1、第三章 视觉心理学shang第三章 视觉心理学客观世界是一个五彩缤纷、参差复杂、形态各异的世界,一个生生不息、瞬息万变、事过境迁的世界,我们必须随时随地与客观世界进行物质的、能量的、信息的交换,通过自身的眼、耳、鼻、舌、身等感觉器官探测外部和内部世界。其中,视觉信息是人类的主要信息来源,据分析,人们通常有75%87%的信息是通过视觉获得的。同时有90%的行为是由视觉引翠的飞因此,人们对盲人的处境表示深深的同情。建筑以形、光、色具体地反映着建筑的质感、色感、形象和空间感,表现出建筑的尺度比例、明暗轮廓、差异对比、统一谐调、韵律结构、层次与流通、肌理与质地、积聚与分割、俯视与仰视、环境与空间、情调
2、与意蕴、智巧与美感等等,很难想象如果离开了人类的视觉和视觉心理学将会如何。空间、时间加上感受或意念已被视为建筑的五度或六度空间。因此,了解和掌握视觉、视觉造型、心理色彩学、心理照明学等知识实属必要。第一节 人眼的视觉(VisualSensation)一、人眼与视觉(Vision)人眼的构造如图3-1所示。光线通过角膜,进入睡孔,穿过水晶体和玻璃液,到达视网膜。如果用照相机进行类比,虹膜相当于光圈,可以调节进光量;水晶体相当于透镜,起聚焦的作用;视网膜相当于底片,接收光的信息。当然,眼睛要比照相机复杂精细得多。视网膜的构造类似于大脑皮层,厚度不过0.4mm,面积约占眼球内面的2/3,约含有650
3、万锥状感光细胞和1.2亿杆状感光细胞。锥状细胞主要在10cd/m2以上的照度水平时起作用,通常称之为明视觉器官。杆状细胞主要在310-3cd/m2下起作用,称为暗视觉器官,同时也负责观察物体的运动。310-310cd/旷的照度水平时,两种感光细胞都起作用,称为黄昏视觉。图3-1人眼的切面图 图3-2圆形斑的像恰好落在盲点上 锥状细胞主要集中在视网膜中心的黄斑区,特别是中心凹。中心凹(窝)具有最敏锐的视觉,但它对暗视觉却是盲区。 所有感光细胞都必须与视神经相连才能将外界信息传入大脑。视网膜上所有视神经都汇集在视神经乳点OpticDisk)而引出眼外。由于该乳点既无锥壮细胞又无杆状细胞,因而无法感
4、受外界信息,这被称为盲点(B1indSpot).当两人彼此相距2米对面站立时,都只用一只眼睛看旁边的某一物点,结果两人都会发现对方竟没了脑袋。寻找盲点的这一最初的试验曾轰动一时。平时我们之所以不容易发现盲点的存在,是因为双眼视觉将各自的盲点掩盖。即使单眼视物,眼球也在以每秒23次的速率在跳动,眼球跳动的发生约占观察时间的三分之一。 观察复杂图形时,眼球跳动形成线状扫描,一般一幅画的扫描路线为10次,继续35min,然后才进入不规则的眼睛运动。 看到感兴趣的东西,幢孔会自然扩大,这是由于交感神经的作用。对于同样两幅肖像,人们则认为瞠孔稍大些的更为动人。二、明视(Photopic Vision)和
5、暗视(Scotopic Vision)人眼的明暗视觉的不同点如表3-1所示,处于二者之间的视觉被称为间视(Mesopic Vision),或黄昏视觉。表3-1 人眼的明暗视觉对比序号项目视觉暗视觉1感受器锥状(650万)杆状(1.2亿)2视网膜上位置中央,边缘少边缘,中央无3神经过程辨别累积4波长峰值555nm505nm5亮度水平昼光(3.1810-43.18103cd/m2)夜光（3.1810-7cd/m2）6颜色视觉正常三色视觉无彩色视觉7适应速度快(约7min)慢(约40min以上)8空间辨别分辨能力高分辨能力低9时间辨别反应快反应慢10感光色素视紫蓝质视紫红质夜行动物如猫头鹰、蝙蝠、夜
