VR全景圖與傳統(tǒng)媒介在景觀視覺評估中的差異研究

曹林森，徐 歡

(江蘇師范大學，江蘇 徐州 221116)

視覺景觀評估是評價者心理活動和景觀的視覺質(zhì)量之間交互作用的結果，是人們判斷景觀場景品質(zhì)的重要途徑[1]?，F(xiàn)階段視覺景觀評估中設計展現(xiàn)的傳統(tǒng)媒介主要是二維效果圖紙和3D動畫，表現(xiàn)手法比較單一。行業(yè)內(nèi)需要新的設計方案展示手段，以便將設計師的設計思想以及成果更加直接、形象、準確地展示給用戶[2]。

虛擬現(xiàn)實(virtual reality，VR)技術通過仿真技術和多媒體技術相結合，創(chuàng)造逼真的虛擬空間，使用戶以自然的方式在虛擬空間中進行體驗和交互。VR技術主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設備等，可以最大程度模擬空間環(huán)境感受。現(xiàn)階段VR技術已經(jīng)步入商業(yè)化時代，通過VR圖像處理技術可以實現(xiàn)對各種對象要素的模擬和展現(xiàn)，使體驗者感受身臨其境的“沉浸感”[3]。近幾年VR技術開始用于景觀方案展示及評估領域，有相關學者對其進行了探索研究。孫漪南等[4]首次將VR全景圖技術應用于景觀評價的研究中，對鄉(xiāng)村景觀視覺評價及景觀要素偏好進行了研究。陳倩[5]結合VR技術的特點和優(yōu)勢,將VR全景圖技術的真實感、交互性帶入林業(yè)景觀表現(xiàn),探索出一種適合于林業(yè)景觀表現(xiàn)的全景展示方案。

由于VR技術具有沉浸性、交互性和構想性等特點，普遍認為VR全景圖技術在景觀視覺質(zhì)量評估中比傳統(tǒng)媒介具有更高的傳達信息價值[6]。但也有學者指出其成本高、畫質(zhì)差、眩暈感等問題[7]。那么VR全景圖與傳統(tǒng)展示媒介在視覺評估展示效果方面存在哪些異同，VR全景圖的表現(xiàn)是否強于普通媒介，或在多大程度、哪些方面優(yōu)于傳統(tǒng)媒介，還是一個沒有明確答案的問題。本研究的目的是通過實例來探究VR全景圖技術和傳統(tǒng)媒介在景觀視覺評估中的差異性，探討VR全景圖技術在景觀視覺評估領域的應用價值。

1 研究方法

語義差異法(semantic differential method)簡稱SD法，是由C.E.奧斯顧德(Charles Egerton Osgood)于1957年提出的一種心理測定方法。該方法通過學習對象的語義，將用戶感知反應在李克特量表上，然后利用統(tǒng)計學方法分析其規(guī)律。20世紀90年代以來，SD法開始應用于景觀、建筑等相關領域的研究。美景度評價法(scenic beauty estimation method) 簡稱SBE法，由Daniel和Boster提出，以照片或者幻燈片作為媒介，評價者依照片中的景觀效果按評分準則評分[8]。將語義差異(SD)法和美景度評價(SBE)法相結合，可以獲得評價者心理感受的量化數(shù)據(jù)。同時將SD與SBE進行關聯(lián)性分析，可以分析影響美景度評價的主要因素。

基于研究目的，確立了傳統(tǒng)媒介組(普通組)和VR全景圖組(VR組)2個對照組。首先建立典型的景觀設計場景，然后由專家確定較為客觀的景觀視覺評估指標，并由大眾介入，結合SD-SBE評價方法由2組分別完成景觀視覺評估。最后對評價結果進行均值、獨立樣本T檢驗和逐步回歸分析，研究VR全景圖技術與傳統(tǒng)媒介在景觀視覺評估中的差異性。

1.1 視覺評估場景設計

園林景觀設計要素主要包含道路和鋪裝、水體、植物、地形、建筑5種類型[9]。試驗場景“小游園”以5種設計要素為線索，參照優(yōu)秀的景觀設計案例設計而成。利用AutoCAD、Sketchup建立小游園模型空間，將模型導入lumion8.0軟件進行材質(zhì)賦予、植物添加，制作小游園漫游動畫，并分別導出以5種景觀設計要素為主體的節(jié)點效果圖(人視高度)各1張(圖1a)、VR全景圖各1張(全景圖的初始視角與人視效果圖相同，圖1b)。利用PS制作游園平面圖(圖2)、鳥瞰圖，各節(jié)點效果圖的觀察位置和方向如圖3所示。

