服裝視錯圖案對人體視覺和自主神經(jīng)系統(tǒng)的影響

王佳寧， 劉成霞，2， 永井伸夫， 柚本玲， 周 澳

(1. 浙江理工大學(xué) 服裝學(xué)院， 浙江 杭州 310018； 2. 浙江理工大學(xué) 服裝數(shù)字化技術(shù)浙江省工程實驗室， 浙江 杭州 310018； 3. 文化學(xué)園大學(xué) 機能研究室， 東京 新宿 179-0021)

視錯設(shè)計指通過幾何排列、成像規(guī)律等手段，制作有視覺欺騙作用的圖像，達到魔術(shù)般的效果。近年來，視錯設(shè)計被廣泛應(yīng)用到服裝中，主要用于修飾體型[1]，或在櫥窗設(shè)計中引人注意[2]。目前的研究多處于應(yīng)用階段，尚缺少用客觀手段表征視錯圖案對人體視覺或自主神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的具體影響。

國內(nèi)外的學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，自主神經(jīng)系統(tǒng)活動是情緒反應(yīng)的主要組成部分[3]。HESS等[4]發(fā)現(xiàn)當被試者看到愉快的圖像時，瞳孔直徑增大；看到不愉快的圖像時，瞳孔直徑減小。然而，NEUHUBER等[5]的研究則表明：當交感神經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)位置(即感到不舒適時)，瞳孔直徑會增大；當副交感神經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)位置(即感到舒適時)，瞳孔直徑會減小。BRADLEY等[6]發(fā)現(xiàn)，對于高覺醒的視覺刺激，無論該刺激令人愉快還是不愉快，都會導(dǎo)致瞳孔擴張和皮膚電導(dǎo)反應(yīng)增加，而對于像Stroop任務(wù)的復(fù)雜認知范例來說，瞳孔會因不一致的刺激產(chǎn)生擴張[7]。可見，瞳孔和心率的指數(shù)能夠在一定程度上反應(yīng)人類的情緒變化，但結(jié)論尚存在分歧。另外，視錯設(shè)計形成的刺激對人們的自主神經(jīng)系統(tǒng)、瞳孔直徑、主觀感受等造成的影響，以及主客觀影響間的關(guān)系，還沒有得到具體的實驗驗證。

針對上述問題，本文首先制作有視錯圖案的半身裙；其次利用眼動儀和筋·心電計，在隨機播放半身裙圖像時，記錄被試者瞳孔直徑、注視點、心電圖R-R間期、交感和副交感神經(jīng)系統(tǒng)變化等客觀參數(shù)；最后結(jié)合主觀評價，綜合研究視錯圖案對人體產(chǎn)生的影響，研究結(jié)果可為視錯設(shè)計在紡織服裝中的應(yīng)用提供一定的理論參考，以期通過面料圖案的設(shè)計提高服裝陳列效果。

1 實驗部分

1.1 前期準備

實驗樣衣為一款帶視錯圖案的半身裙，該圖案是日本文化學(xué)園大學(xué)柚本玲教授在第51回學(xué)內(nèi)研究發(fā)表會上報告的最具代表性的一款。其特征為具有較細的黑白條紋，且其寬度比為1∶1；半身裙前中線為凸紋；整個裙擺的設(shè)計圖案被16等分，將這款半身裙作為實驗組Pic1；對照組是采用與實驗組相同面料及版型制作而成的灰色純色裙Pic2和格紋裙Pic3。此外，還利用紅、黃、藍3種顏色兩兩排列組合，填充Pic1制成3款彩色視錯裙，分別為：以藍為底、紅為線的Pic4藍紅款，以黃為底、藍為線的Pic5黃藍款和以紅為底、黃為線的Pic6紅黃款(如圖1所示)。因光照強度對瞳孔直徑有直接影響，為避免誤差，利用照度計調(diào)整背景顏色，使每幅圖像的照度相同，均為137.4 lx。

圖1 實驗用半身裙Fig.1 Skirts used for experiment

為客觀表征視錯圖案對人體視覺和自主神經(jīng)系統(tǒng)的影響，利用日本NAC公司EMR-dStream型眼動儀，測量瞳孔直徑等視覺數(shù)據(jù)，其檢出方法為瞳孔角膜反射法，分解能為0.1 mm；采用日本KISSEI COMTEC公司的MQ-16型筋·心電計，測試心電圖參數(shù)等自主神經(jīng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，這款無線型便攜式肌電儀，比傳統(tǒng)測量儀器更小更輕便，且對參試人員造成的負擔(dān)和壓力也更小。

