模擬航天器睡眠艙色彩環境對乘員情緒的影響研究

姚文豪，姚湘，許活鵬，周家慷，江奧

模擬航天器睡眠艙色彩環境對乘員情緒的影響研究

姚文豪，姚湘，許活鵬，周家慷，江奧

（湘潭大學，湖南 湘潭 411105）

研究不同情緒刺激下睡眠艙色彩環境對乘員情緒的影響規律。對30名受試者（男15人、女15人）分別進行了中性、負性2種VR情緒影片的情緒誘發，之后在VR環境中進行模擬睡眠艙色彩環境體驗，完成主觀情緒評價，同時采集受試者在色彩環境中體驗時的20通道腦電信號；對主觀情緒評價進行方差分析，并對腦電信號進行預處理，分析α、β頻帶的腦電信號能量。主觀情緒評價顯示，在色彩環境舒適度上，不同色彩環境（冷色、暖色、無彩色）呈現顯著性差異（=0.000<0.05）；在情緒緩解度上，不同色彩環境（冷色、暖色、無彩色）呈現顯著性差異（=0.000<0.05）。腦電信號顯示，冷色環境下額葉區和頂葉區的α波左右腦葉平均功率比值最低，而暖色環境最高；冷色環境下顳葉區的β波左右腦葉平均功率比值最低，而暖色環境最高。在狹小、密閉的模擬航天器睡眠艙環境下，色彩環境對于受試者的情緒調節作用在生理狀態和心理感受上都能得到顯現，并且其主觀感受和客觀生理數據分析結果在一定程度上能夠達到擬合。其中藍色環境、綠色環境、白色環境主客觀值表征的情緒狀態最好，更能有效改善和形成良好的情緒狀態。最后經模擬航天器睡眠艙色彩設計實踐，驗證了航天器睡眠艙色彩設計優化策略的可行性及可靠性。

色彩環境；情緒緩解；腦電信號；主觀情緒評價；模擬航天器睡眠艙；航天員

睡眠是人類不可缺少的一種生理活動，與人體健康有著密切關系，良好的睡眠對于保持身心健康、認知和工作表現至關重要。然而，相關研究表明睡眠一直是載人航天任務中普遍存在的問題[1-2]。在多次載人航天實踐的基礎上，中國越來越重視宇航員的在軌睡眠問題，并將其視為中長期航天中保持人類作業能力的關鍵因素之一[3]。NASA等航天組織針對未來長期的載人航天飛行，提出了睡眠艙的研究計劃，指出要從提高航天器的適居性方面展開研究，同時需要開展基礎生理以及航天特因環境對睡眠影響機制的研究，包括提高在軌睡眠環境的舒適度以及提供積極的情緒和心理支持等策略[4-5]。色彩設計是空間適居性設計的重要內容，而且是情緒調節和心理干預的重要因素。因此，以色彩設計為載體，情緒為中介，系統性地開展睡眠艙色彩設計研究是載人航天器人機界面設計的重要課題。

1 色彩與情緒

情緒（Emotion）來源于拉丁文中的“movere”一詞，與動機（motivation）同源[6]。應用心理學百科全書對情緒的定義是：情緒是發生在應對特定的物理和社會應激時，一種短暫的、有生物學基礎的認知、主觀體驗、生理改變和社會交際的形式[7]。研究證明，睡前的情緒活動會影響當晚的睡眠質量，具體表現為不同睡眠階段以及睡眠微結構會發生細微改變[8]。情緒與睡眠質量關系的研究主要集中于負性情緒的影響，研究表明睡眠質量與負性情緒呈顯著負相關，即隨著負性情緒的增加，睡眠質量趨于下降；在積極情緒對睡眠質量影響研究中發現，積極情緒對睡眠質量也有直接的影響，積極的心理狀態能夠顯著地促進睡眠質量的提升[9]。情緒與睡眠質量的影響是雙向的：情緒能夠顯著影響睡眠質量，睡眠質量又反作用于情緒[10]。因此，發揮情緒的調節作用，對形成良好睡眠具有重要意義。

色彩是作為感知世界的自然屬性出現的，它幾乎會出現在日常生活中所能看見的任何物體上，是生活中必不可少的環境元素之一。環境色彩會對人—機—環境系統的運作效率以及人員的身心健康產生影響，因此也是人因工程研究的關鍵要素。

