李 媛，劉德明

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院，哈爾濱 150006)

視覺認知理論的發(fā)展及其在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

李 媛，劉德明

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院，哈爾濱 150006)

作為藝術(shù)門類之一的建筑設(shè)計，其核心問題——審美并沒有隨時代的更迭而發(fā)生變化，而建筑審美的依據(jù)卻向著愈加科學(xué)化的方向發(fā)展。視覺認知理論推動了建筑審美的科學(xué)化，而對審美的科學(xué)解釋可以幫助更多的建筑師設(shè)計出賞心悅目的建筑。視覺認知理論從經(jīng)驗總結(jié)階段發(fā)展到格式塔心理學(xué)的技術(shù)應(yīng)用階段再到大腦視覺機制的科學(xué)闡釋階段，發(fā)展歷程中的階段性成果已經(jīng)成為建筑師的共識并在設(shè)計中得到有意識的應(yīng)用，同時對大腦視覺機制的探索揭示了受眾“看”建筑的特點，這也為建筑師解決數(shù)字時代建筑審美的新問題提供了研究方法。

視覺認知理論;建筑設(shè)計;建筑審美;認知特點

從古希臘的神廟到中世紀的教堂，從現(xiàn)代主義幾何體的組合到目下自由形態(tài)建筑的涌現(xiàn)，每一種建筑風(fēng)格在其技術(shù)發(fā)展較成熟的時候，審美問題就會自然而然地被提上議事日程?？梢哉f，審美是建筑藝術(shù)亙古未變的話題。然而對審美內(nèi)涵的闡釋卻是多樣的，究其原因在于審美一直被歸類到哲學(xué)思辨的范疇。而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，視覺認知理論給予審美以科學(xué)的解釋。該理論摒棄了意識形態(tài)與功利性，相信人們具有普遍的審美偏好。視覺認知理論的發(fā)展主要體現(xiàn)在研究方法的逐步科學(xué)化，從經(jīng)驗的定性詮釋到實驗方法的介入再到完全應(yīng)用科學(xué)定量的實驗方法，該理論經(jīng)歷了以下三個階段。

一、直覺經(jīng)驗階段

視覺認知理論發(fā)軔于哲學(xué)。建筑藝術(shù)是視覺的藝術(shù)，建筑審美依賴視覺認知。在科學(xué)技術(shù)欠發(fā)達的古代，人們只能依據(jù)自己和其他人的視覺經(jīng)驗從所見中總結(jié)審美規(guī)律。

(一)直覺經(jīng)驗成為普適做法

理論來源于實踐，在沒有任何審美理論束縛的時代，建筑的做法似乎只會受到技術(shù)條件的制約，然而事實并非如此，在東西方文明的早期，人類共有的視覺認知就已在建筑設(shè)計中起作用。

建筑師早就認識到人眼觀看世界時的透視特點，所以當(dāng)人們站在古希臘的帕提農(nóng)神廟面前時，會認為自己看到的是高度一致的柱子和平直的臺基，而實際上邊柱比中間位置的柱子要高且臺基也是中間拱起高于兩側(cè)。如果真實的柱子是一樣高的，那么人們將會因看到一個上大下小、頭重腳輕的建筑而感到不舒服。這就是建筑師對透視視覺的深刻理解和修正(圖1)。同樣的情況也發(fā)生在古代中國，在大型建筑中也有“角柱升起”、“開間的寬度從中央到兩側(cè)依次縮小”和“柱子收分”等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象都符合人眼的透視規(guī)律。后來，這些做法成為普適的建筑規(guī)則。又如西方的古典柱式、柱頭、柱身與柱礎(chǔ)之間的比例來源于對人體頭身比例的模仿，這個比例的確定來自人們觀看自身時的愉悅。

經(jīng)過視覺直覺經(jīng)驗的反復(fù)修正，一些建筑作品在審美方面得到了大家的共識，其中的一些做法甚至作為建筑設(shè)計規(guī)則被固定下來，如古典柱式的做法、墻身的三段式等。但是這些被認為美的建筑有什么共性呢?是什么使它們比其他建筑美呢?哲學(xué)家開始思考這其中的奧妙以期推廣到所有建筑的設(shè)計中。