1.2 實驗設(shè)計

被試者為20名裸眼及矯正視力在0.7以上(國際視力指數(shù))且沒有眼疾的學(xué)生，平均年齡為24.3歲。其中中國人和日本人各占一半，且兩國被試者男女比例均為1∶1。要求被試者沒有酗酒等不良習(xí)慣，且在睡眠充足、心情舒適的狀態(tài)下參與實驗。

實驗分為2個部分：在正式實驗前，被試者需在恒溫恒濕室(溫度25 ℃，相對濕度60%)靜坐20 min適應(yīng)環(huán)境。在被試者的鎖骨(負極)、第4、5根肋骨之間(正極)以及腰部(地面)粘貼心電計指示標。隨后進行第1部分測試，被試者在眼動儀開始工作前靜止3 min，此時筋·心電計已經(jīng)開始記錄心電圖數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)作為基準值。眼動儀隨機呈現(xiàn)6款半身裙圖像，每幅圖像停留1 min，用于比較不同錯視圖案對人產(chǎn)生的影響。

第1部分測試結(jié)束之后，請被試者填寫主觀評價問卷。這段時間同時用作休息時間，以緩解眼部疲勞。該問卷效仿POMS簡明心境量表[8]，設(shè)計適用于本文的官能評價量表，用于評估被試者的心境狀況，將人們對視錯服裝的主觀評價具體化。該量表由6組對立的形容詞組成，包括：焦慮-放松、厭惡-喜歡、眩暈-清醒、沮喪-愉快、疲乏-精神和無聊-有趣。其程度用從“-2”到“2”的5個等級量化(以無聊-有趣為例，“-2”表示非常無聊；“-1”表示有點無聊；“0”表示既不無聊也不有趣；“1”表示有點有趣；“2”表示非常有趣)，且負值表示交感神經(jīng)興奮，正值表示副交感神經(jīng)興奮。

第2部分測試方法與第1部分基本一致，不同點為將3條裙子同時放在1個界面：先將Pic1、Pic2、Pic3從左到右依次排列，隨后打亂順序，探索注視時間的影響因素是位置還是圖案；再按照與前者相同的排列位置將Pic1換成Pic5，探索視錯圖案的色彩對被試者的關(guān)注度有無影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 主觀評價

為探究被試者對每幅圖像的評價分布情況，計算了20名被試者對量表中各項目評價結(jié)果的均值以及總均值和標準差，如表1所示。經(jīng)檢驗，樣本數(shù)據(jù)標準差較小，表明離散程度較小。

表1 官能評價均值Tab.1 Average of sensory evaluation

由表1可知，視錯裙Pic1“有趣”項得分最高。純色裙Pic2的“放松”、“清醒”等正性量值最大的同時，其“無聊”的負性量值也是最大的，表明純色裙能使人感到舒緩，但對人的吸引力較弱。就Pic1(黑白視錯裙)、Pic2(灰色純色裙)、Pic3(格紋裙)3款由黑、白、灰組成的圖像而言，雖Pic1有5項負性量值評分在3款中最低(即更讓人不適)，但另外1項正性量值的評分在3款中最高(即更有趣)。Pic5黃藍款的“焦慮”、“眩暈”等負性量值最大，但在“有趣”的正性量值上有明顯的轉(zhuǎn)變，與黑白視錯款的變化趨勢相同。類似的，其他顏色的視錯款也有相同的趨勢，但純色款和格紋款沒有，可見這種“有趣”的效果極可能是視錯設(shè)計所獨有的。因此在服裝設(shè)計及陳列上，可通過增加視錯元素，提高消費者的關(guān)注度。

為了解主觀評價是否受性別和國籍的影響，采用獨立樣本T檢驗的方法，分析中國人和日本人，以及性別對實驗結(jié)果有無顯著差異。在中國人和日本人的組別中，t統(tǒng)計量對應(yīng)的概率p值為0.106>0.05，因此可認為中國人和日本人的主觀評價無顯著差異，即官能評價不受國籍的影響。在男性和女性的組別中，t統(tǒng)計量對應(yīng)的概率p值為0.618>0.05，因此可認為男性與女性的主觀評價無顯著差異，即官能評價不受性別的影響。因此在后續(xù)研究中，不再專門對國籍和性別進行比較。

