朱 曉，賈世楨，朱 笛，常曉敏，葛玉香，李良琨

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京 100193; 2.中鐵建工集團有限公司,北京 100070; 3.杭州中聯(lián)筑境建筑設(shè)計有限公司上海公司,上海 201799； 4.中煤邯鄲設(shè)計工程有限責(zé)任公司,河北 邯鄲 056004; 5.華北水利水電大學(xué),河南 鄭州 450046)

0 引言

近幾十年，科學(xué)技術(shù)獲得極大發(fā)展，各學(xué)科之間相互滲透現(xiàn)象越來越明顯。虛擬現(xiàn)實(VR)是信息時代重要的新興技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計與展示及科學(xué)研究中[1]。在國外研究機構(gòu)對空間尋路與導(dǎo)航的研究中，虛擬現(xiàn)實實驗的方法已經(jīng)成為基本的研究工具、空間句法方法已在國外空間形態(tài)研究中得到廣泛應(yīng)用。我國對本土建成環(huán)境的空間認(rèn)知研究正在逐步發(fā)展，這些方法在傳統(tǒng)村落空間形態(tài)研究中逐漸得到應(yīng)用[2]。在空間形態(tài)與空間認(rèn)知研究中，考慮人的運動是至關(guān)重要的。因為建筑物、街道是復(fù)雜的空間構(gòu)筑物，只有在通過它們時才能被理解和體驗。過往研究已經(jīng)確定了建筑空間布局與可達(dá)性之間的關(guān)聯(lián)，并對現(xiàn)代城市環(huán)境中的建筑空間尋路問題進(jìn)行了大量實證研究，如公交地鐵站、城市商業(yè)中心等。然而，非人工規(guī)劃形成的傳統(tǒng)人居空間卻較少受到關(guān)注。伯延古村落空間格局是自下而上、自然自發(fā)形成的，承載著珍貴的地域文脈基因，具有重要的歷史與文化價值。

1 實驗樣本選取

1.1 選取依據(jù)

依據(jù)空間認(rèn)知研究領(lǐng)域凱文·林奇空間環(huán)境的可意象性五要素：區(qū)域、邊界、路徑、地標(biāo)和節(jié)點。經(jīng)調(diào)研確定伯延村落內(nèi)包含所有這些元素，充分保證村落空間環(huán)境能夠喚起人腦海中的精神形象，確定伯延古村落作為本研究實驗樣本。

1.2 村落概況

伯延古村落被列入國家傳統(tǒng)村落名錄，是自下而上、自然自發(fā)形成的，空間特色鮮明，從空中俯瞰形似大雁，因此又稱泊雁。由于明清時期正值亂世，常有兵匪之患，整個村莊的街閣與高大的院落房墻構(gòu)成完整封閉的空間，形成“處處有閣”的格局。五條主要街道(和平街、勝利街、建設(shè)街、先進(jìn)街、先鋒街)構(gòu)成村落核心區(qū)域。核心區(qū)內(nèi)街巷風(fēng)貌保存完好，歷史遺存豐富。因此以核心區(qū)內(nèi)先進(jìn)街區(qū)徐家大院街道為中心，200 m為半徑，進(jìn)行街區(qū)尺度下的步行尋路研究。

2 虛擬現(xiàn)實空間尋路實驗

2.1 目的與方法

研究主要目的在于了解與行人路徑選擇相關(guān)的形態(tài)因素與空間信息，探究這些環(huán)境信息具體如何影響人的空間尋路以及空間認(rèn)知規(guī)律。提出四個研究假設(shè)：一是伯延村落街巷空間容易使外來人迷路；二是導(dǎo)致迷路的原因是存在特定形態(tài)因素對人的尋路產(chǎn)生影響；三是空間句法理論與方法對人流運動的預(yù)測與人的實際運動情況相一致；四是人在空間尋路的過程幾乎不考慮幾何知識，對捷徑?jīng)]有準(zhǔn)確的認(rèn)知。研究方法主要采用虛擬現(xiàn)實實驗的方法，借助電腦程序與VR硬件設(shè)備，對村落進(jìn)行三維場景重建，模擬真實空間景象，以第一人稱視角對空間認(rèn)知與尋路問題進(jìn)行研究。獲取尋路實驗過程中的空間位置軌跡及視覺與注意力數(shù)據(jù)。通過空間分析、問卷調(diào)查與認(rèn)知地圖的方法對志愿者空間認(rèn)知情況進(jìn)行分析。