圖1 帕提農(nóng)神廟視覺校正

(二)哲學(xué)上的總結(jié)與思辨

從哲學(xué)誕生之日起，審美就是哲學(xué)的一個研究對象。在哲學(xué)發(fā)展的早期，美的本質(zhì)(即美從哪里產(chǎn)生)被分為兩類:主觀論和客觀論(主客觀統(tǒng)一論是20世紀才產(chǎn)生的觀點)。主觀論認為美是由人的美感、情感、感覺所創(chuàng)造;客觀論認為美在于物質(zhì)對象的自然屬性或規(guī)律［1］。視覺認知理論的哲學(xué)源頭是客觀論，認為是客觀事物的某些特征使人們認為它們是美的，且這種美與主體無關(guān)，具有去意識形態(tài)、去功利性的特點。

畢達哥拉斯在公元前6世紀提出“美在形式”，并指出形式美學(xué)的特點，如比例、對稱、和諧、均衡等。他認為美學(xué)價值完全在于形式而與任何內(nèi)容因素，如思想、情感、主題、現(xiàn)實等無關(guān)。盡管這種看法有失偏頗，但其關(guān)于形式美的解讀直到今天還在沿用。隨后的亞里士多德更加強調(diào)美來源于現(xiàn)實，強調(diào)形式美的特征是人可以感知到的。值得一提的是，二位先哲對美學(xué)核心“在于和諧”、“在于整體”的觀點得到了之后不斷發(fā)展的視覺認知理論的證實。

(三)應(yīng)用形式美法則時的問題

經(jīng)過建筑師的實踐、反思和總結(jié)，人們對形式美法則的內(nèi)容達成共識。形式美的核心是“多樣統(tǒng)一”，具體的內(nèi)容是主從、均衡、對比、韻律、比例和尺度［2］，且?guī)缀趺恳槐緯鴮@些具體的內(nèi)容都是分項舉例說明的。這就引發(fā)了兩個問題:第一，當(dāng)我們看到優(yōu)秀作品時，可以很容易地用形式美的法則來分析它，然而我們又是如何判斷該建筑是優(yōu)秀作品呢?難道是在不到一秒鐘的時間內(nèi)我們的大腦就將各項形式美法則透徹解析過了?顯然，我們并不是通過與形式美規(guī)則的逐一對照才得出某建筑是否令人愉悅的結(jié)論的。第二，雖然很多建筑師都秉承形式美法則，然而其作品還是有優(yōu)劣高下之分，而且即便是評價一般的作品也可以用形式美的法則解釋，那么形式美法則還是不是一個全面的法則呢?

以上問題說明形式美法則在應(yīng)用時存在弊端，究其原因主要有以下兩點:一是形式美的各項法則彼此之間范圍有交疊，且描述的是不同層級的問題。比如均衡是統(tǒng)一性的特點之一，主從是實現(xiàn)均衡的一個手法但不是唯一手法;對比產(chǎn)生了多樣性，彼此之間差異不大的對比又形成了韻律，成為實現(xiàn)統(tǒng)一性的一種手法;至于尺度和比例是在具體數(shù)字層面衡量“統(tǒng)一”的程度。也就是說，這些形式美法則在屬性、手法和應(yīng)用工具三個范疇內(nèi)界定不清晰。二是形式美法則對客體審美影響的權(quán)重不確定。姑且先只討論形式美的兩個根本屬性:多樣性和統(tǒng)一性，此二者的權(quán)重是不是1∶1，不應(yīng)由玄思和推理決定。

二、格式塔的實驗推理階段

(一)格式塔心理學(xué)及其應(yīng)用

格式塔心理學(xué)(Gestalt psychology)是韋特墨(Max Wertheimer 1880－1943)、苛勒(Wolfgang Kholer 1887－1965)和考夫卡(Kurt Koffka 1886－1941)于1912年在德國創(chuàng)立的。這幾位心理學(xué)家是在探索視覺的模式認知時發(fā)現(xiàn)了人眼的這一認知特點。由于他們的理論經(jīng)常用一些繪畫作品作為研究對象，所以它很快被應(yīng)用到美學(xué)研究領(lǐng)域。

“格式塔”是Gestalt的譯音，中文譯為“完形”，但這個“形”不是指客體自身的性質(zhì)，而是指知覺活動組成的經(jīng)驗中的整體［3］。阿恩海姆的理論基礎(chǔ)是認為存在一個與物質(zhì)世界同型的心理力場，二者之間的橋梁就是將視覺對象簡化為具有動力特征的結(jié)構(gòu)，所以從整體上簡化視覺對象并從其平衡的動力結(jié)構(gòu)中感受愉悅是格式塔理論的核心。接近律、相似律、連續(xù)律和閉合律都是視知覺為達到這種平衡而主動簡化客體的方式。阿恩海姆對形式美法則也有新的理解，他認為形式美法則是靜態(tài)的因而是片面的，藝術(shù)品不僅追求平衡、和諧、統(tǒng)一，而且是為了得到由各種方向的力共同達到的平衡、秩序和統(tǒng)一［4］。