最后，通過表1中6組官能評價的總均值，量化主觀舒適度的整體水平。各圖像按照正性量值為舒適的原則，根據(jù)總均值(即主觀舒適感)由大到小進行排序為：Pic2、Pic3、Pic4、Pic1、Pic6、Pic5，且標準誤差較小，表明樣本值穩(wěn)定、無特殊變異。從數(shù)值前的正負號來看，均值為正的只有Pic2純色裙和Pic3格紋裙，結(jié)合表1分量值可知，這2款的“清醒”、 “放松”、“喜歡”等正性量值得分較高，使得均值為正。4款視錯裙均值得分為負，是由于其“焦慮”、“厭惡”、“眩暈”等負性量值得分較高，但是，人們在觀看視錯裙易產(chǎn)生緊張、焦慮的同時，也會產(chǎn)生有趣之感，而純色裙和格紋裙則易使人產(chǎn)生普通、無聊之感；因此在視錯服裝的選擇與應(yīng)用時，可參考主觀感受的結(jié)論，進行適配設(shè)計。

2.2 客觀評價

2.2.1 眼動儀測試結(jié)果與分析

1)瞳孔直徑(Pupil Diameter，PD)：瞳孔直徑被廣泛應(yīng)用于心理學(xué)研究，用于評估情緒和認知過程[9]。圖2示出了20名被試者的PD均值。由圖可知，PD的大小排序依次為Pic2、Pic3、Pic4、Pic1、 Pic5、Pic6。對比可知，此排序與2.1節(jié)主觀評價的排序基本一致，排在最前面的都是純色裙Pic2，其次是格紋裙Pic3，再是各種視錯裙。說明在觀看使人焦慮、厭惡等情緒的視錯裙時，被試者的瞳孔直徑PD明顯小于能使人放松、愉快的純色裙和格紋裙，這一現(xiàn)象與HESS[5]的研究結(jié)果(當被試者看到愉快的圖像時，瞳孔直徑增大)具有良好的一致性。

圖2 不同圖案對人瞳孔直徑的影響Fig.2 Effect of different patterns on pupil diameter

由PD排序可知4款視錯裙令人不快程度由小到大的排序為Pic4、Pic1、Pic5、Pic6，這是由于Pic4藍紅視錯款的視覺沖擊力較小，令人產(chǎn)生的情緒波動較??；Pic1的黑白視錯款和Pic5的黃藍視錯款的條紋與底色為對比色，具有較強的視覺沖擊力，因此讓人情緒激動，但黃藍色沖擊力更強，因此Pic5更讓人不快；Pic6紅黃視錯款的條紋和底色屬于暖色調(diào)，明度較高，更易使人感到不快，因此瞳孔直徑最小。對比2.1節(jié)主觀評價的排序可知不一致的為Pic5和Pic6。這是由于Pic6的RGB(Red, Green, Blue)值中R值較高，即暖色調(diào)明度較強，可能會造成瞳孔直徑的誤差。

2)注視點：AOI(Area of Interest)解析是眼動儀分析的常用方法，可統(tǒng)計被試者在自定義興趣區(qū)域內(nèi)的注視情況?？紤]到眼動儀無法記錄眨眼時的數(shù)據(jù)，且每位被試者的眨眼頻率各有不同，因此本文通過注視時間百分率(區(qū)域注視時間/總注視時間×100%)和注視頻率(區(qū)域注視頻數(shù)/總注視頻數(shù)×100%)來衡量各圖像的差異。

在第1部分測試中，純色款和格紋款的注視軌跡較集中，且位于中心位置，視錯款的注視軌跡較分散。表明視錯圖案會使人產(chǎn)生興趣，從而吸引觀察者去注視更多的位置。表2示出了在第2部分的測試中，被試者分別對放置在左邊、中間和右邊的裙子產(chǎn)生的注視時間百分率及注視頻率。其數(shù)據(jù)分為2組：Pic1、Pic2、Pic3為一組(簡稱PicⅠ組)；Pic2、Pic3、Pic5為一組(簡稱PicV組)。

