伯延古村落空間尋路與空間認知實證研究★

朱 曉，賈世楨，朱 笛，常曉敏，葛玉香，李良琨

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

0 引言

近幾十年，科學技術獲得極大發展，各學科之間相互滲透現象越來越明顯。虛擬現實(VR)是信息時代重要的新興技術，被廣泛應用于建筑設計與展示及科學研究中[1]。在國外研究機構對空間尋路與導航的研究中，虛擬現實實驗的方法已經成為基本的研究工具、空間句法方法已在國外空間形態研究中得到廣泛應用。我國對本土建成環境的空間認知研究正在逐步發展，這些方法在傳統村落空間形態研究中逐漸得到應用[2]。在空間形態與空間認知研究中，考慮人的運動是至關重要的。因為建筑物、街道是復雜的空間構筑物，只有在通過它們時才能被理解和體驗。過往研究已經確定了建筑空間布局與可達性之間的關聯，并對現代城市環境中的建筑空間尋路問題進行了大量實證研究，如公交地鐵站、城市商業中心等。然而，非人工規劃形成的傳統人居空間卻較少受到關注。伯延古村落空間格局是自下而上、自然自發形成的，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

依據空間認知研究領域凱文·林奇空間環境的可意象性五要素：區域、邊界、路徑、地標和節點。經調研確定伯延村落內包含所有這些元素，充分保證村落空間環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村落名錄，是自下而上、自然自發形成的，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、建設街、先進街、先鋒街)構成村落核心區域。核心區內街巷風貌保存完好，歷史遺存豐富。因此以核心區內先進街區徐家大院街道為中心，200 m為半徑，進行街區尺度下的步行尋路研究。

2 虛擬現實空間尋路實驗

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的形態因素與空間信息，探究這些環境信息具體如何影響人的空間尋路以及空間認知規律。提出四個研究假設：一是伯延村落街巷空間容易使外來人迷路；二是導致迷路的原因是存在特定形態因素對人的尋路產生影響；三是空間句法理論與方法對人流運動的預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，對捷徑沒有準確的認知。研究方法主要采用虛擬現實實驗的方法，借助電腦程序與VR硬件設備，對村落進行三維場景重建，模擬真實空間景象，以第一人稱視角對空間認知與尋路問題進行研究。獲取尋路實驗過程中的空間位置軌跡及視覺與注意力數據。通過空間分析、問卷調查與認知地圖的方法對志愿者空間認知情況進行分析。

2.2 準備與過程

首先對村落現場信息進行獲取并進行3D軟件建模，最大程度還原村落空間原貌。建模完成后進行檢查，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備，Unity3D作為VR實驗運行的軟件平臺。調整視高與步速等參數合理，確定行走范圍及邊界。模擬人在真實村落環境中的尋路過程。實驗平臺搭建完成后進行設備調試，保證系統的流暢性。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，第一階段志愿者進入村落模擬環境后自由漫游熟悉街巷空間并對場景內預設的目標點位置進行記憶；第二階段系統隨機將其發配至某一位置，令其以最短路徑尋找目標點(見圖1)。

2.3 實驗數據收集

一方面通過系統采集志愿者軌跡數據，另一方面對志愿者的視覺畫面錄屏記錄。軌跡數據包括起始位置、路徑及目標點，視覺畫面記錄其視點與注意力情況。這些數據用于后續軟件計算與空間分析。問卷調查數據用于調查志愿者對伯延村落街巷環境的主觀認知。

3 實驗結果與分析

3.1 對研究假設一的驗證

研究假設一：冀南傳統村落街巷空間容易使外來人迷路。以“成功找到目標點人數/總人數”得到尋路任務的成功率。結果顯示，44%的志愿者成功尋找到目標地。統計志愿者在問卷中關于迷路相關問題的評分:A.對目標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.對尋路任務感到輕松(+5分為是，-5分為不是)；C.認為該村落街巷是極易迷路的(+5分為是，-5分為不是)；D.認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知進行調查，結合其在尋路過程中的空間行為進行分析判斷。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知與迷路情況進行調查。AB是志愿者對尋路任務完成情況的主觀感受；CD是對村落空間環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航水平的主觀評價。

問卷統計結果顯示，志愿者對尋路任務是否順利完成沒有繞遠的評分是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。

3.2 對研究假設二的驗證

研究假設二：冀南傳統村落街巷空間中存在某些形態因素對人的尋路產生影響，因而使人迷路。對迷路原因進行問卷調查，一方面，調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境進行編碼與記憶；另一方面，調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成進行統計，問卷選項設置如下：A.樹木/植物；B.標志性建筑；C.街道界面；D.交叉口周圍空間形態；E.目標點附近空間形態；F.村落街巷道路網絡；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行統計，問卷選項設置如下：A.街道界面元素類似、連續性強容易迷路；B.缺少標志性建筑或特色場所、難以識記空間；C.交叉口缺乏空間標志物、定向困難；D.街道走向復雜多變，失去方向感；E.難以形成對村落整體空間格局的記憶。問卷統計結果顯示，志愿者成功完成尋路任務主要依靠的空間元素為:特色主街道與標志性建筑；而造成志愿者迷路的原因主要是街道界面元素類似、連續性強以及交叉口缺乏空間標志物、定向困難、難以形成村落整體空間格局記憶。

3.3 對研究假設三的驗證

研究假設三：空間句法理論與方法對人流運動的預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行對比。由可視化圖可以看到，街巷場景范圍內凸現了一些高密度區，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點的無目的尋路中的重要地位。整合度分析圖結果在一定程度上與真實情況下的人流運動情況一致。然而，在部分空間節點處，視線整合度較低，但人流密度較大。結合志愿者在這些位置的尋路認知行為錄屏數據，這一定程度上說明相比到達空間節點的過程性交通，道路空間節點對人流具有更大的吸引力。這一實驗結果與發現是與現實生活經驗相符合的。視線整合度和運動人流密度結果之間具有一定的相關性，同時人在尋路過程中，街道交叉口是重要的空間節點。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。這些節點的空間實體回應著人的視線，路徑與分支承載著肢體的運動。這些使人在行進過程停留的節點往往路徑復雜使人猶豫，或者空間尺度適宜使人感到舒適而在此停留或觀望。

3.4 對研究假設四的驗證

研究假設四：人在空間尋路的過程幾乎不考慮幾何知識，對捷徑沒有準確的認知。結果顯示，在成功找到目標點的15人中，通過幾何距離最短路徑到達目標點的人數為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)。因此可以認為志愿者對目標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，對捷徑的認知能力較弱。

4 結語

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，在頭腦內形成空間定向與記憶的認知參考框架。該框架主要包括村落內特色主街道、堡樓等標志性建筑與道路空間節點。而村落空間內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決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。模糊性表現為街道形式與走向的不準確，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，每個人繪制的認知地圖各不相同，存在明顯差異。片段性則表現為出現在志愿者認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。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。在對目標點進行尋路時，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識作用的元素，絕大多數志愿者在尋路過程中未能選擇最短路徑到達目標點，這也在一定程度上體現出伯延街道空間的迷惑性。