伯延古村落空间寻路与空间认知实证研究★

朱 晓，贾世桢，朱 笛，常晓敏，葛玉香，李良琨

(1.中国农业大学，北京 100193; 2.中铁建工集团有限公司,北京 100070; 3.杭州中联筑境建筑设计有限公司上海公司,上海 201799； 4.中煤邯郸设计工程有限责任公司,河北 邯郸 056004; 5.华北水利水电大学,河南 郑州 450046)

0 引言

近几十年，科学技术获得极大发展，各学科之间相互渗透现象越来越明显。虚拟现实(VR)是信息时代重要的新兴技术，被广泛应用于建筑设计与展示及科学研究中[1]。在国外研究机构对空间寻路与导航的研究中，虚拟现实实验的方法已经成为基本的研究工具、空间句法方法已在国外空间形态研究中得到广泛应用。我国对本土建成环境的空间认知研究正在逐步发展，这些方法在传统村落空间形态研究中逐渐得到应用[2]。在空间形态与空间认知研究中，考虑人的运动是至关重要的。因为建筑物、街道是复杂的空间构筑物，只有在通过它们时才能被理解和体验。过往研究已经确定了建筑空间布局与可达性之间的关联，并对现代城市环境中的建筑空间寻路问题进行了大量实证研究，如公交地铁站、城市商业中心等。然而，非人工规划形成的传统人居空间却较少受到关注。伯延古村落空间格局是自下而上、自然自发形成的，承载着珍贵的地域文脉基因，具有重要的历史与文化价值。

1 实验样本选取

1.1 选取依据

依据空间认知研究领域凯文·林奇空间环境的可意象性五要素：区域、边界、路径、地标和节点。经调研确定伯延村落内包含所有这些元素，充分保证村落空间环境能够唤起人脑海中的精神形象，确定伯延古村落作为本研究实验样本。

1.2 村落概况

伯延古村落被列入国家传统村落名录，是自下而上、自然自发形成的，空间特色鲜明，从空中俯瞰形似大雁，因此又称泊雁。由于明清时期正值乱世，常有兵匪之患，整个村庄的街阁与高大的院落房墙构成完整封闭的空间，形成“处处有阁”的格局。五条主要街道(和平街、胜利街、建设街、先进街、先锋街)构成村落核心区域。核心区内街巷风貌保存完好，历史遗存丰富。因此以核心区内先进街区徐家大院街道为中心，200 m为半径，进行街区尺度下的步行寻路研究。

2 虚拟现实空间寻路实验

2.1 目的与方法

研究主要目的在于了解与行人路径选择相关的形态因素与空间信息，探究这些环境信息具体如何影响人的空间寻路以及空间认知规律。提出四个研究假设：一是伯延村落街巷空间容易使外来人迷路；二是导致迷路的原因是存在特定形态因素对人的寻路产生影响；三是空间句法理论与方法对人流运动的预测与人的实际运动情况相一致；四是人在空间寻路的过程几乎不考虑几何知识，对捷径没有准确的认知。研究方法主要采用虚拟现实实验的方法，借助电脑程序与VR硬件设备，对村落进行三维场景重建，模拟真实空间景象，以第一人称视角对空间认知与寻路问题进行研究。获取寻路实验过程中的空间位置轨迹及视觉与注意力数据。通过空间分析、问卷调查与认知地图的方法对志愿者空间认知情况进行分析。

2.2 准备与过程

首先对村落现场信息进行获取并进行3D软件建模，最大程度还原村落空间原貌。建模完成后进行检查，保证模型正确、空间尺度与真实条件相吻合。搭建虚拟现实空间寻路实验平台，HTC VIVE头盔、手柄及图形工作站作为硬件设备，Unity3D作为VR实验运行的软件平台。调整视高与步速等参数合理，确定行走范围及边界。模拟人在真实村落环境中的寻路过程。实验平台搭建完成后进行设备调试，保证系统的流畅性。实验招募32名志愿者参加。实验过程分为漫游与寻路两个阶段，第一阶段志愿者进入村落模拟环境后自由漫游熟悉街巷空间并对场景内预设的目标点位置进行记忆；第二阶段系统随机将其发配至某一位置，令其以最短路径寻找目标点(见图1)。

2.3 实验数据收集

一方面通过系统采集志愿者轨迹数据，另一方面对志愿者的视觉画面录屏记录。轨迹数据包括起始位置、路径及目标点，视觉画面记录其视点与注意力情况。这些数据用于后续软件计算与空间分析。问卷调查数据用于调查志愿者对伯延村落街巷环境的主观认知。

3 实验结果与分析

3.1 对研究假设一的验证

研究假设一：冀南传统村落街巷空间容易使外来人迷路。以“成功找到目标点人数/总人数”得到寻路任务的成功率。结果显示，44%的志愿者成功寻找到目标地。统计志愿者在问卷中关于迷路相关问题的评分:A.对目标点寻路的过程一次性完成，没有走弯路(+5分为是，-5分为不是)；B.对寻路任务感到轻松(+5分为是，-5分为不是)；C.认为该村落街巷是极易迷路的(+5分为是，-5分为不是)；D.认为该村落空间特征明显(+5分为是，-5分为不是)；E.在寻路过程中清楚得知道自己身在何处(+5分为是，-5分为不是)；F.在寻路过程中全程都清楚自己在哪里(+5分为是，-5分为不是)。这些问题旨在对志愿者寻路过程的心理与认知进行调查，结合其在寻路过程中的空间行为进行分析判断。以上六道题两两一组(即AB为一组，CD为一组，EF为一组)，从三个层面对志愿者的空间认知与迷路情况进行调查。AB是志愿者对寻路任务完成情况的主观感受；CD是对村落空间环境的感知与印象的主观评价；EF是对寻路过程中受试者的空间定向与导航水平的主观评价。

