大向聊智能：智慧空间的要素

  建筑空间有十个基本要素即：柱、墙·围墙·矮墙、窗、门·门扇、屋顶、顶棚、地面、阶梯·坡道、柱廊·平台、城市的设施，建筑物/住宅智慧空间的要素不是指构成空间结构形态这种基本要素，而是实现智慧人居环境的要素，大向认为，智慧空间的要素包括光、空气、空气温湿度/风力/空气颗粒物、气压、气味、声音、触觉感知、磁场、重力、电磁波、水、食物、电源、视觉影像、暗物质等十五种，其中光、空气温湿度/风力/空气颗粒物、声音、电磁波、电源、视觉影像等六种要素属于智慧空间的核心要素，其构成的要素模型称为“大向智慧空间要素模型”，每个要素取一个字简称，组合简称为“光气声波电视”六要素，也是全屋智能家居场景功能实现所需的基本要素。
  智慧空间的要素都是源自人类空间感知时从空间获得的信息，空间感知是指人类通过各种官能（视觉、听觉、味觉、嗅觉和触觉等）来感觉周围的世界的一个积极的过程。因为进入人类中心神经系统的神经纤维有2/3来自眼睛，所以空间感知觉大部分由视觉来支配。
  要实现智慧空间中的各种功能需求，以及满足场景模式的任务要求，智慧空间的标准单元需要从容器以及智慧空间系统本身（非容器供应）获得相应的资源条件，这些资源条件构成的要素是已经存在于容器（地球也是一个大容器）中，或者由人类产生并在空间中产生作用。下面分别介绍智慧空间的每个要素。
1、光。包括阳光直射与漫反射光、人造光（智能照明）。对于自然光，尽管每个空间由于其在容器内的空间位置与朝向原因获得阳光照射的情况不一样，但都会拥有白天、黑夜这种明显的自然光强度变化的外部光环境，白天不管阳光照射下空间多么明亮，夜晚没有人造光的话依然会摸黑，月光的照度非常低无法满足基础照度的需求。光对人类非常重要，是属于智慧空间的核心要素。

2、空气。是指我们呼吸的空气，按体积计算,干燥的空气中氮气约占78%,氧气约占21%,其他气体包括二氧化碳、水蒸气等约占1%。尽管空气会随着海拔上升而变得稀薄，但通常我们认为这是一个地球表面均等的恒量，只要没有离开地球，无论在建筑物内还是在车船飞机舱内，空气都是不变的。空气的最基本作用是提供我们呼吸所需的氧气。我们的身体需要氧气来进行新陈代谢和产生能量，而空气中的氧气正是我们呼吸的来源。如果没有足够的氧气供应，我们的身体将无法正常运转，甚至会导致生命危险。因此，空气对我们的生命至关重要。我们呼吸的空气无色无味，我们甚至察觉不到它的存在，所以空气是一个人类维生必需的物质要素，也是地球上随处可获得的、基本均一的要素（不考虑高度因素时），所以空气是一个隐性要素。
3、空气温湿度、风力、空气颗粒物。这都是人体皮肤可感知的空气物理状态呈现。温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。根据某个可观察现象，按照几种任意标度之一所测得的冷热程度。湿度，表示大气干燥程度的物理量。在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥。水汽越多，则空气越潮湿。空气的干湿程度叫做“湿度”。在此意义下，常用绝对湿度、相对湿度、比较湿度、 混合比、 饱和差以及露点等物理量来表示。风力是指风吹到物体上所表现出的力量的大小。一般根据风吹到地面或水面的物体上所产生的各种现象，把风力的大小分为18个等级，最小是0级，最大为17级。风速是风的前进速度。相邻两地间的气压差愈大，空气流动越快，风速越大，风的力量自然也就大。所以通常都是以风力来表示风的大小。风速的单位用每秒多少米或每小时多少公里来表示。