研究表明色彩會對人類的心理功能、生理狀態和行為表現等產生影響，如在工作環境中，暖色會使人心理上出現興奮、積極的情緒，冷色會使人心理上出現冷靜、壓抑等情緒[11]。環境色彩對人的影響主要與色彩的含義有關，在漫長的時間長河中，人類對色彩產生了各種聯想和感受，如情緒感、空間感、冷暖感、重量感、軟硬感等[12]。綠色可以喚起最積極的情緒反應，并與放松、平靜和幸福相關，紅色環境被認為是刺激和分散注意力的，與抑郁相關[13]。藍色和綠色環境下的感知體驗與幸福感相關，并對低刺激參與者具有減壓作用[14]，藍色環境還會使人產生昏昏欲睡的效果[15]。另一項研究則指出了不同色相會影響人的心率，如在紅色和黃色環境條件下會增加心率，藍色環境下會增加參與者的放松和平靜感[16]。在視覺復雜的紅色或彩色房間工作會使大腦進入更興奮的狀態，導致心率減慢和超負荷[17]。綜上，工作環境中的色彩對人的情緒既會產生積極的影響，也會產生消極的影響[18-20]，在不同環境中合理地使用色彩可以使人員獲得積極的情緒狀態，對視覺工作能力產生積極影響，并增加舒適度[21-24]。

在載人航天任務中，航天員的睡眠時間和睡眠質量會受到微重力、隔離、單調重復、高度警惕性工作負荷等因素的綜合影響，在這種特殊環境因素的影響下，航天員極其容易產生焦慮、抑郁、恐懼等各種負性情緒[25-27]。針對航天員在軌睡眠問題，吳斌等[4-5]人提出了７種太空飛行中睡眠障礙的對策，包括改善睡眠環境、設計合理的在軌“工作-休息”時間表、藥理學干預、光處理、心理支持、乘員選拔和培訓、中醫藥等措施。而目前國內外研究對于載人航天空間情緒適居性理論構建，以及如何實現或調節情緒以滿足情緒適居性要求等方面鮮有涉獵。本研究從色彩設計角度出發，旨在通過模擬航天情緒刺激源，研究載人航天器睡眠艙不同色彩環境對乘員形成良好情緒的作用差異，構建一種較為客觀的情緒適居性色彩評估方法，從而提高睡眠艙適居性，為乘員提供積極的心理對抗措施，并為睡眠艙等狹小、隔離密閉環境提供色彩設計參考。

2 研究程序與方法

在實驗情境中研究情緒，可以主要概括為３個方面：情緒誘發，情緒測量以及情緒分析。色彩與情緒的實驗方法可以認為是情緒的測量方法，目前常用的情緒測量方式主要包含主觀體驗，生理測量以及行為測量3個層面[28-29]。本研究選用主觀體驗（主觀問卷）和生理測量（腦電信號）相結合的方式進行情緒的測量與分析。此外，情緒誘發也是情緒實驗的重要內容，實驗采用VR場景的形式進行中性情緒和負性情緒的誘發[30]。

2.1 情緒誘發實驗

招募30名在校大學生，其中男生15人，女生15人，年齡為20～25歲，均為右利手，視力正常，無精神病史。所有受試者在進行實驗之前均已簽署實驗知情同意書。參考Gross評定情緒影片片段的原則篩選實驗材料，共收集中性及負性情緒刺激片段各9段[31]，視頻平均長度為60 s～90 s[32]。

在正式開始實驗前，向受試者解釋實驗過程，隨后為其戴上VR頭盔，之后為受試者平復情緒（靜息3 min）。實驗共分為2組，每組9個試次，分別為：中性情緒刺激片段9個；負性情緒刺激片段9個。為防止不同情緒之間的干擾，中性刺激和負性刺激試次分別單獨依次進行，組內情緒刺激片段依次隨機出現。受試者觀看情緒刺激片段后，對該試次的情緒刺激進行效價（Valence）和喚醒度（Arousal）的行為學評分，評分等級均為1～7，實驗流程見圖1。

