基于VR实验的社区居住院落空间健康可供性差异研究*

付而康 王艺澔 冯进宇 任雨芯 张 帆 FU Erkang, WANG Yihao, FENG Jinyu, REN Yuxin, ZHANG Fan

0 引言

为落实十九大报告中提出的“健康中国”发展战略，2019年7月国务院制定了《健康中国行动（2019—2030年）》[1]，明确提出“健康环境促进行动”，并强调“营造设施完备、整洁有序、美丽宜居、安全和谐的社区健康环境”。研究表明良好的社区公共空间不仅带给人情绪愉悦的心理感受[2-3]，还能吸引人们主动进行更多的体力活动[4]，对提升居民身心健康水平有着重要意义。然而笔者在前序研究中发现，在大量社区居住院落中，一些被精心设计的健身游憩类空间无人问津，设计者的“健康意图”并没有被居民感知，使得这些空间无法发挥吸引人们主动进行健康活动的效用；而另外一些空间却被居民创造性地“异用”衍生出超出设计者设计初衷的健康活动功能，如花台激发人群做拉伸活动、斜坡激发儿童滑滑梯、大树激发老人腰部锻炼等，这种“异用”反映了居民与院落环境之间潜在的积极交互关系，具有不可忽视的健康促进效用。探索能够促进居民与环境之间积极交互的社区居住院落空间环境特征，引导居民形成健康的生活方式，是营造健康社区的重要议题。

虽然建筑、景观领域学者很早就注意到环境与人的交互作用，但较为系统的阐明这种交互关系始于生态心理学领域。詹姆斯·吉布森（J.J.Gibson）提出的环境可供性概念对环境与行为的交互关系进行了系统阐释，被广泛运用于工业设计、交互设计等领域。近期，一些学者将该理论引入健康环境研究中，环境与行为的交互作用理解得以进一步拓展，例如劳拉·梅纳蒂（Laurar Menatti）指出，“环境可供性”是解释人群健康和空间环境之间关系最全面的框架[5]。为此，本文从环境可供性概念入手，构建环境与人群健康交互过程模型，并在社区居住院落空间中运用虚拟现实技术、生物指标测量和问卷调查相结合的方法进行实证，探索了不同环境特征的居住院落空间“健康可供性”干预差异，以期为健康空间研究和实践提供新的视角和理论支撑。

1 社区居住院落空间的健康可供性

1.1 环境可供性与人群健康

“可供性”（Affordance）概念最早由生态心理学家詹姆斯·吉布森（J.J.Gibson）提出，指人与所处环境之间存在的交互关系以及这种交互关系带来的行为可能性[6]。诺曼（Donald A. Norman)将“可供性”引入设计领域，认为存在客观可供性和感知可供性，客观可供性是物体本身所提供的实际功能，感知可供性是能够让用户感知到可能存在的功能[7]。对于环境可供性的评价，梅尔（Maier J. R. A）和法德尔（Fadel G. M）设计出相应的评价矩阵应用于工程设计领域，分为积极可供性、消极可供性、潜在可供性三个评价象限[8]，取得了一系列研究成果；我国学者马雪梅等在此基础上分析了以功能为主导的传统设计方法的局限性，探索以可供性理论为基础的外部空间环境评价与设计逻辑[9]。劳拉·梅纳蒂（Laurar Menatti）的研究证实了环境可供性与人群健康有较为密切的联系[6]。可供性语境下，环境的健康可供性是环境与人相互交互所激发的结果。首先，环境是否具备契合的客观物质空间属性决定了各种促进健康的活动能否在此环境中顺利进行；其次，环境的物质空间属性能够使人从心理感知层面预判开展健康活动的可能性，并激发或抑制行为活动，同时产生相应的情绪体验。

1.2 社区居住院落空间的健康可供性交互过程

社区居住院落作为人们户外活动可达性最高的公共空间，其健康可供性的优劣能够对居民身心健康产生直接影响。良好的社区居住院落空间环境能够从两方面发挥健康可供性：一方面院落中的绿地场所作为居民日常生活最可接近的自然环境，在缓解人群压力感、疲劳感和促进人群活力感方面产生作用，促进人群情绪健康[10]；另一方面院落中适当的运动、休憩设施吸引居民参与更多的体力活动[11]。

本文结合环境感知的生物学基础[12]，解析社区居住院落环境健康可供性交互过程（图1）：院落空间环境信息被人的视觉及其它器官感知，经感觉神经元传递给大脑，一条通路通过丘脑直接到达杏仁核（情绪控制中心）进行生理唤醒，进而产生情绪体验；另一条通路由丘脑传递至大脑皮层进行分析，大脑对环境要素进行快速加工（环境要素对情绪影响和体力活动支撑性的认知标签反馈给大脑），大脑结合肢体与环境的契合性、健康信念主观认知等进行体力活动的最终决策，激发体力活动行为并产生情绪体验。

