基于眼動分析的個人與環(huán)境因素對尋路行為的影響研究
——以沈陽建筑大學校園為例

葉英奇 屈海燕 馬藝萌 王 康

目前校園中的體育中心、圖書館、賓館以及博物館等已經(jīng)成為城市中重要的文化資源，校園開放程度逐漸增加[1]。而大學校園面積較大，建筑環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致去往校園內(nèi)各開放建筑的尋路問題凸顯。沈陽建筑大學校園規(guī)劃以方格網(wǎng)形式布局，分為教學區(qū)、生活區(qū)、辦公區(qū)和體育運動區(qū)。由于受到方格網(wǎng)形式布局的影響，校園道路較為復(fù)雜，增加了人在校園中的尋路難度。本研究使用眼動追蹤技術(shù)，對校園內(nèi)特定路線的尋路行為進行分析，探討環(huán)境因素和個人因素對尋路行為的影響，為校園環(huán)境景觀優(yōu)化設(shè)計提供理論支持。

1 研究背景

1.1 尋路研究進展

尋路（Wayfinding）是人們從起點到達特定遠程目的地的、有目的、有針對性的運動[2]。在尋路過程中，人們必須利用自己的認知能力和空間能力，參考環(huán)境要素來確定方向、判斷距離，同時識別環(huán)境標志物的位置及其與周邊環(huán)境要素的相互關(guān)系[3]。根據(jù)對國內(nèi)外相關(guān)研究的分析，尋路主要受到三方面因素的影響：個人因素，包括性別、年齡、專業(yè)背景、方向感等；環(huán)境因素，包括標識、道路寬度、環(huán)境光線等；尋路方式，包括使用地圖或標識、主動或被動、單人或協(xié)作等。

早期尋路研究主要使用問卷調(diào)查、行為觀察，近年來增加了計算機虛擬現(xiàn)實實驗等方法，Chen等人使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，探索了導(dǎo)向標識與YAH地圖兩種導(dǎo)航方式下，尋路策略與性別對尋路效率的影響[4]；文強以北京南站、廣州南站等大型鐵路客站為空間對象，對個人因素對尋路效率的影響進行了研究，結(jié)果表明男性的尋路表現(xiàn)優(yōu)于女性[5]；房慧聰?shù)热耸褂锰摂M現(xiàn)實技術(shù)，探索空間焦慮、導(dǎo)航方式對尋路的影響，同時關(guān)注性別與專業(yè)差異[6-7]；趙夢雅以商場和辦公樓為空間對象，探索了性別對方向感與尋路的影響，結(jié)果表明男性在部分實驗任務(wù)中的表現(xiàn)優(yōu)于女性[8]；李曉陽以商場為空間對象，探索了性別、尋路策略、任務(wù)難度、地圖類型對尋路任務(wù)和指向任務(wù)的影響[9]；Muffato等人通過在植物園進行尋路任務(wù)，探索了老年人與青年人在不同尋路任務(wù)中的差異[10]。Suzer等人使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，探討了色溫對尋路行對尋路效率的影響[11]。

眼動追蹤技術(shù)常被應(yīng)用于駕駛研究、廣告研究、閱讀研究以及店內(nèi)購物等研究中[12-14]。近年來，也逐漸應(yīng)用于尋路研究中，Andersen等人利用實驗室實驗將虛擬和眼動追蹤技術(shù)相結(jié)合，探索不同性別在尋路過程中地標使用的差異[15]；Kiefer等人利用現(xiàn)場眼動實驗，探索地圖與地標的使用情況，結(jié)果表明成功的尋路者在地圖上與環(huán)境中有更多的視覺切換[16]；Schwarzkopf等人通過現(xiàn)場眼動實驗，比較了個人和協(xié)作兩種尋路模式中的注視行為[17]；Afrooz等人在現(xiàn)場尋路實驗后，進行實驗室眼動實驗，探索主動與被動兩種尋路模式下尋路者視覺記憶的差異[18]；孫澄等人以購物中心為空間對象，進行現(xiàn)場眼動實驗，分析了復(fù)雜商業(yè)綜合體中主要尋路標志物的視覺顯著性水平，并對主要視覺標志物進行評價[19]。

