第一章 绪论
1.1课题背景及研究意义
情绪或情感是人类与生俱来的特征，使人对主观世界认知的大脑反馈，它可以作用并影响人类的生理和心理，情绪也是人的生命中最重要的组成部分。情绪由很多种，最常见的也是最常出现的有高兴、悲伤、惊讶、愤怒、恐惧等，每种情绪通常都伴随着身体和面部表情的变化，例如高兴时人的嘴角会上扬，而悲伤上眼角会有下垂等等。有些表情很容易被他人分辨出来，是因为它们对人的影响也较为激烈，在面部表情或肢体动作上很容易被人察觉，例如高兴、悲伤等；有些情绪只会有一些细微的变化，不容易让人察觉，例如嫉妒、羞耻等。 情绪也通常与人的性格和秉性有着很大的关系，它们之间会相互作用，相互影响，同一件事物对不同性格的人来说，产生的情绪也会差别很大[1]。情绪也按照是否生来具有区分，分为基本情绪和复杂情绪。基本情绪一般是与人类生存相关的，例如婴儿生下来就可以通过笑来表达自己很开心，使用哭来表达自己不开心。而像惊恐、嫉妒等情绪都是通过后天的学习才产生的情绪，这些情绪都属于复杂情绪[2]。
很久以前，人们就认识到情绪是人的大脑对客观世界认知的一种表达方式，也反映着人对客观事物的态度。虽然很多情绪都是外界刺激产生的，但它同样可以作用人体，通过影响人的行为改变客观世界，这就相当于一种人与客观世界之间的作用反馈机制，而情绪就是这个反馈机制的核心。
情绪是一把双刃剑，它可以是人生活中的调味剂，可以使生活变得丰富多彩，同样长期处于某种情绪中，或负面情绪中，会严重影响人类生理和心理健康，从而影响人类的正常生活，更有甚者会直接使人陷入严重的心理疾病，不仅危害自己，还会对社会产生负面影响[3]。
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1.2国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
在国外，智能家居系统被称为“Smart Home”，世界上有许多科技巨头公司和研究机构都看到其巨大的发展潜力，纷纷进入了该领域进行研究。在上个世纪 80 年代，在美国的康奈迪克州的哈特福市就建成了世界上第一座智能化大楼，并且从此出现了智能化建筑和智能家居概念。由于智能化建筑可以更便捷的控制和管理大型建筑物，使得其得到飞速发展。例如在20 世纪 80 年代中期，日本也建成了亚洲第一座智能化大楼。随后在 90 年代初，英国、法国、加拿大、瑞典等国都出现了大量的智能化建筑。1998年5月新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。在 2005 年出现的一个新闻让大众更深刻的认识到智能家居的意义，那就是美国微软的CEO 比尔盖茨斥巨资为自己修建的智能化的别墅。别墅内可以根据每个人的喜好自动调整灯光、温度，并且在每面墙的背后都隐藏的扬声器，可以跟随你的位置为你持续播放你喜欢的音乐，即便是在泳池里也是如此。别墅中的人机交互在当时也是极为先进的，触摸屏随处可见，每个人都配有一个随身的智能设备，可以直接控制别墅内的家居设备，并且其中集合着这大量的黑科技，使得居住人可以尽情享受生活而不必去人为管理繁重的家庭事物[14]。
而在很早以前，美国麻省理工学院的媒体实验室就已经成立了情感计算研究小组。小组从生理信号中提去了特征信息识别人类情绪取得成功，奠定了情感计算的基础，并且使用生理信号进行情感分析达到了很高的准确度[16]。之后德国的奥格斯堡大学计算机学院的 Wagner等人也从心率、皮电、肌电和呼吸信号提取了三种特征，尝试使用多个分类器对特征值进行分类识别情绪，也取得了不错的效果[17]。韩国的 Kim等人为了研发一种可以短时间的检测人情绪的系统，采集了多个被试者的生理信号，使用支持向量机算法对多个情绪进行分类识别，
它的准确度达到了 78.4%[18]。瑞士日内瓦大学的研究人员也使用影视资料诱发情绪的方法，采集了大量的生理信号数据，并采用多种分类器算法实现多模态的情感识别研究，也取得了显著的成果[19]。国际上还有众多的科学家和研究人员使用从生理信号中识别情绪的方法，都获得了比较满意的效果，说明这是一种行之有效的方法。