6、行壁虎和深海里的鱼类被认为无明视或白昼视觉,因为它们的视网膜上没有锥状细胞。日间活动的个别动物缺少杆状细胞,如晰踢、鸟类、松鼠。夜盲患者则是由于缺乏VA造成杆状细胞合成视紫红质的功能衰退,而使暗视觉很差。如果杆状细胞缺陷,即使服用大量VA也不会治愈夜盲症。如图3-3所示,明视觉的最大敏感值在555nm,而暗视觉在507nm。如果适应亮度由明转暗,上述光谱视觉曲线则逐渐向短波方向移动。这一规律称为视觉偏移规律或普尔金效应（Purkinjes Effect）。1825年捷克医生普尔金。(J.E.Purkinje)就发现,日光下相同亮度的红花和蓝花,黄昏时,色调同时变淡,但蓝花却比红花显得稍亮些,特
7、别是在月光下,红色物体变为黑褐色,白的变为浅蓝,而蓝绿色却显眼得多。正像传说中我国在夜晚才出现的鬼怪通常具有青面猿牙的形象,而不是红脸大汉。1933年斯蒂尔(Stiles)等人发现,从瞠孔边缘人射的光的亮度要比从瞠孔中央入射的光的亮度高出5倍,外界物体才能达到相同的主观亮度。视网膜细胞的这种方向感受性称为斯蒂尔-克罗伏德效应(Stiles-CrawfordEffect)。因此,人们在眩光或强光的照射下,采用侧目而视是最简便最有效的方法之一,既避免了视觉失能,又能监视事物的发展。由于人们对明暗适应的时间相差悬殊,因此,在电影院设计中,常采用逐渐降低照度的熄灯方法,以便观众们很好的适应。在隧道口的
8、照明一定要达到足够高的水平,才可能降低此处车祸的发生率。因此,夏季晴天,司机常佩带墨镜以便必要时的暗适应,大百货公司,在进出口处或商业楼的底层,一定要有足够的采光和照明设计,才有利于顾客购买商品。车间的工作台或机床周围应当有相应的采光和照明设备,才不会使工人因不断的明暗适应而感到视觉疲劳。随着计算机使用的普及,屏幕上和文本上应有接近的照度,比如说500lx,才有利于操作员的工作。暗适应前的曝光愈强,时间愈长,面积愈大,暗适应的速度就愈慢。红光暗适应较强,杆状细胞对红光的敏感性也较差,因此,军事人员在夜间查阅地图时,可以戴红色眼镜,或用红光照明,一方面可以使锥状细胞看清图表,一方面可以使杆状细胞
9、保持对暗的适应。从事X光检测的医生通常也佩带红色眼镜。于是,在小光点的情况下,在黑暗中红光的辨认性最强。在黑暗中停留l2h就会达到完全的适应。此时最惊人的现象之一就是中心窝成了盲点,原因是中心窝处没有杆状细胞。例如,夏夜里,用眼角瞥见一颗暗淡的星星,当你再定睛细看时,它却不见了。值夜的战士和业余天文爱好者则懂得此时必须目要斜视的道理,因为负责暗视的杆状细胞分布在中央窝以外的边缘地带。暗适应还会提高眼睛的有效曝光时间,例如,观看烟火时会发现它有一条发光的彗星式的尾巴。这使得夜晚观看车队的行驶更为壮观与辉煌。但另一方面,视网膜上的时滞却延长了昏暗灯光下司机的反应时间,并使其对活动物体的精确定位更加
10、困难。同样道理,光线昏暗时的射击成绩不会太好。三、视角与视力视角(Visual Angle)是人眼能够区别开来的两个最近的刺激物与人眼形成的夹角。如果它们相距为l,和人眼距离为R,则视角可由下式算出: 例如,读书写字要求一拳一尺,即身体离桌一拳,眼睛离书一尺,若辨认相距两点0.1mm,则其视角约为1。视角的倒数在医学上称为视力,在心理学上称为视锐度(Visual Acuity)1909年,国际眼科学会采用白地黑色开口的郎道尔环(Landoltring)作为测试标准。相距5m,可辨认开口方向,其视角为1,视力为1.0。天文学家早期测出的视力也是1.0。实际上,人眼可达到2.0的视力,即分辨0.U
