肖韦宗轩|体育建筑外部形态的视觉感知评价研究
骑白马的刺猬
2020年12月10日 10:23:02
只看楼主

2020年 4月, 广州恒大足球场的“莲花” 方案一经公布, 便引发了轩然大波, 社会各界人士对此都展开了激烈讨论。在“莲花” 到底好不好看的热点背后, 更深层次的问题是 :应该依据何种标准对体育建筑这类大型公共建筑建成后对城市景观的影响和大众喜好程度进行判断?其中,涉及一个关键问题 :建筑的形态到底是如何被人(包括专业人士和非专业人士) 所感知的?不同的外观又会被如何评价?这个问题在体育建筑这类会对城市视觉景观产生显著影响的公共建筑的设计上, 显得更有意义, 但长期以来缺少对其进行系统、 客观的研究。

2020年 4月, 广州恒大足球场的“莲花” 方案一经公布, 便引发了轩然大波, 社会各界人士对此都展开了激烈讨论。在“莲花” 到底好不好看的热点背后, 更深层次的问题是 :应该依据何种标准对体育建筑这类大型公共建筑建成后对城市景观的影响和大众喜好程度进行判断?其中,涉及一个关键问题 :建筑的形态到底是如何被人(包括专业人士和非专业人士) 所感知的?不同的外观又会被如何评价?这个问题在体育建筑这类会对城市视觉景观产生显著影响的公共建筑的设计上, 显得更有意义, 但长期以来缺少对其进行系统、 客观的研究。


1 视觉感知评价的研究回顾

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。

1.2.1 研究概述

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]

1.2.2 视觉感知评价的研究主题

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。


2 体育建筑的视觉感知评价

基于前文论述, 目前建筑及相关领域中对视觉感知评价的研究多集中于景观学科, 建筑学的研究以建筑集群或内部空间为主, 较少对建筑单体的外观形态进行研究。原因之一是建筑形态已具备一套比较完善的评价体系, 包括尺度、 比例、 韵律等。然而, 体育建筑作为一种特殊的建筑类型, 体量大, 形态不规则, 依靠通用准则难以将其准确把握, 基于视觉感知的体育建筑评价体系有助于建筑师跳出传统的设计思维模式, 从大众视角和城市景观层面理解体育建筑形态的意义。
2.1 体育建筑与城市风貌
消费社会的特点之一是对文化符号的消费。让 · 鲍德里亚(Jean Baudrillard) 指出, 商品被消费的所谓“个性” 并非其物质独特性(固有属性), 而是与其他商品之间的“差异”, 或是在整个商品符号系统中的地位。现代建筑发展至今, 在功能布局和结构选型上已逐渐趋同, 因此与其他建筑的“差异” 需要通过形态、 表皮和装饰突显, 从而产生“轰动效应”, 创造出数倍于空间实际价值的符号价值, 这种效应在新媒体的快速传播下被进一步放大 [14]
体育建筑, 尤其是为体育赛事举办而建的主场馆, 很容易为了创造“轰动效应” 的“形象工程”, 从而盲目追求视觉冲击力。从对国家体育场“鸟巢” 褒贬不一的社会评价, 到对恒大“莲花” 足球场的口诛笔伐, 大众对建筑的审视愈发犀利。即使是细致考虑了与周围环境整体协调的体育场馆, 也因其体量之巨大和形体之特殊, 难以避免地对城市视觉环境产生不可预计的影响。事实上, 建筑师一直在利用各种方式降低体育建筑对城市风貌的负面影响, 分解体量、 降低高度都是常见的处理方式, 但究竟何种形态、 表皮和尺度的体育建筑最能激发大众的视觉愉悦感, 这个问题尚未得到充分关注。
2.2 体育建筑与空间经济
当城市进入存量发展时代时, 土地经济的边际效应逐渐凸显, 伴随着土地经济衰退的是空间经济的蓬勃发展。空间经济是指三维空间本身的独特要素和品质产生了价值, 并吸附人和产业,这种价值与土地价值无关 [15] , 即通过良好的城市设计使空间产生吸引力, 加强空间与人的联系,促进社会交往。从土地经济的层面看, 许多体育建筑由于承担着不定期举办赛事的任务, 土地经济的可达效应、 类聚效应和规模效应都难以发挥。从空间经济的层面分析, 体育建筑的不规则形态使人难以与空间建立感知上的联系, 而超常尺度则难以提供人与空间真正对接的微小空间,从而无法发挥空间经济的场域效应与微积效应。基于此, 体育建筑亟须感知特征方面的研究, 以创造出具备更高空间经济价值的场所。
2.3 体育建筑形态与视觉感知关系
城市景观的视觉评价主体可概括为公众与专业工作者两种类型。其中, 公众是城市生活的主体, 但鲜少参与到影响城市景观的公共建筑的策划与设计中, 传统的建筑设计和城市规划流程由掌握专业知识的业内人士把握。但建筑专业的“信息茧房”, 使得建筑师与社会大众在对建筑的认知上存在差异, 甚至产生分歧 [16] 。公众是由不同年龄、 职业、 成长背景的公民所组成的共同体, 其喜好与审美取向受个人经历影响而存在差异性, 但对空间的审美与感知依然存在某种程度的共识, 这种共识应被视为美学研究的核心问题 [17]
目前, 已有的与体育建筑视觉感知相关的研究包括对不规则形态的视觉审美原理的研究。王一涵研究了当代西方建筑空间形态所呈现出的泛视觉化特征, 并探讨了审美形式转变的原因 [18] 。李闽川用视知觉动力理论探索了非欧建筑的审美认知, 是对非传统建筑形态空间体验的一种探索 [12] 。关典为以体育建筑为直接研究对象, 利用眼动仪探究了使用者对大型体育场建筑形态感知的视知觉行为特征, 和对多种形态界面视觉要素的选择偏好 [13] 。刘翯结合体育场特点, 分析了场地区天然光影对观众和运动员的视觉舒适度的影响 [19] 。相关研究的缺乏, 透露出研究者对体育建筑视觉感知评价研究重要性认知上的缺乏, 而景观学科对视觉感知评价已经发展出一套成熟的体系, 可为其提供参考依据。