圖1 道路和鋪裝、水體、植物、地形及建筑要素的普通效果(a)和VR全景(b)Fig.1 Renderings(a)and corresponding VR panorama(b)of roads and pavements,water,plants,topography,buildings

圖2 小游園平面Fig.2 Plan of the park

圖3 各效果圖節(jié)點位置Fig.3 Position of viewpoint

1.2 視覺評估指標確定

視覺評估指標的設定是結合物理學派[10]與SD法，由風景園林專業(yè)2名教授和3名博士生參考以往視覺評估研究的相關指標[11-15]確定完成。最終確定理性指標、感性指標和美景度指標共11組形容詞對(表1)，使用7級李克特量表法對每對形容詞進行級別區(qū)分，7級分別代表正向形容詞三級：非常(7分)、很(6分)、較(5分)；反向形容詞三級：較(3分)、很(2分)、非常(1分)；中間形容詞：中等(4分)。5種景觀要素設計場景問卷的形容詞一致，但出現(xiàn)的順序不同，以免出現(xiàn)慣性思維。

表1 景觀設計表現(xiàn)視覺評估標準Table 1 Visual evaluation standard of landscape design performance

1.3 景觀視覺評估

研究表明不同風景評價者與團體之間存在高度一致性[16-17]。對于場景的審美尺度，不同文化背景的評價者不存在統(tǒng)計學意義上的顯著差異，而且青年大學生對景觀的審美不存在功利性[18]。調(diào)查抽取風景園林專業(yè)學生32名、城鄉(xiāng)規(guī)劃及人文地理專業(yè)學生42名共74名學生進行調(diào)查評價。將測試者分成A普通組、B VR組各37名，在多媒體教室中進行評估調(diào)查。首先讓全體測試者通過幻燈片瀏覽小游園的平面圖和鳥瞰圖，形成對設計場景的整體印象。其次，對A組測試者先播放設計場景的漫游動畫2遍，再利用幻燈片分別播放5種景觀設計要素的效果圖，每張效果圖播放時間為1 min，期間測試者對各項指標進行打分。過程中效果圖不回放，且評價結果不予修改，以保證測試者憑借直觀感受對場景進行評分。對B組測試者佩戴小米VR一體機設備，利用該設備連接手機，測試者可以實現(xiàn)在場景中按設定的路線進行全景漫游瀏覽，漫游路線為單一單向路線。測試者須在設定好的5個全景圖測試位置各停留1 min，期間在另一學生的語音幫助下對各項指標進行評分。

2 結果與分析

經(jīng)過有效組織和管理，2組調(diào)查共回收問卷74份，回收率和有效率均為100%。對2組數(shù)據(jù)首先進行信度分析，普通組Cronbach's α系數(shù)為0.905，VR組Cronbach's α系數(shù)為0.854。Cronbach's α系數(shù)均>0.7，指標之間的一致性較好。對評價結果進行均值、獨立樣本T檢驗和逐步回歸分析，研究VR全景圖技術與傳統(tǒng)媒介在景觀視覺評估中的差異性。

2.1 均值及離散度差異分析

對比2組試驗各景觀設計要素和場景整體的均值發(fā)現(xiàn)(圖4)，整體上VR組評分結果普遍高于普通組。各景觀設計要素而言：道路與鋪裝方面，VR組在開闊度、色彩搭配、興趣、吸引力和美景度指標上得分較明顯高于普通組，其他約等于或略低于普通組。水景方面，除了尺度感與開闊度指標，其他指標評價結果VR組均高于普通組。植物配置方面表現(xiàn)更為明顯，除了秩序感指標，VR組指標得分均高于普通組，且差距明顯。地形與建筑要素方面呈現(xiàn)相似結果，2組均值整體差距較小，VR組得分主要在層次感、開闊度及各感性指標上高于普通組。整體而言，除了秩序感、協(xié)調(diào)感及尺度感3個指標，VR組在其他指標上得分都較明顯高于普通組，且這種差距在感性指標(氛圍、興趣、吸引力)方面表現(xiàn)更為明顯?？梢哉J為，對于同一個景觀場景，通過VR全景圖作為展示媒介相比傳統(tǒng)方式可以獲得更高的評價得分，而且這種差距在感性層面表現(xiàn)更為明顯。