问卷统计结果显示，志愿者对寻路任务是否顺利完成没有绕远的评分是1分、是否感到轻松的评分是 0.2分，即寻路过程是绕了一点弯路，并且感觉是有一点轻松的。志愿者对该村落街巷是否容易迷路的评分是0.8分、空间特征是否明显的评分为0.7分，即认为该村落街巷是有一点容易迷路，并且空间特征是略微明显的。志愿者在寻路过程中是否清楚得知道自己在哪的评分为0.2分、寻路过程中全程都很清楚自己身处何处的评分是0.1，即只是知道一点自己所处的方位，而且仅限在短程范围内。

3.2 对研究假设二的验证

研究假设二：冀南传统村落街巷空间中存在某些形态因素对人的寻路产生影响，因而使人迷路。对迷路原因进行问卷调查，一方面，调查志愿者在空间寻路的过程中主要依靠哪些空间元素或信息对村落街巷空间环境进行编码与记忆；另一方面，调查寻路失败的志愿者造成迷路的原因。首先，对寻路过程中的空间记忆线索构成进行统计，问卷选项设置如下：A.树木/植物；B.标志性建筑；C.街道界面；D.交叉口周围空间形态；E.目标点附近空间形态；F.村落街巷道路网络；G.特色主街道；H.个别窄巷。对造成寻路失败的志愿者迷路的原因进行统计，问卷选项设置如下：A.街道界面元素类似、连续性强容易迷路；B.缺少标志性建筑或特色场所、难以识记空间；C.交叉口缺乏空间标志物、定向困难；D.街道走向复杂多变，失去方向感；E.难以形成对村落整体空间格局的记忆。问卷统计结果显示，志愿者成功完成寻路任务主要依靠的空间元素为:特色主街道与标志性建筑；而造成志愿者迷路的原因主要是街道界面元素类似、连续性强以及交叉口缺乏空间标志物、定向困难、难以形成村落整体空间格局记忆。

3.3 对研究假设三的验证

研究假设三：空间句法理论与方法对人流运动的预测与人的实际运动情况是一致的。将空间句法轴线分析与可见性分析中的整合度图与实验中真实人流分布密度图进行对比。由可视化图可以看到，街巷场景范围内凸现了一些高密度区，位于中心的主要街道以及道路交叉口。这凸显了主街与交叉口空间在未知目标点的无目的寻路中的重要地位。整合度分析图结果在一定程度上与真实情况下的人流运动情况一致。然而，在部分空间节点处，视线整合度较低，但人流密度较大。结合志愿者在这些位置的寻路认知行为录屏数据，这一定程度上说明相比到达空间节点的过程性交通，道路空间节点对人流具有更大的吸引力。这一实验结果与发现是与现实生活经验相符合的。视线整合度和运动人流密度结果之间具有一定的相关性，同时人在寻路过程中，街道交叉口是重要的空间节点。交叉口的空间形式及视觉处理对于控制人流具有重要作用。这些节点的空间实体回应着人的视线，路径与分支承载着肢体的运动。这些使人在行进过程停留的节点往往路径复杂使人犹豫，或者空间尺度适宜使人感到舒适而在此停留或观望。

3.4 对研究假设四的验证

研究假设四：人在空间寻路的过程几乎不考虑几何知识，对捷径没有准确的认知。结果显示，在成功找到目标点的15人中，通过几何距离最短路径到达目标点的人数为4人。而且这4人的寻路路径均行程较短且均通过主要街道(见图2)。因此可以认为志愿者对目标点寻路时路径选择时并非基于几何最短距离。志愿者在村落空间寻路中较少有米制距离与方向计算的参与，对捷径的认知能力较弱。

4 结语

伯延街巷空间具有一定的空间迷惑性。志愿者通过读取街巷空间信息，在头脑内形成空间定向与记忆的认知参考框架。该框架主要包括村落内特色主街道、堡楼等标志性建筑与道路空间节点。而村落空间内由封闭高大院墙围合而成的狭长、相似度高且方向多变的街道对该框架有破坏作用，因此为空间寻路带来困难。

寻路是一个边走边看的空间体验过程，人对空间信息的读取方式决定了人通过局部促成对空间全局的理解。志愿者对空间的记忆普遍具有模糊性和片段性。模糊性表现为街道形式与走向的不准确，尤其是对道路的长度等几何信息判断模糊。对方位的辨识带有个人的直觉性，即便是在相同场景下，每个人绘制的认知地图各不相同，存在明显差异。片段性则表现为出现在志愿者认知地图中的街道形式与空间元素是对部分空间序列的局部描写，这可能与人和空间之间的交互方式有关。在寻路探索过程中，视线整合度较低的小广场比视线整合度高的街道对人流具有更大的吸引力；纵深感强的街道比视线可以贯穿的街道更具吸引力。在其他条件相同时，行人更容易选择空间开阔的街巷行进。在对目标点进行寻路时，志愿者依靠记忆线索完成寻路，这些线索包括色彩醒目的建筑物、高大的戏台、低矮的街券等视觉特征明显且对空间有标识作用的元素，绝大多数志愿者在寻路过程中未能选择最短路径到达目标点，这也在一定程度上体现出伯延街道空间的迷惑性。