而发布天气预报时，大都用的是风力等级。空气中固态和液态颗粒状态的物质统称空气颗粒物。颗粒物按大小可分为总悬浮颗粒物(TSP)、可吸入颗粒物(PM10)和细颗粒物(PM2.5)等。暖通空调是调节空间内温度湿度及产生一定风力的设备系统、新风系统提供室内外空气交换并产生一定风力，并且可除甲醛,除颗粒物,除过敏原等，电风扇这种家电则是通过产生一定风力让空气人为流通，还有加湿器则是为了降低空气中的湿度。水份通过空气承载、空气的流动产生了风、粉尘颗粒物都是悬浮在空气中，因此空气温湿度、风力、空气颗粒物也是空气的部分特征呈现出现的要素，每个地方、每个时间都会发生变化，人的感受是最直接和明显的，是智慧空间关心的核心要素。
4、气压。气压是作用在单位面积上的大气压力，即在数值上等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱所受到的重力。著名的马德堡半球实验证明了它的存在。气压的国际制单位是帕斯卡，简称帕，符号是Pa。气象学中，人们一般用千帕（kPa）、或使用百帕（hpa）作为单位。其它的常用单位分别是：巴（bar，1bar=100,000帕）和厘米水银柱（或称厘米汞柱）。气压不仅随高度变化，也随温度而异。气压的变化与天气变化密切相关。人与大气有不可分离的密切关系，人体是在体内压强（如肺气压和血压等）和体外大气压强的平衡下才觉察不到大气压的存在的，但这个大气压也不是时刻都平衡的，一旦外界大气压产生变化而体内又来不及调整和它相平衡时，人就有不适应感，如外界气压高过体内压强的时候，它能促进我们的体液循环，我们就会觉得神清气爽，而当外界气压低于体内压强的时候，就会感觉胸闷心慌，这时人的心情不好就是由于大气压的变化造成的。正常标准的气压是101.325Kpa，绝大部分的人体会感觉到最舒适。但是生活在不同的海拔地区的人群会有不同的大气压环境。人类是有比较强的生存能力，可以逐渐适应自己所处的气压环境。人感受不到气压（人在大气压中没有被压的感觉），是因为人体内也有压强。由于鼻子和口腔的作用，人身体的内外是一个连通器。内外气压相等。压力相互抵消（二力平衡）。因此人感觉不到大气压的存在。所以人感受气压的器官不仅包括皮肤，也包括内脏器官。由于大多数建筑物所处海拔位置不高且不同地区海拔差别不大，再加上人们对气压有较强的适应能力，所以气压也是智慧空间的隐性要素。对于飞机舱这种移动容器空间来说，由于飞机从起到高空平稳飞行中的高度差别非常大，也导致气压发生明显变化，所以飞机舱这种空间需要特别关注气压这个要素。
5、气味。气味也是通过空气传播的，空气中的气味也会影响我们的感官体验。花香、食物的香气、香水的味道等都是通过空气传播到我们的鼻子里的。气味显然也是一个变量，每个地方、每个时间都会发生变化，有些场景下，气味的确会给人们强烈的感受，例如用餐时食物的香味、品酒时酒的香味等、打开香熏机闻到的植物精油的香味等，但大多数场合，气味只是一个隐性要素。
6、声音。声音是靠空气振动传播的声音的，传播形式是声波，打鼓时,其周围的空气会产生波动，也会带动周围的空气一起运动，其声波就会通过空气的传播而到达你的耳朵。人类是自然的一部分，我们从自然中走来。大自然时时刻刻都在发出声音，海洋、河流、瀑布、风，飞鸟和各种动物的叫声，还有人类的谈话和歌唱。正因为是大自然的一分子，我们才能够在这些自然而和谐的声音里自由地生活。在一个智慧空间内，我们可听到的声音包括环境白噪声，例如来自大自然的风声雨声水流声鸟叫声，来自容器本身或周边的人工产生的声音，例如汽车发动机运行声音、轮胎摩擦地面的声音、空调压缩机运转声音、空调出风口声音、电脑运行时声音、敲击键盘的声音、复印机的声音等，另外还有人们的说话声、音箱播放音乐的声音。无论在何种空间，无论何时，我们的耳朵都会接收到声音，我们的工作生活需要音乐这样美妙的声音，声音是智慧空间的一个核心要素。
