基于眼動技術(shù)的景觀視覺感知分析

魯苗

【摘要】 本文將心理學(xué)中的眼動技術(shù)應(yīng)用到景觀視覺感知分析中，以清華大學(xué)校園景觀為研究點，選取10張具有代表性的清華大學(xué)校園景觀照片進行實驗研究，通過分析實驗數(shù)據(jù)的注視熱點圖、軌跡圖及焦點圖，試圖探究受測者的視覺認(rèn)知過程與視覺偏好，并驗證視覺感知與心理“真實性”反應(yīng)的合理性與可靠性。

【關(guān)鍵詞】 視覺感知;眼動實驗;校園景觀評價

[中圖分類號]J0-05? [文獻標(biāo)識碼]A

隨著心理學(xué)、人類學(xué)、社會學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、設(shè)計學(xué)等多學(xué)科交叉應(yīng)用的學(xué)科發(fā)展趨勢，藝術(shù)與科學(xué)相結(jié)合的思維研究方法成為一種新價值觀。從科學(xué)的視角進行研究，不是以數(shù)學(xué)運算方式尋求解決問題的途徑，而是通過研究過程探究一種理性的“方法論”，而藝術(shù)的研究方法是一種感性的研究方法。景觀設(shè)計是一門綜合性和交叉性的學(xué)科，涉及人文、地理、美學(xué)、生態(tài)等多方面的知識。傳統(tǒng)的景觀設(shè)計的研究是以人文——藝術(shù)的理論體系為研究框架，參考美術(shù)史論的研究方法，從哲學(xué)、美學(xué)、藝術(shù)層面進行感性研究。20世紀(jì)以來，計算機、眼動儀、腦電波實驗等新技術(shù)的普及為景觀設(shè)計的研究提供了新的研究思路，并通過調(diào)查和數(shù)據(jù)的語言提供科學(xué)的論證。因此，本次研究通過心理學(xué)中的實驗技術(shù)，試圖從“方法論”層面探究眼動技術(shù)對景觀視覺感知分析的可行性，為景觀設(shè)計研究提出科學(xué)的實證研究方法。本研究從心理學(xué)角度探索了景觀感知研究的新視角，彌補了只從藝術(shù)的角度看設(shè)計產(chǎn)生的缺陷，豐富了景觀設(shè)計研究的方法論。

一、景觀視覺感知研究方法

視覺是人類了解環(huán)境的感知方法之一，從古希臘時代開始，哲學(xué)家們圍繞視覺與心理的關(guān)系展開了豐富的研究，直到現(xiàn)今，如何通過視覺再現(xiàn)內(nèi)心的“真實性”的研究仍在繼續(xù)。歷史中關(guān)于景觀視覺的研究有兩個學(xué)派，“美是在眼睛看到的時候產(chǎn)生”與“眼睛是如同照相機”。前者表明視覺感知的不可預(yù)測仍具有一定的個別性，而后者則認(rèn)為視覺的產(chǎn)生如同機械原理一般，能復(fù)制和模擬環(huán)境。由此可以反映出景觀必須經(jīng)過“看”之后才能產(chǎn)生心理反應(yīng)，視覺與心理的關(guān)系成為影響景觀偏好的重要因素。視覺感知是環(huán)境審美體驗的方式之一，而心理因素對審美反應(yīng)產(chǎn)生了重要作用，積極的心理反應(yīng)能產(chǎn)生較好的景觀視覺偏好，而消極的心理反應(yīng)對景觀偏好形成負(fù)面影響。

