基于眼动技术的景观视觉感知分析

鲁苗

【摘要】 本文将心理学中的眼动技术应用到景观视觉感知分析中，以清华大学校园景观为研究点，选取10张具有代表性的清华大学校园景观照片进行实验研究，通过分析实验数据的注视热点图、轨迹图及焦点图，试图探究受测者的视觉认知过程与视觉偏好，并验证视觉感知与心理“真实性”反应的合理性与可靠性。

【关键词】 视觉感知;眼动实验;校园景观评价

[中图分类号]J0-05  [文献标识码]A

随着心理学、人类学、社会学、经济学、设计学等多学科交叉应用的学科发展趋势，艺术与科学相结合的思维研究方法成为一种新价值观。从科学的视角进行研究，不是以数学运算方式寻求解决问题的途径，而是通过研究过程探究一种理性的“方法论”，而艺术的研究方法是一种感性的研究方法。景观设计是一门综合性和交叉性的学科，涉及人文、地理、美学、生态等多方面的知识。传统的景观设计的研究是以人文——艺术的理论体系为研究框架，参考美术史论的研究方法，从哲学、美学、艺术层面进行感性研究。20世纪以来，计算机、眼动仪、脑电波实验等新技术的普及为景观设计的研究提供了新的研究思路，并通过调查和数据的语言提供科学的论证。因此，本次研究通过心理学中的实验技术，试图从“方法论”层面探究眼动技术对景观视觉感知分析的可行性，为景观设计研究提出科学的实证研究方法。本研究从心理学角度探索了景观感知研究的新视角，弥补了只从艺术的角度看设计产生的缺陷，丰富了景观设计研究的方法论。

一、景观视觉感知研究方法

视觉是人类了解环境的感知方法之一，从古希腊时代开始，哲学家们围绕视觉与心理的关系展开了丰富的研究，直到现今，如何通过视觉再现内心的“真实性”的研究仍在继续。历史中关于景观视觉的研究有两个学派，“美是在眼睛看到的时候产生”与“眼睛是如同照相机”。前者表明视觉感知的不可预测仍具有一定的个别性，而后者则认为视觉的产生如同机械原理一般，能复制和模拟环境。由此可以反映出景观必须经过“看”之后才能产生心理反应，视觉与心理的关系成为影响景观偏好的重要因素。视觉感知是环境审美体验的方式之一，而心理因素对审美反应产生了重要作用，积极的心理反应能产生较好的景观视觉偏好，而消极的心理反应对景观偏好形成负面影响。

20世纪60年代以来，西方国家的学者在景观视觉感知研究中展开了深入探讨，并形成专家学派、心理物理学派、认知学派、经验学派四大学派，专家学派从“形式美”原则出发，以专家评分和公众打分的方法，从景观的色彩、线条、质地、形态的视觉感知对景观进行美感评价。心理物理学派则通过审美心理与审美反应的关系建立成数学量表，将审美态度进行量化从而对景观视觉质量进行分析。认知学派则是通过进化论的理论研究，通过偏好的方式理解和感知景观，并提出了内容识别的方法来探究心理反应与景观偏好模式之间的关系。经验学派从社会、文化、历史等因素对景观视觉的影响展开了理论研究。这些研究方法无疑围绕审美心理反应与视觉感知之间的关系进行了研究，而视觉感知所反映出的内心 “真实性”却未能得要详实的论证。而在21世纪的今天，眼动仪技术对探讨这一问题提出了新的研究方法，基于心理学实验进行研究和预测，使得研究结果更加具有可靠性。本研究试图以感性与理性相结合的方法对景观视觉感知进行研究，并通过心理学中的眼动仪技术探究这种新方法的可行性与合理性。

二、眼动仪技术的特征

眼动仪实验是一门基于心理学的研究技术，也是研究环境心理学的有效工具之一，并通过视觉实验的方法进行生理心理学研究。心理学以研究涉及到认知、情绪、行为、社会关系等多个领域，心理学知识能系统分析人类的景观认知与景观体验的变化，而景观感知研究与心理学有着极为密切的联系，通过眼动仪技术则能使分析结果更智能、更科学、更准确。眼动仪实验是通过仪器对受测者眼睛的视觉过程进行跟踪、观察和实验。眼动实验通过注视、眼跳及追随运动的三个方式进行测试，从而选择信息和获取数据。该技术可以捕捉受测者通过视觉产生的无意识的心理活动，通过注视热点图、轨迹图及焦点图从而了解和分析受测者的视觉认知过程或视觉偏好。

三、清華大学校园景观视觉感知分析

（一）研究目的

本研究以清华大学校园景观为研究区域主要有以下原因：清华大学校园景观规划体现了“中西合璧”的景观规划空间模式，在校园景观中既包括中国古典皇家园林遗址景观，在校园规划布局中延续美国大学校园规划模式和英国大学合院式的规划格局，具有一定代表性。2010年，清华大学被美国财经杂志《福布斯》杂志评为“全球14所最美大学校园之一”，校园内景观层次丰富、色彩多样、景观视觉同一性较好，有利于本次研究。此外，笔者对清华大学校园景观较为熟悉，在进行资料获取和实验地点上也较为便利。因此，本次研究以清华大学校园景观为研究点，试图采用眼动仪技术探讨视觉感知与内心“真实性”再现的可靠性，并通过热点图、轨迹图及焦点图对受测者的景观视觉感知进行分析。

