毛建赟，姚湘，霍世宇，許活鵬，王美琪

太空鍛煉區(qū)人機(jī)界面色彩環(huán)境舒適度設(shè)計(jì)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(xué)，湖南 湘潭 411105；2.湖南國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘潭 411207）

研究載人航天器鍛煉區(qū)在不同色彩環(huán)境下對(duì)運(yùn)動(dòng)鍛煉的色彩環(huán)境舒適度、運(yùn)動(dòng)欲望及心率上升率的影響。36名受試者分為頭低位組（實(shí)驗(yàn)組）和立位組（對(duì)照組），實(shí)驗(yàn)要求被試者進(jìn)行主觀問(wèn)卷評(píng)價(jià)，同時(shí)采集實(shí)驗(yàn)中的客觀數(shù)據(jù)。對(duì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行方差分析，并對(duì)心率信號(hào)進(jìn)行心率上升率換算，分析不同色彩下主觀評(píng)價(jià)和心率數(shù)據(jù)的差異。最后以航天器鍛煉區(qū)的色彩搭配為例進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。主觀評(píng)價(jià)顯示，不同顏色對(duì)心理狀態(tài)都有顯著性差異；在色彩環(huán)境舒適度上，通過(guò)研究冷暖色調(diào)對(duì)運(yùn)動(dòng)色彩環(huán)境舒適度均值的影響后發(fā)現(xiàn)，無(wú)色彩環(huán)境相對(duì)于其他顏色表現(xiàn)出顯著差異性；在運(yùn)動(dòng)欲望上，通過(guò)分析色彩的冷暖色調(diào)對(duì)運(yùn)動(dòng)欲望均值的影響發(fā)現(xiàn)，暖色環(huán)境相對(duì)于冷色表現(xiàn)出顯著差異性。客觀數(shù)據(jù)顯示，不同色彩下心率波動(dòng)均在正常范圍內(nèi)，而不同色彩環(huán)境下心率上升率差異不大，無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在不同狀態(tài)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(huán)境相比冷色環(huán)境和無(wú)色彩環(huán)境更容易影響人的運(yùn)動(dòng)欲望，其中黃色環(huán)境表現(xiàn)較為明顯，而相比有色彩環(huán)境下，在無(wú)色彩環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)則更為舒適。最后依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論開(kāi)展設(shè)計(jì)實(shí)踐。

色彩；運(yùn)動(dòng)色彩環(huán)境舒適度；運(yùn)動(dòng)欲望；心率上升率

工作環(huán)境直接影響人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的整體效率和人的健康狀態(tài)[1]。運(yùn)動(dòng)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(huán)。太空環(huán)境中，航天員會(huì)經(jīng)歷一系列生理適應(yīng)過(guò)程，其中最顯著的變化表現(xiàn)為心血管系統(tǒng)的調(diào)整、肌肉組織的萎縮，以及骨密度的減少。在無(wú)重力條件下，隨著飛行時(shí)間的延長(zhǎng)，這些問(wèn)題會(huì)進(jìn)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(xiàn)階段的在軌鍛煉還存在一定問(wèn)題，不足以滿足保障航天員長(zhǎng)期在軌時(shí)健康狀態(tài)的任務(wù)要求[2]。因此，載人航天器鍛煉區(qū)健康保障的建設(shè)和發(fā)展，要從飲食、失重生理效應(yīng)防護(hù)、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保、心理健康維護(hù)等方面綜合開(kāi)展[3-7]。而色彩的運(yùn)用能以較低成本提高所處環(huán)境的色彩環(huán)境舒適度，運(yùn)用適當(dāng)?shù)纳蕦?duì)鍛煉空間的整個(gè)環(huán)境進(jìn)行裝飾，以提高鍛煉時(shí)的整體效能。相關(guān)研究表明，不同的色彩對(duì)人的生理及心理影響是不同的，運(yùn)用適當(dāng)?shù)纳誓苡行岣呷说墓ぷ餍埽懦涣加绊慬1]。因此色彩作為系統(tǒng)中的重要內(nèi)容，開(kāi)展鍛煉區(qū)色彩設(shè)計(jì)研究是載人航天器人機(jī)界面設(shè)計(jì)的重要課題[8-10]。