方差分析（Analysis of Variance，簡稱ANOVA）是一種常用的統計方法，用于比較兩個或多個樣本均值之間的差異是否顯著。其中，統計量是方差分析的核心指標之一。它是組間方差與組內方差的比值。值越大，表示組間方差相對于組內方差的差異越明顯，即不同組之間的均值差異較大。值是用于檢驗統計假設的概率指標。在方差分析中，如果值小于事先設定的顯著性水平（通常為0.05），則認為觀察到的差異在統計學上是顯著的，即認為組間均值存在顯著差異。將實驗數據進行分類整理，對電影種類進行方差分析，發現不同電影種類對效價（=1511.309，=0.000<0.05）、喚醒度（=157.204，=0.000<0.05）均具有顯著性差異。

對中性情緒電影片段以及負性電影片段分別進行方差分析，發現中性電影對效價無顯著性差異（= 0.890，=0.535>0.05），負性電影對效價無顯著性差異（=1.746，=0.079>0.05）。中性電影對緩解度無顯著性差異（=1.885，=0.054>0.05），負性電影對緩解度無顯著性差異（=0.900，=0.526>0.05）。中性電影的效價評分為（=4.49，=0.66），喚醒度評分為（=5.27，=0.92），負性電影的效價評分為（=2.13，=0.82），喚醒度評分為（=6.10，=0.80），其中，代表平均值，代表標準差，數據評分結果見表1。

綜上分析，不同情緒電影種類存在顯著性差異，同類型電影不同片段之間無顯著性差異，即選取的影片片段能夠較好地激活受試者情緒，使受試者情緒狀態處于中性情緒/負性情緒中，可作為實驗的情緒誘發材料進行試驗。

圖1 情緒誘發實驗流程

表1 兩種情緒材料的效價和喚醒度的評分結果

Tab.1 Scoring results of valence and arousal of two emotional materials

2.2 正式實驗

2.2.1 志愿者

招募35名在校大學生，男性18名，女性17名，年齡為20～25歲，所有受試者均為右利手，無心腦血管疾病及精神病史，視力和色覺都正常，并進行了包括傾斜試驗在內的身體檢查。在研究之前的一個星期，受試者避免過度飲酒、咖啡因、處方藥和吸煙。大約一半的參與者在早上（08：00—12：00）完成了測試，其余的受試者在晚上（18：00—22：00）完成了測試。在正式實驗前向受試者介紹實驗過程及注意事項，所有志愿者均簽署了實驗知情同意書。

2.2.2 色彩樣本

色彩樣本來源于網絡調研，通過網絡爬蟲進行色彩圖片爬取?？紤]睡眠艙空間密閉、隔離等特點，色彩圖片從各國際空間站睡眠艙、極地科考站睡眠艙、飛機高鐵睡眠艙以及9大房屋租賃網站（臥室色彩）等相似環境進行檢索爬取。經過篩選處理，最終得到500張色彩意向圖片[24]。參考PAMLER和SCHLOSS[33]選取顏色樣本的方法，將收集到的500 張色彩意向圖片按照最大色相比例進行分類，分別為：紅色（R）、橙色（O）、黃色（Y）、綠色（G）、青色（C）、藍色（B）、紫色（P）以及灰色（GR）。

K-means算法是基于距離的聚類算法，是一種在給定的數據點集合中找到“K”個簇的優化算法，其特點在于同一聚類的簇內的對象相似度較高，不同聚類的簇內的對象相似度較低。因此研究使用K-means算法對圖像像素點進行聚類，以得到色彩圖片的主體顏色，代表明度，代表紅綠分量，代表黃藍分量，Hue代表色相色。顏色提取流程見圖2。

在Python中導入需要的相關庫（Pillow，Matplotlib，Numpy，Collections，Scikit-learn，Pandas，Webcolors，Math，Json，Argparse），構造K-means聚類器進行聚類，對于每幅圖像設定5個顏色簇，并將其作為該幅圖像的調色板，圖像顏色量化結果見圖3。

低飽和、高明度的色彩會使人感到更加放松、舒適?；诖嗽瓌t，在各色相中選取最低飽和度且最高明度的色彩，共計得到8種色彩樣本。此外，目前建筑空間大多采用純白色。由于色彩圖片及提取原因，純白色樣本未被提取，故增加一種純白色樣本，共計得到9種色彩樣本，見表2。

