街道景觀中建筑視覺占比對行人情緒的影響

聶 瑋,謝林將,王 倩,2,李 罡

(1.安徽建筑大學(xué) 建筑與規(guī)劃學(xué)院,安徽 合肥 230000; 2.中國建筑西南設(shè)計研究院有限公司,安徽 合肥 230000)

我國城市進入轉(zhuǎn)型升級階段,多數(shù)城市空間規(guī)劃從增量規(guī)劃逐漸轉(zhuǎn)向以城市更新為主的存量規(guī)劃[1],城市更新轉(zhuǎn)型更加注重人性化空間的規(guī)劃設(shè)計?，F(xiàn)階段,多數(shù)老舊城區(qū)中街道的空間品質(zhì)已無法滿足市民對美好生活的需求。因此,老舊街道的改造成為城市轉(zhuǎn)型升級的重要課題。基于人本視角的城市街道存量挖潛研究以及街道環(huán)境對行人生理和心理的潛在價值等探討已在多領(lǐng)域展開。

街道空間的各構(gòu)成要素和空間特征是影響行人感知偏好、獲取精神需求的重要因素[2-3]。蘆原義信[4]較早注意到街道高寬比對人的感受有不同影響。Liu等[5]研究發(fā)現(xiàn)通過增加寬高比(W/H)和減少W和H,可以獲得高質(zhì)量的視覺、聽覺。街道視覺熵、綠視率和天空開放指數(shù)等視覺感知量化指標,已被證實在優(yōu)化景觀設(shè)計,提高居民生活質(zhì)量方面具有重要作用[6-7]。黃丹等[8]研究表明街道空間構(gòu)成要素及空間特性對行人存在正向或負向的身心健康功效,街道空間各構(gòu)成要素對生活性街道的活力具有顯著影響。此外,街景的視覺補償作用可以改善行人的心理健康水平[9],生活性街道建筑的外部特征對人們的心理健康水平有重要的影響[10]。

在街道景觀的療愈價值研究中,已對街道景觀中的植被、天空開闊度等自然要素以及空間特性等進行了研究。然而,在街道構(gòu)成要素的相關(guān)研究中,沿街建筑作為街道必不可少的人工要素,基于行人角度探討沿街建筑要素與心理感知的研究較為缺乏?，F(xiàn)有研究通常采用訪談、問卷等方式獲取行人對街道要素的感知評價,但主觀色彩較高,并且因訪問語言或問卷內(nèi)形容詞設(shè)置的問題,容易造成答卷和訪問過程中羅森塔爾效應(yīng)的出現(xiàn)。此外,個體情感閾值的影響也可能造成與實時感知過程的記憶偏差等情況。

針對當(dāng)前研究不足,引入眼動、生理測量等新技術(shù),為行人心理活動的表征和定量提供了可能[11]。通過科學(xué)量化行人感知街景的心理活動,可以為街道景觀設(shè)計提供客觀定量的基礎(chǔ)依據(jù)。眼動追蹤技術(shù)因其實時追蹤和數(shù)據(jù)可視化分析的特性,被廣泛應(yīng)用于景觀美學(xué)、實用和復(fù)愈效應(yīng)等研究[12],在研究個體的內(nèi)在認知和信息搜集過程中起到了積極作用。本文基于傳統(tǒng)評價問卷,結(jié)合眼動與生理數(shù)據(jù)測度行人情緒,并運用統(tǒng)計學(xué)分析方法尋找街景要素與情緒指標的聯(lián)系,以期探究街景空間中建筑要素變化對行人視覺認知過程的影響,以及視覺感知對行人情緒喚醒的影響,旨在為老舊街道的景觀品質(zhì)及設(shè)計提供定性和定量支撐。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于安徽合肥市一環(huán)內(nèi),是合肥市老城區(qū)。區(qū)域內(nèi)具有較多老舊建筑群,街道形式多樣,處于城區(qū)更新階段,具有較好代表性。對老舊和亟待更新的街道進行歸類,從中選取48段街景作為研究樣地(見圖1)。

圖1 研究區(qū)域與街景樣地示意圖

2 研究方法

2.1 科學(xué)假設(shè)

本次實驗通過被試觀看12張不同建筑視覺占比的街景樣本圖片,探討人們的情緒喚醒與視覺偏好情況,提出以下假設(shè):

