全景呈現(xiàn)技術(shù)在景觀視覺評價中應(yīng)用的優(yōu)劣勢分析

陳梓茹，傅偉聰，朱志鵬，董建文

(1.福建工程學院(福州) 建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學院，福建 福州 350116；2.福建農(nóng)林大學 園林學院，福建 福州 350002)

視覺作為公眾對景觀感知最主要的方式之一，其感知占比達85%[1].基于此，視覺評價成為研究人員、設(shè)計從業(yè)人員及管理者對城市綠地、森林環(huán)境等景觀質(zhì)量的主要評價手段.相關(guān)研究始于20世紀60年代[2-6]，歷經(jīng)50年的發(fā)展已形成相對完善的理論體系，評價手段也隨著時代科技的發(fā)展經(jīng)歷了實景、繪畫、照片、視頻以及模型等一系列演變.雖然實景是研究視覺評價的最理想環(huán)境，但其存在高成本且難以保持時間、光線等環(huán)境條件一致性的缺憾.早期相關(guān)研究多以照片作為景觀視覺評價媒介，且這一評價的有效性得到了80年代至90年代眾多學者的驗證[7-11].在照片評價獲得肯定的同時，亦有相關(guān)研究揭示出照片評價的局限性，如照片存在無法準確反應(yīng)景觀真實美景度[12]、無法提供完整的三維空間信息[13]等局限性.伴隨21世紀初三維虛擬構(gòu)建、VR(虛擬現(xiàn)實Virtual realization)、AR(增強現(xiàn)實Augmented Reality)、魚眼鏡頭等技術(shù)逐漸成熟，對場景的捕捉再現(xiàn)變得更為便捷.VR全景場景，通過360°全視角的呈現(xiàn)，營造出更為真實的“現(xiàn)場感”，解決了照片作為評價媒介存在的局限問題，為景觀視覺評價研究提供了新的媒介手段.部分研究已證明通過數(shù)字模擬場景應(yīng)用于景觀感知評價研究具備多種優(yōu)勢[14-18]，但這一技術(shù)應(yīng)用目前依舊處于探索階段，其有效性仍未有學者展開討論.定量的分析全景呈現(xiàn)與傳統(tǒng)呈現(xiàn)方式之間的差別，是評估全景VR評價是否適合大面積推廣的首要問題，而對于相關(guān)問題的探討，已有研究鮮見報道.

有學者指出景觀評價技術(shù)的有效性與評價方式是否喚起參與者的反應(yīng)能力有關(guān)[19].根據(jù)“行為現(xiàn)實主義”理論描述：環(huán)境展現(xiàn)的越真實，反饋者對它的反應(yīng)就越接近真實環(huán)境.基于這一邏輯，Sanchez-Vives等人提出檢驗虛擬場景呈現(xiàn)技術(shù)可行性的三個重要指標：現(xiàn)場感、視覺感受以及交互感[20-22].格式塔理論(Gestalt Theory)主張人對于環(huán)境感知的完整論，闡述人通過視覺獲取物體信息的時候并非通過逐一獲取各個元素再匯總，而是直接整體掌握該物體所呈現(xiàn)的信息[23].生態(tài)感知理論(Gibson)解釋了人內(nèi)在的感知方式，即：在環(huán)境中尋找特定的線索或特征，從而為自身提供效用(觀景、休憩、避險、娛樂等)，如人類總是被迫尋找躲避危險動物、天氣和敵人的庇護所[24].相關(guān)理論解釋了人對于環(huán)境空間感知的首要作用[25]，證實不同空間形式環(huán)境能給人帶來相異感知反饋.部分已有研究證實了場景再現(xiàn)技術(shù)如視頻呈現(xiàn)、模型模擬呈現(xiàn)等場景再現(xiàn)技術(shù)均具備喚起使用者反應(yīng)類似物理環(huán)境帶來的效果[26-27]，但均存在一定局限性.首先，大多數(shù)研究都以受試者對于場景的偏好反應(yīng)作為評判標準，未深入研究其對于場景的感知響應(yīng)——情感心理層面；其次是對于場景客觀表現(xiàn)的忽視.