通過對相關(guān)研究分析發(fā)現(xiàn)，在研究方法方面，早期主要使用問卷調(diào)查和行為觀察，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實也應(yīng)用于尋路研究中。近年來更多的研究者傾向于使用眼動追蹤技術(shù)，眼動研究分為實驗室實驗和現(xiàn)場實驗，實驗室實驗通常以場景圖片為實驗刺激材料，分析被試的視覺記憶與眼動行為，現(xiàn)場實驗則更直接分析被試置身于環(huán)境中的尋路行為。由于現(xiàn)場環(huán)境較為復(fù)雜，目前可穿戴式眼動儀的應(yīng)用較少。在研究對象方面，早期主要關(guān)注室內(nèi)空間或虛擬空間中的尋路效率，對于室外空間和環(huán)境因素關(guān)注較少。

綜上，本研究使用可穿戴式眼動儀進行現(xiàn)場尋路實驗，探索真實校園環(huán)境中尋路行為的性別差異與專業(yè)背景差異，及尋路行為與個體方向感的關(guān)系；以被試在場景中的視覺注意分配情況，探討不同環(huán)境因素對尋路行為的影響。

1.2 眼動指標選擇

眼動指標包括注視指標、掃視指標、瞳孔指標以及眨眼指標[20]。注視是相對穩(wěn)定的眼球運動狀態(tài)[21]，通常在50～500ms的范圍內(nèi)，注視時間和注視次數(shù)對心理變化敏感，而掃視過程中不會獲得新信息[22]，眨眼指標和瞳孔指標雖與心理變化關(guān)系密切，但更易受光線、風等自然條件的影響，因此本研究主要關(guān)注注視指標。

2 研究方法

2.1 實驗地點

實驗在沈陽建筑大學進行，尋路任務(wù)的兩個目標地點分別為建筑博物館和第一餐飲中心。建筑博物館是外來人員參與學術(shù)會議、講座等活動的常用地點，從正門入口—建筑博物館—第一餐飲中心的路線也是學術(shù)活動和就餐的常用路線。

2.2 實驗工具

實驗工具主要包括地圖、眼動儀、個人信息與方向感問卷。尋路實驗起點位于正門，標地點為建筑博物館及第一餐飲中心，由50名熟悉校園環(huán)境的學生繪制路線，對其進行疊加（圖1左側(cè)），得到最佳路線，繪制實驗地圖（圖1右側(cè)）。實驗使用Tobii Glasses 2眼動儀記錄眼動數(shù)據(jù)。方向感評價指標以SBSOD（Santa Barbara Sense of Direction Scale）量表為基礎(chǔ)[23]，共15個問題，以李克特7分量表計數(shù)。

圖1 路線疊加圖與實驗地圖

2.3 實驗時間與被試

實驗在2019年10月進行共7天，每天下午3：00到5：00，避免光線和溫度對眼動數(shù)據(jù)采集造成干擾，且秋季植物生長狀態(tài)較好、色彩豐富有一定的代表性，同時避免下課時間人群活動對實驗的影響。每天有4到6名被試參與，共有40人，均從未來過沈陽建筑大學，控制熟悉程度相同，單人實驗時間大約30min。

排除眼動數(shù)據(jù)采集率低或記錄不完整的數(shù)據(jù)，最終保留32人的數(shù)據(jù)（男生17人，女生15人），其中建筑設(shè)計類專業(yè)組16人（男生8人，女生8人），非建筑設(shè)計類專業(yè)組16人（男生9人，女生7人），年齡19歲到25歲（M=21.8，SD=1.48）。

2.4 實驗流程

實驗分為3個階段：實驗前階段、尋路實驗階段、實驗完成階段（圖2）。實驗前階段，實驗人員向被試說明實驗?zāi)康呐c流程（實驗為使用地圖的校園尋路任務(wù)，被試需根據(jù)地圖先后到達兩個指定地點），被試閱讀實驗要求與注意事項；尋路實驗階段分兩部分，實驗準備階段，被試填寫基本信息與方向感問卷，之后佩戴眼動儀并校準，校準成功后主試帶領(lǐng)被試到起點；尋路以主試將地圖交給被試開始計時，當被試確認到達建筑博物館入口示意主試并繼續(xù)，當被試確認到達第一餐飲中心結(jié)束實驗停止計時，期間主試使用手機錄像；實驗完成階段，被試取下儀器并返回出發(fā)點，進行訪談和交流。