2.2.3 VR模擬環境搭建

這項研究以中國空間站核心艙睡眠區環境為原型，選取在軌航天器單獨艙段作為睡眠區，并參考相關國際空間站環境構造及配置要求進行空間創意方案構建。

睡眠區被劃分為7個空間，其中6個空間為面積等大的睡眠艙，面積大約為3 m3，可供6人同時使用。每個艙室配備1個舷窗，受空間結構因素影響并結合乘員居住環境面積因素，艙室內部空間呈梯形。中間部分為走廊，是乘員公共活動空間。最終創意方案睡眠艙環境構建，見圖4。

圖2 色彩聚類流程

圖3 K-means聚類色彩可視化

表2 環境色彩樣本

Tab.2 Environmental color samples

圖4 睡眠艙空間環境構建

依據上述選定的顏色樣本，利用3D渲染軟件進行場景附色渲染，構建VR模擬睡眠艙環境，最終效果見圖5。

2.2.4 實驗流程

實驗在某大學虛擬仿真實驗室完成，實驗室具備電磁屏蔽條件，環境安靜封閉，溫度適宜。腦電信號采集設備使用QUICK-20干電極多導聯EEG系統，該設備采用國際標準的10～20布局，共23個電極位置（20通道+參考線+2個接地線）。公共參考點位于A1，通過耳夾電極獲取。

在正式實驗開始之前，向受試者解釋實驗過程及相關注意事項，隨后為盡可能模擬在軌航天環境中航天員的狀態，要求受試者進行–6°頭低位臥床實驗[27]，約30 min，在此期間受試者需要平靜情緒。頭低位臥床活動結束后，為受試者戴上腦電設備、VR頭盔，隨后實驗正式開始。實驗過程需要受試者在實驗過程中保持相對安靜和靜止，為保證VR體驗沉浸感，實驗在黑暗環境中進行，見圖6。

圖5 睡眠艙色彩環境

正式實驗分為2組（中性組和負性組），每組9個試次，為防止不同情緒間的干擾，正性和負性試次單獨進行。在每個試次中，受試者先觀看VR情緒誘發片段（預實驗中影片片段，60 s～90 s），隨后進入VR模擬睡眠艙色彩環境體驗（30 s），體驗后進行主觀問卷評價[34]。主觀評價結束后，試次之間會讓受試者休息并平復情緒，受試者休息好后繼續進行下一試次的實驗，直到實驗結束。實驗的程序在Unity游戲引擎內編寫，實驗流程見圖7。

2.2.5 數據采集與處理

本實驗共有35位受試者參與，其中5位受試者在實驗過程中部分實驗數據未完整采集，因此最終得到30份受試者的主觀問卷評價和腦電數據，其中男性受試者和女性受試者各15位。

受試者在實驗過程中難免會受到來自環境或自身生理活動的干擾，導致腦電數據出現各種偽跡，因此需要對采集的腦電信號進行預處理，包括降采樣、去除帶通濾波和空間濾波以及其他生理信號偽聲等。同時為定量分析受試者的腦電數據，還需將時域特征轉化為頻域特征，并導出不同頻段下的腦電波功率值，腦電信號數據在Brain Vision Analyzer 2.2軟件中進行處理與分析。受試者的主觀問卷評價在IBM SPSS 17.0軟件進行統計分析，分別對舒適度、緩解度進行多因素方差分析，其中組內因素為情緒狀態（中性情緒/負性情緒），色彩環境（紅/橙/黃/綠/青/藍/紫/灰/白），性別（男/女）。

2.2.6 分析方法

行為學評價指標包括睡眠艙色彩環境對情緒的緩解度以及艙室色彩環境的舒適度。情緒緩解度是指作業人員在應激狀態下，色彩環境對作業人員的情緒緩解程度，用以形容情緒改善水平[35-36]。色彩舒適度是指色彩環境所誘導產生的視覺舒適的主觀狀態，并且可以通過視覺感受轉化為一定程度的心理感受，用來描述對當前色彩環境滿意的心理狀態[37-38]。研究量表采用7級李克特量表。對于舒適度，“1”代表非常不舒適，不舒適程度漸漸減輕，“4”代表中性，舒適程度漸漸增加，“7”代表非常舒適；對于緩解度，“1”代表非常不緩解，不緩解程度漸漸減輕，“4”代表中性，緩解程度漸漸增加，“7”代表非常緩解（中性情緒下代表積極情緒的增加）。