這一點與現(xiàn)代主義建筑提倡的建筑美學(xué)原則不謀而合?，F(xiàn)代主義建筑的代表人物之一——格羅皮烏斯 (Walter Gropius，1883 －1969)提出新建筑要使用簡潔的處理手法和純凈的體型并采用均衡的非對稱構(gòu)圖。他還提倡吸取視覺藝術(shù)的新成果以應(yīng)用到建筑設(shè)計中。事實上，格羅皮烏斯創(chuàng)立的包豪斯講授格式塔心理學(xué)。因而，現(xiàn)代主義建筑是格式塔理論在建筑設(shè)計中的一種應(yīng)用和體現(xiàn)。例如，格羅皮烏斯設(shè)計的包豪斯校舍(圖2)，視覺瞬間將校舍簡化為幾個比例不同的長方體，但它們并非彼此獨立而是穿插在一起，形成有機的整體。層數(shù)低的體塊比較舒展，而層數(shù)高的體塊長度和寬度都比較小且位于另一側(cè)，這在心理力場上取得了平衡。伍重設(shè)計的悉尼歌劇院亦是如此(圖3)。如果沒有小音樂廳，大音樂廳造型形成的力是向大海一側(cè)傾斜的。盡管小音樂廳的體量比大音樂廳小很多，但它使整個建筑群達到了心理力的平衡。

圖2 包豪斯校舍鳥瞰模型

圖3 悉尼歌劇院

(二)格式塔心理學(xué)的歷史局限性

那么格式塔心理學(xué)的研究程度對于建筑設(shè)計來講是否就足夠用了呢?

在實踐應(yīng)用方面，我們發(fā)現(xiàn)受眾的審美并沒有停留在簡單的格式塔形式中，而是趨向欣賞更加復(fù)雜新奇的建筑。由此可見，審美的核心內(nèi)容除了多樣性和統(tǒng)一性以外，還有新奇性。事實證明，當(dāng)某種規(guī)律被破壞時，受眾的注意力會受到挫折，但這種挫折也可以激發(fā)起受眾“一探究竟”的好奇心。如果被分散的注意力適合審美對象整體的主要結(jié)構(gòu)，那么這種新奇性會加強內(nèi)心的愉悅。這種情況在當(dāng)下的數(shù)字化時代很常見，人們是如何理解偏離完形的復(fù)雜建筑形態(tài)的?建筑表皮形式的多樣化程度是否沒有限制呢?建筑表皮紋理的組織對視覺認知有什么影響呢?新奇性和統(tǒng)一性這對矛盾的“度”在哪里?這些復(fù)雜而細致的問題需要視覺認知理論的新成果予以解答。

在理論生成方面，由于彼時科學(xué)技術(shù)水平的制約以及理論創(chuàng)始人的主觀局限性，格式塔心理學(xué)還有不完善的地方。第一，格式塔心理學(xué)的理論基礎(chǔ)——“心理力場”是從當(dāng)時物理學(xué)領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)的電場、磁場等推理假設(shè)而來的，但其是否真實存在卻無從證明。第二，格式塔心理學(xué)認為視知覺之所以如此組織視覺對象是因為物質(zhì)世界與心理力場同型，那么心理世界又為何如此認知視覺對象呢?格式塔心理學(xué)并沒有解決視覺認知特點產(chǎn)生的根本原因。第三，格式塔心理學(xué)的實驗多是以人的直觀經(jīng)驗為研究對象，這就使得實驗停滯在定性分析上，而并沒有按被試的不同特征(如性別、年齡、受教育程度等)對數(shù)據(jù)進行現(xiàn)代科學(xué)意義上的定量統(tǒng)計。第四，格式塔心理學(xué)缺少生理學(xué)依托，而任何一種心理現(xiàn)象都有其生理上的物質(zhì)基礎(chǔ)。

三、大腦視覺機制的科學(xué)闡釋階段

隨著科學(xué)實驗方法的推廣和先進儀器的發(fā)明，科學(xué)家逐步揭開視覺腦機制的奧秘。任何一個被反映出來的視覺認知特點都有其生理機制，科學(xué)家也觀察到大腦處理視覺信息時不同區(qū)域活躍的先后順序。通過這些先進的技術(shù)，科學(xué)家們正逐步建立起更趨完善的視覺認知理論。

