城市歷史公園三維可視化評價體系構(gòu)建與應用

金雅萍 戴開宇 戴代新

遺產(chǎn)可視化主要指利用計算機技術(shù)對遺產(chǎn)知識與信息進行處理，最終以圖像、視頻、三維模型甚至虛擬現(xiàn)實等形式通過多媒體或（和）網(wǎng)絡進行展示的過程。根據(jù)不同目的一般分為2種類型：1）為了歷史研究與遺產(chǎn)闡釋，對遺產(chǎn)歷史信息內(nèi)在結(jié)構(gòu)進行可視化，是遺產(chǎn)信息的選擇、組織和圖示化表達，是一種從歷史現(xiàn)實到抽象關(guān)系的過程；2）通過三維虛擬復原，實現(xiàn)“記憶”的重現(xiàn)，是遺產(chǎn)價值認知的有效途徑。目前遺產(chǎn)保護領域三維可視化的研究內(nèi)容主要集中在三維建模的技術(shù)、展示方式以及軟件工具應用等方面。近年來有學者開始意識到遺產(chǎn)三維可視化評價的重要意義，如Bernard Frischer提出，遺產(chǎn)可視化的作用不僅在于公眾交流與教育，也是遺產(chǎn)知識和信息的數(shù)字化表達。因此，可視化與虛擬再現(xiàn)研究要求資質(zhì)合格的作者經(jīng)過知名學者的評價，體現(xiàn)良好的學術(shù)規(guī)范：包括清晰明確的思考方法、可靠的信息來源[1]。然而目前對其三維可視化的評價研究主要集中于對可視化工具的選擇和比較，對可視化結(jié)果的真實性、可靠性、用戶接受程度等方面的研究不多，評價方法也局限于照片對比法。陳小鋼以照片對比法檢驗虛擬景觀的真實性，分析得到虛擬環(huán)境的遠景要素、中景要素和近景要素的真實性程度[2]。Eckart Lange通過一組現(xiàn)實景觀照片與景觀可視化圖像之間的對比以及公眾偏好調(diào)查來評價可視化的有效性（validity）[3]。學者們也探討了城市文化遺產(chǎn)三維可視化評價的指標因子和測評方法。Alppeton和Lovett認為可視化結(jié)果的真實性并非與數(shù)據(jù)細節(jié)的詳細程度（lever of detail）完全匹配，并且觀者的感知因素，如準確性和確定性也受到圖像真實程度的影響[4]。Ervin指出對于可視化結(jié)果的評價方面主要有模型的視覺推斷結(jié)果是否可靠及可視化各方面因素（真實性、色彩、可操作性）的對比，并認為評價并不局限于“像”或者“喜歡”，可視化的推論性目的（有時是修辭性目的）在可視化評價中尤為重要[5]。Alan MacEachren等總結(jié)了景觀可視化的特征：沉浸性（immersion）、交互性（interactivity）、信息強度（information intensity）以及對象智能性（intelligence of objects），主要涉及觀者所感知的可視化特征[6]。總體來說，遺產(chǎn)三維可視化的評價方法較為單一，尚未建立嚴謹?shù)脑u價體系，亟須進一步研究。

城市歷史公園是一種典型的城市文化遺產(chǎn)類型。在城市歷史公園三維可視化過程中時常存在歷史信息的缺失，Arnoud de Boer等探究了在歷史數(shù)據(jù)不充分的條件下非真實感（non-photorealistic representations）的建模方法，并提出可視化結(jié)果被感知的真實性應如何評價的問題[7]，但此方面的研究在國內(nèi)外仍較缺乏。三維可視化在城市歷史公園的歷史研究、價值評價及活態(tài)保護中具有重要意義。研究對城市歷史公園的三維可視化的評價進行了探索性的研究，基于視覺論證理論提出評價框架和指標體系，并通過對上海復興公園的實例應用進行檢驗。

1 理論基礎與評價框架

城市歷史公園三維可視化過程是對歷史信息的視覺推斷與再現(xiàn)，無法做到絕對的正確性，是論證而不是證明的過程，且不屬于演繹推理，因而可以認為是一種非形式邏輯論證。此外，由于圖像資料在解讀視覺經(jīng)驗、分析解讀景觀空間和形態(tài)上優(yōu)于文獻資料，能夠為遺產(chǎn)保護和修復提供真實性和準確性信息[8]，因而本研究基于視覺論證（visual argument）構(gòu)建城市歷史公園三維可視化的評價框架。視覺論證相對于言語論證（verbal argument）是近年來在邏輯學方面興起的論證方法，認為視覺圖像能對態(tài)度和信念等方面產(chǎn)生影響，如繪畫、電影片段以及廣告海報等。視覺論證主要由三部分要素組成：前提、推論與結(jié)論[9]。根據(jù)非形式邏輯的相關(guān)理論，主要從邏輯層面、修辭層面和辯證層面對論證過程進行評價[10]74。