2.2 準(zhǔn)備與過程

首先對村落現(xiàn)場信息進(jìn)行獲取并進(jìn)行3D軟件建模，最大程度還原村落空間原貌。建模完成后進(jìn)行檢查，保證模型正確、空間尺度與真實條件相吻合。搭建虛擬現(xiàn)實空間尋路實驗平臺，HTC VIVE頭盔、手柄及圖形工作站作為硬件設(shè)備，Unity3D作為VR實驗運行的軟件平臺。調(diào)整視高與步速等參數(shù)合理，確定行走范圍及邊界。模擬人在真實村落環(huán)境中的尋路過程。實驗平臺搭建完成后進(jìn)行設(shè)備調(diào)試，保證系統(tǒng)的流暢性。實驗招募32名志愿者參加。實驗過程分為漫游與尋路兩個階段，第一階段志愿者進(jìn)入村落模擬環(huán)境后自由漫游熟悉街巷空間并對場景內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)點位置進(jìn)行記憶；第二階段系統(tǒng)隨機將其發(fā)配至某一位置，令其以最短路徑尋找目標(biāo)點(見圖1)。

2.3 實驗數(shù)據(jù)收集

一方面通過系統(tǒng)采集志愿者軌跡數(shù)據(jù)，另一方面對志愿者的視覺畫面錄屏記錄。軌跡數(shù)據(jù)包括起始位置、路徑及目標(biāo)點，視覺畫面記錄其視點與注意力情況。這些數(shù)據(jù)用于后續(xù)軟件計算與空間分析。問卷調(diào)查數(shù)據(jù)用于調(diào)查志愿者對伯延村落街巷環(huán)境的主觀認(rèn)知。

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 對研究假設(shè)一的驗證

研究假設(shè)一：冀南傳統(tǒng)村落街巷空間容易使外來人迷路。以“成功找到目標(biāo)點人數(shù)/總?cè)藬?shù)”得到尋路任務(wù)的成功率。結(jié)果顯示，44%的志愿者成功尋找到目標(biāo)地。統(tǒng)計志愿者在問卷中關(guān)于迷路相關(guān)問題的評分:A.對目標(biāo)點尋路的過程一次性完成，沒有走彎路(+5分為是，-5分為不是)；B.對尋路任務(wù)感到輕松(+5分為是，-5分為不是)；C.認(rèn)為該村落街巷是極易迷路的(+5分為是，-5分為不是)；D.認(rèn)為該村落空間特征明顯(+5分為是，-5分為不是)；E.在尋路過程中清楚得知道自己身在何處(+5分為是，-5分為不是)；F.在尋路過程中全程都清楚自己在哪里(+5分為是，-5分為不是)。這些問題旨在對志愿者尋路過程的心理與認(rèn)知進(jìn)行調(diào)查，結(jié)合其在尋路過程中的空間行為進(jìn)行分析判斷。以上六道題兩兩一組(即AB為一組，CD為一組，EF為一組)，從三個層面對志愿者的空間認(rèn)知與迷路情況進(jìn)行調(diào)查。AB是志愿者對尋路任務(wù)完成情況的主觀感受；CD是對村落空間環(huán)境的感知與印象的主觀評價；EF是對尋路過程中受試者的空間定向與導(dǎo)航水平的主觀評價。

問卷統(tǒng)計結(jié)果顯示，志愿者對尋路任務(wù)是否順利完成沒有繞遠(yuǎn)的評分是1分、是否感到輕松的評分是 0.2分，即尋路過程是繞了一點彎路，并且感覺是有一點輕松的。志愿者對該村落街巷是否容易迷路的評分是0.8分、空間特征是否明顯的評分為0.7分，即認(rèn)為該村落街巷是有一點容易迷路，并且空間特征是略微明顯的。志愿者在尋路過程中是否清楚得知道自己在哪的評分為0.2分、尋路過程中全程都很清楚自己身處何處的評分是0.1，即只是知道一點自己所處的方位，而且僅限在短程范圍內(nèi)。

3.2 對研究假設(shè)二的驗證

研究假設(shè)二：冀南傳統(tǒng)村落街巷空間中存在某些形態(tài)因素對人的尋路產(chǎn)生影響，因而使人迷路。對迷路原因進(jìn)行問卷調(diào)查，一方面，調(diào)查志愿者在空間尋路的過程中主要依靠哪些空間元素或信息對村落街巷空間環(huán)境進(jìn)行編碼與記憶；另一方面，調(diào)查尋路失敗的志愿者造成迷路的原因。首先，對尋路過程中的空間記憶線索構(gòu)成進(jìn)行統(tǒng)計，問卷選項設(shè)置如下：A.樹木/植物；B.標(biāo)志性建筑；C.街道界面；D.交叉口周圍空間形態(tài)；E.目標(biāo)點附近空間形態(tài)；F.村落街巷道路網(wǎng)絡(luò)；G.特色主街道；H.個別窄巷。對造成尋路失敗的志愿者迷路的原因進(jìn)行統(tǒng)計，問卷選項設(shè)置如下：A.街道界面元素類似、連續(xù)性強容易迷路；B.缺少標(biāo)志性建筑或特色場所、難以識記空間；C.交叉口缺乏空間標(biāo)志物、定向困難；D.街道走向復(fù)雜多變，失去方向感；E.難以形成對村落整體空間格局的記憶。問卷統(tǒng)計結(jié)果顯示，志愿者成功完成尋路任務(wù)主要依靠的空間元素為:特色主街道與標(biāo)志性建筑；而造成志愿者迷路的原因主要是街道界面元素類似、連續(xù)性強以及交叉口缺乏空間標(biāo)志物、定向困難、難以形成村落整體空間格局記憶。