图1 社区居住院落空间环境健康可供性发生过程图Fig.1 process diagram of environmental health affordance in residential courtyard space

2 研究方法

2.1 VR实验场景构建

2.1.1空间样本及环境要素变量

本研究选择成都市成华区东篱路社区12号院为空间样本搭建虚拟场景，东篱路社区是老成都东郊工业区遗留的附属居住区，由15个多层居住院落组成，具有传统社区典型的空间特征。其中，东篱路12号院的院落空间是缺乏健康化环境的典型代表：环境要素单一、缺少活动空间和设施（图2）。

图2 东篱12号院落空间现状Fig.2 current situation of Dongli No.12 courtyard space

健康化的住区环境能够缓解人群心理压力和不良情绪，促进人群进行更多的体力活动，进而影响人群心理和生理健康[13]，社区居住院落空间环境的健康促进效用与环境要素特征有着复杂微妙的关系。环境心理学等领域越来越多的恢复性环境研究为此做出了贡献[14-15]，本文在相关文献中提炼出自然性、感知性、休憩性、服务性、基础性、安全性、活动性等8个类别的环境要素，以问卷的形式针对东篱路社区展开环境健康可供性调查，共回收有效问卷233份，结果表明自然性、休憩性、活动性是社区居住院落空间健康可供性发挥过程中居民最关注的3类环境要素（图3）。

图3 居民最关注的居住院落空间环境要素统计Fig.3 statistics on the spatial and environmental factors of residential courtyard most concerned by residents

2.1.2基于环境要素变量的虚拟场景建构VR技术所创建的交互式动态虚拟环境能够容纳体验者在其中进行实体运动，在真实感、沉浸感和舒适度上有较好的呈现[16]，有助于使用者介入并进行主观感受评价。因此本文运用MARS软件，以前期研究获得的自然性、休憩性、活动性三个环境要素为变量，以东篱路社区12号院为原型建构三个不同环境特征的VR场景展开研究。如表1所示，场景A为自然休憩型环境特征，场景B为活动型环境特征，场景C为自然休憩和活动相结合的环境特征，每个VR场景中其它元素（如阳光、墙壁、地面、建筑界面、其他设施界面）的视觉特征都是相同的。

表1 三个不同环境特征的VR场景Tab.1 three VR scenes with different environmental characteristics

2.2 环境健康可供性评价矩阵

2.2.1环境健康可供性评价矩阵建构

本文在借鉴梅尔（Maier J. R. A）和法德尔（Fadel G. M）的工程设计领域可供性评价矩阵、马雪梅的外部空间环境可供性评价矩阵的基础上，建构适合于社区居住院落空间的环境健康可供性评价矩阵。如表2所示：第一，从促进积极情绪和促进体力活动两个维度对社区居住院落空间的健康可供性进行评价；第二，划分积极健康可供性、消极健康可供性、潜在健康可供性三个评价象限，积极健康可供性代表“健康设计”意图被使用者感知并有较强的使用意愿，消极健康可供性代表“健康设计”意图未被使用者感知或即使被感知但无使用意愿，潜在健康可供性代表使用者对空间的使用意愿“异用”衍生出了超出原有“健康设计”的意图。

表2 社区居住院落空间健康可供性评价矩阵Tab.2 evaluation matrix of spatial health affordance of residential courtyard

2.2.2环境健康可供性评价矩阵基础数据来源

促进积极情绪维度:环境心理学领域相关学者通过环境偏好问卷调查[17-18]、生物指标测量[19-20]等方法将建成环境健康效用的定量研究精准度大大提升，而且通过实验进行生理、心理综合测量是评价建成环境促进人群情绪健康效用的主要途径[21]。本研究对于不同VR场景在促进居民积极情绪维度的健康可供性测量，采用客观生理指标测量和主观心理问卷调查相结合的方法。其中，生理指标通过Biopac MP150工作站中的PPG-EDA模块检测皮肤电（SCR）变化值获得；心理问卷则在美国心理学家McNair编制、祝蓓里教授修订翻译的简明心境量表（POMS）中文版本中选取了17个形容词，描述紧张、疲惫、愉悦三大情绪状态，并提供了“几乎没有、有一点、适中、比较多、非常多”五个激发程度选项。

促进体力活动维度:通过“体力活动激发问卷”分析不同VR场景在促进居民体力活动维度的健康可供性。问卷设置“静坐站立”和“休闲散步”两项低强度体力活动、“健身锻炼”和“嬉戏玩耍”两项中强度体力活动、“跑动”和“跳跃”两项高强度体力活动，并提供了“几乎没有、有一点、适中、比较多、非常多”五个激发程度选项。

