摘要 中國館藏繪畫文物作為中國傳統(tǒng)文化的重要載體，是我們堅定文化自信的關鍵支撐?？紤]到繪畫文物價值的傳遞，博物館照明不僅需要考慮文物保護，還須提升觀眾視覺體驗，尤其是在不同照明條件下對繪畫的偏好度感知。該研究在天津大學實驗艙模擬博物館真實光環(huán)境，根據(jù)中國館藏繪畫特征選取了具有代表性的冷色調(diào)、暖色調(diào)以及中性色調(diào)繪畫作為實驗對象，從環(huán)境照度（E）、光源保真度（Rf）、光源飽和度（Rg）3方面參數(shù)設置照明工況，選取30名觀察者通過主觀評價實驗獲取了不同照明工況下對不同色調(diào)繪畫的偏好度評分。結(jié)果顯示，提高環(huán)境照度有利于提升觀察者對于3種繪畫的偏好度。對冷色調(diào)和暖色調(diào)繪畫而言，當環(huán)境照度較低時，繪畫的偏好度隨Rf增加而增加，反之，兩者呈負相關。而中間色調(diào)繪畫的偏好度在3種照明工況下均隨Rf的增加而降低，相比之下，Rg對觀察者偏好度的影響最低。通過多元線性回歸分析，建立針對不同色調(diào)繪畫的偏好度計算模型，即基于3個照明參數(shù)預測中國繪畫的偏好度評分，該模型為優(yōu)化館內(nèi)繪畫文物的照明設計提供依據(jù)。

關鍵詞 博物館照明;館藏繪畫;偏好度;照明設計

中圖分類號：TU113.6" DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2025-02-015

Calculation model for lighting quality of Chinese paintings in museums

DANG Rui， ZHAO Ruixue， TAN Huijiao

（Tianjin Key Laboratory of Building Physical Environment and Ecological Technology/ School of Architecture， Tianjin University， Tianjin 300072， China）

Abstract As an important carrier of traditional Chinese culture， China’s collection of paintings and cultural relics is the key support for our firm cultural confidence. Considering the transmission of the value of paintings and cultural relics， museum lighting not only needs to consider the protection of cultural relics， but also to enhance the visual experience of the audience， especially the perception of the preference of paintings under different lighting conditions. This study simulated the real light environment of the museum in the experimental chamber of Tianjin University， and selected representative cold-tone， warm-tone and neutral-tone paintings as the experimental objects according to the characteristics of the paintings in the Chinese collection， and set the lighting conditions in terms of the environmental illuminance E， the fidelity of the light source Rf， and the saturation of the light source Rg， and selected 30 observers to obtain the preference scores of paintings of different colours under different lighting conditions through the subjective evaluation experiments. The results showed that increasing the ambient illuminance was favourable to the painting of different hues under different lighting conditions. The results show that increasing the ambient illuminance is conducive to increasing the observers’ preference for the three kinds of paintings; for warm and cool paintings， when the ambient illuminance is low， the preference for paintings increases with the increase of Rf value. Conversely， the two were negatively correlated. The preference for mid-tone paintings decreased with increasing Rf for all three lighting conditions; in contrast， Rg had the lowest effect on observer preference." Through multiple linear regression analysis， a preference calculation model for paintings with different colour tones was established， the preference scores of Chinese paintings were predicted based on three lighting parameters. The model provides a basis for optimising the lighting design of paintings and cultural relics in the museum.

Keywords museum lighting; paintings in the collection; visual preference; lighting design

中國館藏繪畫文物存量巨大，內(nèi)容豐富，是中國文化傳承的重要載體^［1］。出于對文物的保護，博物館繪畫展廳的光環(huán)境具有色溫低、照度低等特點^［2］。隨之帶來的是展廳空間中昏暗的照明環(huán)境，嚴重降低了觀眾的體驗感，進而影響繪畫文物價值的傳遞。因此，在進行文物保護的前提下，需要以提升觀眾視覺體驗為目，進行館內(nèi)照明環(huán)境設計^［3］。其中，偏好度是衡量觀眾對照明條件的重要主觀評價標準，反映了觀眾對照明條件的偏好程度^［4］。目前，量化評估不同照明參數(shù)下觀眾對館藏繪畫的偏好度，是亟待解決的問題。