不同頻率的腦電波代表了不同情緒的表征，許多神經心理學研究報告都指出了腦電圖信號和情感之間的關聯性[39]。人類的大腦皮層被分為額葉、顳葉、頂葉和枕葉等部分，每個部分負責接收不同的信息。前額皮質被認為是情緒的中樞，前額皮層參與意識、情緒和動機的活動；顳葉部分則負責情感、語言、聽覺以及記憶的處理。

圖6 實驗環境

圖7 實驗流程

研究指出α頻帶的變化在兩個大腦半球造成的差異性表現常常與情感的產生有關，如右額葉的相對變化常表現為恐懼、厭惡等負面情緒或刺激的產生；而左額葉的相對變化與中性或者積極情緒的產生相關[40]。β波的變化也與效價有關，它與情緒的喚醒度更為密切。研究發現不同喚醒度刺激下各腦區的β波能量發生了變化，在較高的喚醒程度時大腦的顳葉β波能量明顯增加[41]。因此，在探討不同愉悅度與腦電信號的相關性時，可以將額葉區、頂葉區的α波波形視為主要的觀察目標；在探討不同喚醒度與腦電信號的相關性時，可以將顳葉區的β波形視為主要的觀察目標。

在情緒研究方面，通常用左、右大腦半球波形能量的差異性來表現不同的情感，從而提出了一個備受關注的大腦半球效價假設。這個假設表明，正性的、趨近的情緒在前額的左側起作用，而負性的、與退縮有關的情緒在右側的前額進行處理[42-44]。由于腦的活動與波的能量成反比關系，波的能量越低，腦部的活動就越活躍，所以在積極情緒時，左額波的能量會下降，而消極情緒時右額波的能量會下降。因此通過分析額葉、頂葉α波的左右腦電平均功率值比值來對愉悅度做分析，通過分析顳葉區β波的左右腦電平均功率值比值來對喚醒度做分析[39]。

3 結果

3.1 主觀問卷評價結果

3.1.1 舒適度分析

對色彩環境、性別、情緒狀態3個自變量進行多因素方差分析。在舒適度方面，不同的色彩環境（= 15.398，=0.000<0.05）有顯著性差異，其余自變量及各項之間的交互作用均無顯著性差異（>0.05）。

對色彩環境變量進行事后比較，發現橙色環境相對于其他色彩環境均具有顯著性差異，且舒適度得分最低（=3.350，=0.144）；藍色環境相對于綠色和白色環境無顯著性差異，相對于其他色彩環境均表現出顯著性差異，且舒適度得分最高（=5.317，= 0.144）。各色彩環境對舒適度的均值影響，見圖8。

圖8 不同色彩環境下舒適度得分

將色彩環境按照暖色（紅色、橙色、黃色）、冷色（綠色、青色、藍色、紫色）、無彩色（灰色、白色）分類整理，對色彩環境進行方差分析，發現色彩環境（=16.210，=0.000<0.05）呈顯著性差異。對色彩環境進行事后比較，發現暖色環境（=4.313，=0.077）對冷色環境（=4.929，=0.077）及無彩色環境（=4.708，=0.109）呈顯著性差異，且舒適度評分低于冷色環境和無彩色環境，冷色環境與無彩色環境之間無顯著差異。3種色彩環境得分，見圖9。

圖9 不同環境類別下舒適度得分

通過分析可知，不同色彩環境下受試人員的舒適度有顯著性差異，冷色和無彩色環境在舒適度評分上優于暖色環境，其中藍色環境、白色環境以及綠色環境評分均達到5分以上，舒適性較好。不同性別以及不同情緒狀態對舒適度評分無影響。

3.1.2 緩解度分析

在緩解度評分上，不同的色彩環境（=15.925，=0.000<0.05）有顯著性差異；不同的情緒狀態（=5.756，=0.017<0.05）有顯著性差異；不同的性別（=5.125，=0.024<0.05）有顯著性差異。自變量之間的交互作用無顯著性差異（>0.05）。