圖4 景觀要素及整體各評價指標(橫坐標)得分均值(縱坐標)Fig.4 Average scores of landscape elements and the whole

對美景度指標得分進行描述性分析，結果如表2。從均值來看，VR組(5.86)明顯高于普通組(4.43)；VR組極小值為4，普通組為3。普通組得分變異系數(shù)是VR組的2倍以上，說明普通組得分較VR組而言離散度高，評價分值區(qū)分大，表現(xiàn)更為離散和敏感。

表2 美景度評價分值描述分析Table 2 Description and analysis of SBE

2.2 獨立樣本T檢驗分析

為進一步研究2組之間的差異性，對2組數(shù)據(jù)進行獨立樣本T檢驗(表3)。5種景觀要素中，植物場景的2組數(shù)據(jù)差異性表現(xiàn)最明顯，11個指標中8個指標具有顯著差異，其中開闊度、氛圍、興趣和美景度指標在0.01水平上顯著差異。說明以植物為主的設計場景背景下VR組與普通組的差異性最為明顯。結合均值可知，差異性體現(xiàn)在VR組評分明顯高于普通組。其次為水景要素，有5個指標具有顯著差異，其中秩序感、質(zhì)感肌理、吸引力和美景度指標在0.01水平上顯著差異。道路與鋪裝、地形和建筑3種景觀要素場景的2組差異性相比較弱，且主要體現(xiàn)在感性指標(氛圍、興趣、吸引力)和理性指標中的開闊度指標。整體而言，指標開闊度、質(zhì)感肌理、氛圍、興趣、吸引力和美景度在0.01水平上具有明顯差異，層次感在0.05水平上具有明顯差異。結合各景觀要素輸出結果，說明感性指標仍然是造成2組差異性的主要原因。理性指標中的空間指標(開闊性和層次感)也存在較明顯差異。2組評分的形態(tài)指標差異性最小，色彩指標差異性也較弱。差異性均體現(xiàn)在均值得分在VR組高于普通組。

2.3 與美景度的相關性及逐步回歸分析

為探討2組評價中對美景度評價結果起主要影響作用的指標因子，對2組數(shù)據(jù)進行相關性分析，結果如表4。普通組中，美景度與吸引力、層次感、色彩搭配、氛圍、興趣5個指標存在極顯著相關性(P<0.01)，與尺度感、開闊度、協(xié)調(diào)性3個指標存在顯著相關性(P<0.05)。VR組中，美景度與吸引力、興趣、開闊度、氛圍、尺度感5個指標存在極顯著相關性(P<0.01)，與色彩搭配存在顯著相關性(P<0.05)。綜上，2組評價中，感性指標(吸引力、氛圍、興趣)都與美景度評價有著顯著的相關性,說明評價者的主觀喜好程度對場景美景度的評價起關鍵作用。相比VR組，普通組中與美景度相關的理性指標更為廣泛和全面，主要表現(xiàn)在空間指標(尺度感、層次感、開闊度)和色彩指標。VR組中與美景度相關的理性指標主要是空間指標。

表3 2組獨立樣本T檢驗結果Table 3 T test results of independent samples

表4 2組指標與美景度相關性分析Table 4 Correlation analysis of indications and SBE

對視覺評估指標進行相關性分析，發(fā)現(xiàn)指標之間存在復雜線性關系。這說明指標因子間存在多重共線性，而多重共線性易導致自變量與因變量之間的數(shù)學函數(shù)關系失真[19]。逐步回歸(Stepwise Regression)是常用的消除多重共線性、選取“最優(yōu)”回歸方程的方法[20]。以10個視覺評估指標作為自變量，美景度作為因變量進行逐步線性回歸分析，結果見表5。

在模型中，最小容差0.465>0.2，最大VIF值2.153<10，通過容差和VIF值檢驗，說明本模型不存在嚴重共線性問題。顯著性Sig.和t檢驗結果支持此模型的可靠性[21]。通過逐步線性回歸分析，普通組中指標吸引力、開闊度、尺度、層次感4個指標進入模型，調(diào)整的R2值結果顯示此4個指標可以解釋美景度的72.1%。VR組中，吸引力和興趣2個指標進入模型，調(diào)整的R2值結果顯示此2個指標可以解釋美景度的66.7%。說明在普通組中，決定評價者美景度感知的主要是場景的空間指標和感性指標中的吸引力。在VR組中，決定評價者美景度感知的主要是感性指標。