表2 不同位置的注視時間百分率與注視頻率Tab.2 Fixation time and count ratio of different positions

由表2可知，PicI組中間位置的平均注視時間百分率和注視頻率均大于PicV組。由此可見，彩色視錯款Pic5比黑白視錯款Pic1更能分散被試者對中心部分的注意力。

此外，對比Pic1與Pic5在同一位置時所在圖像的差異(每人有左中右3組位置對比，共60組)，有40組數(shù)據(jù)顯示Pic5的注視時間百分率大于Pic1，平均差值為5.08%。可見，彩色視錯款Pic5比黑白視錯款Pic1更吸引人。隨后，分別列出以不同位置(左、中、右)和不同圖案(純色、格紋、視錯)為組的注視時間百分率，利用SPSS軟件中的單因素方差分析，檢驗位置和圖案對注視時間百分率產(chǎn)生的影響，結(jié)果如表3所示。

表3 不同位置和圖案的單因素方差分析結(jié)果Tab.3 ANOVA of different positions and patterns

由表3可知，擺放位置和圖案對注視時間影響的F統(tǒng)計量對應(yīng)概率p值均近似為0，表明擺放位置和圖案均對注視時間產(chǎn)生了顯著影響。對比F值發(fā)現(xiàn)，擺放位置的F值比圖案的F值更顯著大于1，表明擺放位置比圖案對注視時間的影響更顯著。

在Turkey事后多重比較中，左中和右中位置的概率p值近似為0，即差異顯著，但左右位置的概率p=1.000>0.05，即無顯著差異；純色、視錯和格紋兩兩比較概率p值均近似為0，即三者互呈顯著差異性。因此，同一圖像放置在不同位置的差異大于同一位置放置不同圖像的差異，且放置在左側(cè)和右側(cè)沒有明顯差異。可在陳列設(shè)計等實際應(yīng)用時，先設(shè)計視錯元素的位置，再設(shè)計圖案。

3)熱點圖：通過熱點圖可直觀地看出被試者注視的主要部分，顏色越紅表明注視時間越長、頻率越高。圖3示出了純色款Pic2在左、格紋款Pic3在中、黑白視錯款Pic1和黃藍視錯款Pic5在右時的不同熱點分布。圖中數(shù)字為裙代碼，其中“1”為Pic2，“2”為Pic3，“3”為Pic1，“4”為Pic5。

圖3 視錯裙熱點圖對比Fig.3 Contrast heat-map picture of illusion.(a)123-1; (b)123-2; (c)123-3; (d)124-1; (e)124-2; (f)124-4

由圖3(c)、(f)可知，Pic5的紅色部分(圖中已用矩形標出)明顯較Pic1多，Pic1的紅色區(qū)域幾乎沒有。同時，由圖3(b)、(e)可知，Pic5削減了所在圖像中心部分的熱點分布，再次驗證了Pic5比Pic1更引人注目。因此在設(shè)計視錯服裝時，可通過增強色彩來吸引消費者。

2.2.2 筋·心電計結(jié)果與分析

心率變異性(heart rate variability，HRV)是反映自主神經(jīng)系統(tǒng)(autonomic system，ANS)活性的重要指標。將測得的心電圖通過Bimtus II軟件，截取HRV有效區(qū)間，再利用傅里葉函數(shù)轉(zhuǎn)換為R-R間期、高頻帶(high frequency，HF)和低頻帶(low frequency，LF)作為客觀指標。其中，R-R間期表示一次心跳周期的時間，用來表征心跳速度，R-R間期越長，心跳速度越慢；LF反映交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)的活性，HF反映了副交感神經(jīng)的活性，因此交感神經(jīng)活性可以用LF/HF的值來表示[10]。

表4示出了以靜止3 min的數(shù)據(jù)作為基準值100%，觀看不同圖像時R-R間期、HF和LF/HF實驗測量值的百分率均值及標準差?？梢娫谧灾魃窠?jīng)系統(tǒng)ANS中，R-R間期的差異相對較小，且其百分率在6幅圖像中均小于基準值，表明這6幅圖像均能使被試者心跳加快；交感神經(jīng)與副交感神經(jīng)變化程度較大且成明顯的互逆關(guān)系，HF百分率僅在Pic2和Pic3顯示大于基準值，表明僅這2幅圖像使人感覺平靜，而LF/HF百分率僅在Pic2小于基準值，表明只有Pic2使人感覺平靜。