（二）研究流程

1.照片选取

笔者于2017年3月14日北京时间12：00至14：00，选用Sony A6000数码相机，在清华大学校园内各重要景观节点，如二校门、学生宿舍、图书馆、学生餐厅等，拍摄照片共计108张。之后邀请清华大学美术学院艺术与科学研究中心色彩研究所多名专家进行反复讨论，并咨询清华大学心理学系的有关教授、博士研究生后，根据照片光线尽量一致、不同景观类型、照片中文字、人物干扰较少的选取原则，最终选取了10张具有代表性的照片进行眼动仪实验（图1）。遴选出来的10处景观为情人坡、近春园、二校门、大礼堂、清华主楼、紫荆操场、学生宿舍、建筑学院教学楼、艺术博物馆、明斋楼。

2.实验设备及实验人员情况

本次研究采用德国SMI眼动仪，型号为RED 5，采样率为120赫兹，精准度误差在1度内，观看时间由受测者自行掌握并进行图片切换。本次实验受测人员共10名，男性3名，女性7名，均视力正常。所有受测者均为受过高等教育本科及以上学历人员，其中高校教师1名、博士研究生2名、硕士研究生2名、本科生5名。

3.实验前的工作

在进行眼动仪实验前首先应用Experiment Center 软件对10张照片进行编码，并设定图片顺序。为避免受测产生的误差，每一名受测者在进行实验前不能提前预览实验照片，实验开始后均可通过眼动仪设备进行观测。由于每名受测者身高不同，每名受测者进行受测前需要通过调整座椅的位置、固定架的高度及眼动仪镜头，找到最适宜的姿势进行眼动实验。

4.实验过程

第一，设置受测者姓名、年龄、性别、教育程度等基本信息。

第二，实验进行前需要对每名受测者眼睛追踪进行校正。受测者用鼠标点击眼动仪屏幕上的【实验开始】按钮后，进入校正环节。受测者眼睛注视屏幕上的红色图示进行视线移动，如受测者视线移动的速度、方向、位置与红色图标大体一致，均表明受测者视觉精准度合格可以开始眼动仪实验。反之，如受测者需要进行再次校准，直至校准合格方可进行测试。

第三，受测者开始观看眼动仪屏幕上的景观照片，自行控制观看时长和进行图片切换，受测者观看完10张实验照片后则表示实验结束。10位受测者均按照以上步骤，进行依次受测，直至10名受测者完成本次实验。

第四，实验结束后，通过与眼动仪相配的Begaze 数据分析软件生产了10名受测者测试数据的轨迹图、热点图及焦点图。

（三）研究结果

人类对景观的的感知一方面源于先天具有的景观偏好，对人类有益的景观元素具有积极的偏好，如水体、植被，而对人类有害的景观内容具有消极的态度，如蛇、蜘蛛等。另一方面，在后天的知识的学习中使得人类对污染的工厂、停车场等人工建筑产生了厌恶的态度。在20世纪70年代中期，美国学者卡普兰夫妇通过对景观偏好的研究后，指出人们更喜欢可理解和具有神秘性的景观，认为人们对景观的感知是内心真实情感的流露，并建立识别景观偏好的模型对人们潜在的感知进行了研究。

视觉感知是了解景观空间、距离、色彩、质地、形式等的重要要素，本次研究通过眼动实验数据的热点图、轨迹图与焦点图，从受测者心理感知层面，对影响景观视觉偏好的动因展开探讨。热点图是通过颜色的冷暖度来显示受测者注视的时间和位置的变化，即颜色越暖表明受测者注视的时间越长、注视度越高，反之，颜色越冷则表明注视度低（图2）。轨迹图通过点的形式来表示受测者注视点的位置及注视时间，用不同的颜色代表不同受测者的视觉变化轨迹，点越大表示注视时间越长，点越小注视时间越短（图3）。焦点图中则是以亮度显示注视位置、时间的动态变化，图片中亮度越亮的区域则表示注视度越高，反之注视度越低（图4）。

1.变化的地形具有较强的视觉注视力

从照片1中的数据分析中可以观察出，图中小山坡最高点区域暖色较强，则表面该区域的注视度高，该区域受太阳光的影响，形成了形状、色彩、阴影与质感相和谐的关注区。地形是景观视觉评价中的评价指标之一，具有变化的地形比平坦地形的景观具有较高的视觉景观质量，照片1的实验中通过眼动仪实验反映出受测者的视觉审美偏好的一致性，即富于变化的地形视觉偏好较强。其次，该照片的植被较为丰富，形态多样，成为关注度较次于地形的景观元素。