圖2 實驗流程

3 結(jié)果與分析

3.1 個人因素對尋路行為的影響

（1）性別對校園尋路行為的影響

以尋路時長、猶豫行為次數(shù)、折返行為次數(shù)為尋路表現(xiàn)的衡量指標，以地圖中的注視持續(xù)時間和地圖與場景的視覺切換次數(shù)作為地圖使用的衡量指標。尋路時長以被試拿到地圖開始到被試指出第一餐飲中心結(jié)束；猶豫行為以被試腳步停止記為一次；折返行為以被試進行一次重復(fù)路線行走記為一次；地圖使用行為由眼動分析平臺進行統(tǒng)計。使用SPSS 21.0進行數(shù)據(jù)分析，尋路時長、地圖與場景視覺切換次數(shù)符合正態(tài)分布進行獨立樣本t檢驗，猶豫次數(shù)、折返次數(shù)及地圖中的注視持續(xù)時間數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布則進行Mann-Whitney U檢驗。結(jié)果參看表1，性別在尋路表現(xiàn)和地圖使用上均無顯著差異（p＞0.05）。

表1 尋路時長、猶豫次數(shù)、折返次數(shù)、地圖使用的性別差異

（2）專業(yè)背景對校園尋路行為的影響

專業(yè)背景對尋路行為影響的統(tǒng)計分析結(jié)果參看表2，僅地圖與場景的視覺切換次數(shù)一項差異顯著（p=0.033）。

表2 尋路時長、猶豫次數(shù)、折返次數(shù)、地圖使用的專業(yè)背景差異

（3）個人方向感對校園尋路的影響

方向感對尋路行為影響的相關(guān)分析結(jié)果參看表3，方向感與尋路時長、猶豫行為次數(shù)呈極顯著負相關(guān)（-0.508；-0.454），與折返行為次數(shù)呈顯著負相關(guān)（-0.409），表明方向感評分越高，被試的尋路時長越短，發(fā)生猶豫行為和折返行為的次數(shù)越少。方向感與地圖中的注視持續(xù)時間和地圖與場景的視覺切換關(guān)系不顯著（-0.291，-0.009）。

表3 尋路時長、猶豫次數(shù)、折返次數(shù)、地圖使用與方向感的相關(guān)性

3.2 環(huán)境因素對尋路行為的影響

（1）決策點場景人工與自然要素關(guān)注差異

發(fā)生路徑?jīng)Q策的場景共7個。使用眼動分析平臺劃分人工要素與自然要素興趣區(qū)（AOI），人工要素主要包括道路、景觀小品、建筑等，自然要素主要包括植物、水體、天空。使用Mann-Whitney U檢驗進行分析，結(jié)果參看表4，被試在起點場景、建筑博物館場景、6號公寓場景、2號公寓場景和第一餐飲中心場景，對人工要素的關(guān)注顯著高于自然要素（p=0.018，p=0.000，p=0.000，p=0.006，p=0.000）；在長廊場景和水系場景，對人工和自然要素的關(guān)注無顯著差異（p=0.374，p=0.511）。

表4 決策點場景要素類別的注視持續(xù)時間差異

（2）尋路行為與場景相對應(yīng)

通過對實驗錄像進行觀察和統(tǒng)計，將猶豫行為、折返行為與尋路決策點場景相對應(yīng)，疊加被試的數(shù)據(jù)得到猶豫和折返行為發(fā)生頻率較高的場景（圖3），橫坐標為路程，縱坐標為被試編號。在起點場景、長廊場景、水系場景和建筑博物館場景中，被試發(fā)生猶豫和折返行為的頻率較高，與訪談的結(jié)果基本一致，第一餐飲中心為尋路實驗的終點，對此5處場景的熱點圖進一步分析。

圖3 猶豫、折返行為-場景

（3）熱點圖

a 起點場景

起點場景位于沈陽建筑大學正門入口，左右兩側(cè)為車行道，正對入口廣場，場景中主要包括車行指示牌、廣場道路、景觀小品（置石）、草坪、樹陣等環(huán)境要素。被試在此場景中對左側(cè)的廣場道路和遠處的長廊建筑關(guān)注度最高，對入口車行導(dǎo)視牌、出口標識、景觀小品以及遠處的長廊的關(guān)注度比較高。此處道路復(fù)雜且為尋路起點，被試需要時間適應(yīng)環(huán)境，導(dǎo)致此處的猶豫和折返行為頻率較高（圖4）。