20世紀(jì)60年代以來，西方國家的學(xué)者在景觀視覺感知研究中展開了深入探討，并形成專家學(xué)派、心理物理學(xué)派、認(rèn)知學(xué)派、經(jīng)驗學(xué)派四大學(xué)派，專家學(xué)派從“形式美”原則出發(fā)，以專家評分和公眾打分的方法，從景觀的色彩、線條、質(zhì)地、形態(tài)的視覺感知對景觀進行美感評價。心理物理學(xué)派則通過審美心理與審美反應(yīng)的關(guān)系建立成數(shù)學(xué)量表，將審美態(tài)度進行量化從而對景觀視覺質(zhì)量進行分析。認(rèn)知學(xué)派則是通過進化論的理論研究，通過偏好的方式理解和感知景觀，并提出了內(nèi)容識別的方法來探究心理反應(yīng)與景觀偏好模式之間的關(guān)系。經(jīng)驗學(xué)派從社會、文化、歷史等因素對景觀視覺的影響展開了理論研究。這些研究方法無疑圍繞審美心理反應(yīng)與視覺感知之間的關(guān)系進行了研究，而視覺感知所反映出的內(nèi)心 “真實性”卻未能得要詳實的論證。而在21世紀(jì)的今天，眼動儀技術(shù)對探討這一問題提出了新的研究方法，基于心理學(xué)實驗進行研究和預(yù)測，使得研究結(jié)果更加具有可靠性。本研究試圖以感性與理性相結(jié)合的方法對景觀視覺感知進行研究，并通過心理學(xué)中的眼動儀技術(shù)探究這種新方法的可行性與合理性。

二、眼動儀技術(shù)的特征

眼動儀實驗是一門基于心理學(xué)的研究技術(shù)，也是研究環(huán)境心理學(xué)的有效工具之一，并通過視覺實驗的方法進行生理心理學(xué)研究。心理學(xué)以研究涉及到認(rèn)知、情緒、行為、社會關(guān)系等多個領(lǐng)域，心理學(xué)知識能系統(tǒng)分析人類的景觀認(rèn)知與景觀體驗的變化，而景觀感知研究與心理學(xué)有著極為密切的聯(lián)系，通過眼動儀技術(shù)則能使分析結(jié)果更智能、更科學(xué)、更準(zhǔn)確。眼動儀實驗是通過儀器對受測者眼睛的視覺過程進行跟蹤、觀察和實驗。眼動實驗通過注視、眼跳及追隨運動的三個方式進行測試，從而選擇信息和獲取數(shù)據(jù)。該技術(shù)可以捕捉受測者通過視覺產(chǎn)生的無意識的心理活動，通過注視熱點圖、軌跡圖及焦點圖從而了解和分析受測者的視覺認(rèn)知過程或視覺偏好。

三、清華大學(xué)校園景觀視覺感知分析

（一）研究目的

本研究以清華大學(xué)校園景觀為研究區(qū)域主要有以下原因：清華大學(xué)校園景觀規(guī)劃體現(xiàn)了“中西合璧”的景觀規(guī)劃空間模式，在校園景觀中既包括中國古典皇家園林遺址景觀，在校園規(guī)劃布局中延續(xù)美國大學(xué)校園規(guī)劃模式和英國大學(xué)合院式的規(guī)劃格局，具有一定代表性。2010年，清華大學(xué)被美國財經(jīng)雜志《福布斯》雜志評為“全球14所最美大學(xué)校園之一”，校園內(nèi)景觀層次豐富、色彩多樣、景觀視覺同一性較好，有利于本次研究。此外，筆者對清華大學(xué)校園景觀較為熟悉，在進行資料獲取和實驗地點上也較為便利。因此，本次研究以清華大學(xué)校園景觀為研究點，試圖采用眼動儀技術(shù)探討視覺感知與內(nèi)心“真實性”再現(xiàn)的可靠性，并通過熱點圖、軌跡圖及焦點圖對受測者的景觀視覺感知進行分析。