通過對國內(nèi)外研究動態(tài)梳理得知，Jost-Boissard采用并列配對比較法^［5］，發(fā)現(xiàn)CIECAM02統(tǒng)一顏色空間可以更有效地評估感知的顏色差異，基于色域的指數(shù)能夠很好地描述色彩的鮮艷度和飽和度，并且發(fā)現(xiàn)偏好度與基于色域的指數(shù)之間具有最好的相關性；Bhattacharjee等研究了在不同照明參數(shù)下，觀眾對館藏繪畫的偏好度變化^［6］，實驗結(jié)果表明，照明參數(shù)如色溫、照度等對觀眾的偏好具有顯著影響，隨著色溫的增加，觀眾的偏好度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢；Khanh研究了在博物館顏色質(zhì)量評價指標中的偏好度、生動度和自然度^［7］，建立了新的色彩質(zhì)量公式。然而，現(xiàn)有研究主要由國外學者完成，研究對象為油畫等西方文物類型。西方繪畫在色彩表達上注重寫實，中國館藏繪畫的色彩表達則相對含蓄，注重整體畫面顏色的協(xié)調(diào)統(tǒng)一^［8］。由此可知，中西方繪畫在色彩上存在顯著差異，相關結(jié)論并不相互適用。而現(xiàn)有研究很少從照明參數(shù)出發(fā)，探討其對中國繪畫的偏好度影響的量化規(guī)律。

本研究模擬低照度、低色溫的繪畫展廳環(huán)境，改變照明參數(shù)開展中國繪畫偏好度評分的主觀評價實驗，得到不同照明參數(shù)對繪畫的偏好度影響規(guī)律，并建立能夠?qū)ι鲜鲆?guī)律進行數(shù)學表征的模型，將數(shù)智技術與文物保護相結(jié)合^［9］，為優(yōu)化館內(nèi)繪畫文物的照明設計提供依據(jù)。

1 實驗概況

1.1 實驗光源

館藏繪畫文物的照明環(huán)境中包含環(huán)境照明和重點照明。考慮到展柜內(nèi)的重點照明因繪畫文物的高光敏感性須不高于50 lx^［10］，故環(huán)境照度（E）是館內(nèi)照明設計的重要環(huán)節(jié)。對于館內(nèi)照明光源的選擇，美國照明工程學會（Illuminating Engineering Society of North America， IES）提出的顏色質(zhì)量評價體系TM-30標準中，光源保真度（Rg）和光源色域指數(shù)（Rf）決定了光源的顯色質(zhì)量^［11］。其中，Rg指數(shù)衡量了顏色色域指數(shù)的改變，而Rf指數(shù)衡量了顏色偏移的改變^［12］。因此，本研究從E、Rf和Rg這3個照明參數(shù)的角度開展實驗。

由于文物安全等限制，真實展廳中不適合實驗。在天津大學全尺寸可調(diào)實驗艙中，我們搭建了模擬博物館真實光環(huán)境的文物展廳，作為實驗環(huán)境（見圖1）。該實驗區(qū)域平面8 m×8 m，高度4.2 m，僅使用人工照明，不涉及日光。根據(jù)中國館藏繪畫保護標準^［13］和LEDCube配光閾值，設定重點和環(huán)境照明光源的色溫為3 100 K^［14］。此外，重點照明照度為40 lx，環(huán)境照明的照度梯度設置為0、10、 38.2 lx。 為最大程度地囊括各種顏色質(zhì)量水平， 在Rf區(qū)間［80， 96］、 Rg區(qū)間［93，107］內(nèi)選取均勻梯度分布的12種光源光譜參數(shù)^［15-18］，并通過THOUSLITE LEDCube型LED光源進行照明工況的輸出。

1.2 繪畫樣本

從精神內(nèi)涵、文化表達和藝術表現(xiàn)上來看，寫意畫是中國館藏繪畫的重要組成部分^［19］。在中國寫意畫作中， 基于光譜反射率的色域指數(shù)標定可以幫助區(qū)分不同類型的館藏繪畫，即根據(jù)光譜位于555 nm兩側(cè)的面積和譜形來量化地對冷色、暖色、中性色進行區(qū)分和定義^［20］。其中，冷色調(diào)繪畫主要為淡綠，暖色調(diào)繪畫主要為淡黃，中性色調(diào)繪畫主要為墨底淡赭石。因此，代表性繪畫樣本的選擇需要滿足以下3點要求：①涵蓋中國館藏繪畫主要色系，保證實驗普適性；②包含清晰色塊，便于判斷顏色差異；③不同創(chuàng)作風格，避免畫風影響實驗結(jié)果^［21］。據(jù)此，選擇了3幅代表性繪畫作為本次實驗的冷色調(diào)、暖色調(diào)和中間色調(diào)繪畫樣本（見圖2）。實驗時將繪畫平放在燈箱中，同時在燈箱底部鋪上灰色吸光布以防止燈箱自身材質(zhì)的顏色及反射性對實驗結(jié)果造成影響。最后，在累計形成的108種評價工況（3幅典型繪畫，3種環(huán)境照度，12種光源光譜參數(shù)）下展開偏好度評價實驗。