1 色彩環(huán)境舒適度與運(yùn)動(dòng)體驗(yàn)

航天器內(nèi)設(shè)置鍛煉區(qū)對(duì)保障航天員的健康至關(guān)重要。目前，航天器內(nèi)鍛煉區(qū)與工作區(qū)的環(huán)境色彩相同，缺乏針對(duì)鍛煉空間心理需求的考慮。區(qū)域劃分模糊及單調(diào)的空間可能導(dǎo)致舒適度下降和疲勞，從而影響載人航天任務(wù)。在這樣的封閉環(huán)境下，束縛感將不可避免地導(dǎo)致宇航員生理和心理狀態(tài)的變化[11]。因此，現(xiàn)有的鍛煉預(yù)防措施還不能滿足人類長(zhǎng)期駐留或登陸火星的需求[12]。

心理學(xué)理論認(rèn)為，不同顏色會(huì)對(duì)人產(chǎn)生不同的心理影響，積極的（或主動(dòng)的）色彩能夠產(chǎn)生積極、進(jìn)取的態(tài)度，消極的（被動(dòng)的）色彩則會(huì)表現(xiàn)不安或焦慮的心理狀態(tài)[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(jìn)、推遠(yuǎn)的效果[17]。在地面健身房色彩設(shè)計(jì)中，往往通過(guò)調(diào)整色彩主次之間的協(xié)調(diào)與對(duì)比關(guān)系以達(dá)到美化室內(nèi)空間的目的[17-18]。航天器內(nèi)部色彩設(shè)計(jì)旨在為環(huán)境中的人員提供心理的舒適感并確保其心理及生理的穩(wěn)定。因此，在航天器內(nèi)部色彩設(shè)計(jì)時(shí)，同樣需要通過(guò)平衡主次色彩的協(xié)調(diào)與對(duì)比，以創(chuàng)造一個(gè)舒適的空間。

色彩環(huán)境舒適度是指在指定環(huán)境與條件下，個(gè)體在心理與生理方面的滿足程度。色彩環(huán)境、舒適度與運(yùn)動(dòng)欲望之間的關(guān)系源于人與環(huán)境色彩的互動(dòng)效應(yīng)。在不同色彩下，個(gè)體主觀感受存在差異，而舒適度和運(yùn)動(dòng)欲望實(shí)質(zhì)上是個(gè)體對(duì)特定色彩環(huán)境感受的反映與表達(dá)。在空間環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)鍛煉無(wú)可避免地受到色彩環(huán)境的影響，只有準(zhǔn)確把握色彩環(huán)境對(duì)人的影響，并據(jù)此規(guī)劃合理的色彩空間，才能達(dá)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(diǎn)探索三個(gè)問(wèn)題：（1）在什么色彩下運(yùn)動(dòng)鍛煉的感受更舒適；（2）在什么色彩下能夠提升運(yùn)動(dòng)的欲望；（3）不同色彩下心理與生理的關(guān)聯(lián)。以此為載人航天運(yùn)動(dòng)鍛煉色彩空間設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，進(jìn)而改善航天員在鍛煉過(guò)程中的整體舒適度感受和運(yùn)動(dòng)效能，并提高長(zhǎng)期失重環(huán)境下的生理和心理預(yù)防措施效果。

2 研究程序及方法

本研究旨在探討不同色彩環(huán)境及模擬航天環(huán)境因素對(duì)主觀評(píng)價(jià)和客觀生理信號(hào)的影響。試圖探究在不同色彩環(huán)境和不同狀態(tài)下，舒適度和運(yùn)動(dòng)欲望的變化和聯(lián)系。

在微重力環(huán)境下，人體將面臨諸多挑戰(zhàn)，航天員長(zhǎng)期在太空逗留會(huì)引發(fā)一系列生理問(wèn)題。頭低位臥床實(shí)驗(yàn)（Head-Down Tilt Bed Rest, HDBR）所引發(fā)的生理變化與微重力環(huán)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(yīng)的主要方法之一[25]。長(zhǎng)期以來(lái)，頭低位臥床實(shí)驗(yàn)一直被用于模擬地面失重效應(yīng)的研究，以便深入了解在這種特殊環(huán)境中身體生理機(jī)能的變化[26-29]。NASA和中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心也廣泛使用頭低位臥床實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬太空失重環(huán)境[26-28]。本研究通過(guò)采用短時(shí)頭低位方法，用于在地面模擬太空微重力環(huán)境。