11、=3。的视角。从理论上分析,为了区别两个物体,则它们的视象至少必须落在中央窝邻近的锥状细胞上,其间还须一个不受剌激番。组织学最近的测量表明,中央窝一个锥状细胞的大小约为24角,为满足理论上的分析,人眼分辨视角为306OH,这与实际情况吻合得很好。图3-4远视力为1.O的条件 一般来说,视角愈大照度要求愈低,反之亦然。照度增加,视力增强,但以2.o视力为限。如果物体反射率为9%,背景反射率为6%,物体的彩度为C,则视力V可由下式求出: (3-2)实际上,视觉的功效与许多因素有关,除了视角、背景与图形的反射率、物体的彩度、环境亮度、底图对比之外,还有观察时间、细节形状、距离远近、两方运动状态等。因
12、此,实际上可参考6视角进行设计。根据式(3-1)可知,物体和人眼的距离与两物体问距离R之比为573。两眼相距约6Omm,可看清两眼时,最佳距离在34.4m以内,这是歌剧院的最大视距,此时,可以看清演员的口型。这一方面是看清演员大致表情的视距要求,同时也是听力距离的要求,因为演员发出的声音经过0.ls以上才能到达最后排的观众,再远则视听方位感难于统一。表3-2是建筑设计中一些常见的视角与视距关系。表3-2建筑设计中常见视角与视距物象尺度l/czn所观察的对象视距R值/m在建筑中应用的状况视角/1细小尺度5.73展览品、美术品欣赏62粉笔间距11.5阶级教室最佳视距63不化装的眼神17.2话剧院最
13、佳视距64化装后的眼神23.O话剧院理想视距65嘴形低限28.7话剧院最大视距66嘴形34.4剧院最大视距电影院理想视距68眼 神(约为话剧眼神2倍)45.8电影院最大视距610手的动作57.3演奏、杂技表演技巧运动6(续)物象尺度l/CEIl所观察的对象视距R值/m在建筑中应用的状况视角/10手的动作86.O体青表演,看手势615头部(形态)85.O舞蹈、芭蕾舞、音乐演出615手 势129.O体育表演422足球直径126.O观看足球比赛最远清晰视距622足球直径189.O运动场上看足球比赛最大视距4170人 高1460.O看人的动态极限视距4四、视野与识别视野(VisualField)是指脑
14、袋和眼睛固定时,人眼所能察觉的空间范围。单眼视野竖直方向约130。,水平方向约150。双眼视野在水平方向重合了120。,其中60。较为清晰,中心点1.5。左右最为清晰。双眼不重合的部分称为颜(nie)侧新月(TemporalCrescent)。如果脑袋固定而眼球可以活动,可察觉的范围将大些,分别又称为单眼和双眼视场。人眼的视野在宽银幕电影的设计中得到了充分的体现。普通银幕高宽比为121.33,宽银幕高宽比为121.66到lz3不等。如果垂直视野上30。,双眼移动的水平视角为200。,则此时的宽银幕高宽比可取122.2。通常,人眼在水平线上活动比竖直线上活动要容易得多,因此,宽银幕使观众看到更为
15、广阔的景象,增加了影片的真实感,使人有一种身临其境的感受。为了实施宽银幕的放映,电影系统中加入变形附加镜,或称歪像附加镜,音译为西尼玛斯河普（Cinemascope）。摄影时就要加上它,使所摄景物的影象沿着水平方向压缩。放映时加上它使胶片上的变形影象恢复原样。西尼玛斯科普I式立体宽银幕的高宽比为1:2.55,式为1:2.35。我们的双眼通常协同行动,好像一只眼睛一样,这个假想中的单眼叫做中央眼(Crelopeaneye)。例如,双目正常的人,在暗室中遮住一只眼睛观察,他甚至说不出是哪只眼被遮住了。看视力表时也会发生类似情况。这只假想的中央眼,是我们处理空间知觉时的有用概念,因为我们把自己当作视