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第二章 生理信号采集与分析
2.1生理信号
人体有许多种生理信号，如心率、血压、脉搏、皮肤电阻、脑电波等，这些生理信号的变化是人体生理系统自我调节的结果，它可以很好的反应人体当前的各种状态，而且这种状态是不可隐瞒不可伪装的。所以我们可以通过观测这些生理信号的变化从而得知人身体状态的变化[20]。
大量可信的研究表明，情绪与生理信号之间有着密不可分的关系。情绪是人类的一种特性，它可以反应人当前的精神状态。当我们所能感觉到的情绪发生变化时，其实就是人体在大脑控制下的一系列的生理系统的自我调节的作用下产生的结果，表现在我们能理解的情绪上就是高兴、悲伤、恐惧等等。而在这一系列的调节活动中，大脑通过释放多种激素和神经电信号刺激机体做出反应，而这些反应就包括血压的升高和降低、心跳加速和减缓、皮肤汗液分泌等等。这些都是可以方便观测的生理信号变化，而且这些变化根据情绪的变化并不是杂乱无章的，而都是有规律可循的，那么我们就可以通过观测这些生理信号的变化从而检测并评估情绪的变化[21]。
2.1.1 皮肤电阻
皮肤电阻表示的是人体皮肤的导电能力。人体皮肤的汗液是良好的导体，其电阻也随着汗液的分泌增加而减少，这种反应称为皮电反应。当人体交感神经兴奋时，神经末梢刺激汗腺分泌汗液，而随之而来的汗液带来了的更多的无机盐，这些无机盐将汗液电解，使得皮肤电阻值更小，导电能力更强[22]。汗腺的活动除了受体内体外温度影响，还与人体的生理心理活动有关，因此皮肤电阻可以作为一个衡量指标，用于衡量情绪唤醒度和一些心理活动的强弱程度。正常情况下，皮肤电阻值会在某一个固定值附近上下波动，但如果人体收到外界的刺激，或者有情绪上的波动，皮肤电阻会减小。因此，皮肤电阻的变化也被作为评判情绪变化的标准之一。虽然很难同通过皮肤电阻评测具体的情绪变化，但在多种指标的参考下，其变化可以帮助确定情绪之间的关系。
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2.2生理信号采集
生理信号的采集使用一套完全自研系统进行，这套生理信号采集系统包括一个 Arduino手环、一台 Android 手机终端和服务器。手环负责采集和发送原始生理数据，手机负责将数据整合并上传服务器并从服务器获取处理后的情感信息，服务器负责收集测试者的生理信号数据并分析处理得到被试者的情绪结果。
2.2.1 Arduino 手环
如图 2.2 所示，Arduino 手环由一块 Arduino nano 开发板、Grove-GSR sensor 皮肤电阻传感器、HK-1606 反射式红外心率传感器和电源线或电池组成。Arduino nano 板是一个体积小、具有高度可开发性、性能较好、具有多个输入输出端和自带低功耗蓝牙透传功能等特点，非常适合作为手环的控制器。Grove-GSR sensor 皮肤电阻传感器是当前比较流行的一款灵敏的可以穿戴的皮肤电阻传感器，
传感器上有两个指套，指套内分别有一个电极，可以将两个指套分别带在被试者的相邻的两根手指上。当被试者情绪发生变化时，该皮肤电阻传感器就可以检测到皮肤电阻的变化。HK-1606 反射式红外心率传感器是一款采用红外线检测人体手指指尖血窖变化的，反应脉搏波的光学传感器，它的信号输出稳定，并且无需外加滤波器，使用极为方便。
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3.1环境心理学 .................... 17
3.2音乐对情绪的影响 .......................... 18
3.3光线对情绪的影响 ........................... 24
第四章 情绪调节模型 ......................... 28
4.1情绪模型介绍 .......................... 28
4.1.1 基本情感论的情感模型 ............... 28
4.1.2 维度空间论情感模型 ..................... 29
第五章 情绪调节系统的实现 ........................ 42