1.3 被試選擇及問卷

30名觀察者參與了視覺感知評價試驗，男女比例為1∶1，均為天津大學在讀本科生和研究生，年齡分布在20～28歲，平均年齡為25歲，均通過了Ishihara色盲測試，視力或矯正視力正常。

被試通過觀察展柜內(nèi)繪畫，對畫面總體顏色外貌進行感知評價。對于每組工況，被試需要進行偏好度的評價。當使用連續(xù)量表研究1個問題時，只需給定連續(xù)數(shù)字量表端點的語義反應，就可以通過標度區(qū)間模型得到任何數(shù)字答案所對應的語義結(jié)果，從而有效提高實驗結(jié)果的準確性和普適性^［22］。Kalmijn等開發(fā)了一個使用不同語言標定的連續(xù)［0，10］數(shù)字量表端點的語義轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)庫^［23］，在本研究中，從中選擇了程度詞“verybad”和“very good”分別標定端點0和端點10，以設計視覺感受問卷。受試者在完成對每個工作條件的適應后，在印在紙上的上述連續(xù)［0，10］刻度上標記問卷評價值。

1.4 實驗過程

評價過程中，觀察者每日上午8∶00—11∶00和下午2∶00—4∶00參與實驗，以消除生物節(jié)律影響。被試到達博物館后，先適應低照度低色溫環(huán)境10" min，并換上黑色服裝減少反射干擾，期間可自由參觀。實驗步驟如下。

1）為避免順序效應，為每位被試制定特定打分順序。實驗前，亂序播放工況以熟悉樣本，并展示極端工況明確評價范圍。隨機抽取3個工況練習，確保理解打分要求。工況間休息2 min，以減輕疲勞。

2）被試坐至評價點，實驗者簡述流程及注意事項。

3）閉眼休息，實驗燈箱隨機切換光源。

4）30 s后睜眼適應，欣賞指定繪畫。

5）60 s后打分，30 s內(nèi)完成。

6）重復步驟2）、3）、4）直至完成所有光源評價。

7）為驗證可信度，隨機選擇4個工況復評。

8）每幅畫后休息5 min，防視疲勞。

9）每日完成1名被試實驗，約3 h。

10）更換被試，重復上述步驟，直至30名完成。

2 照明參數(shù)對偏好度影響規(guī)律

為確定不同風格顏色繪畫是否會對評價結(jié)果產(chǎn)生影響，對3幅畫的偏好度評價結(jié)果分別進行皮爾遜相關性分析（見表1）。皮爾遜相關系數(shù)^［24］（Pearson correlation coefficient）用來度量2個變量X和Y線性相關性的強弱，取值為-1到1。相關系數(shù)大于0代表變量之間正相關，小于0說明變量之間負相關。當被關聯(lián)量的皮爾遜相關系數(shù)絕對值越接近1，說明二者相關性越強^［25］。

3幅典型繪畫兩兩之間皮爾遜相關性指數(shù)均在0.8以下，證明3幅畫的評價結(jié)果的皮爾遜相關性較低，即對于不同色調(diào)類型的繪畫，人眼的偏好度感知是不同的。因此，需要將3幅畫的評價結(jié)果進行分開討論。

2.1 冷色調(diào)繪畫

從圖3可以看出，偏好度評分隨著環(huán)境照度的增加呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，即較高的環(huán)境照度對于增加冷色調(diào)畫面的偏好度有利。因此，在博物館展示場所的照明設計中，適當增加環(huán)境照度以降低照度對比度，可以提高文物的展示效果和視覺體驗，從而更好地吸引觀者的注意力。

Rf和Rg對冷色調(diào)繪畫偏好度的影響規(guī)律如圖4所示。對于不同的環(huán)境照度條件，Rf與偏好度評分的關系呈現(xiàn)出復雜性。在低環(huán)境照度條件下，增加Rf可以提高偏好度；而在高環(huán)境照度條件下，過高的Rf可能導致畫面效果寡淡和眩光問題，從而降低偏好度評分^［26］。在3種環(huán)境照度下，選擇Rg適中的光源可以更好地還原畫面的色彩，提高觀察者對冷色調(diào)繪畫的偏好度評分。

2.2 暖色調(diào)繪畫

對于暖色調(diào)畫面來說，隨著環(huán)境照度的增加，觀察者對其偏好度評分呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢（見圖5）。其中，當環(huán)境照度從0增加到10 lx時，暖色調(diào)畫面的偏好度評分變化不大。然而，隨著環(huán)境照度的繼續(xù)增加，暖色調(diào)畫面的色彩呈現(xiàn)和立體感得到進一步提升，由此提升了觀察者的偏好度。