7、触觉感知。触觉感知是指人通过触碰获得环境信息的方式。它涉及皮肤感应器和肌肉等其它身体部位的受体，能识别压力等感觉。这些人体组织一起合作，将信号传送到大脑加以解释，形成能让人理解的环境表示。身体能通过接触识别的感觉差异大多数是无意识的，这也是许多触觉感知受体被称为机械性感受体的原因所在。这些记录器在压力和振动下改变。与感应机械变化一样，触觉感知也使用来自温度感受器（随温度变化的记录器）的数据。皮肤是保护身体内部免受损伤和感染，并提供结构的器官。除了这些角色以外，皮肤还是机械性感受器和温度感受器的所在地，因为人体外部最经常与环境交互。受体记录感知，并通过神经将数据送到大脑。然后，大脑收集所有来自触觉的数据，考虑以前类似物体的知识，对触碰物体形成一个概念。触觉感知不仅涉及来自皮肤的感觉。机械性感受器也存在于身体内部对环境做出反应的地方。这些基本上是肌肉，关节和肌腱，在人触碰物体或表面时经历位置变化。例如，在用手指触压馒头判断是否蒸熟时，手指的肌肉，肌腱和关节位置会随馒头弹性而变化。一般来说，在人被什么东西碰到时，会全神贯注于身体的合成感觉，并忽略接触物的物理特征。相反，在人触碰环境中的东西时，会形成物理环境的感知。触觉感知通常用于第二种情况下，即环境特征很重要时。表面粗糙度，液体油性，或物体重量，都是大脑在解释受体信号后到达的量度。有时候，精确触觉感知需要人在表面移动皮肤，以判断粗糙面的不同感觉。此外，物体尺寸和形状也能通过触觉感知加以识别，人类在许多工作和生活过程中广泛使用触觉感知来识别了解和记忆事物，在全宅智能家居、公共与商用的智慧空间等这样的智慧空间系统中，触觉感知的应用并不明显，所以，我们认为智慧空间中的触觉感知是隐性要素。但有增强现实应用需求时，这些为增强现实提供服务的智慧空间，以及为现实世界与虚拟世界交互的游戏提供空间时，触觉感知就相当重要，这时应视为核心要素。
8、磁场。球磁场是一种由地球内部产生的磁场，它在地球周围形成了一个磁层，保护了地球免受太阳风和宇宙射线的侵袭。地球磁场对地球上的生物有着重要的影响，它不仅为许多生物提供了定位和导航的信息，还可能与生物的演化和变异有着密切的关系。由于有了地球磁场，我们才有东南西北方位的概念，由于在地球上都有磁场，因此，任何空间都具备了使用方位的条件，磁场也是一个隐性的要素。
9、重力。重力是由于地球对物体的引力而产生的力，它的计算公式为F=mg，m是物体的质量，g为重力加速度，地球上的重力加速度为9.8m/s²。物体的质量是不会变化的，但重力加速度却会发生变化，所以在不同的星球上，物体所受的重力也就不同。与它相互作用的力是人对地球的吸引力支持力的施力物体是地面，受力物体是人，与支持力相互作用的力是人对地球的压力。重力时刻把人类与地球联系在一起，人类的一切生产、生存活动，都必须在重力作用下进行。所以有着莫大的、无法摆脱的联系。由于地球并非一个标准的球体，通过计算可知，在赤道地区，物体所受的重力大概比两极地区小1.5‰，我们通常可以忽略这种差异，认为重力是一个恒量，在每个空间中的表现是相同的，所以重力也是一个隐性要素，只有当我们离开地球时才会考虑这个要素。