圖4 起點場景熱點圖

b 長廊場景與水系場景

長廊場景位于水系與長廊相交的位置，此處道路復(fù)雜，左側(cè)為龍?zhí)稄V場、水系、長廊一層道路等環(huán)境要素，右側(cè)為庭院三號門（圖5）。水系場景左側(cè)是校園的中央水系以及沿水系種植的濕生植物香蒲，右側(cè)是茂密的樹叢（圖6）。被試在這兩個場景中對遠處的道路、植物、建筑等關(guān)注度最高，對近處的道路和植物關(guān)注度較高。3.1的（1）段表明此兩處場景中被試對人工要素和自然要素的關(guān)注程度無顯著差異，熱點圖表明此兩處場景中植物對建筑、道路等人工要素的遮擋較多，被試對自然要素關(guān)注度增加，且景深較長的空間對被試有一定的引導(dǎo)性，導(dǎo)致了猶豫和折返行為發(fā)生的頻率較高。

圖5 長廊場景熱點圖

圖6 水系場景熱點圖

c 建筑博物館場景

建筑博物館是尋路任務(wù)的第一個目標地點，正對面是樹陣和停車場，左側(cè)是圖書館入口，右側(cè)是建筑博物館入口。熱點圖表明被試在此場景中對圖書館標識和建筑博物館介紹展板的關(guān)注度最高，對建筑博物館標識的關(guān)注度較低，被試在該場景中大多首先識別到圖書館標識，未能識別到建筑博物館標識，導(dǎo)致了猶豫和折返行為的發(fā)生（圖7）。

圖7 建筑博物館場景熱點圖

d 第一餐飲中心場景

第一餐飲中心是尋路任務(wù)的終點，建筑有大面積廣場，周邊是校園的車行道。熱點圖表明被試對第一餐飲中心入口的關(guān)注度最高，對道路和右側(cè)景深較長的空間關(guān)注度較高。由于此處道路簡單，建筑標識清晰、入口明確，被試都能快速識別目標建筑（圖8）。

圖8 第一餐飲中心場景熱點圖

4 結(jié)論與討論

本研究通過真實環(huán)境中的尋路實驗，分析了個人與環(huán)境因素對尋路行為的影響，得出如下結(jié)論：個人因素方面，性別對尋路行為沒有顯著影響；專業(yè)背景僅對地圖與場景的視覺切換次數(shù)上有顯著影響；個體方向感對尋路表現(xiàn)有顯著影響，但對地圖使用沒有顯著影響。環(huán)境因素方面，多數(shù)場景中被試對人工要素的關(guān)注度較高，對自然要素的關(guān)注度較低；被試對景深較長之處關(guān)注度較高；景深較長的空間對尋路行為有一定的引導(dǎo)性。

4.1 個人因素

已有許多研究證明尋路策略的性別差異，即男性更傾向于使用定向策略，女性更傾向于使用路線策略[9]。而性別在尋路表現(xiàn)上是否有差異一直存在爭議[5，8][24-25]，本研究也并未發(fā)現(xiàn)尋路表現(xiàn)和地圖使用上的性別差異，原因如下：文強、趙夢雅等人的研究對象為室內(nèi)環(huán)境，室內(nèi)與室外環(huán)境的尋路難度不同[26]，因此本研究和室內(nèi)實驗的結(jié)果有差異；Persson等人使用虛擬現(xiàn)實方法，虛擬場景與真實場景存在差異；實驗任務(wù)的設(shè)置不同，趙夢雅、Persson等人的研究除尋路任務(wù)外還包括其他任務(wù)，而本研究僅設(shè)置尋路；由于本研究為現(xiàn)場實驗，樣本量較少，對實驗結(jié)果有一定影響。