表4 自主神經(jīng)系統(tǒng)測量結(jié)果Tab.4 Result of autonomic nervous system

可見ANS各指標間存在一定差距，因此本文以Pic2純色款為對照基準，其余5幅圖像與Pic2的差值絕對值為感覺變化程度的大小，綜合圖4中3個指標的均值比較6幅圖像間的差異，得到感覺變化程度由小到大的排序為Pic2、Pic3、Pic4、Pic1、Pic6、Pic5。由ANS邏輯關(guān)系[5]可知，格紋款和視錯款均使人R-R間期縮短，心跳加快，交感神經(jīng)活躍，副交感神經(jīng)消極，其中視錯款使人產(chǎn)生的變化程度均大于格紋款。通過對比可知該排序結(jié)果與2.1節(jié)主觀評價排序完全一致，再次證實了上述各圖像的描述特征。同時，心率實驗的測試結(jié)果能夠更直接、更準確地反映視錯裙對人體機制造成的客觀影響，既是對客觀評價的驗證，也是對主觀評價的輔證。

2.3 主觀評價與客觀評價結(jié)合

綜合2.1節(jié)主觀評價與2.2節(jié)客觀評價的結(jié)果，得到以純色裙Pic2為對照基準的最終排列順序為Pic2、Pic3、Pic4、Pic1、Pic6、Pic5，且令人產(chǎn)生情緒變化的程度從左到右依次遞增，舒適度依次遞減(為方便統(tǒng)計，用整數(shù)1～6依次對應(yīng)舒適度的排列順序，例如純色款Pic2的舒適度排序為1)。同時，本文發(fā)現(xiàn)最終的排序與主觀評價結(jié)果完全吻合，再一次證明客觀指標是主觀情緒的反映。隨后，求出每幅圖像主客觀評價結(jié)果間的Pearson相關(guān)系數(shù)，選取顯著性p值小于0.05的指標。表5示出了6幅圖像主客觀評價具有顯著相關(guān)性的描述特征，包括主客觀評價一一對應(yīng)的指數(shù)及二者的相關(guān)系數(shù)。在客觀評價中，R-R間期的增大與減小表示心跳的減慢與加快，HF值增大表示副交感神經(jīng)興奮，LF/HF值增大表示交感神經(jīng)興奮。

表5 6幅圖像主客觀評價結(jié)果Tab.5 Subjective and objective evaluations of six images

由表5可知，視錯裙令人厭惡、眩暈的同時，也使人感到有趣，客觀反應(yīng)表現(xiàn)為瞳孔直徑減小、R-R間期縮短、LF/HF值增大和HF值減小。例如 Pic4越使人厭惡，HF值就越小，即副交感神經(jīng)活動越消極，二者相關(guān)系數(shù)為0.644。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，視錯圖案使交感神經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)位置，按照NEUHUBER的研究結(jié)果此時瞳孔直徑應(yīng)該擴張[6]，但本文的研究結(jié)果(瞳孔直徑的變化)與HESS的發(fā)現(xiàn)[5]完全一致，即視錯圖像使人不愉快、瞳孔直徑隨之減小?？梢越忉尀?，自主神經(jīng)系統(tǒng)需要在瞳孔接受刺激后傳輸給心臟，再由心臟傳輸給大腦自主神經(jīng)活動，因此視覺系統(tǒng)的反應(yīng)更快，從而瞳孔直徑變化與自主神經(jīng)系統(tǒng)活動有所差異。該結(jié)論為后續(xù)關(guān)于視錯服裝的研究提供一定參考價值。

3 結(jié) 論

文章利用主客觀評價相結(jié)合的方法，將服裝視錯圖案對人體產(chǎn)生的影響形象化、具體化。通過視錯裙對人體視覺和自主神經(jīng)系統(tǒng)影響以及主觀感受的研究。得到如下結(jié)論：

1)視錯圖案會使人有“焦慮”、“眩暈”、“厭惡”等不適感的同時，也產(chǎn)生“有趣”之感，且能起到引人注目的作用。

2)瞳孔直徑與自主神經(jīng)系統(tǒng)的活動，能在一定程度上反映主觀情緒的變化。在觀看視錯圖案時，人體的客觀反應(yīng)為：瞳孔直徑減小、R-R間期縮短(心跳加快)、LF/HF值增大(交感神經(jīng)活躍)，HF值減小(副交感神經(jīng)消極)等。

3)視錯圖案的擺放位置對人的吸引力大于圖案設(shè)計。這可為陳列設(shè)計等實際應(yīng)用提供一定指導(dǎo)：在引入視錯元素使之引人注意的同時，首先需要考慮的是擺放位置，其次為圖案設(shè)計。