H1為空間豐富度、舒適度和放松度等評價因子,影響街道的主觀評價愉悅度。

H2為街景空間不同建筑的視覺占比,影響行人的視覺偏好。

H3為行人情緒喚醒度與街景建筑視覺占比相關(guān),即對街道建筑的感知影響行人的情緒。

2.2 數(shù)據(jù)收集與預(yù)處理

2.2.1 街區(qū)歸類與篩選量化

由于街道寬高比(W/H)在空間認知中并不能很好地代表街道空間行人的視覺感知,并且研究區(qū)域內(nèi)街道兩側(cè)建筑類型多樣,街道寬高比與長度不一,類型較復(fù)雜。因此,采用“鏈路-空間矩陣”的二維分類法對老城區(qū)街道進行分類定位。該方法能夠靈活地適用于不同街道的功能側(cè)重與街道特點[13]。同時,結(jié)合研究區(qū)域內(nèi)街道的實際情況,以“鏈路等級-空間功能矩陣”進行街道形態(tài)歸類。街道空間功能由55 m緩沖范圍內(nèi)地塊性質(zhì)占比決定[14]?；诔休d功能,將研究區(qū)域內(nèi)常見街道分為教育型、生活型、商業(yè)型、綜合型4類街道。根據(jù)已有研究[15],以獲取的圖片作為人眼識別視域的范圍,基于行人視角的量化指標探討行人視覺三維空間要素感知情況。對人眼中投影的街景建筑視覺占比進行概念定義,主要強調(diào)視覺感知中建筑界面的視域構(gòu)成比率(Rb),其公式為

(1)

式中:Ai為景觀視域內(nèi)第i處臨街建筑立面的視域面積;Av為行人可看到的街景視域總投影面積。

基于數(shù)據(jù)采集的便捷性和科學(xué)性,選取現(xiàn)狀實景圖片作為實驗刺激材料[16]。在對合肥市老城區(qū)一環(huán)內(nèi)的街道類型運用二維分類方式進行歸類后,共計拍攝街道圖片68張。經(jīng)過篩選,去掉天空背景顏色較差、逆光以及拍攝角度混雜等不符合評價標準的圖片,最終選取48張能夠真實反映街道場景的圖片作為樣本圖片。為了進一步量化處理這些樣本圖片并進行歸類,利用DeepLabv3+進行圖片分割(見圖2)。將建筑視覺占比按相對數(shù)值劃分為低(Rb≤12.47%)、中(12.47%

圖2 圖片分割

表1 合肥一環(huán)內(nèi)城區(qū)代表性街道歸類

續(xù)表

2.2.2 眼動與生理指標選擇

情緒量化數(shù)據(jù)通過量表問卷、眼動及生理測量實驗獲取,通過SPSS統(tǒng)計分析獲得實驗結(jié)論。其中眼動數(shù)據(jù)選用視覺熱圖、單位時間的眼跳次數(shù)、興趣區(qū)(Area of Interest,AOI)首次注視持續(xù)時間和AOI平均注視時間等4個指標,其他生理數(shù)據(jù)選用表達情緒喚醒的皮電(Electrodermal Activity,EDA)、心率變異性(Heart Rate Variability,HRV)等2個指標,作為被試(接受實驗或測試的對象)視覺感知的客觀指標。實驗表明,出汗、心率和皮溫等在生理水平上可提供情緒狀態(tài)的定性描述,并廣泛用于診斷情緒喚醒[17]。其中,EDA是評價情緒喚醒水平最敏感的指標,其他常用指標包括皮膚電導(dǎo)(SC)和皮膚電導(dǎo)水平(SCL)。在HRV時域分析中,RMSSD(相鄰NN間期差值的均方根)是評估副交感神經(jīng)功能的敏感指標,用于短時程心電分析[18]。HRV監(jiān)測與EDA監(jiān)測實時進行,共同用于分析被試情緒變化情況。

2.2.3 被試樣本量

已有眼動實驗表明,大學(xué)生被試群體具有較好的代表性[19-21]。因此,本研究招募18～26歲之間的在校大學(xué)生共36名,被試者均來自設(shè)計相關(guān)專業(yè),無色盲或色弱等相關(guān)疾病史。剔除無效實驗數(shù)據(jù),最終眼動有效樣本31份,生理實驗有效樣本30份。依據(jù)下文科學(xué)假設(shè),實驗后采用Gpower3.1對實驗的統(tǒng)計功效進行計算[22]。此次實驗均為單因素被試內(nèi)設(shè)計,自變量為建筑視覺占比(高水平、中水平、低水平)。根據(jù)后文眼動、生理實驗數(shù)據(jù),依次計算單因素重復(fù)測量的方差檢驗。眼動實驗:以眼動數(shù)據(jù)所得效益量Partialη2=0.087設(shè)置參數(shù),設(shè)置α=0.01,輸入樣本量31,可得統(tǒng)計功效為0.914,表明眼動實驗的樣本量可以得到很好的統(tǒng)計效能。生理實驗:依據(jù)假設(shè)3計算生理實驗被試數(shù)量是否已達理想標準,因變量為生理指標均方根RMSSD,計算統(tǒng)計功效為0.904 7,表明生理實驗的樣本量可以得到很好的統(tǒng)計效能。