16、觉空间的中心,而不单是左眼或有眼所决定。识别(Discernment)或称再认和认知,是指经验过的事物再现时仍能认识的心理过程。而不能再认与能够再认的测量,通常采用识别机率的方法。识别机率是一种视觉生理阔限的量度,它是正确识别的次数与识别总次数之间的比值。当呈现20次郎道环时,正确识别了15次,则识别机率P=15/20=0.75=75%。对于视觉辨认的阀限,多数采取P=50%,少数人采用70%和99%。当视角为4时,对比度大于0.10,照度为100lx时,视力为0.25,识别机率大于50%。人们的观察需要一定的时间才能进行识别。识别时间,就是确认物体所需的最短时间。识别时间的倒数称为识别认识速
17、度。本桑-罗兹科(Bunsen-Roseoe)定律认为,当识别机率Pc为50%时,小片刺激物的面积为A,亮度为L,则暴露时间T和光的总能量成正比,即EC=ALT (3-3)上述公式,与照相时曝光时间和镜头大小的反比关系相类似。照明条件良好时,暴露时间为几毫秒,反之,达几百毫秒。里科定律(Riccos law)定律指出,对于人视觉的刺激,亮度L与面积A的乘积为一常数。因此,定律指出了空间尺度对于觉察的意义。例如,黑暗里,尽管亮度非常低,如果物体体积很大,即使轮廓模糊人们也能看得见它;在白天,旁边的宠大的物体驶来时,即使人们向前直视而没有回头,也能觉察到汽车等的到来。布朗德尔和雷伊研究了闪光的情况
18、,面积小而短促的闪光效果明显,稳定而光强较低的闪光不明显,并提出如下的计算式(BlondeL-Rey-formula):Ie=It/(+t) (3-4) 式中,Ie是闪光源的等效光强,I是闪光的实际光强,t为持续时间,是取决于观察条件的常数,。每秒闪光次数较低时,感觉是断续的闪光;每秒闪光次数较高时,由于视后象等原因的作用,感觉为连续的发光。较高的亮度时,每秒多于60次的闪光,人们会认为它是连续光源;同时对每秒816次的闪光分辨能力最高,并在人脑中引起波。在临界暴露时间tc之内,人眼受刺激的程度和刺激的时距成正比。超过tc,时距的累积作用减少到零。但是奇怪的是,相当短的闪光有时看起来比稍长但同
19、等亮度的闪光更亮些,这称为Broca-Sulzer效应。因此,灯塔采用一闪一闪的灯光为夜行船导航,同时还可以节能及节约设备。19世纪德国建筑师麦尔登斯(H.Martens)就研究过建筑视角问题,如果以2:1的比例看建筑物上部,则形成40。仰角,如果建筑高度H和视距D之比H/D=1/2时,仰角为270,可以看到一群建筑。其不同视角与心理感受如表3-3所示。H/D小于1/5后,视野内目标分散,干扰因素增加,但有助于研究城市和建筑群的大势。苏东坡名诗云:不识庐山真面目,只缘身在此山中。如果能跳出三界外,不在五行中,则必有新的收获。F.吉伯德在市镇设计中说,漫步在街头小巷,人们会感到这是一种从容的活动
20、,典雅的房屋,和谐的韵律,优美的环境。城市画面渐渐展开。同时轮廓线是城市生命的体现,同时也是潜在的艺术形象。因此,无论表3-3中视角如何,都会给人带来艺术的享受。特别是现代交通工具,使5.70的视角很快地变成63.40的仰角,则别有一番情调。表3-3 垂直视角与心理感受建筑高度H/视距D垂直视角观察内容心理感受263.40仰观建筑与天空压迫感145.00观察建筑细部和局部亲近感1/226.60观察建筑主体平等感1/318.40观察建筑全局开放感1/4.14.00观察建筑轮廓对比感1/511.30观察建筑环境疏远感1/105.70观察城市天际线空旷感H/D大于1时,仰观建筑物容易产生透视变形或视