研究從主觀的層面上運(yùn)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(huán)境測(cè)試之后，本次實(shí)驗(yàn)要求被試者填寫運(yùn)動(dòng)時(shí)的色彩環(huán)境舒適度及運(yùn)動(dòng)欲望的主觀評(píng)價(jià)。

同時(shí)，本研究選取心率上升率作為生理信號(hào)研究的指標(biāo)，旨在評(píng)估不同色彩環(huán)境和狀態(tài)下的影響。心率信號(hào)作為一種在運(yùn)動(dòng)生理領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的測(cè)量指標(biāo)，可以有效地反映個(gè)體運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的強(qiáng)度[30-32]。通過(guò)對(duì)心率上升率進(jìn)行客觀的數(shù)據(jù)分析，從而探討在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中采用色彩刺激是否能夠調(diào)節(jié)個(gè)體的鍛煉狀態(tài)，以進(jìn)一步提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)人員

從學(xué)校招募36名志愿者學(xué)生，其中實(shí)驗(yàn)組18人，對(duì)照組18人，年齡為（22.5±2.5）歲，所有參與者均無(wú)心腦血管疾病及精神病史。為確保太空微重力環(huán)境模擬的準(zhǔn)確性，筆者對(duì)受試者進(jìn)行了一系列的身體檢查，包括頭低位實(shí)驗(yàn)及眼科檢查等。經(jīng)檢查，所有受試者均符合實(shí)驗(yàn)要求，具備健康的身體狀況、正常的視力及色覺(jué)功能。為確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，本研究要求受試者在實(shí)驗(yàn)前充分休息，保持情緒穩(wěn)定。在研究開(kāi)始前一天，受試者避免過(guò)量飲酒、使用處方藥、吸煙，以及攝入對(duì)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(shí)驗(yàn)前3 h內(nèi)避免劇烈運(yùn)動(dòng)，確保身體不會(huì)過(guò)度興奮或疲勞。實(shí)驗(yàn)前，筆者向受試者詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)過(guò)程及注意事項(xiàng)，所有受試者均簽署了知情同意書。

2.2 色彩樣本

圖片樣本來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)調(diào)查。本研究通過(guò)網(wǎng)絡(luò)爬蟲程序?qū)χ袊?guó)健身房的環(huán)境圖片進(jìn)行色彩圖片爬取。在經(jīng)過(guò)篩選和處理之后，共收集到360張符合要求的圖片。這種數(shù)據(jù)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(jù)健身房實(shí)際環(huán)境選取具有針對(duì)性的四種顏色的色彩樣本：紅色（R）；黃色（Y）；綠色（G）；藍(lán)色（B）。

通過(guò)采用K-means聚類分析方法，為每幅圖像設(shè)定五個(gè)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(diào)色板，提取圖像顏色結(jié)果，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，見(jiàn)圖1。

鮮艷與高明度的顏色有助于提高物體的辨識(shí)度和可見(jiàn)性，從而增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)反應(yīng)和敏捷性?；诖嗽瓌t，在各色相中選取一種色彩，共計(jì)得到四種色彩樣本。此外，目前航天器內(nèi)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(guò)以上圖像顏色提取，共計(jì)得到五種色彩樣本，見(jiàn)表1。