3.3 對研究假設(shè)三的驗證

研究假設(shè)三：空間句法理論與方法對人流運動的預(yù)測與人的實際運動情況是一致的。將空間句法軸線分析與可見性分析中的整合度圖與實驗中真實人流分布密度圖進(jìn)行對比。由可視化圖可以看到，街巷場景范圍內(nèi)凸現(xiàn)了一些高密度區(qū)，位于中心的主要街道以及道路交叉口。這凸顯了主街與交叉口空間在未知目標(biāo)點的無目的尋路中的重要地位。整合度分析圖結(jié)果在一定程度上與真實情況下的人流運動情況一致。然而，在部分空間節(jié)點處，視線整合度較低，但人流密度較大。結(jié)合志愿者在這些位置的尋路認(rèn)知行為錄屏數(shù)據(jù)，這一定程度上說明相比到達(dá)空間節(jié)點的過程性交通，道路空間節(jié)點對人流具有更大的吸引力。這一實驗結(jié)果與發(fā)現(xiàn)是與現(xiàn)實生活經(jīng)驗相符合的。視線整合度和運動人流密度結(jié)果之間具有一定的相關(guān)性，同時人在尋路過程中，街道交叉口是重要的空間節(jié)點。交叉口的空間形式及視覺處理對于控制人流具有重要作用。這些節(jié)點的空間實體回應(yīng)著人的視線，路徑與分支承載著肢體的運動。這些使人在行進(jìn)過程停留的節(jié)點往往路徑復(fù)雜使人猶豫，或者空間尺度適宜使人感到舒適而在此停留或觀望。

3.4 對研究假設(shè)四的驗證

研究假設(shè)四：人在空間尋路的過程幾乎不考慮幾何知識，對捷徑?jīng)]有準(zhǔn)確的認(rèn)知。結(jié)果顯示，在成功找到目標(biāo)點的15人中，通過幾何距離最短路徑到達(dá)目標(biāo)點的人數(shù)為4人。而且這4人的尋路路徑均行程較短且均通過主要街道(見圖2)。因此可以認(rèn)為志愿者對目標(biāo)點尋路時路徑選擇時并非基于幾何最短距離。志愿者在村落空間尋路中較少有米制距離與方向計算的參與，對捷徑的認(rèn)知能力較弱。

4 結(jié)語

伯延街巷空間具有一定的空間迷惑性。志愿者通過讀取街巷空間信息，在頭腦內(nèi)形成空間定向與記憶的認(rèn)知參考框架。該框架主要包括村落內(nèi)特色主街道、堡樓等標(biāo)志性建筑與道路空間節(jié)點。而村落空間內(nèi)由封閉高大院墻圍合而成的狹長、相似度高且方向多變的街道對該框架有破壞作用，因此為空間尋路帶來困難。

尋路是一個邊走邊看的空間體驗過程，人對空間信息的讀取方式?jīng)Q定了人通過局部促成對空間全局的理解。志愿者對空間的記憶普遍具有模糊性和片段性。模糊性表現(xiàn)為街道形式與走向的不準(zhǔn)確，尤其是對道路的長度等幾何信息判斷模糊。對方位的辨識帶有個人的直覺性，即便是在相同場景下，每個人繪制的認(rèn)知地圖各不相同，存在明顯差異。片段性則表現(xiàn)為出現(xiàn)在志愿者認(rèn)知地圖中的街道形式與空間元素是對部分空間序列的局部描寫，這可能與人和空間之間的交互方式有關(guān)。在尋路探索過程中，視線整合度較低的小廣場比視線整合度高的街道對人流具有更大的吸引力；縱深感強的街道比視線可以貫穿的街道更具吸引力。在其他條件相同時，行人更容易選擇空間開闊的街巷行進(jìn)。在對目標(biāo)點進(jìn)行尋路時，志愿者依靠記憶線索完成尋路，這些線索包括色彩醒目的建筑物、高大的戲臺、低矮的街券等視覺特征明顯且對空間有標(biāo)識作用的元素，絕大多數(shù)志愿者在尋路過程中未能選擇最短路徑到達(dá)目標(biāo)點，這也在一定程度上體現(xiàn)出伯延街道空間的迷惑性。