5.1系统设计背景和目的 ........................... 42
5.2系统需求和设计架构 ............................ 43
第五章 情绪调节系统的实现
5.1系统设计背景和目的
近年来智能家居越来越多的走进人们的生活，它可以连接家中的各种设备，如电视、空调、电灯、安防系统等等，提供智能调节或开关灯、远程通话、防盗报警、环境监测和室内温度调节等功能，并且这些功能可以认为设置或者智能家居系统自主学习用户习惯。智能家居系统从上个世纪 80 年代首次出现，从此拉开了全世界争相创建智能家居系统的序幕。随着机器学习和云计算技术的发展，促使原本处理能力弱的智能家居设备变得越来越强大，它们可以收集用户的使用习惯，使用高速的有线或无线网络将用户的使用习惯发送到云端服务器，
智能家居系统更具用户的习惯自动将居家环境设置为用户最喜欢最舒适的状态，在不知不觉当中减少了用户很多不必要的工作，也减轻了生活中的压力，这也是越来越多的人们喜欢并接受智能家居设备的重要原因。放眼于全球，越来越智能的家居设备确实可以营造更舒适的生活环境，大大降低了人们生活的压力，让人们可以有更多的时光享受多姿多彩的生活，但始终没有一个智能化设备或系统可以作为人们的日常生活中心理医生，为人们调节工作生活中的负面情绪。
随着社会的日益发展，工作压力、生活压力也越来越多，还要处理多种人与人之间的交际压力，导致越来越多的人或多或少的出现各种心理问题，而这些心理问题很多情况下都是长期积压的负面情绪衍生出来的，这些心理问题通常会影响到人们的正常生活，降低人们的幸福指数，甚至会引发心理疾病，如抑郁等。通常人们对心理问题的解决办法是通过咨询专业的心理医生，但是这种途径可能会让很多人产生额外的心理负担。虽然现在有很多其他方式做心理咨询，例如使用网络或社交平台，避免与医生之间面对面，但这些方式也都是不太友好的，更何况在快节奏的生活状态下安排时间去接受心理医生的治疗也是在无意中增加人们的负担。近年来由于人们出现心理问题的占比增加，已经严重影响了社会的健康发展，甚至个别问题严重危害了社会安全，我国也出台了相应政策法规，加强心理健康治疗的力度，完善社会心理健康服务体系，从国家层面上提出了有关心理健康的指导方针。
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第六章 总结与展望
6.1论文总结
经过近十几年的发展，物联网技术得以长足进步，智能家居行业也越来越发达，各种各样的家居产品层出不穷，智能家居设备也从最开始的简单的控制到系统化人性化管理，实现了真正“智能”。也正是这些新出现的智能家居设备和系统，将人们从繁重的家庭事物中解放出来，减轻了人们日常生活因为家庭琐事带来的压力，使人们可以真正的享受生活。但不可避免的工作中的压力，和繁杂的社交产生的压力都会转化为负面情绪影响人们的心理健康，尤其是长期的负面情绪积累可能会引发生理或心理疾病。现有的主要的心理调节或心理治疗的手段还是通过咨询专业的心理医生。虽然当下智能家居行业非常繁荣，但少有关心使用人心理健康的设备和系统，相应的研究也是少之又少.
本文为此提出了全新的情绪计算模型，并介绍如何使用并付诸实践，另外为了实现情绪调节系统，研究了与情绪有关的可被智能家居系统控制的环境音乐与情绪作用关系。总的来说，本文的研究成果如下:
（1）本文首先介绍了自研的生理信号采集器，该采集器可以同时采集皮肤电阻和心率两路信号，具有采样频率稳定、采样数据准确，并能保证数据的完整性等多个优点，为接下来的研究工作提供了技术支持。
（2）本文研究总结了环境因素对情绪的影响，尤其是灯光和音乐情绪的影响，并从生理、神经系统到情绪变化等多个方面，详细的说明了灯光和音乐对情绪的作用方式和影响程度。其中重点介绍了灯光的颜色、强弱和冷暖对情绪调节的趋势变化情况。
（3）本文提出了全新的情绪计算模型——情绪向量调节模型，该模型是情绪空间连续的，
并且可以明显观察到情绪变化方向的计算模型，非常适合情绪调节的计算。并且提出情绪能量、情绪向量、趋向向量等概念和定义，用于更好的描述和计算情绪调节方法和过程。还介绍了情绪调节的方法——最优环境因素选取准则。
参考文献（略）