在緩解度評分上，對不同的情緒狀態進行事后比較，中性情緒較負性情緒均值差值為（=–0.237，=0.099）；對不同的性別進行事后比較，男生較女生均值差值為（=–0.223，=0.099）。其中，MD代表平均差。對色彩環境進行事后比較分析，發現橙色環境相對于其他色彩環境均具有顯著性差異，藍色環境相對于綠色和白色環境無顯著性差異，相對于其他色彩環境均表現出顯著性差異，且舒適度得分最高（=5.367，=0.156）。各色彩環境對緩解度的均值影響，見圖10。

將色彩環境按照暖色（紅色、橙色、黃色）、冷色（綠色、青色、藍色、紫色）、無彩色（灰色、白色）分類整理，對色彩環境進行方差分析，發現色彩環境（=19.442，=0.000<0.05）呈顯著性差異。對色彩環境進行事后比較，發現暖色環境（=4.150，=0.083）對冷色環境（=4.879，=0.083）及無彩色環境（=4.617，=0.118）呈顯著性差異，且緩解度評分低于冷色環境和無彩色環境，冷色環境與無彩色環境之間無顯著差異。3種色彩環境得分，見圖11。

圖10 不同色彩環境下緩解度得分

圖11 不同環境類別下緩解度得分

通過分析可知，不同色彩環境、不同情緒狀態、不同性別間受試人員的緩解度均有顯著性差異，冷色和無彩色環境在緩解度評分上優于暖色環境，其中藍色環境、白色環境以及綠色環境緩解度評分均達到5分以上，緩解度較好。

3.2 腦電數據結果

3.2.1 α波平均功率值對比

在中性情緒下，男性以及女性的額葉區冷色環境功率比值最?。?0.65，=0.108），無彩色環境次之（=0.66，=0.083），暖色環境（=0.72，=0.11）最高；男性以及女性的頂葉區無彩色環境（=0.72，=0.055）功率比值最小，冷色環境（=0.81，= 0.14）次之，暖色環境（=0.88，=0.09）最大。

在藍色環境下，男性及女性的額葉及頂葉區腦電功率比值最低，愉悅性最好，白色環境次之。中性情緒下不同色彩環境左右腦區α波相對腦電功率比值，見圖12。

圖12 中性情緒下不同色彩環境α波相對腦電功率比值

在負性情緒下，男性以及女性的額葉區冷色環境（=0.78，=0.09）功率比值最小，無彩色環境次之（=0.69，=0.06），暖色環境（=0.77，=0.04）最高；男性以及女性的頂葉區冷色環境（=0.86，=0.094）功率比值最小，無彩色環境（=0.99，= 0.10）次之，暖色環境（=1.08，=0.142）最大。

在藍色環境下，男性及女性的額葉及頂葉腦電功率比值最低，愉悅性最好，白色、綠色環境次之。負性情緒下不同色彩環境左右腦區α波相對腦電功率比值，見圖13。

圖13 負性情緒下不同色彩環境α波相對腦電功率比值

3.2.2 β波平均功率值對比

在中性情緒下，男性以及女性的顳葉區冷色環境（=0.73，=0.139）功率比值最小，無彩色環境（=0.77，=0.114）次之，暖色環境（=0.85，=0.12）最高。

在藍色及綠色環境下，男性及女性的額葉及顳葉區腦電功率比值最低，喚醒度最好，白色環境次之。中性情緒下不同色彩環境左右腦區β波相對腦電功率比值，見圖14。

在負性情緒下，男性以及女性的顳葉區冷色環境（=0.78，=0.179）功率比值最小，無彩色環境（=0.80，=0.20）次之，暖色環境（=0.90，=0.143）最高。

圖14 中性情緒下不同色彩環境β波相對腦電功率比值

在藍色環境下，男性及女性的額葉及顳葉區腦電功率比值最低，喚醒度最好，白色、綠色環境次之。負性情緒下不同色彩環境左右腦區β波相對腦電功率比值，見圖15。

圖15 負性情緒下不同色彩環境β波相對腦電功率比值

3.2.3 討論

通過對受試者的行為學指標和腦電信號分析可知，主觀情緒評價和客觀腦電信號分析結果在一定程度上能夠達到擬合：受試者腦電信號表征的愉悅度和喚醒度越高，其在睡眠艙室色彩環境中感受到的情緒緩解度和視覺舒適度越高，即色彩環境對于受試者的情緒調節在生理狀態和心理感受上都具有一定作用。