本研究選取福州梅峰山地公園中3種不同空間形式的6個游客使用率較高的典型風景林地作為研究地展開研究，以分析全景VR評價與現(xiàn)有研究中應(yīng)用最廣的兩種傳統(tǒng)媒介評價方式：實景評價、照片評價之間的差異性.借鑒前人研究手段，采用3個指標進行對比分析：1)受試者觀景視角；2)心理評價指標；3)場景真實感評價，進而探討全景VR評價作為景觀評價手段的優(yōu)劣勢，驗證全景VR評價技術(shù)在視覺景觀評價中運用的可行性.

圖1 景觀評價方法運用場景呈現(xiàn)方式的演變過程Fig.1 The evolution of scene presentation modes in landscape evaluation methods

1 研究地概況

梅峰山地公園位于福州市的西南側(cè)，是福州首個山地類海綿公園，同時也是“福道”——福州城市森林步道中段的重要節(jié)點，占地約7.8 hm2，海拔137 m，三面山林環(huán)繞，凌空步道盤桓于公園之中，園內(nèi)游人游憩空間形式多樣；自建成以來，最高日接待游客人數(shù)達5.85萬人次[28]，是福州城市森林、城市公園的新興代名詞.本研究選取公園中3種不同空間形式的6個游客使用率較高的典型風景林地作為研究對象(如圖2(b)所示).

圖2 研究地位置圖 (圖片來源：自繪，底圖來源于百度地圖)Fig.2 Location map of the research site (picture source: self-drawn, base map from Baidu map)

2 研究方法

2.1 二維照片拍攝、全景影像制作

為保證實景評價、照片評價及全景VR評價過程中場景光線、時間等前置條件的一致性，選擇2019年9月10日，晴天，9:00～16:00進行實景場景評價試驗、場景二維照片、全景場景照片的拍攝.二維照片拍攝采用尼康D7100，全景影像使用360°全景攝像設(shè)備Insta360°Pro2采集.該相機具備6個F2.4魚眼鏡頭，所拍攝圖片畫面像素7 680×7 680，能從360°對場景進行圖像捕捉(如圖3)，拍攝高度設(shè)定為1.5 m.

圖3 全景照片拍攝及后期呈現(xiàn)模式Fig.3 Panoramic photo shooting and post presentation mode

圖4 研究場景圖片(圖片來源：作者自攝Fig.4 Research scene pictures(photographed by the author)

2.2 問卷設(shè)計

本研究采用標準化問卷，問卷內(nèi)容包含了人口社會學調(diào)查、場景偏好、心理評價指標測量以及場景真實感測量三部分內(nèi)容.心理評價測量采用Russell-Mehrabian情緒測量模型和Küller維度測量模型進行問卷設(shè)計，場景真實感采用SUS量表進行問卷設(shè)計.Russell-Mehrabian模型是目前最為廣泛接受的情感概念框架，包含了三個測量維度：愉悅度、喚醒度和掌控度(又名“PAD”情緒測量模型)[29].Küller維度(又稱“SMB模型”)包含了八項指標：情感、復雜性、封閉性、原創(chuàng)性、宜人性、效力、社會價值和統(tǒng)一性[30].這個評價體系現(xiàn)今廣泛應(yīng)用于建筑學、城鄉(xiāng)規(guī)劃學、風景園林學等相關(guān)評價的研究之中，被認為是評估人對于空間感知判斷的基礎(chǔ)性指標體系[31].SUS量表是最常作為測量虛擬場景真實性的量表.其主要測量了三個方面：參與者在環(huán)境中的感覺，所呈現(xiàn)環(huán)境被認為是現(xiàn)實的程度，和所呈現(xiàn)環(huán)境多大程度上被想象成一個地點記住[32].具體測量指標及形式如表1所示.

2.3 受試者觀景視角采集

(1)對比現(xiàn)場組受試者選出的照片角度

邀請30位受試者，實驗人員將其帶入指定的6個研究場景樣點的中心點位置拍攝照片，每位受試者提供6張個人覺得具有代表性的場景照片.實驗人員通過分析受試者提供場景代表照片的觀景角度，對比不同受試者在場景中的觀景視角.

(2)對比受試者在實景評價、全景VR評價過程中的視角變化

受試者在進行實景評價、全景VR評價過程中使用“指南針”App記錄自身觀看場景的方位變化，通過分析，獲得受試者在實驗場景中不同方位(東、東南、南、西南、西、西北、北、東北、北東北、東東北、東東南、南東南、南西南、西西南、西西北、北西北)的觀景時間.