3 体育建筑视觉感知评价研究框架

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。

对于研究框架的构建, 需充分考虑体育建筑外部形态特点 :体量大和造型复杂。这种外部形态难以用数值准确描述, 对其进行研究的重要目标之一就是建立体育建筑外部形态评价要素, 通过建立模型调整参数变量进行视觉感知实验, 基于实验数据获取要素与视觉感知的相关性和变量引起正面反馈的临界值, 以此为依据改进模型并再次通过实验进行验证, 在此基础上获得基于视觉感知的体育建筑外部形态优化模型, 为设计提供明确依据。整个研究框架分为取样、 测试与分析、 优化与验证、 评价与建议四个部分(图1)。

△ 1 研究框架图

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。

测试和分析阶段可综合运用主观评价法和客观分析法, 利用SD法用言语尺度进行心理感受测定, 以获取被试的感受构造定量化数据。SD法所采用的形容词对需要研究者基于对体育建筑特征进行充分了解并确认, 同时结合体育建筑对行人的视觉影响慎重选取。通过 SD 法所获得的主观评价数据可与空间要素参数进行相关性分析, 以建立形态要素与视觉感知的联系, 将相关性较强且有一定解释意义的客体指标和感知量进行散点图分析, 可获得各空间要素对视觉感知产生正面反馈的临界值。这些数值不仅是后续模型优化的重要依据, 也可为建筑师的设计实践提供直接参考。此外, 将眼动仪与虚拟现实设备相结合, 可直观反映被试的视觉动态, 包括关注点与兴趣点等(图2), 有助于全面客观地反映被试在研究场景中的视觉活动与情感偏好。

△ 2 利用眼动实验进行视觉感知研究 

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。


4 后续研究

城市中的体育建筑会对城市风貌和大众的视觉感知造成很大影响, 因此对体育建筑外部形态的视觉感知评价是非常重要且必不可少的。目前, 对建成环境的视觉感知评价多集中于景观学科, 并已发展出一套较为完整的研究体系, 但在建筑领域尚未得到足够重视。因此, 根据已有研究框架和体育建筑形态特点, 探究体育建筑外部形态的视觉感知原理, 以虚拟现实和眼动追踪等技术手段, 通过取样、 测试与分析、 优化与验证、评价与建议四个阶段, 完成对体育建筑视觉感知的评价试验与设计反馈, 为设计实践提供依据。■



参考文献

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[3] 刘曙光, 刘明远, 何钺. 机器视觉及其应用[J]. 河北科技大学学报, 2000(4):11-15.

[4] 孙哲南, 李琦, 刘云帆, 等. 计算机视觉与模式识别研究进展 [J]. 科研信息化技术与应用, 2019, 10(4):3-18.

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[6] 范榕, 王浩, 乐志. 基于主成分分析法的城市公园空间视觉吸引机制模式研究——以西雅图奥林匹克雕塑公园为例[J]. 中国园林, 2017(9):23-27.

[7] 刘滨谊, 范榕. 景观空间视觉吸引机制实验与解析[J]. 中国园林, 2014, 30(9):33-36.

[8] 孙澄, 杨阳. 基于眼动追踪的寻路标志物视觉显著性研究——以哈尔滨凯德广场购物中心为例[J]. 建筑学报, 2019(2):18-23.

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[11] 韩君伟. 步行街道景观视觉评价研究[D]. 成都 :西南交通大学, 2018.

[12] 李闽川. 基于视知觉动力理论的非欧建筑形态审美研究[D]. 南京 :东南大学, 2016.

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[20] 米勒, 刘滨谊, 唐真. 从视觉偏好研究 :一种理解景观感知的方法 [J]. 中国园林, 2013, 29(5):22-26.

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[22] 邵钰涵, 刘滨谊. 乡村景观的视觉感知分析 [J]. 中国园林, 2016, 32(9):5-10.



图片来源
图1 :作者绘制
图2 :2018年第6期《热带地理》


作者简介
肖韦 
同济大学建筑与城市规划学院博士研究生

宗轩  
(通讯作者) 同济大学继续教育学院、 同济大学建筑与城市规划学院教授、 博士生导师, tjzongxuan

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