在中性情緒狀態下，冷色環境和無彩色環境在主客觀表征值上整體優于暖色環境，其中藍色、白色、綠色環境相較于其他色彩環境，主客觀值表征的情緒狀態更好，更能有效保持或形成良好的情緒狀態；在負性情緒狀態下，冷色環境和無彩色環境在主客觀表征值上整體優于暖色環境，其中藍色、白色、綠色環境相較于其他色彩環境，主客觀值表征的情緒狀態更好，更能有效改善其負性情緒狀態。

暖色系色彩往往會給人前進、膨脹的感受，冷色系色彩則給人后退、收縮的感受，例如在狹小的艙室空間中涂上淺藍色會顯得空間更為寬敞[45]。有多項研究表明色彩中的藍、綠色能夠使人感到舒適、放松、冷靜和涼爽，能夠在一定程度上緩解焦慮水平[46-50]，而橙色、黃色則會刺激情緒，使人興奮[51]。在另一項空間站衛生區情緒適居性的色彩設計研究中，暖白色被認為是生理信號反應最優的色彩數據[52]。

上述研究結論與本文的實驗結果是相似的，因此，在狹小、密閉的睡眠艙環境下，藍色、綠色、白色的色彩環境適居性較好，能夠緩解乘員的負性情緒或形成一個良好的情緒狀態，可作為航天器睡眠艙環境色彩進行設計與搭配。

4 設計實踐

4.1 載人航天器睡眠艙色彩設計優化策略

載人航天器睡眠艙色彩設計的優化策略是在航天任務需求下，通過實驗模擬航天環境情緒刺激源，從生理信號和主觀感受2個方面綜合分析得出適合航天器睡眠艙的色彩環境，并將其作為載人航天器睡眠艙色彩設計的依據。艙室類色彩設計方法一般從一般性原則開展，通過分析自身特點，為睡眠艙色彩設計提供指導意見。研究將實驗得到的理論色彩與航天器睡眠艙色彩設計原則有機結合，從而保證設計的有效性與可靠性。載人航天器睡眠艙色彩設計優化策略，見圖16。

本次設計實踐案例以載人航天器睡眠艙色彩設計為例，將文中實驗結果應用于睡眠艙設計中，案例選取冷色環境中的藍色環境以及無彩色環境中的白色環境對色彩設計優化策略進行驗證。

4.2 載人航天器睡眠空間方案設備布局

在進行載人航天器睡眠艙色彩設計時，由于設備空間布局的不同，其呈現的視覺效果也會有所差異，因此需要考慮環境配置要素。因此，為保障乘員健康生活，有效休息，載人航天器睡眠艙應具備以下基本功能：滿足基本的照明需求；應設睡眠休息區，保證寢具設施完善；應設收納區，能夠對衣物、私人物品以及電子娛樂設備進行存儲和收納；在睡眠時能夠接收緊急通知，并且具備通信功能；具備為電子娛樂設備提供能源和相關信息的保障功能[53]。

在進行空間布局方案構建時，應考慮色彩設計布局形式。由于載人航天器睡眠艙面積較小，空間狹窄，因此在進行空間布局設計時，應盡可能使空間劃分更為整體，從而使色彩更加連貫，營造大空間感覺。同時由于睡眠艙整體功能以睡眠、休息為主，因此應避免過多裝飾性元素的設計，減少環境色彩對乘員不必要的情緒影響。最終空間方案布局，見圖17。

圖16 載人航天器睡眠艙色彩設計優化策略

圖17 載人航天器睡眠艙空間方案設備布局

4.3 載人航天器睡眠艙色彩設計方案

載人航天器睡眠艙色彩方案主要為乘員提供積極的情緒支持以及舒適的睡眠環境，從而保證乘員的生理和心理健康。將實驗取得的理論色彩應用于睡眠艙環境中，并結合睡眠艙色彩設計原則進行深入和優化。睡眠艙色彩設計應保證色彩協調，協調的色彩不會刺激人的視覺感官，可以讓乘員在視覺和思維活動上感到舒適、愜意。睡眠艙較為狹小，色彩應發揮其面積或體積的視覺調整作用，使用統一性色彩，擴大視覺空間。此外，在確定整體環境色調之后，應在統一的色彩空間中尋找變化，豐富色彩層次，如增加一些暖色、對比色、重色的使用。最終色彩方案，見圖18。