1）邏輯層面。評價論證過程是否具有邏輯合理性，是否具有說服力。邏輯層面目前主要采用Johnson和Blair的RSA標準進行評價，即相關(guān)性（ relevance）、充分性（sufficiency）、可接受性（acceptability ）[11]。

2）修辭層面。評價論證的表達方式是否符合觀者的認知，是否有利于有效溝通。修辭層面的幾個重要因素在于：促進有效的溝通、將論點更合適地呈現(xiàn)給觀者或聽者、尊重論證的社會背景等[10]75。

3）辯證層面。主要針對論證過程中觀者所提出的質(zhì)疑和反對，評估論證者是否對其進行合理的回應，或是在辯證過程中對可能出現(xiàn)的反對意見給出解釋。Johnson認為辯證適當性在于3點：①論證者公正準確地處理每一個反對意見；②論證者對反對意見的回應是充足的；③論證者有序并妥善地處理反對意見，即處理最重要緊迫的反對意見[12]。因而辯證層面的標準可總結(jié)為準確性、充足性和適宜性。

城市歷史公園三維可視化是指從信息獲?。ㄟz產(chǎn)記錄）、數(shù)據(jù)處理、對數(shù)據(jù)的闡釋和符號化（遺產(chǎn)闡釋）到展示（遺產(chǎn)展示），最終得到可視化結(jié)果的過程（圖 1）。獲取的信息主要為遺產(chǎn)的歷史圖像、相關(guān)文獻、影像、遺存信息以及激光掃描等基礎數(shù)據(jù)，具有系統(tǒng)性的特征；數(shù)據(jù)處理主要是對激光掃描、照片攝影法或不清晰的歷史數(shù)據(jù)等存在的誤差進行處理，目的在于提高數(shù)據(jù)的精準度和正確性；闡釋主要包括人為的專業(yè)解讀以及采用可視化技術(shù)的視覺推斷①，具有推斷性和技術(shù)性；展示則是采用相應的媒介對闡釋的結(jié)果進行呈現(xiàn)，也包括對闡釋結(jié)果的渲染等藝術(shù)化操作，使之符合觀者的感知②，因而具有審美性、藝術(shù)性和感知特征（圖1）。

城市歷史公園三維可視化的信息獲取和數(shù)據(jù)處理是論證的前提，闡釋和展示則是推論的過程，最終得到的可視化結(jié)果也是論證的結(jié)論，從視覺論證的邏輯層面、修辭的層面和辯證層面來構(gòu)建評價理論框架（圖 2）。

1）邏輯層面。邏輯層面評價推斷過程是否具有邏輯嚴謹性，主要對數(shù)據(jù)（前提）、方法與技術(shù)（推論）進行評價，評價的準則主要有：數(shù)據(jù)的充分性、數(shù)據(jù)的可靠性、數(shù)據(jù)的準確性、闡釋方法的嚴謹性以及可視化技術(shù)的適用性等。

2）修辭層面。修辭層面衡量論證的有效溝通，主要對可視化結(jié)果進行評價。由于可視化結(jié)果需要被使用者感知后才能被理解、接受和使用，因而使用者的認知程度和感知性成為評價中的重要影響因素，評價準則主要為：三維可視化結(jié)果的可接受性及感知性等。

3）辯證層面。辯證層面考量論證者與觀眾或聽者之間的反饋及爭議等，在城市歷史公園三維可視化語境下，通過反饋機制對使用者的信息進行辯證及解釋并進一步修改可視化結(jié)果。

其中評價要素的含義如下：

1）數(shù)據(jù)。是指在基于計算機的三維可視化中考慮到或?qū)ζ溆兄苯佑绊懙乃袛?shù)字與非數(shù)字信息③。評估歷史數(shù)據(jù)的可靠性和準確性，以及數(shù)據(jù)的量對于可視化結(jié)果是否具有充分性。

2）方法與技術(shù)。是指三維可視化過程中采用的所有歷史考證、歷史推斷以及計算機三維可視化技術(shù)。評價闡釋是否具有歷史事實性，推斷是否嚴謹合理與客觀，是否反映遺產(chǎn)的價值，以及選取的三維可視化技術(shù)是否適用。

3）可視化結(jié)果。是指三維可視化得到的成果及其表現(xiàn)或展示方式。評價中考慮信息接收的對象，觀者的認知度和接受度，即可視化的內(nèi)容是否能夠被觀看者所理解、信息傳遞的有效性。