2.建筑是校园景观中视觉偏好最高的景观元素

照片4、5、6、7、10中建筑均成为视觉偏好最强的景观元素。照片4中出现的景观元素有天空、建筑、植被、草地、人物、旗杆等，建筑位于照片的中心位置，建筑立面色彩由红色砖墙与白色门廊形成鲜明的对比，其建筑造型与周边其他建筑相比，罗马式圆形穹顶和希腊式古典柱廊体现出独特的艺术特色。由此，建筑成为注视度较高的景观元素，植被、天空、草地的注视度略低。照片5中建筑立面的窗产生的简单形式语言，能将主体与周围的其它景观区分开来，具有较强的识别性，而这种视觉的捕捉源于心理学中对简单形状的感知，故建筑本体体现出的形状知觉具有较高水平。图6是一张色彩丰富、对比强烈的校园景观照片，蓝色的天空、褐红色的操场跑道以及绿色的草地具有较強的视觉冲击力，而受测者却把关注点落在差异明显的建筑主体之上，由此可以发现视觉是具有选择性的，通过视觉活动可以反映出受测者整个心理活动，受测者均为清华大学的学生和教师，对所受测的校园景观较为熟悉，在进行受测时受积极因素的影响把视觉重点都放在了较为喜欢的C型建筑楼。照片7、10也同样反映出建筑是视觉关注点较高的景观元素，受环境因素的影响，明暗效果较为突出的建筑细部结构成为关注点，此外，标志牌、人物、植被为关注度次一级的景观元素。

3.色彩对比强烈产生较高的视觉注视力

照片3和照片8体现出色彩对比较强产生的视觉偏好特征。照片3中，受人物元素的影响，受测者均把注视点放在前面的人物头部位置，其次将关注点放在文字部分，而对建筑、植被、路面、天空的关注度次之。从色彩对比的视觉层面来看，受测者把关注点停留在了色彩对比强烈的部位，即人物着装的深色外衣与浅色建筑墙体形成的部位，还有建筑上，黑色文字与白色墙面形成色彩对比较强的区域，受视觉距离远近的作用，前景区域景观质感与颜色的辨认度更清楚，因此，形成了前景区域注视度略高于中景区的测试结果。照片8中深黑色石块与土黄色的草地、深绿色的植被与米白色的路灯还有建筑立面上形成的窗与墙明暗色彩对比，均具有较高的关注度，由此可以发现细节丰富、色彩对比强烈的位置注视度较高。

4.形状独特的景观视觉偏好较高

照片2中亭子是关注度最高的景观元素，而植被、湖水、天空、建筑、太湖石等景观元素的偏好次之，在天空与湖水的偏好度中，受测者对湖水的偏好略高于天空。亭子与周边的景观元素的形态具有较强的对比，显示出独特的景观效果，受测者的注视点均集中在引人注目的亭子之上，而照片2中的植被类型较少，缺乏相应的变化，故注视度略低。水体在景观元素中占有较为重要的地位，受测图中的水体受周围景观倒影的影响，被忽略了水景在景观构成中的独特作用，未能起到较强的注视度。

5.相似性原则具有较高的视觉关注度

照片8从“观看”的层面来理解，关注点较高的区域由人物部分、雕塑部分、汽车部分组成，这种部分与部分之间的组成关系，却源自一个最简单的原则，即相似性原则。这些相互类似的景观元素在视觉感知中总是能被联系在一起，通过不同的“点”的集合，最后形成一个统一的整体，成为关注的中心点。此外，构图中的主要层次以地平线为划分界限，左侧的道路具有一种指引性的视觉延续性，因此，在交界处形成视觉感知的主要关注区域。

从热点图和焦点图可以分析出，所有受测者视觉关注点在图片中较为中心的位置，如照片1、照片2、照片4、照片5与照片10所示;照片3、照片7、照片8、照片9则反映出色彩、明暗对比较大的区域视觉关注力越强;照片6则反映出建筑形式特征区别较大的区域则关注点越大。由此可以觀察出受测者的视觉关注点均在色彩对比强、明暗关系明显、形态特征差异较大及画面中心的区域。

通过研究表明，清华大学校园景观中建筑、植被、人物是注视度较高的景观元素，地形、水体、天空、道路等景观元素的注视度较弱。在景观视觉偏好分析研究中发现，色彩对比较大、明暗关系较强、形态独特、地形变化丰富等因素对视觉偏好具有较为重要的影响。本次研究存在以下局限性：第一，本次研究在进行照片选取上，受时间、人力等原因的影响，并不能涵盖清华大学校园中各种类型的景观，存在景观类型不全面的缺陷。第二，本次研究的受测者均是在清华大学工作和学习的人员，对清华大学的校园景观较为熟悉，难免在进行实验时受情感因素的影响对视觉感知会产生一定的影响。第三，本次研究的着重点是对眼动技术研究方法的探析，在实验数据中，受测人员较少，因此，本次研究结果可能会存在一定偏差。

四、结论

本次研究通过眼动仪实验对清华大学校园景观的视觉偏好进行了初步分析，提出了一种适用于景观感知研究的研究方法，这种方法还可以运用到城市景观、乡村景观、森林景观等研究工作之中。本次研究方法可以为环境艺术设计专业的学生提供参考和借鉴。

参考文献：

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