2.3 被試評價問卷

主觀問卷量表部分參考遲松等[23]改編后的POMS量表,評估被試者情緒及心境狀態(tài)?；谘芯磕康暮脱芯繀^(qū)域的街道視覺特性,選取“抑郁-沮喪”“緊張-焦慮”和“活力-活躍”情緒狀態(tài)項目。對應(yīng)3組正向描述詞為愉悅度、放松度、舒適度,并增加空間豐富度,共構(gòu)成4個維度的感知評價指標。問卷設(shè)計為互為反義詞的形容詞描述:“令人愉悅—令人難受、輕松休閑—壓抑焦慮、感到舒適—感到沮喪、變化豐富—缺少變化”,每個語義評價因子設(shè)有7級評價尺度[24]。被試實驗結(jié)束后進行主觀問卷填寫,對所觀察到的12張圖片運用各評價指標進行打分評價。對應(yīng)的分值為“3,2,1,0,-1,-2,-3”,以便后期對主觀評價量化分析。其中愉悅度作為整體評價指標進行獨立打分(2≥X>1,不愉悅;3≥X>2,不影響;4≥X>3,愉悅)。

2.4 實驗過程

利用北京津發(fā)科技股份有限公司的Tobii glasses 2可穿戴眼動儀和Ergo LAB智能穿戴生理記錄儀記錄被試的眼動與生理指標,另備一臺顯示屏用于被試瀏覽街景圖片。實驗前,被試試戴眼動儀與生理儀器進行校準,確保被試平視狀態(tài)下眼動數(shù)據(jù)記錄準確,識別點與標記物重合。校準后被試穿戴眼動儀與生理儀器填寫問卷基礎(chǔ)資料部分,實驗人員隨即對被試講解實驗過程和實驗?zāi)康?。因個體間生理指標基線水平差距較大,要求正式實驗前被試閉目靜息5 min,采集生理指標基線數(shù)據(jù),隨后進行正式實驗[25]。正式實驗共5 min,指示語1 min,隨機播放樣本圖片,每張圖片停留12 s。每兩張圖片之間設(shè)置空白頁面并間隔5 s,以消除上張圖片殘留的視覺感受,并同步記錄眼動與生理指標數(shù)據(jù)。實驗結(jié)束后,立即對實驗中的圖片進行打分,并完成問卷全部內(nèi)容。

3 結(jié)果分析

3.1 主觀感知評價數(shù)據(jù)分析

基于SPSS 25.0對36份問卷進行信效度檢驗,其中Cronbachα系數(shù)為0.864。數(shù)據(jù)通過KMO 和 Bartlett 檢驗效度驗證,KMO值為0.793,表明數(shù)據(jù)適合提取信息,可用于進一步分析。量表數(shù)據(jù)歸整統(tǒng)計后,得到12處街景評價因子的得分情況,計算其均值,并繪制折線圖(見圖3)。

由圖3可知,被試在不同街景中的主觀感知差異較大,感知因子之間亦存在差異性?？傮w愉悅度評分中,圖A13、B6、B7、C16中的街景令被試感到愉悅,圖A3、B11、B13、C2中的街景未對被試的情緒產(chǎn)生變化,而圖A11、B3、C3、C11中的街景會令被試產(chǎn)生不愉快的心理體驗。將豐富度、舒適度和放松度作為自變量,愉悅度作為因變量在SPSS 25.0進行線性回歸分析,得出模型公式

P=2.426-0.044A+0.223C+0.294R

(2)

式中:P為愉悅度;A為豐富度;C為舒適度;R為放松度。

模型R方值為0.481,模型通過F檢驗(F=109.898,p=0.000),模型構(gòu)建有意義。分析模型可知,舒適度和放松度對愉悅度有顯著正向影響,未發(fā)現(xiàn)豐富度對愉悅度有顯著影響。假設(shè)H1成立,則在老舊型街道景觀中提高行人舒適度可以促進人們心理的愉悅感(t=5.095,p=0.000);街道空間的豐富度變化(t=-1.295,p=0.196)并未對愉悅度產(chǎn)生顯著影響;而放松度(t=7.231,p=0.000)對愉悅度產(chǎn)生顯著的正向影響(其中,t值用于判斷每個自變量的顯著性,其正負與回歸系數(shù)正負一致,回歸系數(shù)的標準誤差越大,t值越小)。