圖1 K-means聚類色彩可視化

表1 環(huán)境色彩樣本

Tab.1 Environmental color samples

2.3 運(yùn)動(dòng)環(huán)境搭建

參考現(xiàn)有空間站的環(huán)境結(jié)構(gòu)和鍛煉區(qū)域布局，本實(shí)驗(yàn)在工程訓(xùn)練中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境安靜、空間相對(duì)較小，并確保了溫度控制和充足的采光條件，以滿足相關(guān)實(shí)驗(yàn)需求。實(shí)驗(yàn)選用KT板和彩色噴繪的PP紙搭建模擬環(huán)境，在獨(dú)立區(qū)域內(nèi)構(gòu)建1.2 m×2 m×2 m的微密閉空間。通過(guò)三面封閉的方式排除其他因素干擾，以更好地模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。將鍛煉區(qū)環(huán)境色作為變量，照明等其他條件則是定量。實(shí)驗(yàn)環(huán)境見(jiàn)圖2。實(shí)驗(yàn)房間布局中灰色區(qū)域是色彩環(huán)境鍛煉區(qū)，其余區(qū)域是頭低位等候區(qū)、心率測(cè)量等候區(qū)。

圖2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

2.4 實(shí)驗(yàn)流程

2.4.1 實(shí)驗(yàn)程序

實(shí)驗(yàn)前向受試者詳細(xì)介紹實(shí)驗(yàn)過(guò)程及注意事項(xiàng)。記錄每位受試者的年齡、身高、體重等生理數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)分為兩組：實(shí)驗(yàn)組（頭低位）與對(duì)照組（立位組）。人數(shù)和性別作為定量指標(biāo)。受試者進(jìn)入搭建好的空間環(huán)境中，保持靜坐5 min以達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)。隨后，連續(xù)測(cè)量受試者的心率（共3次，每次持續(xù)10 s），當(dāng)其中兩次測(cè)量結(jié)果相同且與第三次測(cè)量結(jié)果相差不超過(guò)1次時(shí)，認(rèn)定受試者處于安靜狀態(tài)，可開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。頭低位組則在–30°模擬微重力30 min之后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。受試者進(jìn)入色彩環(huán)境并開(kāi)始蹲起運(yùn)動(dòng)共2 min，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度控制在最大心率的64%～76%的低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)區(qū)間，期間佩戴心率表并記錄相關(guān)生理信息（0 s、30 s、60 s、90 s、）。運(yùn)動(dòng)結(jié)束后讓受試者填寫主觀評(píng)價(jià)問(wèn)卷。主觀量表采取9分制，對(duì)在色彩空間中運(yùn)動(dòng)時(shí)的舒適度及對(duì)運(yùn)動(dòng)的欲望進(jìn)行評(píng)分，然后讓受試者休息30 min以進(jìn)行下一輪色彩實(shí)驗(yàn)。見(jiàn)圖3。

圖3 實(shí)驗(yàn)流程

2.4.2 運(yùn)動(dòng)設(shè)置

動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)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(fù)次數(shù)之間的動(dòng)作幅度標(biāo)準(zhǔn)盡量保持一致，并且在正式實(shí)驗(yàn)之前已經(jīng)提前熟悉了鍛煉動(dòng)作。實(shí)驗(yàn)采用Polar OH1型號(hào)心率帶記錄心率。

本實(shí)驗(yàn)的生理層面旨在探討色彩對(duì)心率上升率的干預(yù)作用。為了控制變量，實(shí)驗(yàn)僅選擇在低強(qiáng)度范圍內(nèi)進(jìn)行觀測(cè)。運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度區(qū)間的設(shè)定是為了確保在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，達(dá)到預(yù)設(shè)的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度要求[33-35]，從而驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)置的有效性。運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)

Tab.2 Exercise intensity index

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 主觀問(wèn)卷評(píng)價(jià)結(jié)果

3.1.1 色彩對(duì)心理狀態(tài)的影響分析

在對(duì)色彩環(huán)境與狀態(tài)兩個(gè)自變量進(jìn)行方差分析時(shí)，在不同色彩環(huán)境下對(duì)心理狀態(tài)的影響方面，結(jié)果顯示具有顯著性差異（=0.000<0.05）。然而，其他自變量及各項(xiàng)之間的交互作用均未表現(xiàn)出顯著性差異（>0.05）。針對(duì)色彩環(huán)境變量，通過(guò)對(duì)各組均值之間的多重比較分析發(fā)現(xiàn)，白色環(huán)境與其他顏色之間存在顯著性差異（<0.05），見(jiàn)圖4。