（二）研究流程

1.照片選取

筆者于2017年3月14日北京時間12：00至14：00，選用Sony A6000數(shù)碼相機，在清華大學(xué)校園內(nèi)各重要景觀節(jié)點，如二校門、學(xué)生宿舍、圖書館、學(xué)生餐廳等，拍攝照片共計108張。之后邀請清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院藝術(shù)與科學(xué)研究中心色彩研究所多名專家進行反復(fù)討論，并咨詢清華大學(xué)心理學(xué)系的有關(guān)教授、博士研究生后，根據(jù)照片光線盡量一致、不同景觀類型、照片中文字、人物干擾較少的選取原則，最終選取了10張具有代表性的照片進行眼動儀實驗（圖1）。遴選出來的10處景觀為情人坡、近春園、二校門、大禮堂、清華主樓、紫荊操場、學(xué)生宿舍、建筑學(xué)院教學(xué)樓、藝術(shù)博物館、明齋樓。

2.實驗設(shè)備及實驗人員情況

本次研究采用德國SMI眼動儀，型號為RED 5，采樣率為120赫茲，精準(zhǔn)度誤差在1度內(nèi)，觀看時間由受測者自行掌握并進行圖片切換。本次實驗受測人員共10名，男性3名，女性7名，均視力正常。所有受測者均為受過高等教育本科及以上學(xué)歷人員，其中高校教師1名、博士研究生2名、碩士研究生2名、本科生5名。

3.實驗前的工作

在進行眼動儀實驗前首先應(yīng)用Experiment Center 軟件對10張照片進行編碼，并設(shè)定圖片順序。為避免受測產(chǎn)生的誤差，每一名受測者在進行實驗前不能提前預(yù)覽實驗照片，實驗開始后均可通過眼動儀設(shè)備進行觀測。由于每名受測者身高不同，每名受測者進行受測前需要通過調(diào)整座椅的位置、固定架的高度及眼動儀鏡頭，找到最適宜的姿勢進行眼動實驗。

4.實驗過程

第一，設(shè)置受測者姓名、年齡、性別、教育程度等基本信息。

第二，實驗進行前需要對每名受測者眼睛追蹤進行校正。受測者用鼠標(biāo)點擊眼動儀屏幕上的【實驗開始】按鈕后，進入校正環(huán)節(jié)。受測者眼睛注視屏幕上的紅色圖示進行視線移動，如受測者視線移動的速度、方向、位置與紅色圖標(biāo)大體一致，均表明受測者視覺精準(zhǔn)度合格可以開始眼動儀實驗。反之，如受測者需要進行再次校準(zhǔn)，直至校準(zhǔn)合格方可進行測試。

第三，受測者開始觀看眼動儀屏幕上的景觀照片，自行控制觀看時長和進行圖片切換，受測者觀看完10張實驗照片后則表示實驗結(jié)束。10位受測者均按照以上步驟，進行依次受測，直至10名受測者完成本次實驗。

第四，實驗結(jié)束后，通過與眼動儀相配的Begaze 數(shù)據(jù)分析軟件生產(chǎn)了10名受測者測試數(shù)據(jù)的軌跡圖、熱點圖及焦點圖。

（三）研究結(jié)果

人類對景觀的的感知一方面源于先天具有的景觀偏好，對人類有益的景觀元素具有積極的偏好，如水體、植被，而對人類有害的景觀內(nèi)容具有消極的態(tài)度，如蛇、蜘蛛等。另一方面，在后天的知識的學(xué)習(xí)中使得人類對污染的工廠、停車場等人工建筑產(chǎn)生了厭惡的態(tài)度。在20世紀(jì)70年代中期，美國學(xué)者卡普蘭夫婦通過對景觀偏好的研究后，指出人們更喜歡可理解和具有神秘性的景觀，認(rèn)為人們對景觀的感知是內(nèi)心真實情感的流露，并建立識別景觀偏好的模型對人們潛在的感知進行了研究。