4）后評價。是指三維可視化全過程中對他人的質(zhì)疑或提議所作出的回應。評價是否存在反饋機制并對可視化結(jié)果及時修正更新。

2 評價指標體系構(gòu)建

評價指標的確定需要深入研究城市歷史公園三維可視化過程中的各要素的具體特征，涉及多個學科，因而需要由跨學科的專家組成團隊進行指標的確定，才能保證三維可視化評價體系的客觀性、綜合性及權(quán)威性。研究采用Delphi專家調(diào)查法綜合各領域的專家，建立詳細的評價指標體系。Delphi專家調(diào)查法較為成熟，被廣泛接受和使用，但是也存在專家之間缺少交流，具有一定的主觀性，容易受研究組織者的影響和忽視少數(shù)人意見等問題。為此，研究不僅邀請跨學科的專家，減少專業(yè)意見的偏差，而且組織了多輪專家打分，每次將專家反饋意見都呈現(xiàn)在問卷中，促進專家進行較為全面的思考；并且對問卷進行了詳細說明，在問卷設計上謹慎措辭，保證問卷的客觀性；權(quán)重制定過程中，結(jié)合了基于群策的層次分析法提高科學性。評價體系構(gòu)建方法見詳表1。

表1 城市歷史公園三維可視化評價體系構(gòu)建方法Tab. 1 Method for constructing 3D visualization evaluation system of historic urban parks

2.1 確定指標因子

根據(jù)研究所涉及的相關(guān)領域確認各個研究領域的專家（如各領域影響力較大的論文作者），以及專家之間的相互推薦，得到專家信息提名表，主要由來自遺產(chǎn)保護、遺產(chǎn)可視化、歷史研究、計算機技術(shù)等研究領域22名專家組成。基于上文的評價框架，總結(jié)城市歷史公園三維可視化評價要素（表2）。

表2 城市歷史公園三維可視化評價要素Tab. 2 Elements of 3D visualization evaluation of historic urban parks

隨后采用Delphi方法進行問卷調(diào)查確定評價因子，經(jīng)過了三輪調(diào)研，統(tǒng)計分析第二輪和第三輪結(jié)果（表3）。

表3 Delphi第二輪和第三輪Kendall’s W協(xié)調(diào)系數(shù)對比Tab. 3 Comparison of Delphi’s 2nd and 3rd rounds of Kendall's W coordination coefficients

采用1～9作為標度，通過建立兩兩判斷矩陣，并通過歸一化處理后，最終得到的各層次的指標權(quán)重值（表4）。

3 實證應用與檢驗

研究選取上海復興公園作為可視化評價的實證研究，檢驗城市歷史公園三維可視化評價體系的可行性。上海復興公園于1909年建成，是法租界公董局在原顧家宅兵營的基礎上修建而成，歷經(jīng)多次改擴建，如今是上海唯一一座保存較好的法式公園，在城市歷史公園中具有代表性和典型性。研究團隊首先針對復興公園1926—1935年的歷史場景進行了三維可視化[13]。由于評價中不可避免地存在不確定性與模糊性，因而此次評價采用模糊綜合評價法（fuzzy comprehensive evaluation，簡稱FCE）[14]。

3.1 評價主體

采用表4中的評價指標，由專家和公眾進行評價，其中數(shù)據(jù)、方法和技術(shù)方面的評價指標相對較為專業(yè)和客觀，采用專家評價；展示結(jié)果的評價與三維可視化的目的和受眾關(guān)系更為密切，此部分由專家和公眾共同評價。此外，對復興公園的歷史及現(xiàn)狀是否有了解在一定程度上會影響評價者對三維可視化結(jié)果的評價，需要對公眾進一步分組，分為當?shù)毓姡òㄋ袑ι虾＝珗@尤其是復興公園有所了解的公眾）與非當?shù)毓姡ㄖ笇ι虾＝珗@尤其是復興公園完全不了解的公眾）兩組分別進行評價與統(tǒng)計分析。最終評價主體分為3組：專家、當?shù)毓娕c非當?shù)毓姟?/p>

3.2 評價過程

3.2.1 成果展示與說明

研究團隊通過微信公眾號發(fā)布了復興公園三維可視化的過程與結(jié)果，展示了復興公園的基礎數(shù)據(jù)以及三維可視化過程的解釋說明，可分別見《復興公園歷史圖像資料——上海近代公園三維可視化評價》④及《復興公園1926年—1935年場景復原及評價》⑤。前者整理并展示了復興公園的歷史圖像，并詳細列出圖像資料清單，說明了每張圖像的內(nèi)容及來源。后者首先展示了復興公園1926—1935年場景三維可視化的成果，并分別對復興公園概況、歷史資料現(xiàn)狀、三維可視化方法與技術(shù)、三維可視化軟件的選取、三維可視化建構(gòu)詳細過程、可視化評價問卷及反饋方式等進行了說明。