圖4 不同色彩環(huán)境下對(duì)運(yùn)動(dòng)心理的均值影響

3.1.2 色彩對(duì)運(yùn)動(dòng)欲望的影響分析

對(duì)色彩環(huán)境變量進(jìn)行各組均值之間的多重比較后發(fā)現(xiàn)，黃色環(huán)境相對(duì)藍(lán)色（=0.000<0.05）和白色（=0.047<0.05）呈現(xiàn)顯著性差異，而與紅色和綠色之間無(wú)顯著性差異（>0.05）。藍(lán)色環(huán)境相對(duì)其他各顏色都呈現(xiàn)出顯著性差異性（≤0.05），各色彩環(huán)境對(duì)運(yùn)動(dòng)欲望均值的影響見(jiàn)圖5a。

通過(guò)分析冷暖色調(diào)對(duì)運(yùn)動(dòng)欲望均值的影響，發(fā)現(xiàn)暖色環(huán)境相對(duì)冷色表現(xiàn)出顯著差異性（=0.011< 0.05），對(duì)無(wú)色彩沒(méi)有表現(xiàn)出差異性（>0.05），冷暖色彩環(huán)境下對(duì)運(yùn)動(dòng)欲望的均值影響見(jiàn)圖5b。

圖5 顏色環(huán)境下對(duì)運(yùn)動(dòng)欲望的影響

3.1.3 色彩對(duì)運(yùn)動(dòng)色彩環(huán)境舒適度的影響分析

對(duì)色彩環(huán)境變量進(jìn)行各組均值之間的多重比較發(fā)現(xiàn)，黃色對(duì)紅色（=0.000<0.05）和藍(lán)色（=0.000< 0.05）呈現(xiàn)出顯著性差異，而黃色對(duì)白色和綠色無(wú)顯著性差異（>0.05），各色彩環(huán)境對(duì)運(yùn)動(dòng)色彩環(huán)境舒適度均值的影響見(jiàn)圖6a。通過(guò)分析色彩的冷暖色調(diào)對(duì)運(yùn)動(dòng)色彩環(huán)境舒適度均值的影響研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)色彩環(huán)境相對(duì)其他顏色呈現(xiàn)出顯著差異性（< 0.05），冷暖色彩環(huán)境下對(duì)運(yùn)動(dòng)色彩環(huán)境舒適度的均值影響見(jiàn)圖6b。在不同狀態(tài)下頭低位組（實(shí)驗(yàn)組）和立位組（對(duì)照組）呈現(xiàn)出顯著性差異（=0.014< 0.05），在不同顏色、不同狀態(tài)下頭低位組（實(shí)驗(yàn)組）和立位組（對(duì)照組）無(wú)顯著性差異（>0.05），如圖7所示。

圖6 色彩環(huán)境下對(duì)運(yùn)動(dòng)舒適度的影響

圖7 不同色彩與不同狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)色彩環(huán)境舒適度的影響

3.1.4 主觀問(wèn)卷評(píng)價(jià)分析結(jié)論

研究選取了不同色彩作為環(huán)境，讓被試者在其中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)并從色彩是否影響心理狀態(tài)、色彩環(huán)境舒適度、運(yùn)動(dòng)欲望三個(gè)角度對(duì)主觀情緒進(jìn)行評(píng)分。

研究結(jié)果表明，不同顏色對(duì)心理狀態(tài)具有一定的影響。在本研究中，白色對(duì)心理狀態(tài)的影響最為微弱，而藍(lán)色對(duì)心理狀態(tài)產(chǎn)生了最顯著的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在不同顏色及狀態(tài)間，心理狀態(tài)未出現(xiàn)顯著差異。然而，相較于白色環(huán)境，具有顏色的環(huán)境對(duì)心理狀態(tài)產(chǎn)生了更為明顯的影響。

在運(yùn)動(dòng)欲望方面，黃色所得分值最高，與藍(lán)色和白色的差異相對(duì)較大，而與紅色和綠色的差異較小。因此可以推斷，黃色環(huán)境更有利于激發(fā)個(gè)體的運(yùn)動(dòng)欲望。同時(shí)，暖色系（如黃色和紅色）相較于冷色系（如藍(lán)色和綠色）及無(wú)色環(huán)境（如白色）所獲得的分值較高，表明在暖色系環(huán)境中，人們的運(yùn)動(dòng)欲望較冷色系和無(wú)色環(huán)境更為強(qiáng)烈。