3.2 建筑視覺占比變化對視覺偏好的相關(guān)分析

圖4為各眼動指標數(shù)據(jù)均值繪制的眼動指標關(guān)系圖?；赟PSS 25.0單因素重復(fù)測量的方差分析,探究3個水平Rb值下的眼跳次數(shù)數(shù)值差異是否顯著。結(jié)果表明:(1)平均眼跳次數(shù)滿足莫奇來球形檢驗(p>0.05), 主體內(nèi)效應(yīng)檢驗F(2,60)=2.871,p=0.064,并未表現(xiàn)出顯著差異性。說明建筑視覺占比的變化未影響行人對街道空間的信息搜索。(2)高層次建筑視覺占比街道的平均眼跳次數(shù)相對偏低。結(jié)合眼動熱力圖分析(見表2)可知,被試注意力集中于視覺水平線方向的中心區(qū)域及畫面中的消失點。(3)編號B11的首次注視持續(xù)時間高于其他街景,同時該街景圖片AOI平均注視時間較少。結(jié)合眼動熱力圖分析可知,即使建筑視覺占比具有較高值,若立面無風(fēng)格特色,行人對建筑立面持續(xù)關(guān)注度降低。

由圖4可知C11與C3的平均眼跳次數(shù)均為3.4次/s,表明兩個街道空間的識別度相差不大。兩者建筑AOI首次注視持續(xù)時間相近,其建筑特征的吸引力一致。而C3的平均注視時間明顯高于C11,愉悅度卻低于C11。在SPSS 25.0中,對平均眼跳次數(shù)、首次注視持續(xù)時間、平均注視時間和Rb值進行Pearson相關(guān)性分析。結(jié)果表明平均眼跳次數(shù)與建筑視覺占比之間不存在相關(guān)關(guān)系,AOI首次注視持續(xù)時間(r=0.98,p=0.025)、平均注視持續(xù)時間(r=0.673,p=0.000)與Rb值之間有著顯著的正相關(guān)關(guān)系。

圖3 主觀問卷感知因子關(guān)系

圖4 眼動指標變化關(guān)系

表2 街景實驗眼動熱力圖分析

3.3 建筑視覺占比與情緒喚醒的關(guān)聯(lián)性分析

生理數(shù)據(jù)去除異常值后,與建筑視覺占比分別進行相關(guān)性分析(見表3)。結(jié)果表明,未發(fā)現(xiàn)IBI(兩次連續(xù)心跳之間的時間間隔)均值、HRV均值、LF/HF(低頻與高頻的能量比,反應(yīng)自主神經(jīng)的均衡控制)和PPG(光電容積脈搏波描記法,脈搏信號)均值與建筑視覺占比相關(guān)。但RMSSD-HRV和RMSSD-PPG與建筑視覺占比呈顯著負相關(guān)(RMSSD-HRV:r=-0.146,p=0.024;RMDDS-PPG:r=-0.169,p=0.009)。RMSSD表征自主神經(jīng)系統(tǒng)中副交感神經(jīng)的活躍狀態(tài),表明隨建筑視覺占比上升。RMSSD降低,副交感神經(jīng)活躍度下降,情緒不再平靜,情緒喚醒度上升。

表3 生理數(shù)據(jù)與建筑視覺占比相關(guān)性分析

圖5 不同建筑視覺占比下SCL指標變化

情緒量化實驗中,SCL水平依據(jù)個體與實驗環(huán)境影響差異較大,數(shù)值需結(jié)合基線分析才有意義。因此皮電數(shù)據(jù)獨立分析,將每個被試的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為參考基線測量的百分比變化值[26]

(3)

SCL值用于評價被試的生理喚醒與情緒反應(yīng)。當(dāng)個體處于刺激狀態(tài),汗腺活動增加,SCL值會升高,外界刺激越明顯,上升越明顯;反之,情緒放松,SCL值下降。為探究假設(shè)H3,比較每個刺激片段SCL值的變化,以評價建筑視覺占比對SCL所代表的情緒變化影響。由圖5可知,在建筑視覺占比3個不同層次的SCL變化中,中層次建筑視覺占比街道中的SCL值普遍偏低,表明行人在這種街道內(nèi)行走最為舒適放松。低層次建筑視覺占比下的SCL值呈現(xiàn)較規(guī)律性的變化,人們的情緒喚醒降低,但愉悅度升高。高層次的建筑視覺占比中,街景空間豐富度降低,個人的情緒喚醒先降后升,結(jié)合主觀問卷評價,發(fā)現(xiàn)在較高建筑視覺占比的商業(yè)街道空間中,較低的SCL值具有較高的愉悅度評價。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