21、差,这就需要进行一定的矫正。恩格斯在自然辩证法一书中写道:鹰比人看的远得多,但是人的眼睛识别东西远胜于鹰。狗比人具有更敏锐得多的嗅觉,但是它不能辨别在人看来是各种东西的特定标志的气味的百分之一。其中关键的因素是人脑的发展,心理感受和信息的存储与处理也起着重耍的作用。表3-4是在绝对视距的范围内人们对建筑物不同的观察内容和心理感受。表3-4 绝对视距与建筑物观感绝对视距/m观察内容心理感受l20建筑物质感探求感2030建筑物细部蔽护感30100建筑物主体对等感100300建筑物总体总体感300600建筑物轮廓全局感6001200建筑物环境模糊感1200建筑物天际线距离感第二节 心理环境色彩学李贺
22、在大堤曲中写道:妾家住横塘,红纱满桂香(黄)。青云教绾(wan)头上髻(ji),明月与作耳边珰(dang)(白)。莲风起,江畔春,大堤上,留北人。郎食鲤鱼尾,妾食猩猩唇(红)。莫指襄阳道,绿浦归帆少(白)。今日舱、菖蒲花,明朝枫树老(红)。诗以遣字之巧,音韵之美,色彩之艳丽,气味之芬芳,意境高雅,浮想联翩,处处显露出绵绵情意,述说良辰易逝,红颜易老,好一幅五彩斑烂的心理环境色彩学的图画,给人以美的享受。马克思说色彩的感觉是一般美感中最大众化的形式。从古到纸,色彩与我们相伴,它是一种语言和音乐,一种信息和符号,一种象征和联想,一种作用和功能,简而言之,它是我们的环境与生活。因此,色彩学、色彩心理
23、学、环境色彩学、心理色彩学,以及色彩设计、色彩调节、色彩管理、色彩医疗，色彩教育,乃至色彩文化,真如雨后春笋,层出不穷。因此,我们很有必要从心理环境色彩学的角度对色彩问题作进一步的研究。一、色彩的现代分析宇宙中存在着波长为10-15105m的电磁波,如宇宙线、X射线、雷达、无线电波等,其中只有400700mm(=10-9)的电磁波能被人眼感知,而被称为可见光。可见光在电磁波中的比例甚小,以至于有人说,人和盲人相差不远。实际上,这是人类长期进化的一种选择。太阳光由于大气中臭氧的阻挡,波长短于290mm的紫外线不能到达地球,人眼即使能够看到也没有意义。290400mm的紫外线对有机体有破坏作用,眼
24、球中水晶体对它们能强烈吸收,正是为了不使其达到视网膜。因此,紫外线理所当然不应被看到。人的体温,包括眼球,在37左右,随时辐射着波长为90001000Onm的红外线。如果人眼能看到红外线,则眼球内像一个大灯泡,怎么能感受到外界的微弱的可见光呢?人眼看不到红外线实际上是一种明智的选择。 太阳光的色温约600OK,其辐射波集中在555nm左右。由此,人眼对上述波长的光波即黄绿光最为敏感。 （一)色彩的基本知识自从1666年牛顿用三棱镜分析太阳光之后,人们才在光的波长和色彩感觉之间建立了联系,见表3-5所示。牛顿在他1704年出版的著名的光学一书中说:正确地说,光线是没有颜色的,在光线中除一定的功率
25、和激起某一颜色感觉的本性之外,没有别的东西。可以说,自古以来许多对色彩的研究,大都可以归结为心理环境色彩学的领域。 按照色彩呈现的方式,色彩可以分为以下3种类别:1.光源色它是由观察对象本身发光而呈现的颜色,可以简称为色光,如五彩的彩虹,夜晚的月色,节日的彩灯。2.物体色物体受别的光照射而呈现的颜色,如艳丽的花朵,五颜六色的服装。像红宝石、蓝宝石那样,由物体的漫透射产生的颜色称为透过色;从物体的表面的漫反射产生的颜色称为表面色。3.膜状色从天空和单色仪所见到的颜色又称为膜状色或阑孔色,它的感觉是距离不能确定,而且表现柔和。从颜色本身来分析又可分为无彩色和有彩色两种。无彩色即黑色、白色和灰色;有