Dupont等人的研究表明景觀與非景觀專業(yè)在觀看景觀照片時存在差異[27]，但專業(yè)背景對尋路的影響研究較少，僅有房慧聰?shù)热搜芯苛宋氖奉惡屠砉ゎ惔髮W生在尋路策略和空間焦慮上的差異。本研究表明建筑設(shè)計類專業(yè)比非建筑設(shè)計類專業(yè)被試在地圖和場景中存在更多視覺切換，Kiefer的研究指出成功的尋路者在地圖和場景中有更多的視覺切換，說明他們有著更有效的自我定位策略[16]，由于專業(yè)知識的學習，使建筑設(shè)計類專業(yè)被試有更強的自我定位能力。但未發(fā)現(xiàn)專業(yè)背景在尋路表現(xiàn)和地圖注視行為上的差異，可能由于校園尋路任務(wù)難度較低，未來應(yīng)進行更有針對性的實驗來對比尋路行為的專業(yè)背景差異。

本研究發(fā)現(xiàn)方向感與尋路時長、猶豫行為次數(shù)以及折返行為次數(shù)顯著相關(guān)，表明方向感對尋路表現(xiàn)有顯著影響。但并未發(fā)現(xiàn)方向感對地圖使用的影響，一方面由于本研究的樣本量較小，另一方面方向感可能并未對注視行為有顯著影響，未來應(yīng)更多地考慮方向感對其他視覺行為的影響。

4.2 環(huán)境因素

本研究發(fā)現(xiàn)在道路較為復(fù)雜的場景中猶豫行為和折返行為發(fā)生的頻率較高。在起點場景中，由于缺少建筑作為參照，廣場道路復(fù)雜不明確，且被試剛拿到地圖需要時間適應(yīng)，導(dǎo)致被試在該場景中發(fā)生猶豫和折返行為；在長廊場景和水系場景中，由于沒有明確的主路，且植物對道路和建筑有一定的遮擋，導(dǎo)致被試在該場景中發(fā)生猶豫行為；在建筑博物館場景中，由于建筑標識設(shè)置不清晰，被試在識別建筑博物館入口時存在困難。

從環(huán)境要素方面來看，被試在多個場景中對人工要素的關(guān)注高于自然要素，與Amati等人的研究結(jié)論相似[28]，人們的視覺會被顯著性高的環(huán)境要素吸引，環(huán)境的顯著性是一個事物與環(huán)境中的其他事物的對比，例如色彩、形狀、質(zhì)感等[29]，被試對人工要素關(guān)注度更高一方面由于目標地點為人工要素，其易于成為尋路過程中自我定位的參照，而植物要素難以作為參照。另一方面由于人工要素與自然要素有著強烈的對比，格式塔延續(xù)性原則指出，人們更傾向于將形狀延續(xù)到終點之外[30]，自然要素在大多數(shù)空間中都以“背景”的形式出現(xiàn)，當自然要素被人工要素打斷時，形成對比，導(dǎo)致被試對此區(qū)域的關(guān)注度更高。這也可以解釋在建筑博物館場景中，被試對于圖書館標識和博物館介紹展板的關(guān)注度高，而對博物館標識的關(guān)注度低，是由于前者在色彩和質(zhì)感上與周邊對比更加強烈。

在多個場景中被試都對景深較長的空間關(guān)注更高，與Wiener等人的研究結(jié)論相似，被試對視覺復(fù)雜的區(qū)域、地平線、消失點區(qū)域有更多的關(guān)注[31]。而景深較長的空間對尋路行為有一定的引導(dǎo)性。同時也可以解釋被試在長廊場景和水系場景中對自然要素和人工要素的關(guān)注無顯著差異，是由于景深較長的空間中存在更多自然要素。

5 設(shè)計建議

現(xiàn)根據(jù)研究結(jié)果提出如下設(shè)計建議：第一，由于實驗中被試多在入口部分發(fā)生猶豫和折返行為，校園入口處應(yīng)設(shè)置導(dǎo)視系統(tǒng)，以提高尋路效率，導(dǎo)視系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)當注意人工與自然要素之間的對比，增強導(dǎo)視系統(tǒng)視覺顯著性；第二，基于人們對景深較長空間的關(guān)注及其對尋路行為的影響，入口廣場應(yīng)當空間開敞，增加其景深長度，明確空間的引導(dǎo)性；第三，道路復(fù)雜的場景中應(yīng)適當?shù)卦O(shè)置指向標識，增加主要道路寬度，提高主路的視覺顯著性與識別性；第四，建筑的標識設(shè)置應(yīng)當清晰明確，標識的色彩、材質(zhì)等方面要注重與周邊環(huán)境的對比。

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