4.1.1 空間豐富度、舒適度和放松度等評價因子對街道主觀評價愉悅度的影響

通過對主觀感知評價數(shù)據(jù)進行分析,發(fā)現(xiàn)街道空間的豐富度變化并未對愉悅度產(chǎn)生顯著影響,放松度對愉悅度產(chǎn)生顯著的正向影響。原因可能是研究區(qū)域街區(qū)街道立面色彩駁雜、造型元素較多,缺乏統(tǒng)一性。立面的“復(fù)雜”,導(dǎo)致視覺體驗感降低,進而引起負向情緒[27]。因此,在街道改造設(shè)計中,應(yīng)注重街道視平線高度范圍的構(gòu)成要素的協(xié)調(diào)性,避免過于繁雜混亂的設(shè)計。

4.1.2 街景空間中不同建筑視覺占比對行人的視覺偏好影響

行人對不同類型、不同建筑視覺占比的街道空間信息搜索情況并不存在顯著性差異。結(jié)合眼動熱力圖分析發(fā)現(xiàn)被試注意力集中于視覺水平線方向的中心區(qū)域,表明在建筑視覺占比較高的街道空間內(nèi),若設(shè)置提醒標志,或其他需引起行人視覺偏好的設(shè)施時,應(yīng)盡量設(shè)置在視覺水平線區(qū)域、水平線平行方向。在同一層次建筑視覺占比和功能相同的街道空間中,建筑風(fēng)格越一致,人們對其視覺關(guān)注偏好可能越低,但對整體空間將產(chǎn)生更好的感知印象。根據(jù)Pearson相關(guān)性分析得知建筑AOI首次注視持續(xù)時間與平均注視時間存在顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.511,p=0.000),表明若街道中建筑能夠突出吸引首次注意力,會對后續(xù)的視覺持續(xù)注視產(chǎn)生正向影響。

4.1.3 街景建筑視覺占比對行人情緒喚醒度的影響

研究發(fā)現(xiàn)中層次建筑視覺占比的街景空間受到了較高的評價,SCL值變化最少,與主觀評價的結(jié)果一致。SCL值的降低表明情緒喚醒水平降低,情緒放松,愉悅度相應(yīng)提高,同時老舊街道環(huán)境中的Rb值越高,越刺激行人產(chǎn)生負性情緒喚醒。結(jié)果表明,在研究區(qū)域街景空間中,情緒喚醒更多偏向于負向情緒效價。因此假設(shè)3成立,街道建筑感知情況會影響到行人情緒變化,而且能提供心理愉悅感的建筑視覺占比值存在范圍閾,具有一定的潛在規(guī)律性。 對于中高層次建筑視覺占比的街道改造,建議增加其他街景要素(綠植、小品等)提升視覺舒適度[28],以尋求街道空間與大眾需求的合理對接。

4.2 結(jié)論

通過眼動結(jié)合生理測量和主觀量表情緒評價的方法,分析行人在不同建筑視覺占比下的情緒差異和視覺偏好。結(jié)論如下:

(1)街道空間的豐富度變化并不會對愉悅度產(chǎn)生顯著影響,但降低老舊街道立面的復(fù)雜度可以提高行人的舒適度,產(chǎn)生正向情緒。

(2)行人對不同建筑視覺占比的情緒和視覺偏好具有顯著差異性,街道空間中適宜的中層次建筑視覺占比有助于帶來更愉悅的情緒體驗。

(3)街道空間感知情況影響行人的情緒變化,一定范圍閾值的建筑視覺占比能夠為行人提供心理愉悅感。

街道構(gòu)成要素和空間特征對社會健康和精神需求具有重要影響,建筑作為街道環(huán)境中的重要組成部分,具有顯著影響作用。本文通過論證街景建筑對行人心理的潛在影響價值,旨在實現(xiàn)街道環(huán)境對行人生理和心理健康需求的均衡滿足,以指導(dǎo)更加精準化的街道建筑立面設(shè)計。由于實驗主要以建筑視覺占比分類,未對比建筑與其他街景要素的視覺偏好和情緒喚醒的區(qū)別,也未考慮各要素之間的占比關(guān)系對研究結(jié)果的影響。未來可利用VR虛擬技術(shù)控制視覺變量,并加強其他街景要素的定量分析,探索更加舒適、愉悅的公共健康空間。