表5 2組數(shù)據(jù)逐步回歸分析結果Table 5 The results of stepwise regression analysis

3 結論與討論

3.1 VR全景圖與傳統(tǒng)媒介的差異性

通過對比VR全景圖和普通效果圖及動畫2種視覺評估展示媒介的評價效果，得出如下主要結論：1)就同一設計場景，VR全景圖作為展示媒介相比傳統(tǒng)媒介可以獲得更高的評價得分，而且這種差距在感性指標層面表現(xiàn)更為明顯；普通組得分較VR組更為離散和敏感。2)2組試驗中植物要素的均值差距最為普遍且明顯，其次為水景要素。道路和鋪裝、地形和建筑要素場景差異性較弱。感性指標是造成2組差異性的主要原因，其次是理性指標中的空間指標(開闊性和層次感)。3)2組試驗中，感性指標(吸引力、氛圍、興趣)和理性指標中的空間指標都與美景度評價有著顯著的相關性。結合逐步回歸分析結果，普通組中指標吸引力、開闊度、尺度感和層次感是影響美景度評價的主要因子；VR組中吸引力和興趣是影響美景度的主要因子。

3.2 差異性原因及對策分析

J.L.Moflooh[22]認為，人在戶外空間中的行為是不斷尋找目標的過程，這個過程中人的感知神經(jīng)不斷捕捉和分析周圍各種信息尤其是視覺信息，感知過程是瞬間的、潛意識的。格式塔心理學認為，環(huán)境中人們形成的心理反應是瞬間整體感知空間中所有信息后得出的結果，而這種空間中所有的信息不是簡單的機械圖片所能反應的。傳統(tǒng)媒介表現(xiàn)景觀設計方案局部的或特定視角的空間效果，無法向評估者展示設計空間的所有角度、節(jié)點等，也無法準確地描述功能空間之間的連貫性。表現(xiàn)的局限性或?qū)е略u估者對設計場景的理解偏差較大，這也是造成其結果離散和敏感的原因。評估者僅能被動接受，亦無法身臨其境的感受景觀設計帶來的魅力和樂趣。而運用VR虛擬現(xiàn)實技術不僅表現(xiàn)出設計場景的360°全景效果，為評估者提供完整的、全面的感知信息，還能將其感官盡量調(diào)動起來，帶評估者以第1人稱身臨其境的方式感受設計方案中的空間和元素，改善原有效果圖依靠評估者想象理解空間的模式。同時評估者可以根據(jù)設置的游覽路線，自主選擇不同設計空間之間的游覽路線、觀賞角度。這種與設計場景的互動不僅提高了評估者的參與興趣，更能讓其從不同層面獲取更多的展示信息，更直觀地感受、理解設計場景。綜上，VR全景圖的多感知性和場景互動性或是導致差異性的主要原因。

基于VR全景圖技術和傳統(tǒng)媒介之間的差異性，提出以下建議：1)景觀設計成果的展現(xiàn)應向VR全景圖方向發(fā)展。尤其是在以植物和水景為主的設計場景中，在控制成本的基礎上應著重考慮使用VR虛擬現(xiàn)實技術進行效果展示。一方面，喚起評估者的參與興趣，讓評估者身臨其境，更好地感受和理解設計場景；另一方面，如果涉及到項目匯報，同樣的設計場景采用VR全景圖展現(xiàn)，可以增強客戶的感知度、互動性，提高客戶的感性評分和設計項目的成功率。2)除了感性因素，不同表現(xiàn)媒介的尺度感、層次感和開闊度等空間指標都對美景度評價有較大影響。在視覺評估中，無論是VR全景圖還是傳統(tǒng)媒介，都應重視設計場景空間指標的設計與傳達。

3.3 研究不足及展望

本研究是VR虛擬現(xiàn)實技術在景觀中應用的淺顯研究，由于內(nèi)容和時間所限，評估者人數(shù)和測試場景案例數(shù)都比較有限，也未能涉及VR 技術在景觀領域中更深層次的應用，研究結論的普遍性意義或需要進一步加以驗證。隨著今后研究的深入，將進一步探索VR虛擬現(xiàn)實技術和傳統(tǒng)媒介在視覺景觀評估中對現(xiàn)實場景的替代效應，繼續(xù)挖掘VR技術在景觀行業(yè)的應用價值。隨著信息技術和計算機硬件性能的發(fā)展，相信VR技術會在景觀設計領域中逐步形成設計師設計討論、效果展示、方案評價等一系列重要環(huán)節(jié)的輔助應用系統(tǒng)。