26、彩色即红、黄、绿、蓝、紫等,见表3-5所示。表3-5 色彩的波长与范围彩色名称波长/mm范围/rm红Red700600750黄Yellow580550600绿Green51O480550蓝Blue470450480紫Purple420400450色彩有三大要素:色相（Hue）、明度(Valueor Brightness)、彩度(ChromaorSaturation)。1.色相这是色彩的心理学概念之一,它对应的心理物理学概念是主波长(DominantWave-length),它是不同波长的光,如红、黄、蓝等引起的不同感觉。正常眼睛可辨别200多种色相或颜色,有训练者则可识别900多种不同的颜色玻
27、璃滤色片。2.明度它对应的心理物理学概念是亮度(Luminosity),即色彩的明暗程度。对于色光,光源的功率越高,明度越高;对于色彩,白色料越多,明度越高。3.彩度 又称饱和度,它对应的心理物理学概念是纯度(Purity)。对于色光,是没有混入白光的窄带单色光,如三棱镜分析出650nm的色光是很纯的红光,混入一定白光,便成为粉红色。 在实际应用中,人们又把不同的颜色分成不同的色调(ColourTone),如表3-6所示,它可以根据色相、明亮、亮度、饱和度和色性等分为不同的种类,引起不同的心理效果。 表3-6 色调一览表分类属性调名形成条件心理效应色相各种色调各种彩色如红色调2强烈、剌激、恐惧
28、等明度明调中间调暗调含白色较多明暗适中含黑色较多透明、鲜艳、悦目、爽朗呆板夺冷漠、机械、无味阴沉、寂寞、悲伤、剌激亮度极高调高调低调极低调白淡灰白中灰中灰黑黑+极少高调纯洁、优美、细腻、微妙愉快、喜剧、清高、少女般忧郁、肃穆、安适、黄昏感夜晚、神秘、阴险、超越饱和度鲜艳调灰调含白及纯色含黑及其它鲜亮、饱满、充实、理想沉闷、混烛、烦恼、抽象色性冷调暖调青、蓝、绿、紫红、橙、黄冷静、孤僻、理智、高雅温暖、热烈、兴奋、感情(二)孟塞尔表色体系为了对不同色相、明度和彩度的颜色进行标记,便于区分和使用,各国科学家进行了大量的工作,其中比较常用的是孟塞尔(A.H.Munsell)表色系统,它主要标定的是物
29、体色。如图3-6所示,这是美国画家孟塞尔1911年在美国心理学会上提出的颜料-颜色的立体排列的表色方法。1929年和1943年美国国家标准局和美国光学学会修订了孟塞尔图册,制订出新的孟塞尔表色体系。1974年出版的孟塞尔图册中指出的光泽样品版,共包括1450块颜品样品,其中,白到黑有37块。孟塞尔的色相(H)、明度(V)和彩度(C)构成一个圆柱型座标系,垂直轴与明度相对应;偏角与色相相对应,动径与彩度相对应。1.色相H它沿水平面各方向分成10等分,分别标有红(R)、黄红(YR)、黄(Y)、绿黄(GY)、绿(G)、蓝紫(BG)、蓝(B)、蓝紫(BP)、紫(P)和红紫(RP)。每一部分又分10个等
30、级,姐图3-7所示。全部色相可以达到100种。一般5R、5Y分别是红、黄的中心色相。图3-7孟塞尔色调的标定系统2.明度V它是沿图3-6立轴由下往上分为11个等级。其中,位于中轴上的是无彩色,理想黑色即绝对黑体,可以吸收所有外来光线,定为理想、白色即绝对白体,可以反射全部射来的光线,定为105从白到黑共11个等级,分别用NO/、N1/、NU-NlO/来表示。明度V与光反射系数p之间的关系如表3-7所示。表3-7明度V,和光的反射系数p%)的关系VO12345678910p0.001.213.136.5612.0019.7730.0543.0659.1078.66100.003.彩度C它是以中轴为圆心的一系列圆柱面,中轴上中性色的彩度为0,离轴越远