視覺感知是了解景觀空間、距離、色彩、質(zhì)地、形式等的重要要素，本次研究通過眼動實驗數(shù)據(jù)的熱點圖、軌跡圖與焦點圖，從受測者心理感知層面，對影響景觀視覺偏好的動因展開探討。熱點圖是通過顏色的冷暖度來顯示受測者注視的時間和位置的變化，即顏色越暖表明受測者注視的時間越長、注視度越高，反之，顏色越冷則表明注視度低（圖2）。軌跡圖通過點的形式來表示受測者注視點的位置及注視時間，用不同的顏色代表不同受測者的視覺變化軌跡，點越大表示注視時間越長，點越小注視時間越短（圖3）。焦點圖中則是以亮度顯示注視位置、時間的動態(tài)變化，圖片中亮度越亮的區(qū)域則表示注視度越高，反之注視度越低（圖4）。

1.變化的地形具有較強的視覺注視力

從照片1中的數(shù)據(jù)分析中可以觀察出，圖中小山坡最高點區(qū)域暖色較強，則表面該區(qū)域的注視度高，該區(qū)域受太陽光的影響，形成了形狀、色彩、陰影與質(zhì)感相和諧的關(guān)注區(qū)。地形是景觀視覺評價中的評價指標(biāo)之一，具有變化的地形比平坦地形的景觀具有較高的視覺景觀質(zhì)量，照片1的實驗中通過眼動儀實驗反映出受測者的視覺審美偏好的一致性，即富于變化的地形視覺偏好較強。其次，該照片的植被較為豐富，形態(tài)多樣，成為關(guān)注度較次于地形的景觀元素。

2.建筑是校園景觀中視覺偏好最高的景觀元素

照片4、5、6、7、10中建筑均成為視覺偏好最強的景觀元素。照片4中出現(xiàn)的景觀元素有天空、建筑、植被、草地、人物、旗桿等，建筑位于照片的中心位置，建筑立面色彩由紅色磚墻與白色門廊形成鮮明的對比，其建筑造型與周邊其他建筑相比，羅馬式圓形穹頂和希臘式古典柱廊體現(xiàn)出獨特的藝術(shù)特色。由此，建筑成為注視度較高的景觀元素，植被、天空、草地的注視度略低。照片5中建筑立面的窗產(chǎn)生的簡單形式語言，能將主體與周圍的其它景觀區(qū)分開來，具有較強的識別性，而這種視覺的捕捉源于心理學(xué)中對簡單形狀的感知，故建筑本體體現(xiàn)出的形狀知覺具有較高水平。圖6是一張色彩豐富、對比強烈的校園景觀照片，藍色的天空、褐紅色的操場跑道以及綠色的草地具有較強的視覺沖擊力，而受測者卻把關(guān)注點落在差異明顯的建筑主體之上，由此可以發(fā)現(xiàn)視覺是具有選擇性的，通過視覺活動可以反映出受測者整個心理活動，受測者均為清華大學(xué)的學(xué)生和教師，對所受測的校園景觀較為熟悉，在進行受測時受積極因素的影響把視覺重點都放在了較為喜歡的C型建筑樓。照片7、10也同樣反映出建筑是視覺關(guān)注點較高的景觀元素，受環(huán)境因素的影響，明暗效果較為突出的建筑細部結(jié)構(gòu)成為關(guān)注點，此外，標(biāo)志牌、人物、植被為關(guān)注度次一級的景觀元素。

3.色彩對比強烈產(chǎn)生較高的視覺注視力

照片3和照片8體現(xiàn)出色彩對比較強產(chǎn)生的視覺偏好特征。照片3中，受人物元素的影響，受測者均把注視點放在前面的人物頭部位置，其次將關(guān)注點放在文字部分，而對建筑、植被、路面、天空的關(guān)注度次之。從色彩對比的視覺層面來看，受測者把關(guān)注點停留在了色彩對比強烈的部位，即人物著裝的深色外衣與淺色建筑墻體形成的部位，還有建筑上，黑色文字與白色墻面形成色彩對比較強的區(qū)域，受視覺距離遠近的作用，前景區(qū)域景觀質(zhì)感與顏色的辨認(rèn)度更清楚，因此，形成了前景區(qū)域注視度略高于中景區(qū)的測試結(jié)果。照片8中深黑色石塊與土黃色的草地、深綠色的植被與米白色的路燈還有建筑立面上形成的窗與墻明暗色彩對比，均具有較高的關(guān)注度，由此可以發(fā)現(xiàn)細節(jié)豐富、色彩對比強烈的位置注視度較高。