10、电磁波。电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X-射线和伽马射线等等.人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在380至780纳米之间，称为可见光。智慧空间中常见的无线电波包括WiFi、 蓝牙、ZigBee、5G、LoRa等，这都可以成为手机平板等移动终端及全屋智能家居、智能家居、智能硬件产品连接上网的方式，相比KNX、电力载波等有线方式来说，部署安装更简单，成本更低。人体的感知器官无法感知无线电波，但智慧空间系统的设备产品联网离不开无线电波，所以，电磁波是智慧空间的核心要素。
11、水。水对我们的生命起着重要的作用,它是生命的源泉，是人类赖以生存和发展的不可缺少的最重要的物质资源之一。人的生命一刻也离不开水，水是人生命需要最主要的物质。人体的水大约每18天便更新一次。成年人每天饮用水的标准是：每千克体重应该补充40毫升的水。人一般不吃七天就会死去，三天不喝水就会死去。所以，无论原始社会的古代的山洞帐篷庇护所这样的栖居地，还是现代城市建筑群的选址，都近量选择靠近江河湖海这样天源水源地，就是为了获得饮用水源。在一个建筑物容器中，通常都会获得市政自来水管网的供水，并有相应的内部供水管道，以及在厨房、茶水间、卫生间、消防终端安装有使用出水口与应急出水口，人们需要使用饮水时可以前往茶水间等独立的供水功能的空间去饮用，大部分办公室间、会议室并不需要常备方式提供水；对于住宅也是如此，每个相对独立成套的商品房，都有厨房、卫生间，在这些功能空间里有自来水出口，房间内的人也是从这些具备水资源供应的功能空间获取自来水，其它的功能空间如客厅、餐厅、卧室、书房并不需要常态化供水，如果需要也可采用桶装水与瓶装水等灵活方式获取；对于车船飞机舱这些移动空间来说，如果人们在这些空间停留活动时间较短（例如搭乘公共汽车出租车），是不需要考虑饮水问题的，临时需要的话瓶装水就可以解决，有长时间空间相处需求时，例如高铁，容器会相应部署餐厅、餐车、茶水间、卫生间来满足饮水需求。我们在考虑水与人类关系时，还需要考虑污水处理，城市建设时都会布设污水管网将污水收集、处理和统一排放。因此，水对人类非常重要，但（除了厨房卫生间外）大多数智慧空间其实并不需要水，因此，水是一个隐性的要素。
12、食物。食物对我们的生命也起着重要作用。人的生命活动是离不开能量的，而能量的来源需要我们去摄入，所以食物可以供给我们维持身体活动所需的能量，食物还能参与身体的一系列生理生化活动，保持机体正常运转。另外，人类通过舌头和鼻子中的特殊受体感知食物的味道。这些受体就像一把把锁，对于所鉴别到的营养素或芳香（好比钥匙）具有很强的特异性。例如甜味受体只会鉴别甜味分子，而不会鉴别苦味。当人们吃食物的时候，大脑会将这些特有的味道（嘴巴尝到的味道）传达的信号和嗅觉（鼻子闻到的香味）受体结合，形成一种味道。味道进一步受到其它感知，比如辣椒的烧灼感，薄荷的冰凉感，或者酸奶的厚重感的影响。人类品尝食物的能力可以帮助选择能够为身体提供所需能量和营养的食物，还能避免摄入不能提供能量的东西，比如，人类不能以自行车作为食物。在某些情况下，糟糕的味道可能是一种警告信号，提醒人们放下有害的甚至有毒的食物。这就是为什么有些有毒物质，比如一些野生蘑菇，都有一股辛辣味或苦味。由于人通常在指定的功能空间如厨房加工食物，指定的功能空间如餐厅来进食，所以大部分智慧空间是不用考虑食物方面的需求的。而人类的味觉器官舌头是内藏式的，只有特定情况下如进食时才对外启用，因此，食物也是一个隐性要素。