在運(yùn)動(dòng)色彩環(huán)境舒適度方面，黃色、綠色和白色所得分值較紅色和藍(lán)色高，表明黃色、綠色和白色更適宜作為運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所的色彩設(shè)計(jì)選擇。同時(shí)，無(wú)色環(huán)境相對(duì)有色環(huán)境具有更高的舒適度。此外，實(shí)驗(yàn)組（頭低位組）與對(duì)照組（立位組）相比，感受到的舒適度更高。綜合考慮，有色環(huán)境更容易對(duì)被試者的情緒產(chǎn)生影響，暖色系列（以黃色為代表）所得分值較高，而在運(yùn)動(dòng)環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)中，無(wú)色環(huán)境（如白色）則表現(xiàn)為更舒適。

3.2 運(yùn)動(dòng)生理數(shù)據(jù)結(jié)果

在平靜狀態(tài)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(dòng)受多種因素影響，如年齡、情緒、體溫等。心率上升通?？梢詺w因于三個(gè)主要原因：（1）生理原因，如運(yùn)動(dòng)、情緒波動(dòng)、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(gè)體之間存在一定差異，因此不同人群的平均心率也會(huì)有所不同。

為了在本研究中準(zhǔn)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(gè)因素的潛在干擾。同時(shí)，筆者邀請(qǐng)受試者提前熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境，以降低情緒變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。因此，在本研究中，筆者選擇了某時(shí)刻的心率變化率，即心率上升率作為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，以分析不同色彩環(huán)境對(duì)不同受試者心率的影響，其中心率上升率的計(jì)算，見(jiàn)式（1）[37]。

3.2.1 運(yùn)動(dòng)生理數(shù)據(jù)分析與結(jié)論

不同色彩方案下心率上升率見(jiàn)圖8a，可見(jiàn)不同色彩下心率波動(dòng)均在正常范圍內(nèi)，不同色彩方案下心率上升率差異不大，無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（>0.05）。不同狀態(tài)下心率上升率有顯著差異（=0.048<0.05）如圖8b所示，可見(jiàn)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(xiàn)為，在運(yùn)動(dòng)時(shí)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(xiàng)之間的交互作用均無(wú)顯著性差異（>0.05）。

圖8 不同色彩方案與不同狀態(tài)心率上升率的影響

通過(guò)分析可知，在本次不同色彩下的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中包含：暖色調(diào)（紅色、黃色）；冷色調(diào)（藍(lán)色、綠色）；無(wú)彩色（白色）。在這些色彩方案中，相較于其他顏色，藍(lán)色對(duì)心率上升的影響更為顯著。在不同狀態(tài)下，對(duì)照組（立位）的心率上升率顯著低于實(shí)驗(yàn)組（頭低位）的心率上升率，表明頭低位模擬的太空環(huán)境下心率上升率與對(duì)照組模擬的地面環(huán)境存在顯著差異。

3.3 討論

本次實(shí)驗(yàn)旨在探討不同色彩環(huán)境下站立位與頭低位之間的差異。根據(jù)生理數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)色彩對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的心率并無(wú)顯著影響，表明色彩對(duì)心率沒(méi)有明顯的干預(yù)作用。這一結(jié)論與部分研究成果是一致的[24]。盡管不同色彩環(huán)境對(duì)心率上升率的影響未表現(xiàn)出顯著性差異，但這并不意味著所有顏色的心理生理效應(yīng)完全相同。實(shí)際上，顏色對(duì)人的心理狀態(tài)和生理狀態(tài)的影響會(huì)受到其他因素的影響，如試驗(yàn)環(huán)境、光照條件、個(gè)體差異等。在后續(xù)研究中，可以進(jìn)一步考慮這些影響因素，并設(shè)定針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)條件來(lái)揭示顏色對(duì)應(yīng)的生理效應(yīng)。

