肖韦宗轩｜体育建筑外部形态的视觉感知评价研究

1.1 视觉研究

眼睛是视觉行为发生的主要器官。视觉是将周围环境的光和视觉信号转变为神经冲动信号的接受过程和认知过程 [1] ， 是一种带有主观能动性的观察、 归纳与整理信息的行为 [2] 。整个视觉行为不仅涉及眼睛对环境信息的接受， 还包括信息从眼睛传递到大脑后， 大脑根据经验知识对信息进行加工和处理， 最终理解环境的过程 [3] 。因此， 视觉研究涉及视觉生理学、 心理学、 信息科学、 物理学和人工智能等多个领域。20世纪60年代开始，人工智能领域的研究者开始注意视觉理论 [1] ， 机器视觉雏形已现。近年来， 深度学习在机器视觉领域得到了广泛应用， 在识别、 检测、 追踪和分类上都取得了突破性进展 [4] 。其中， 眼动追踪领域的研究进展为建筑学领域中使用者对建成环境视觉感知的量化研究提供了便利。

1.2 视觉感知评价研究

建筑、 规划、 景观和人文地理等领域的视觉研究关注建成环境对人的视觉感知和空间认知的影响， 研究主题包括建筑视觉文化和审美、视觉感知评价、 视线与光环境设计、 空间设计研究等。其中， 视觉感知评价主要关注于使用者对建筑、 城市和景观等各类建成环境的空间形态的理解、 认知和偏好， 以此建立特定空间的评价体系， 为设计提供依据。

感知是指客观事物通过感觉器官在人脑中的反映， 包括意识对内外界信息的觉察、 感觉、 注意、 知觉等一系列过程。尽管视觉感知是一个加入了个人经验和偏好的认知和体验过程， 但格式塔等视觉理论基础研究揭露了人类对空间感知存在先天共性， 这种共性是视觉感知研究所关注的重点。通过分析视觉要素与吸引力、 情感波动和满意程度的关系， 可研究对象空间的视觉感知特点， 基于这些特点可以进一步提取评价指标和体系， 获得设计参考依据。

在视觉感知研究的基础上发展出的视觉评价体系， 最早被用于对环境和风景资源的视觉资源进行评估， 促进了视觉评价研究在景观学科的发展。从1967年开始， 欧美景观研究团体就陆续举办会议讨论了景观分析、 视觉认知和评估方法，并逐步从自然风景方面衍生到城市景观方面。在此期间形成了“情感/唤起” 反应理论、“瞭望—庇护” 理论、 风景审美模型、 公众偏好模式与成分代用模式等理论研究， 并确立了专家学派、 心理物理学学派、 认知学派和经验学派四大景观视觉环境研究学派。受中国传统园林理论的影响，我国对视觉景观的分析评价在借鉴西方理论的基础上， 发展出了“旷奥”“直觉、 知觉、 意象”等理念， 并被融入评价体系中 [5] 。

对建成环境的视觉感知研究聚焦于人的视觉活动与心理感受之间的关系， 研究者尝试从不同角度对其进行分析和阐述， 而其中备受关注的研究问题是视觉吸引的机制， 即怎样的空间更容易吸引人们的注意力并引发正面情绪。范榕运用统计学方法甄别城市公园空间视觉吸引要素， 并探讨了视觉吸引机制的工作模式 [6] 。刘滨谊和范榕的研究揭示了景观空间视觉的吸引机制， 以及“聚光效应”“马太效应” 和“主从效应” 三类效应 [7] 。孙澄在室内空间寻路的研究中从视觉吸引力、 语义吸引力和结构吸引力三个方面分析了室内寻路标志物的视觉显著度水平 [8] 。

视觉感知评价的基本研究框架是建立空间变量与人的情感体验的关联性， 在此框架下研究者采取不同具体手段对各种类型的空间进行了视觉感知研究。在城市景观层面 ：陈宇在论文中对城市景观的视觉评价的基础理论、 价值取向和研究方法进行了全面论述 [9] ；王敏利用眼动实验研究人在城市开敞空间注视的兴趣点， 以此对建筑形态与视觉感知进行了定量研究 [10] 。在街道和公园层面 ：韩君伟从步行街道景观的视觉特征和影响要素出发， 利用SD（Semantic Differential） 法记录了被试的感受， 构建了视觉感知评价体系 [11] 。在建筑集群和单体层面 ：李闽川在论文中结合阿恩海姆的视知觉动力理论， 论述了非欧建筑的视知觉动力平衡特征、 心理感知和完形机制等特点 [12] ；关典为利用眼动实验研究了人对体育建筑外部形态的感知特点 [13] 。

此外， 相关领域的学者还在视觉审美、 视觉量化分析、 视觉感受模型、 视觉控制手法和建筑视觉场等方向进行了探索。

3.1 研究框架

Patrick A. Miller在论文中提出用偏爱的方式理解感知， 并详细介绍了基于视觉偏好的内容识别法。内容识别法由开普兰夫妇创建， 包含取样、 询问、 偏爱分析、 态度分析和建议五个步骤 [20]， 可进一步将其概括为取样——测试与分析——评价与建议三个阶段。尽管具体技术手段日新月异， 但大致研究框架基本保持一致。这个框架可以为体育建筑的视觉感知评价研究提供依据。

3.2 取样阶段

取样阶段即让被试进行视觉感知的介质内容的选择， 这是后续研究开展的基础。用于视觉感知的介质常见的有图片 [10] 、 视频 [21] 、 实景， 近年来随着虚拟现实技术（VR） 的普及， 也有研究者将VR作为介质， 为被试提供远程在场体验。取样最为常见的方式是研究者通过经验自行判断被研究空间的核心区域并进行取景， 或根据已知的分析指标对取景地点进行筛选。

体育建筑超常的体量会对不同距离的观察者视角产生截然不同的视觉效果， 因此需要从远、中、 近三种不同景别构建模拟观察者视角的动态场景， 利用VR创建沉浸式场景， 让被试在仿真场景中自由前进， 更贴近真实环境中的感受。在此阶段还需要确定影响视觉感知的空间要素， 通过实地调研详细列举出所有可能的影响因素， 再结合焦点小组和专家打分法进一步筛选和确认， 得到描述体育建筑外部形态特点的要素， 并将变量体现在VR模型。

3.3 测试与分析阶段

测试阶段的方法可分为主观与客观两类。常见的主观测试方法主要是由研究者进行问卷调查或访谈的， 如SD法， 基于SBE（scenic beautyestimation method， SBE） 法的美景度评价，除此之外也有研究者采用PEI（Phote ElicitationInterview） 照片引导访谈法 [22] 、 认知地图绘制法等。客观方法是对取样阶段获得的信息进行数据分析， 以获取客观数值。对数据的分析可根据研究目标采用一种或多种分析统计方法， 常见的有相关性分析法、 因子分析法、 主成分分析法和层次分析法等。

3.4 优化与验证阶段

为验证分析所得数据的有效性， 可根据所获取的空间要素临界值对模型进行优化， 并再次进行实验测试， 对比在同样的实验流程下， 优化后的模型是否可以获得更好的视觉感知效果。若感知结果得到了提升， 则可验证分析结果的可靠性。

3.5 评价与建议阶段

根据前序研究建立评价指标， 并依照数据分析结果给出相应的设计建议。评价指标的建立，首先需要研究者根据经验创建一系列不同层级的指标， 进而通过对因子的线性回归处理分析获取评价模型与显著影响指标， 进一步搭建评价指标和参考数值体系， 为设计实践提供清晰的依据，以改善城市中体育建筑对城市风貌和大众视觉感知的影响。