13、电源。一个空间必须获得外来的能源，没有电力供应前，古代主要通过燃烧木材生火来获得直接热辐射的能量，以及通过加热食物、加热水来进一步获得能量，人类发现了电后，电成了建筑物空间的主要能源供应方式，其它还有天然气等化石能源。甚至几乎所有的移动容器（车船飞机）即使使用了化石能源作为动力能源，但内部空间使用的仍是转换后的电能（12V/24V），如今新能源汽车甚至将动力能源都变更为电能。智慧空间离不开电源，电源不仅为智慧空间系统提供能源供应支持，保障系统的正常运行，也为智慧空间中的基本工作生活、场景功能需求提供能源供应，所以，电源是智慧空间的核心要素。
14、视觉影像。影像是人对视觉感知的物质再现，通过人类眼睛这种感官传达到大脑。影像可以由光学设备获取，如照相机、镜子、望远镜及显微镜等;也可以人为创作，如手工绘画图像等。图像可以记录、保存在纸质媒介、胶片等等对光信号敏感的介质上。随着数字采集技术和信号处理理论的发展，越来越多的图像以数字形式存储。因而，有些情况下"图像"一词实际上是指数字图像。与图像相关的话题包括图像采集、图像制作、图像分析和图像处理等。图像分为静态图像，如图片、照片等，和动态图像，如影片等两种。一个空间内的视觉影像我们可以简单地划分为两种：第一视角影像和空间内播放的视频影像。第一视角影像是指自然人或者数字人双眼看到的空间范围内的实时实景，并通过影像视频捕捉采集存储压缩传输等技术手段与流程提供给智慧空间系统，用于记录保存与复制还原和空间社交的目的，第一视角影像获取的最佳方式是MR头显，例如苹果即将于2024年上市的MR头显Vision Pro，Rokid推出的AR眼镜/头戴式显示器Rokid Air等。第一视角影像的获取和自由运用将带来巨大的变革，意味着空间的交流变得更容易，人们不用发生位置移动就能实时且真实地感受远在天边的空间环境。第二种是空间内播放的视频影像，无论是以平板电视投影仪这种大屏幕方式，还是以墙面带屏开关、场景交互屏，甚至以智能手机和PAD这种方式推送播放给人眼观看的视频（以及关联让耳朵听见的音频），都是人类主动投放到空间内的视频影像内容，其最终又以人眼捕捉并发生互动反馈而告一段落。这种主动投放的视频影像通常出现在家庭影院播放、视频会议、游戏画面呈现、安防监控摄像头的实时画面显示与录播内容回放，以及一些为了装饰空间和配合场景需求的动态画面显示和彩光氛围配合。所以，视频影像是智慧空间的核心要素。

15、暗物质。暗物质是理论上提出的可能存在于宇宙的一种不可见的物质，可能是宇宙物质的主要组成部分，但又不属于构成可见天体的任何一种已知的物质。人类是星系的一部分，暗物质可能大量存在于星系、星团及宇宙中，并且其质量远大于宇宙中全部可见天体的质量总和。暗物质对人类有什么用通过宇宙微波背景辐射各向异性的精细观测，表明宇宙总能量的26.8%由暗物质贡献，68.3%为推动宇宙加速膨胀的暗能量。暗物质参与引力相互作用，基本不参与电磁相互作用，暗物质与光子的相互作用较弱，以至于暗物质基本不发光。暗物质是人类无法感知的、可能存在的不可见物质，如果确实存在，也被视为智慧空间的隐性要素。
  总结：大向认为人的基本活动的空间可能只需要光、空气温湿度/风力/空气颗粒物、声音等核心要素，以及空气、气压、气味、触觉感知、磁场、重力、水、食物、暗物质等隐性要素，但要想获得智慧空间人居环境，享受智能场景带来的休闲享乐氛围，就需要光、空气温湿度/风力/空气颗粒物、声音、电磁波、电源、视觉影像等六种核心要素，其构成的要素模型称为“大向智慧空间要素模型”。“大向智慧空间要素模型”与“大向智慧空间标准单元模型”等模型理论是构成智慧空间学的基础理论。