另一方面，研究發(fā)現(xiàn)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(yùn)動(dòng)時(shí)頭低位環(huán)境對(duì)心血管系統(tǒng)產(chǎn)生較大負(fù)荷有關(guān)[38-39]。在頭低位狀態(tài)下，心臟需要克服重力，使血液返回到心臟，從而導(dǎo)致心率上升，并消耗更多的能量。

然而，從主觀數(shù)據(jù)分析來(lái)看，色彩對(duì)受試者的心理具有顯著影響。盡管如此，不同實(shí)驗(yàn)組別之間的交互性作用并沒(méi)有顯著影響，說(shuō)明頭低位與立位條件下受試者對(duì)顏色的感受是相似的。此外，在運(yùn)動(dòng)色彩環(huán)境舒適度這個(gè)方面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示頭低位組（實(shí)驗(yàn)組）比站立位組（對(duì)照組）感受到更高的舒適度。本研究還發(fā)現(xiàn)，在鍛煉空間中，暖色系（如紅色、黃色）更容易調(diào)動(dòng)人的運(yùn)動(dòng)欲望和積極性。這與許多關(guān)于色彩對(duì)鍛煉影響的研究結(jié)果是一致的[15-17]。

綜合以上分析，可以得出以下結(jié)論：雖然色彩對(duì)心率并無(wú)顯著影響，但在鍛煉空間中，它確實(shí)能夠顯著地影響人的心理狀態(tài)、舒適度，以及運(yùn)動(dòng)意愿。因此，在設(shè)計(jì)鍛煉空間時(shí)，應(yīng)充分考慮色彩環(huán)境的選擇，特別是暖色調(diào)，以提高運(yùn)動(dòng)者的舒適度和積極性。同時(shí)，針對(duì)不同的鍛煉環(huán)境，也應(yīng)提供適宜的色彩方案來(lái)提高使用者的體驗(yàn)舒適度。

4 設(shè)計(jì)實(shí)踐

4.1 空間站鍛煉區(qū)色彩設(shè)計(jì)策略與方法

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析得知白色在空間內(nèi)能夠顯著提升運(yùn)動(dòng)的色彩環(huán)境舒適度，黃色對(duì)運(yùn)動(dòng)的欲望有顯著影響，故鍛煉區(qū)的色彩環(huán)境營(yíng)造將以實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果作為色彩設(shè)計(jì)的依據(jù)，即色彩設(shè)計(jì)的來(lái)源。在色彩布局與規(guī)劃中，遵循一般性原則與方法進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)收集了健身房圖片和現(xiàn)有空間站圖片作為設(shè)計(jì)參考，來(lái)指導(dǎo)色彩設(shè)計(jì)風(fēng)格與規(guī)劃。本研究旨在實(shí)現(xiàn)理論色彩、設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)參考的有機(jī)整合，進(jìn)而提高空間站鍛煉區(qū)的色彩環(huán)境舒適度并激發(fā)運(yùn)動(dòng)欲望，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)實(shí)踐目標(biāo)。色彩設(shè)計(jì)策略如圖9所示。

4.2 鍛煉區(qū)構(gòu)成與布局

同樣的空間環(huán)境條件下，設(shè)備設(shè)施空間布局的不同，給人的視覺(jué)感受也會(huì)不同[1]。所以健身區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能地創(chuàng)造出功能最全面、空間利用最合理、環(huán)境最宜人的健身環(huán)境。結(jié)合形式美的一般性法則對(duì)健身區(qū)進(jìn)行布置設(shè)計(jì)以滿足功能需求、美學(xué)要求、心理需求、身體需求。同時(shí)，考慮航天員在靜態(tài)時(shí)和動(dòng)態(tài)時(shí)的尺寸，以安全距離和最小距離進(jìn)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(fèi)及考慮健身時(shí)所必須的最小范圍。

圖9 鍛煉區(qū)色彩設(shè)計(jì)策略

健身區(qū)作為航天員太空活動(dòng)的重要一環(huán)，其活動(dòng)內(nèi)容也較為豐富，主要有：空間環(huán)境、燈光組件、硬件設(shè)施、各類標(biāo)識(shí)、裝飾元素等。通過(guò)對(duì)鍛煉區(qū)環(huán)境、運(yùn)動(dòng)器械、鍛煉需求等分析，將設(shè)計(jì)元素一一羅列布局，首先考慮將不同功能的器械進(jìn)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(gè)單獨(dú)的空間，通過(guò)腰部的柔索固定設(shè)備將人固定于中間開(kāi)展運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)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

