摘要：搭建了美术馆实验环境，被观赏画作表面的照度为200lx，采用LED光源的色温为3300K。改变投影仪的亮度和对比度参数，设定三种常用投影显示模式(模式1⁃亮度24.7cd/m2，对比度12∶1;模式2⁃亮度57.7cd/m2，对比度20∶1;模式3⁃亮度78.9cd/m2，对比度24∶1)，分别对32名实验者在三种显示模式下进行视觉舒适度评价的心理物理学实验。结果表明：在美术馆照明环境一定的情况下，投影显示的亮度和对比度影响参观者的视觉舒适度。在设置投影模式1的条件下，参观者视觉舒适度最佳。研究结果对于美术馆展陈设计中投影显示技术的合理运用提供了参考。
关键词：投影显示;亮度;对比度;美术馆;视觉舒适度
引言
随着科技的发展，我国美术馆展陈空间复杂、展览形式丰富，各种综合材料艺术品增多，显示技术在美术馆、博物馆的运用，可以给参观者带来全新的文化体验，这与传统的美术馆、博物馆展览形式有明显差别。尤其是对照明方案、显示设置的解决情况，有很大差异，欣赏艺术品的光环境亮度有别于博物馆[1]，需深入研究才能营造出适合美术馆的独特环境。因此，在美术馆场景中对显示技术进行研究时，需要把参观者视觉舒适度这一概念作为美术馆舒适环境的主要估量参考值。显示技术在美术馆、博物馆中的应用可以带给观众全新的体验，但同时也造成参观者视觉的不舒适，如“眼睛干涩”、“眼疲劳”等问题。
Yoshizawa等[2]和Luo等[3]对LED照明下的绘画进行了视觉评价实验，他们都得出结论：在观看博物馆绘画时，影响视觉感知的因素有两个，即可视性和质地(温度)。Yoshizawa等[3]在日本Morohashi现代艺术博物馆的一间样板房和一间展览室进行了两个独立的实验，分别研究了CCT(2700~5000K)、CRI(55~100)和照度(400lx)变化下的LED照明。在美术馆中，越来越多的人对环境照度、相关色温等指标进行研究，对投影显示的亮度、对比度研究却微乎其微。
为了解决显示技术所衍生的人视觉舒适度问题，营造出一个舒适的美术馆参观环境，达到观众所追求的“可见性”、“温暖性”以及“舒适性”，投影仪显示的亮度及其对比度、美术馆展陈照明情况(照度、色温、CIE⁃Ra、Duv)都占有很大比重[4]。文章在实验室模拟美术馆场景，对投影显示的亮度和对比度带来的参观者视觉舒适度问题展开研究。
1实验设计
本次实验选取32名年龄在20～30岁的参观者，其中男性16名，女性16名。采用控制变量法，在照度和色温恒定的光环境下，参观者依次完成相关问卷，探寻投影仪显示亮度和对比度的改变对参观者视觉舒适度的影响。对所获数据进行可靠性分析、单因素方差分析、均值分析以及相关性分析，阐述三种不同的投影显示模式下的12组感性词汇的影响。研究主要说明对投影仪显示的差异分析、相关性分析，得出让参观者视觉舒适度最高的投影显示模式。
1.1实验环境
为保证在多次、多人实验过程中，避免无关因素对实验结果的影响，选择无自然光介入的暗室进行实验。在大连工业大学光子学研究所模拟美术馆的照明环境，无日光，引入人工光源，恒定光环境照明情况，设置投影仪的三种亮度模式，定义不同的投影显示模式，进行心理物理学实验。实验环境如图1。实验室基础光环境设置重点照明，被观赏画作表面的照度为200lx，采用LED光源的色温为3300K，光环境的光谱图和色品图如图2。
1.2实验设备
实验所用投影仪产自极米科技，其光学参数如表1所示。显示技术为DLP投影显示技术，这一新的投影技术拥有捕捉、接收、存储数字信息的能力，应用领域与市场前景不可估量。实验灯具采用三雄极光星际系列LED导轨射灯，灯具光学参数如表2。
1.3实验流程
本实验所用DLP投影仪的投射尺寸为213.5cm，画面比例4∶3。整个实验过程中，实验者距离投影幕布的距离为3m。观看内容为某博物馆展品的宣传视频截取片段。选取32名观察者，其视力或者矫正视力均正常，且经过色彩辨识能力测试，不存在色盲、色弱等情况。固定实验光环境(见表3)，适应实验光环境。当人眼所处的光环境发生变化时，会导致视锥细胞的变化，所以需要一定的时间适应这一变化。研究表明至少需要5min的时间才能完成适应。因此，每位观察者在进入实验室前，均需5min的光环境适应阶段。