(一)視覺認知理論概述

格式塔心理學(xué)被認為是認知心理學(xué)的起步［5］，在此之后視覺認知理論有了長足的發(fā)展。視覺認知理論以信息加工理論為核心，它將視覺認知過程分為三個階段:一是視覺信息如何輸入;二是視覺信息如何被儲存和以何種形式儲存;三是儲存的信息如何被尋找、使用甚至影響新一輪的視覺信息輸入(圖4)。

圖4 視覺認識過程

第一階段涉及視覺認知機制的問題，包括感覺、注意、知覺及模式識別。感覺是視桿和視錐細胞對光波的探測。注意是心理能量在獲取信息時的集中，它選擇進入加工的信息。知覺是對進入加工通道的感覺信息的解釋，它對感覺到的信息賦予意義。模式識別建立在知覺的基礎(chǔ)上，它根據(jù)感覺和記憶對知覺對象提出假設(shè)并加以檢驗［6］96。

第二階段涉及視覺信息編碼問題，包括視像存儲、短時記憶及長時記憶。視像存儲是感覺的緩沖儲存區(qū)，目的是讓大腦的加工趕得上眼睛接受信息的速度，但如果信息沒能進入加工過程，這種儲存就會消失。短時記憶是最先處理環(huán)境刺激的場所［6］149，它對信息進行提取和編碼，但容量微小且加工能力有限。長時記憶的主要作用是用過去的經(jīng)驗來理解現(xiàn)在。

第三階段是將抽象的視覺記憶編碼形象化，包括表象和思維。心理表象研究信息在記憶中的儲存和提取。思維是通過判斷、抽象、推理、聯(lián)想和想象解決心理特征之間復(fù)雜的相互作用，實現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換，從而形成新的心理表征的過程。

(二)視覺認知理論的應(yīng)用

建筑形式和空間的認知涉及整個視覺認知理論，它是一個完整而復(fù)雜的過程。前文所述的格式塔心理學(xué)只是視覺信息輸入階段中模式識別的諸多假設(shè)理論之一，它并不能解釋觀看建筑時的所有視覺現(xiàn)象，也不能解決建筑設(shè)計中涉及的所有視覺問題，例如:如何使建筑的某一部分引人注意?以往關(guān)于建筑的經(jīng)驗和記憶對眼前的建筑有什么影響?聯(lián)想在復(fù)雜形體審美中的影響?以下舉例說明當(dāng)代視覺認知理論在建筑設(shè)計中的應(yīng)用。

關(guān)于視覺注意。在視覺處理的早期階段，總有一些物體會更容易得到我們的注意，視覺的這個特征是與生俱來的，而不是學(xué)會的［7］。在人類感覺絕對閾限以上的信息能否引起注意，主要取決于該刺激信息與其他信息強度差別量的大小，即相對閾限的大小。比如形狀、尺寸、顏色、方向和運動特征與背景差異大的物體會彈出來，這與背景物體的數(shù)目沒有關(guān)系，之后我們會運動眼睛使彈出的物體位于注視的中心。彈出物體與背景在越多的方面差異越大，它就會越引人注目。另外，目標具備多少特征才能突出與背景有很大關(guān)系，如果背景中元素相似度極高，那么略微的差別就能夠突出某個目標;如果背景元素變化多，要突出某個目標就需要它具備更大更多的特征差別。比如路易斯·康設(shè)計的金貝兒藝術(shù)博物館(圖5)，背景元素是一致的，所以入口處尺寸形態(tài)均未變，只是將實體變作虛空就達到了突出的目的。而詹姆斯·斯特林設(shè)計的斯圖加特美術(shù)館(圖6)，背景元素非常多樣化，所以建筑師需要通過多方面特征的對比，如形狀對比(折線和弧線)、顏色對比(紅色和綠色)及方向?qū)Ρ?豎向和橫向)，才能突出入口。