4.形狀獨特的景觀視覺偏好較高

照片2中亭子是關(guān)注度最高的景觀元素，而植被、湖水、天空、建筑、太湖石等景觀元素的偏好次之，在天空與湖水的偏好度中，受測者對湖水的偏好略高于天空。亭子與周邊的景觀元素的形態(tài)具有較強的對比，顯示出獨特的景觀效果，受測者的注視點均集中在引人注目的亭子之上，而照片2中的植被類型較少，缺乏相應(yīng)的變化，故注視度略低。水體在景觀元素中占有較為重要的地位，受測圖中的水體受周圍景觀倒影的影響，被忽略了水景在景觀構(gòu)成中的獨特作用，未能起到較強的注視度。

5.相似性原則具有較高的視覺關(guān)注度

照片8從“觀看”的層面來理解，關(guān)注點較高的區(qū)域由人物部分、雕塑部分、汽車部分組成，這種部分與部分之間的組成關(guān)系，卻源自一個最簡單的原則，即相似性原則。這些相互類似的景觀元素在視覺感知中總是能被聯(lián)系在一起，通過不同的“點”的集合，最后形成一個統(tǒng)一的整體，成為關(guān)注的中心點。此外，構(gòu)圖中的主要層次以地平線為劃分界限，左側(cè)的道路具有一種指引性的視覺延續(xù)性，因此，在交界處形成視覺感知的主要關(guān)注區(qū)域。

從熱點圖和焦點圖可以分析出，所有受測者視覺關(guān)注點在圖片中較為中心的位置，如照片1、照片2、照片4、照片5與照片10所示;照片3、照片7、照片8、照片9則反映出色彩、明暗對比較大的區(qū)域視覺關(guān)注力越強;照片6則反映出建筑形式特征區(qū)別較大的區(qū)域則關(guān)注點越大。由此可以觀察出受測者的視覺關(guān)注點均在色彩對比強、明暗關(guān)系明顯、形態(tài)特征差異較大及畫面中心的區(qū)域。

通過研究表明，清華大學(xué)校園景觀中建筑、植被、人物是注視度較高的景觀元素，地形、水體、天空、道路等景觀元素的注視度較弱。在景觀視覺偏好分析研究中發(fā)現(xiàn)，色彩對比較大、明暗關(guān)系較強、形態(tài)獨特、地形變化豐富等因素對視覺偏好具有較為重要的影響。本次研究存在以下局限性：第一，本次研究在進行照片選取上，受時間、人力等原因的影響，并不能涵蓋清華大學(xué)校園中各種類型的景觀，存在景觀類型不全面的缺陷。第二，本次研究的受測者均是在清華大學(xué)工作和學(xué)習(xí)的人員，對清華大學(xué)的校園景觀較為熟悉，難免在進行實驗時受情感因素的影響對視覺感知會產(chǎn)生一定的影響。第三，本次研究的著重點是對眼動技術(shù)研究方法的探析，在實驗數(shù)據(jù)中，受測人員較少，因此，本次研究結(jié)果可能會存在一定偏差。

四、結(jié)論

本次研究通過眼動儀實驗對清華大學(xué)校園景觀的視覺偏好進行了初步分析，提出了一種適用于景觀感知研究的研究方法，這種方法還可以運用到城市景觀、鄉(xiāng)村景觀、森林景觀等研究工作之中。本次研究方法可以為環(huán)境藝術(shù)設(shè)計專業(yè)的學(xué)生提供參考和借鑒。

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