对投影仪进行0.5h以上的预热,使其达到正常且稳定的亮度输出水平,减少投影仪对实验效果的影响。每一名观察者均独立进行实验。首先要完成实验前主观调查问卷，并经过5min的光环境适应，欣赏油画，完成问卷一。将投影仪按照所设的3种模式(如表4)依次调试，投影仪播放指定视频，观赏者观看投影仪视频约1min，然后去欣赏油画。每次观视任务结束后，依次完成对光环境、投影仪、油画的主观评价问卷。
1.4实验方法
本次实验采用语意差别量表法(SemanticDif⁃ferentialScale)，SD法是由Suci和Tannenbaurn在1957年提出的一种心理测定法，又称为感受记录法。通过SD方法对语言样本进行因素分析的结果，构成语言的样本维度大致由三个因素组成：评估、效能和活动性[5]。
调查问卷筛选出36组有关博物馆、美术馆空间的形容词作为评价指标，在本次实验中针对光环境(不艺术/艺术、不舒适/舒适)、油画(冰冷/温暖、不自然/自然、难看/好看、不喜爱/喜爱、不舒适/舒适)和投影仪显示(单调/多彩、模糊/清晰、传统/现代、不均匀/均匀、不舒适/舒适)共选取12组程度最大的感性词汇用于本实验。该问卷设计采用了6段评价尺度，为了方便统计和后期处理，按各形容词对程度的不同分别赋值，平均分>3分的评价要素偏向于形容词对的后一个形容词，平均分≤3分的评价要素偏向于形容词对的前一个形容词，见表5。
2实验结果与讨论
2.1数据可靠性分析
数据收集完毕后,在进行数据处理之前,首先运用SPSS数据处理软件进行数据的信度分析,应用α系数来分析数据可信度,α系数值在0~1之间,
2.2样本差异性分析
借助SPSSAU进行单因素方差分析，如下表7可知，利用方差分析(全称为单因素方差分析)研究多彩性对于亮度、对比度模式的差异性，可以看出：不同多彩样本对于亮度、对比度模式均呈现出显著性(p<0.05)，意味着不同多彩样本对于亮度、对比度模式均有着差异性。具体分析可知：多彩对于对比度模式呈现出0.01水平显著性(F=8.181，p=0.000)，亮度模式呈现出0.01水平显著性(F=8.403，p=0.000)。
进一步分析知：亮度、对比度对清晰样本、现代样本、舒适样本均存在差异性，对均匀样本均表现出一致性。
2.3评价要素重要性排序
统计评价五要素得分均值情况如图3所示，以4分一半为及格线[6]，得出结论：
1)对于现代样本因素的影响，美术馆投影仪显示屏情况设置为模式1，对比度12∶1较好。如图3(a)所示。
2)对于均匀样本因素的影响，对比度高一点呈现出两端优化的情况，当对比度为12∶1时，得分均值状态较好。如图3(b)所示。
3)对于清晰度的观察，得分均值在对比度12∶1的情况下，优于20∶1的情况，亮度设为模式2的分值较高，但二者得分情况均在及格线以上。如图3(c)所示。
4)对于多彩样本因素的影响，均表现出较低于及格分的情况下，表现略差。如图3(d)所示。
5)对于舒适样本因素的影响，对比度12∶1的情况下是较好的,如图3(e)所示。
2.4不同亮度、对比度下投影显示对人的五种认知样本的影响
使用IBMSPSSStatistics23软件进行相关性分析。根据语意差别量表里的评分，对于量表样本进行逐一分析和总结。根据ITU⁃RBT.1788[12]，质量尺度与观测者分值范围之间的关系是呈线性相关的，以便应用皮尔逊相关。
据图4的结果所示，舒适样本对亮度的皮尔逊相关系数r=-.600**，越接近-1越显著，负相关性越大，亮度的改变对舒适样本的影响最大。五种认知样本与亮度均呈现出相关性显著，其显著性大小为舒适>多彩>清晰>现代>均匀。
2.5人眼舒适度最佳匹配分析
由图5可得，随着投影仪显示的模式改变，观赏者的评分逐渐改变，最后求得平均值，评分越高，即表明观察者的反馈越好。对照所设定的三种投影显示模式，可以得出当美术馆光环境一定时，投影仪显示设为模式1，平均分最高，参观者视觉舒适度最佳。——论文作者：慕雨凡，邹念育∗∗，张克英，王志胜，曹帆，梁静
相关期刊推荐：《光电子技术》(季刊)创刊于1981年，是由国家科委批准，公开发行的学术类期刊。追踪世界光电领域科技潮流，报道国内光电行业技术动态，光电子技术内容涵盖了平板显示、光纤通信、红外(紫外)摄像、电真空器件、薄膜、激光技术、自动化、计算机及各种测试技术等涉及光电转换的新工艺、新材料、新设备、新产品以及相关的器件、整机、生产线的应用。