4.3 在軌鍛煉區(qū)色彩設(shè)計(jì)方案

鍛煉區(qū)色彩方案設(shè)計(jì)的主要目的在于營(yíng)造健身氛圍，提供良好的健身空間視覺(jué)環(huán)境，以提升運(yùn)動(dòng)積極性、效率等。結(jié)合實(shí)驗(yàn)取得的色彩及色彩設(shè)計(jì)原則（如色彩的和諧性、功能性、色彩與照明的協(xié)調(diào)性等）。鑒于黃色對(duì)運(yùn)動(dòng)欲望有較大的影響，因此將其作為空間裝飾的點(diǎn)綴色以提升運(yùn)動(dòng)空間的色彩功能需求。白色對(duì)運(yùn)動(dòng)色彩環(huán)境舒適度有較大影響，更適合作為大面積的空間環(huán)境色，以提升整體的空間運(yùn)動(dòng)色彩環(huán)境舒適度并帶來(lái)明亮通暢的視覺(jué)效果。通過(guò)這樣的搭配方案，以達(dá)到營(yíng)造舒適的健身氛圍、提供良好的健身空間視覺(jué)環(huán)境、提升運(yùn)動(dòng)積極性及運(yùn)動(dòng)效率的目的。

故本次案例將選取實(shí)驗(yàn)暖色環(huán)境中的黃色和無(wú)彩色的白色進(jìn)行深入設(shè)計(jì)。最終的色彩方案見(jiàn)圖11。

圖11 鍛煉區(qū)方案最終效果展示

5 總結(jié)

自載人航天時(shí)代起，對(duì)太空失重環(huán)境的生理與心理效應(yīng)防護(hù)始終是航天員健康保障的重心。盡管在軌防護(hù)的鍛煉設(shè)備與設(shè)施逐步完善，其他輔助鍛煉設(shè)備也得到補(bǔ)充，但仍無(wú)法充分滿足綜合防護(hù)效果的需求。本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段，探討了運(yùn)動(dòng)色彩環(huán)境對(duì)舒適度、運(yùn)動(dòng)意愿和心理影響的關(guān)系，提煉了適用于航天特殊環(huán)境的鍛煉區(qū)色彩設(shè)計(jì)及優(yōu)化路徑，并通過(guò)案例應(yīng)用驗(yàn)證了其可靠性。研究成果有助于增強(qiáng)航天員在軌鍛煉時(shí)的色彩環(huán)境舒適度、激發(fā)運(yùn)動(dòng)意愿、提高空間可視性，從而獲得優(yōu)質(zhì)的運(yùn)動(dòng)鍛煉空間環(huán)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(shù)量有限，在實(shí)驗(yàn)時(shí)沒(méi)有考慮到不同性別之間的個(gè)體差異。也未充分考慮人體生理生態(tài)學(xué)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(yīng)和生態(tài)適應(yīng)性。實(shí)驗(yàn)主要關(guān)注短期反應(yīng)，未能充分評(píng)估長(zhǎng)期生理和心理影響。基于實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)及色彩樣本影響，實(shí)驗(yàn)色彩范圍局限于地面商業(yè)健身房的主流色彩，缺乏現(xiàn)有空間站及相關(guān)密閉隔離環(huán)境的色彩樣本。色彩樣本主要采取網(wǎng)絡(luò)爬取和聚類的方式，未對(duì)聚類后每個(gè)色彩的明度、飽和度和對(duì)比度進(jìn)行進(jìn)一步論證。因此在后續(xù)的研究中將會(huì)把這些因素考慮在內(nèi)并繼續(xù)優(yōu)化及完善。

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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(guó)家自然學(xué)科基金項(xiàng)目（52375269）；國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金藝術(shù)學(xué)一般項(xiàng)目（20BG115）；湖南省教育廳科學(xué)研究?jī)?yōu)秀青年項(xiàng)目（23B0962）