表1 心理維度測量問卷指標Tab.1 Mental dimension measurement questionnaire indicators

圖5 方位圖示例Fig.5 Example of orientation map

2.4 受試者樣本描述性統(tǒng)計

基于前人研究表明青年大學生對景觀的欣賞和評價不具備功利性，且不同專業(yè)的學生對于同一景觀的視覺評估結(jié)果存在高度的一致性[33-34].本研究招募了來自福建農(nóng)林大學自愿參與的大學生(包括本科生及碩、博士研究生)共計185位(48.18%男性，51.82%女性；年齡18—30歲；平均年齡：24.8歲)，包括前期照片采集實驗30人及三種呈現(xiàn)方式景觀評價實驗155人.根據(jù)統(tǒng)計分析法，在所得結(jié)果符合預(yù)期α和β錯誤水平的前提下，將所招募受試者分為三個小組，每組人數(shù)均在50人以上，分別進行實景評價、全景VR評價、照片評價.

表2 實驗參與人數(shù)Tab.2 Number of participants 人

2.5 實驗流程

實驗分為3個組別進行，組1：照片評價組，組2：全景VR評價組、組3：實景評價組.組1、組2在福建農(nóng)林大學園林學院教研實驗室中進行，組3在梅峰山地公園中進行.組1場景由65英寸4K屏幕進行播放呈現(xiàn)(圖6(a))；組2場景呈現(xiàn)借助于受試者佩戴沉浸式場景呈現(xiàn)設(shè)備呈現(xiàn)(圖6(b))；組3由實驗人員將其帶入指定的6個研究場景樣點的中心點位置(即二維照片、全景照片拍攝點)(圖6(c))進行場景感知與評測問卷填答.

圖6 評價過程照片展示Fig.6 Photo display of evaluation process

在實驗開始前，實驗人員告知受試者此次實驗的目的、研究概要以及測試任務(wù).第一步：受試者閉眼假設(shè)自己身處于市區(qū)內(nèi)某一山地公園中，隨后實驗開始.第二步：受試者對場景進行自由探索，每個場景的感知時長為2 min，場景觀賞后進行問卷填寫，如圖7所示.

圖7 實驗流程Fig.7 Experiment process

2.6 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 23.0和EXCEL2010軟件進行數(shù)據(jù)處理和圖像分析.

3 結(jié)果

3.1 受試者感知視角分析

對受試者在6個場景中感知視角展開分析，對比30位大學生志愿者所拍攝的6組場景的代表性照片拍攝視角差異性(表3)，可知場景2中志愿者所拍攝角度存在極顯著性差異，場景6、場景1、場景4和場景3所得志愿者拍攝照片角度存在顯著性差異；而場景5不存在差異性.這可能與場景中是否存在建筑、構(gòu)筑物等吸引人注視的要素相關(guān).從不同空間形式的角度分析，可知空間越為閉合，被試者在其中感知到的場景信息越為相似；越為開敞的空間，被試者在場景中感知到的信息存在差異性越大.

表3 6個場景中受試者拍攝照片差異性Tab.3 Differences in the photos taken by the subjects in 6 scenes

對指南針所監(jiān)測記錄的受試者在觀察全景場景與實景場景過程中感知方位變化展開統(tǒng)計，如圖8所示：通過兩兩差異性對比檢驗分析，Sig.=0.377受試者在全景場景與實景中的感知形式不存在差異性；這表明受試者在全景場景中對場景的感知形式與實景相似，全景呈現(xiàn)作為實景的替代形式應(yīng)用于實驗中存在合理性.

圖8 全景呈現(xiàn)與實景中受試者感知方位變化Fig.8 Subjects’ perceptual orientation changes in the panoramic presentation and the real scene

3.2 三種呈現(xiàn)方式——被試者的心理反饋分析

3.2.1 問卷信度、效度分析

通過對所收回的問卷展開分析，兩個組別的問卷回收率為100%，問卷有效率分別為100%(照片評價組)、100%(全景VR評價組)、99.29%(實景評價組).

對有效問卷展開信度、效度分析，對本研究中問卷信度展開分析，問卷中三個測量模型的Cronbach’s α系數(shù)分別為：0.739(PAD模型)、0.857(SMB模型)及0.825(SUS模型)，系數(shù)值均大于0.8，說明該問卷測量模型具有較高可信度.對本研究中所運用三個問卷模型展開效度分析，所得三個測量問卷模型的KMO值分別為：0.663(PAD模型)，0.868(SMB模型)，0.858(SUS模型)；Barlett球形檢驗統(tǒng)計值顯著性均為0.000，表明測量模型具備較好的效度.驗證結(jié)果表明所得結(jié)果可信且與檢測目的相關(guān)性較好.