4.4 設計評價

在進行色彩設計評價時，采用專家評價法，邀請5名航天色彩和人因工程領域的專家以及5名相關專業研究人員對設計方案進行評估。評價過程以VR模擬睡眠艙色彩環境的體驗展開，之后進行問卷調查，問卷等級為7分制，問卷評價指標為色彩環境的情緒適居性以及舒適性。采用模糊綜合評價法對方案進行量化，并由專家賦予權重集：情緒適居性（0.6）；舒適性（0.4），最終結果見表7。

根據模糊綜合評價法的結果來看，2種色彩方案的綜合得分都接近6分，評價結果較優，驗證了色彩設計優化策略的可靠性與可行性。

圖18 載人航天器睡眠艙色彩方案

表3 色彩方案評價結果

Tab.3 Evaluation results of color scheme

5 結語

睡眠問題正逐漸成為航空航天醫學一個新的研究前沿，針對未來長期的載人航天飛行任務，保證乘員良好的睡眠和休息對于順利完成飛行任務具有重要意義。本文通過實驗分析了載人航天器虛擬睡眠艙色彩環境對乘員的情緒影響，得出了適合航天特因環境的睡眠艙環境色彩，并提出了一種載人航天器睡眠艙色彩設計的優化策略，最后經設計實踐對載人航天器睡眠艙色彩設計優化策略進行了驗證。研究為促進航天員適應太空環境，提高環境舒適性以及處理情緒相關問題提供了策略支持，對狹小、隔離密閉等相似環境的色彩設計也具有一定參考價值。

由于受客觀條件限制，研究仍有一些不足之處，如：實驗過程中所模擬的載人航天器睡眠艙環境距真實環境還有一定差距；實驗人員的身體素質與心理特征相較于航天員之間存在一定差異；受實驗時長和色彩樣本限制，研究只分析了中性情緒和負性情緒下的乘員情緒影響變化，缺少正性情緒下的影響研究。因此，在后續研究中將把這些因素考慮在內，優化和完善課題研究。

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Effect of Color Environment in Simulated Spacecraft Sleeping Capsule on Crew Emotion

YAO Wen-hao, YAO Xiang, XU Huo-peng, ZHOU Jia-kang, JIANG Ao

(Xiangtan University, Hunan Xiangtan 411105, China)

The work aims to study the effect of color environment in sleeping capsule on crew emotion under different emotional stimuli. 30 subjects (15 men and 15 women) were respectively induced by neutral and negative VR emotional films, and then experienced the color environment of the simulated sleeping capsule by VR technology to complete the subjective emotional evaluation. 20 channel EEG signals of subjects experiencing the color environment were collected. Variance analysis was carried out on subjective emotion evaluation, and EEG signals were preprocessed to analyze the EEG signal energy of α and β frequency bands. Subjective emotional evaluation showed that: in terms of color environment comfort, different color environments (cold color, warm color, colorless) showed significant differences (=0.000<0.05); and in terms of emotional relief, different color environments (cold color, warm color, colorless) showed significant differences (=0.000<0.05). EEG signal displayed: The average power ratio of left and right lobe of inferior frontal lobe and parietal lobe under α wave was the lowest in cold color environment, and the highest in warm color environment. The average power ratio of left lobe and right lobe in inferior frontal lobe under β wave was the lowest in cold color environment and the highest in warm color environment. In the narrow and closed simulated spacecraft sleeping capsule environment, the emotional regulation of the color environment on the subjects can be reflected in their physiological state and psychological feelings, and their subjective feelings and objective physiological data analysis results can be fitted to a certain extent. Among them, the subjective and objective values of blue environment, green environment and white environment are the best, which can effectively improve and form a good emotional state. Finally, the feasibility and reliability of the optimization strategy for the color design of the spacecraft sleeping capsule are verified through the simulation of the color design practice of the spacecraft sleepingcapsule.

color environment; emotional relief; EEG signal; subjective emotional evaluation; simulated spacecraft sleepingcapsule; astronaut

TB472

A

1001-3563(2023)14-0060-13

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.14.006

2023–02–16

國家社會科學基金藝術學一般項目（20BG115）；湖南省教育廳優秀青年項目（21B0110）

姚文豪（1998—），男，碩士生。

姚湘（1982—），男，博士。

責任編輯：藍英僑