强度)]×100%	ISO21542
米歇尔森对比度（AS/NZA 1428.4）	[(最大强度 - 最小强度)/((最大强度 + 最小强度)/2)]×100%	AS/NZA 1428.4
鲍曼 - 萨波林斯基方程	(125(Y2 - Y1)/(Y2 + Y1 + 25))（Y1和Y2为2个表面的亮度反射率）	Standards Australia, 2014

从上述表格可以看出，不同标准对对比度的计算方式存在差异，这也导致了在实际应用中可能会出现混淆。不过，重要的是要明确不同对比度水平对建筑元素可见性的影响。

下面是一个mermaid格式的流程图，展示了对比度与建筑元素可见性之间的关系：

graph LR
    A[对比度水平] --> B{是否满足视障人士需求}
    B -->|是| C[建筑元素可见性高]
    B -->|否| D[建筑元素可见性低]
    C --> E[视障人士能安全导航]
    D --> F[视障人士可能遇到困难]

从流程图可以直观地看到，对比度水平直接影响着建筑元素的可见性，进而影响视障人士在建筑环境中的导航安全。

5. 对建筑设计和标准制定的启示

基于上述研究结果，对于建筑设计和标准制定有以下几点重要启示：

• 显示器设计 ：在选择显示器时，应优先考虑内部照明的显示器（如D3），因为其在总体显著性、亮度等方面表现更优。同时，要考虑偏心度对显示器可见性的影响，合理设置显示器的位置和角度。
• 建筑元素对比度 ：建筑设计师应根据视障人士的需求，提高建筑元素的对比度。例如，在设计门、楼梯等元素时，使用高对比度的颜色和图案，以提高其可见性。对于不同视力水平的视障人士，应提供不同对比度的设计方案。
• 照明设计 ：改善照明条件是提高对比度敏感度的重要方法。在建筑环境中，应确保充足的照明，并避免产生眩光。可以采用均匀照明和局部照明相结合的方式，提高建筑元素的可见性。
• 标准统一 ：相关部门应统一对比度计算方法和标准，避免因标准不一致而导致的设计混乱。同时，应根据最新的研究成果，不断更新和完善无障碍设计标准，以更好地满足视障人士的需求。

6. 未来研究方向

虽然目前的研究已经取得了一定的成果，但仍有一些问题需要进一步探讨：

• 多因素综合研究 ：目前的研究主要集中在对比度等单一因素上，未来可以考虑将对比度、颜色、形状等多种因素综合起来进行研究，以更全面地了解建筑元素可见性的影响因素。
• 真实环境研究 ：大多数研究是在实验室环境或模拟环境中进行的，未来可以开展更多在真实建筑环境中的研究，以验证研究结果的可靠性和实用性。
• 个性化设计研究 ：不同视障人士的视力情况和需求存在差异，未来可以开展个性化设计研究，根据每个视障人士的具体情况，提供定制化的建筑设计方案。

总之，提高建筑元素的可见性对于视障人士的安全和使用体验至关重要。通过不断的研究和实践，我们可以为视障人士创造更加友好和无障碍的建筑环境。