3.2.2 三種場景呈現(xiàn)方式下受試者心理反饋分析

通過對受試者在三種場景評價方式：照片評價、全景VR評價及實景評價中心理感知響應(yīng)數(shù)據(jù)展開對比，如圖9所示，顯示了八個情感維度變量、情緒效價模型中三個情緒因素和受試者對場景偏好的得分均值分析(所有值均進行了標準化分析，平均值=0，SD=1).相較于照片評價組，全景VR評價組中被試者所反饋的感知評價與現(xiàn)場實景評價組被試者所做出的反饋更為接近.三種不同評價方式受試者對于“封閉性”、“宜人性”、“統(tǒng)一性”、“喚醒度”、“掌控度”及“場景偏好”這6個感知因素評價差別最大.其中，相比于實景評價和全景VR評價，照片評價對于場景的“封閉性”、“宜人性”及“統(tǒng)一性”的表現(xiàn)較差，評價值均為負數(shù)；但對于受試者感知場景的“掌控度”和“偏好度”評價分值表現(xiàn)較高；這可能是出于照片評價是場景的單視角表達，受試者僅能從中片面的獲取信息的緣故.全景呈現(xiàn)的場景對于受試者的喚醒度明顯高于實景及照片呈現(xiàn)，這可能是由于VR全景作為能360°呈現(xiàn)場景的新技術(shù)能為受試者帶來“在現(xiàn)場”感知體驗.

圖9 三種場景呈現(xiàn)方式下被試心理反饋Fig.9 Participants’ psychological feedback in three scene presentation modes

3.2.3 照片評價組與全景VR評價組受試者心理指標差異性對比

對三種評價過程中受試者心理感知數(shù)據(jù)展開相關(guān)性分析，整體而言全景VR評價所得反饋的結(jié)果與實景評價的結(jié)果差異性不顯著，而照片評價與實景評價存在顯著差異.

對照片評價、全景VR評價受試者心理感知評價指標(SMB、PAD及偏好)測評結(jié)果與實景評價結(jié)果展開兩兩差異性比較分析.如表4所示，與實景評價所得結(jié)果對比，照片評價所呈現(xiàn)的場景下受試者心理感知僅有2個因子(社會價值Sig.=0.201，掌控度Sig.=0.053)不存在顯著差異，其余均顯現(xiàn)顯著差異；而全景VR評價與實景評價對比僅存在3個心理指標(原創(chuàng)性，Sig.=0.036；宜人性，Sig.=0.025；喚醒度，Sig.=0.035)表現(xiàn)出顯著性差異，其余9個指標均為不存在顯著差異.表明了受試者在全景VR呈現(xiàn)中感知場景的心理反饋與實景場景較為相似，在照片評價過程中感知場景的心理反饋與實景評價過程中存在較大差異性.

表4 兩種虛擬呈現(xiàn)方式與實景對應(yīng)數(shù)據(jù)差異Tab.4 The difference between two virtual presentation methods and the corresponding data of the real scene

3.2.4 照片評價組與全景VR評價組受試者現(xiàn)場感感知分析

對虛擬場景——照片呈現(xiàn)場景和全景呈現(xiàn)場景的“現(xiàn)場感”：即6個題項所得評分標準化平均值和“SUS現(xiàn)場感”：評分值高于等于6分評分人數(shù)(標準化后)進行統(tǒng)計分析，結(jié)果如圖10，全景呈現(xiàn)下場景的現(xiàn)場感明顯高于照片呈現(xiàn)下場景的現(xiàn)場感.

圖10 SUS評測下兩種虛擬場景中現(xiàn)場感表現(xiàn)Fig.10 Performance of scene sense in two virtual scenes evaluated by SUS