圖5 金貝兒藝術(shù)博物館

圖6 斯圖加特美術(shù)館

關(guān)于視覺表象。美國心理學(xué)家愛德華·托爾曼(Edward Tolman)在1932年通過老鼠在迷津中建立迷津中的位置關(guān)系的實驗發(fā)現(xiàn)老鼠通過認知地圖表征環(huán)境信息。1959年凱文·林奇(Kevin Lynch)將這一發(fā)現(xiàn)應(yīng)用到人對城市的認知研究上，指出了人對城市地圖認知的五要素(道路、邊界、區(qū)域、節(jié)點和標志物)，更加證實了視覺表象是通過對實物信息的抽象、歸納和概括而形成的。它雖不精確但卻與實物信息是拓撲同型的，這就足夠?qū)υO(shè)計易辨識的城市起指導(dǎo)作用。此后還有研究者將凱文·林奇的成果應(yīng)用到大型綜合商業(yè)建筑和醫(yī)院的尋路問題中。因為在大型而復(fù)雜的建筑或城市環(huán)境中，根據(jù)建筑師的個人經(jīng)驗已經(jīng)不足以解決尋路問題，只能依靠科學(xué)理論和實驗數(shù)據(jù)的幫助。

四、結(jié)論

科學(xué)的態(tài)度和研究技術(shù)的進步使建筑設(shè)計和審美逐漸擺脫了哲學(xué)的玄思，走上科學(xué)發(fā)展的道路。視覺認知理論的三個發(fā)展階段促使該理論對視知覺機制的掌握越來越接近大腦的實際狀況且其應(yīng)用性越來越強。將視覺認知理論引入建筑設(shè)計中有兩方面意義:一是解釋天才建筑師靠直覺設(shè)計的優(yōu)秀作品背后的視覺機制;二是經(jīng)驗?zāi)芙鉀Q的問題是有限的，當(dāng)面臨越來越復(fù)雜的建筑時，必須依靠科學(xué)的論證，如上文提到的尋路問題;又如數(shù)字化背景下復(fù)雜建筑形式的審美問題。人們希望建立一個評價標準以使“多樣統(tǒng)一”這一審美核心理念變得更加具體化和可操作化，比如對非線性形體的認知是自下而上的還是自上而下?哪些特征易于被捕捉?由于沒有類似的建筑記憶，人們?nèi)绾涡纬筛拍?體量和位置的對比對均衡感產(chǎn)生了哪些影響?當(dāng)下的視覺認知理論的研究成果使研究這些問題成為可能?？傊ㄖ熆梢岳靡驯蛔C實的事實來檢驗和輔助設(shè)計，以便創(chuàng)造出更好的作品。

［1］徐蘇寧.城市設(shè)計美學(xué)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007:11 －12.

［2］彭一剛.建筑空間組合論(第2版)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998:32.

［3］［美］魯?shù)婪颉ぐ⒍骱Ｄ?視覺思維——審美直覺心理學(xué)［M］.藤守堯，譯.成都:四川人民出版社，1998:3.

［4］［美］魯?shù)婪颉ぐ⒍骱Ｄ?藝術(shù)與視知覺［M］.藤守堯，朱疆源，譯.成都:四川人民出版社，1998:40.

［5］陳超萃.設(shè)計認知——設(shè)計中的認知科學(xué)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008:11.

［6］［美］羅伯特·L.索爾所，M.金伯利·麥克林，奧托·H.麥克林.認知心理學(xué)(第7版)［M］.卲志芳，李林，徐媛，等，譯.上海:上海人民出版社，2008.

［7］［美］Colin Ware.設(shè)計中的視覺思維［M］.陳媛嫄，等，譯.北京:機械工業(yè)出版社，2009:27.

［責(zé)任編輯 張蓮英］

Development of the Visual Cognitive Theory and Its Application in Architectural Design

LI Yuan，LIU De-ming
(School of Architecture，Harbin Institute of Technology，Harbin 150006，China)

The core problem of architecture as a kind of art is that aesthetics has not been replaced by others with times，but its basis has developed in the scientific direction.The Visual Cognitive Theory has promoted the scientific process of architectural aesthetics，whose explanations based on science could help more architects to design pleasing architectures.The development history of the Visual Cognitive Theory begins from the individual experience summary to the technology application of Gestalt psychology and then to the scientific elaboration of the brain visual mechanisms，and the partial results have become a consensus of architects and been used consciously.Meanwhile，the brain visual mechanisms reveal the characteristics when audience“see”architectures，and provide the research methodology to architectural aesthetics in the digital era.

visual cognitive theory;architectural design;architectural aesthetics;cognitive characteristics

TU－05

A

1009-1971(2011)05－0049－05

2011－07－30

李媛(1983－)，女，遼寧沈陽人，博士研究生，從事大跨度建筑設(shè)計研究;劉德明(1961－)，男，黑龍江海倫人，教授，博士生導(dǎo)師，從事技術(shù)制約性較強的公共建筑類型的設(shè)計問題研究及寒地城市公共環(huán)境設(shè)計研究。