如圖6（a）所示，在低照度條件下，增加Rf可以提高畫面偏好度；而在高照度條件下，過高的Rf會降低偏好度。其原因可能在于，在低照度環(huán)境下，暖色調(diào)繪畫的Rf提高，能夠掩蓋低照度環(huán)境中的一些缺陷和不足，進而提高偏好度評分。高Rf可能導致畫面效果刺眼和顏色過于熱烈，從而降低偏好度^［27］。如圖6（b）所示，選擇適中的Rg能夠更好地突出暖色調(diào)繪畫的色彩和細節(jié)，提高畫面的自然感和美感，提高觀察者對畫作的偏好度評分。

2.3 中性色調(diào)繪畫

對于中性色調(diào)畫面來說，隨著環(huán)境照度的增加，觀察者對其的偏好度呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢（見圖7）。然而，在3種不同的環(huán)境照度下，隨著Rf的增加和Rg的降低，中性色調(diào)繪畫的偏好度降低（見圖8）。其原因可能為，中性色調(diào)本身不具有強烈的情感屬性，相較于暖色調(diào)或冷色調(diào)，它們往往不容易引發(fā)觀眾的情感共鳴。隨著Rf的增加和Rg的降低，讓畫面中的色彩失去平衡，破壞畫面的整體和諧度，導致觀眾眼睛感到疲勞和不適等問題。

3 偏好度評價的計算模型

通過對照明參數(shù)影響偏好度的規(guī)律進行分析，發(fā)現(xiàn)沒有1個照明參數(shù)能夠單獨且準確地反映人眼的偏好度感知。因此，選取E、Rf、Rg 3個照明參數(shù)作為代表性指標，構(gòu)建了關于中國繪畫偏愛度的計算模型。

CP=C0+C1 E+C2 Rf+C3 Rg （1）

式中：CP表示繪畫偏好度的預測值；C0為常數(shù)項；C1、C2、C3表示需要擬合的3個回歸系數(shù)。在SPSS軟件內(nèi)，通過最小二乘法基于實驗光譜的E、Rf、Rg數(shù)據(jù)和偏好度的主觀評價結(jié)果，確定模型參數(shù)。冷色調(diào)、暖色調(diào)和中間色調(diào)的繪畫模型公式（2）、（3）、（4）所示，

CP冷=0.027E+0.016Rf-0.004Rg+4.179（2）

CP暖=0.014E-0.004Rf-0.009Rg+6.808（3）

CP中=0.026E-0.063Rf+0.028Rg+8.160（4）

為了驗證偏好度評價模型的計算準確性，利用配對t檢驗方法對計算值與評價值進行分析（見表2）。結(jié)果表明，冷色調(diào)、暖色調(diào)和中間色調(diào)繪畫的配對數(shù)據(jù)均未呈現(xiàn)出差異性（pgt;0.05）^［28］，這說明在這3種色調(diào)的繪畫中，計算值與評價值的匹配度較高，即模型的計算準確性較高。

4 結(jié)語

本研究在模擬博物館的真實環(huán)境中進行主觀評價實驗。根據(jù)中國館藏繪畫特征，選取了3種不同色調(diào)的代表性繪畫，從環(huán)境照度（E）、光源保真度（Rf）、光源色域指數(shù)（Rg）3方面參數(shù)設置照明工況。通過主觀評價實驗獲取了觀察者對于不同照明工況的偏好度評分?；谥饔^評價實驗結(jié)果，分析得到了不同照明參數(shù)對于不同類型繪畫偏好度的影響規(guī)律。結(jié)果顯示，提高環(huán)境照度有利于提升觀察者對于3種繪畫的偏好度。對冷色調(diào)和暖色調(diào)繪畫而言，當環(huán)境照度較低時，繪畫的偏好度隨Rf數(shù)值增加而增加，反之，兩者呈負相關。而中間色調(diào)繪畫的偏好度在3種照明工況下均隨Rf的增加而降低，相比之下，Rg對于觀察者視覺感知的影響最低，選擇適中的Rg數(shù)值可以更好地還原畫面的色彩，提高觀察者對繪畫的偏好度評分。

通過多元線性回歸分析，建立了冷色調(diào)、暖色調(diào)和中性色調(diào)繪畫偏好度評價模型。可以用于預測給定照明參數(shù)對不同色調(diào)繪畫的偏好度評分，為館藏繪畫文物照明設計提供實用方法。

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（編 輯 李 波）

基金項目：國家自然科學基金（52078331）；天津市杰出青年科學基金（20JCJQJC00200）。

第一作者：黨睿，男，教授，博士生導師，從事建筑光學基礎理論、技術創(chuàng)新、工程應用研究，dr_tju@163.com 。

通信作者：譚慧姣，女，博士，助理研究員，從事文化遺產(chǎn)保護性照明研究，jiaovver@163.com。