4 討論

本項研究目的是通過對比全景場景呈現(xiàn)與現(xiàn)今視覺評價研究中最為常用的兩種場景呈現(xiàn)方式：實景呈現(xiàn)及照片呈現(xiàn)給感知者帶來的感知體驗以證明其應(yīng)用有效性.人因心理學相關(guān)研究多采用模擬環(huán)境代替物理環(huán)境來評估人對環(huán)境的心理感知[35-36]，盡管沒有任何方式能夠完全替代實景，但這些模擬環(huán)境在具有科學目的的受控條件下具有明顯的優(yōu)勢[37]，本研究對這一優(yōu)勢進行了驗證.虛擬環(huán)境代替實景有效性取決于公眾感知結(jié)果與實景環(huán)境獲得的相似性；盡管已有學者對不同形式的環(huán)境展開過比較，如圖片與視頻、視頻與虛擬模型環(huán)境、視頻與實景；甚至是同一環(huán)境下的不同因素對比，如不同屏幕尺寸大小、立體程度、觀察角度等[38-40].但對于同一環(huán)境條件下，在不同格式的場景中，同時記錄測量受試者觀測行為模式及心理感知反饋指標，本研究對比前人研究存在方法上的創(chuàng)新.

通過分析可得，場景空間越閉合或場景中存在引人注意的建筑、構(gòu)筑物等景物時，人感知場景的信息越為相近，表明照片能在一定程度上起到代替實景的作用表達出實景中的場景信息.當場景空間越開敞且場景中無特別引人注意的景物時，人感知場景的信息及角度差異性越大，照片不能完整的表達出場景真實景物信息；表明場景空間大小能影響人的感知，這與眾多環(huán)境感知理論相契合，且與王建偉等人的研究結(jié)果相似[26,41-42].從人體感知環(huán)境視角看，與照片場景相比，全景場景中的觀測行為更接近于實景場景，這可能是出于受試者在全景場景中可以四處環(huán)繞觀望，從而增加了他們的臨場感導致的.

另一方面，從心理感知指標監(jiān)測數(shù)據(jù)可得，受試者對于照片場景的偏好度較高，這是出于照片場景能夠較為細致刻畫場景細節(jié)，從而增加受試者感知場景的掌控度[43].受試者在全景場景中感知的“封閉性”、“宜人性”及“統(tǒng)一性”相對較高，由于人對于環(huán)境的感知是神經(jīng)在不斷對周邊環(huán)境信息進行視覺接收分析的連續(xù)性過程，不是分斷的機械圖片能夠完整表達的，全景場景為實景360°的再現(xiàn)表達，能夠連續(xù)、完整的表達出實景環(huán)境，從而還原了人體對于實景的真實感受，也增加了受試者所感知的“現(xiàn)場感”.值得注意的是部分指標：“原創(chuàng)性”、“宜人性”及“喚醒度”得到了受試者的高估，這可能是出于全景呈現(xiàn)技術(shù)作為新技術(shù)手段應(yīng)用于研究中，且不同于人工搭建的場景模型，其場景還原真實度極高，給受試者帶來了獨特的新奇感受，從而產(chǎn)生了“新奇效應(yīng)”[44-45].

5 結(jié)論

本研究創(chuàng)新性地提出了采用受試者在實景、照片、全景場景中感知場景的3個指標：受試者觀景視角、心理評價、場景真實感來對探討全景VR呈現(xiàn)技術(shù)作為視覺景觀評價場景呈現(xiàn)媒介的優(yōu)劣勢和應(yīng)用價值.結(jié)果表明：(1)公眾對場景的感知存在差異，傳統(tǒng)照片作為實景的替代方式應(yīng)用關(guān)于研究中存在局限性.(2)從心理感知角度看，照片評價與實景評價的受試者在心理評價的12個指標中有10個指標存在顯著性差異，如：“封閉性”、“宜人性”、“統(tǒng)一性”、“喚醒度”及“場景偏好”等；而全景VR評價與實景評價對比僅有3個指標(“原創(chuàng)性Sig.=0.036”、“宜人性Sig.=0.025”、“喚醒度Sig.=0.035”)存在顯著差異；表明相比于照片評價，受試者在全景場景評價中的反饋更接近于實景評價.

本研究結(jié)果表明了：(1)全景VR評價作為替代照片呈現(xiàn)形式應(yīng)用于景觀視覺評價研究中具有明顯優(yōu)勢；(2)對比實景評價，全景VR評價具有變量可控、可重復性及便利性等優(yōu)勢.隨著技術(shù)的更迭，全景呈現(xiàn)技術(shù)與景觀行業(yè)相融合必將成為趨勢，這一研究結(jié)果充分驗證了全景場景呈現(xiàn)技術(shù)在景觀視覺評價中應(yīng)用的優(yōu)勢及可行性，本研究能為這一技術(shù)服務(wù)于景觀學科研究提供指導性意義.