3.2.2 數(shù)據(jù)收集與問卷設計

數(shù)據(jù)收集方式采用網(wǎng)絡問卷，通過微信公眾號進行發(fā)布。問卷針對專家和公眾分別設計，采用表4中的評價指標分別設置問題，評價等級采用李克特量表，分為“非常好、好、一般、不好、非常不好”5個等級（表4）。

表4 城市歷史公園三維可視化評價指標及權(quán)重Tab. 4 Evaluation indicators and weights of 3D visualization of historic urban parks

3.3 結(jié)果與分析

問卷有效回收100份，其中專家組9份，當?shù)毓娊M13份，非當?shù)毓娊M78份。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析采用YAAHP11.3版本的模糊綜合評價分析功能，分別對專家組、當?shù)毓娊M與非當?shù)毓娊M進行統(tǒng)計分析（表 5）。

表5 各組綜合等級隸屬度Tab. 5 Comprehensive level membership of each group

綜合等級隸屬度反映出各組對復興公園三維可視化各指標的綜合評價，專家組的最大隸屬度為0.663 5，屬于“好”等級；當?shù)毓娕c非當?shù)毓娮畲箅`屬度分別為0.421 1和0.494 0，均屬于“好”等級。因而總體而言，復興公園1926—1935年場景三維可視化的評價綜合等級為“好”。

此外，分別對三組的綜合評分及各指標的評價得分進行了統(tǒng)計。各組綜合評分分別為：專家組3.795 5，當?shù)毓娊M4.220 5，非當?shù)毓娊M4.026 3。從各指標評價得分表可分析各組對各層次各指標評價的相對高低。對于要素層，專家組對此次三維可視化的方法與技術(shù)和后評價部分評價相對較高（評分分別為3.833 3和3.805 6）。對于準則層評價較高的為：信息透明、數(shù)據(jù)可靠性、歷史考證的事實性及歷史推斷的合理性（評分分別為4.166 7、3.944 4、3.888 9和3.888 9）。對于因子層評分較高的為：信息公開程度、信息記錄、推斷的嚴謹性、動靜態(tài)呈現(xiàn)、數(shù)據(jù)空間范圍、數(shù)據(jù)來源、技術(shù)與成果之間信息含量的一致性及用戶可操作性（評分分別為4.222 2、4.111 1、4.111 1、4.111 1、4.000 0、4.000 0、4.000 0和4.000 0）。當?shù)毓娕c非當?shù)毓娋鶎π畔⑼该?、修正更細及交互性的評分較高，對真實感的評分最低，其原因可能在于三維可視化細節(jié)程度不佳。

4 結(jié)論

本研究以視覺論證作為理論基礎，從邏輯層面、修辭層面和辯證層面建立了城市歷史公園三維可視化評價框架，并通過Delphi專家調(diào)查法及層次分析法構(gòu)建指標體系，以上海復興公園為實證對象，檢驗了評價體系的有效性及可行性。以視覺論證評估標準為理論基礎的優(yōu)勢在于，能夠使三維可視化評價拓展至包括對基礎數(shù)據(jù)的考證、采用的方法技術(shù)的對比評估、闡釋及推斷過程的嚴謹性以及展示方法的適宜性等方面，從而建立一個全面、綜合、系統(tǒng)的城市歷史公園三維可視化評價指標體系。但是需要指出的是，通過Delphi法獲取的指標因子和權(quán)重不可避免地仍具有主觀性。此外，采用該評價體系及評價方法可以對基于不同可視化方法的同一近代公園的同一歷史時期進行三維可視化評價，通過對比分析得出最適用于該公園三維可視化的方法，以期總結(jié)得出不同可視化方法對于不同類型的近代公園的適用性，此部分研究仍有待進一步思考與探索。

注釋(Notes)：

① 《艾蘭姆憲章》中對“闡釋”的定義為：為了提高公眾文化遺產(chǎn)意識、增加對文化遺產(chǎn)理解的所有可能的活動，包括印刷品、電子產(chǎn)品、公眾講座、現(xiàn)場裝置和相關(guān)的非現(xiàn)場裝置、教育項目、社區(qū)活動，以及相關(guān)的持續(xù)性研究、培訓和評估。因而可以認為本文可視化過程中的“闡釋”符合上述定義。

② 《艾蘭姆憲章》中對“展示”的定義為：特指借助于對文化遺產(chǎn)闡釋信息的整理、提供易達性以及展示設備等將遺產(chǎn)闡釋的內(nèi)容與公眾進行溝通。

③ 參照《倫敦憲章》中對歷史資料的定義。

④ 引自：https://mp.weixin.qq.com/s/Xg0C2BrLLY5JsFNNu R8nEw。

⑤ 引自：https://mp.weixin.qq.com/s/Z7WZ7cyKX5xxCFh8n y3Aow。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

文中圖表均由作者繪制。