2.3 实验设计

本研究共招募了50位东篱路社区居民参与实验，获取有效样本48份（包括23名男性和25名女性，平均年龄47岁）。为了防止VR场景的体验顺序影响被试者的状态，我们将三个虚拟模型设计成ABC、ACB、BAC、BCA、CAB、CBA六种顺序，将被试者分为6组进行实验，每组为男女比例均衡的8人。2019年10月8日到10月13日，在东篱路社区党群服务中心逐组进行实验，实验之前工作人员为被试者介绍实验流程及注意事项。如图4所示，在封闭的办公室环境中，每位被试者按照如下流程进行实验：第一，穿戴好皮肤电检测设备，静坐2分钟以达到平静状态，之后完成第一份POMS量表；第二，休息调整2分钟后，佩戴HTC VIVE虚拟现实头盔和手柄，到第一个VR场景中沉浸体验3分钟，全程记录被试者皮肤电生理数据；第三，摘下头盔和手柄，完成第二份POMS量表，并填写“体力活动激发问卷”；第四，重复以上两个步骤进行第二、三个VR场景的实验；第五，解除设备，填写“环境健康可供性作用因子问卷”，引导离开。

图4 单人次实验流程及时间分配图Fig.4 flow chart and time distribution of single experiment

表3 实验前后皮肤电数据单因素方差分析Tab.3 single factor analysis of variance of skin electrical data before and after the experiment

3 结果与分析

3.1 不同环境特征的社区居住院落空间健康可供性评价

通过对问卷数据Cronbach 信度系数检测得出所有问卷数据的α系数为 0.86＞0.7，表明问卷数据信度较高。同时，经检测得出所有问卷数据的 KMO 值为 0.781＞0.7，表明问卷数据效度较高。

3.1.1促进积极情绪维度分析

生理方面，运用SPSS 22.0对三个VR场景获取的皮肤电变化值进行单因素方差分析，如表2所示：F=15.639，d.f.=2.141,其显著性为P=0.000＜α=0.05，表明不同VR场景皮肤电变化值存在显著差异。该实验结果印证了社区居住院落空间对人群情绪健康的积极作用：进入每个VR场景后，被试者的皮肤电值有明显的增加（图5），数值上升的幅度越大表明该VR场景对被试者的积极情绪促进效用越大。对比三个VR场景发现:场景A的平均皮肤电值上升率（0.456）高于场景B（0.188）和场景C（0.324），表明自然性最高的场景A对居民积极情绪的促进效用最大，场景C次之，自然性最差的场景B最差。

图5 三个VR场景实验前后皮肤电数据对比Fig.5 skin electrical data before and after three VR scene experiments were compared

心理方面，通过对获取的POMS心理量表中紧张感、疲惫感、愉悦感三大情绪状态变化值进行统计，如图6所示，被试者实验前后紧张感和疲惫感变化较小，而愉悦感有明显上升。对比三个VR场景发现，场景A的愉悦感增加值（6.97）高于场景B（5.25）和场景C（6.01），这与皮肤电生理指标的分析结果一致。

图6 实验前后POMS心理量表情绪变化Fig.6 emotional changes of POMS psychological scale before and after the experiment

3.1.2促进体力活动维度分析

对“体力活动激发问卷”统计发现，促进体力活动综合得分场景C（807）＞场景A（727）＞场景B（680）（图7）。具体分析如图8所示，场景A和场景C对低强度的体力活动有较好的促进作用，这说明自然性和休憩性环境要素促进居民静坐站立和休闲散步；场景B和场景C对中强度体力活动有较好的促进作用，这说明活动性环境要素促进居民嬉戏玩耍和器械活动；三个VR场景对高强度体力活动（跑步、跳跃）的促进作用没有差异。值得注意的是，场景B拥有最多运动设施但综合得分最低，甚至在促进器械活动方面不及仅拥有3套运动设施的场景C，这与预期判断不一致，可能的原因是活动设施和休憩设施必须与良好的自然环境结合起来才会对居民具有吸引力。

图7 VR场景体力活动激发综合得分Fig.7 comprehensive score of physical activity in VR scenes

图8 VR场景不同体力活动激发得分Fig.8 different physical activities in VR scenes stimulate scores

3.1.3 环境健康可供性评价

将3.1.1和3.1.2的分析数据，纳入社区居住院落空间健康可供性评价矩阵进行统计分析，积极健康可供性用“+”表示，分值为1；消极健康可供性用“-”表示，分值为-1；潜在健康可供性用“#”表示，分值为0.5。总得分正数值越高表示健康可供性越好，负数数值越低表示健康可供性越差。结果表明（表2）: 促进居民积极情绪维度，场景A建康可供性评分（140）略高于场景C(138)，场景B(114.5)健康可供性评分最低，说明不同的环境特征能不同程度地促进居民的积极情绪，自然性是其中最重要的环境要素；促进体力活动维度，场景C健康可供性评分（157.5）最高，场景B（117.5）与 场景A（106）评分接近,说明良好的自然性、休憩性和活动性结合最能促进居民各种强度的体力活动；两个维度综合来看，环境健康可供性评分，场景C（295.5）＞场景A（246.5）＞场景B（232），这与问卷调查的人群空间偏好结果相同（图9）。

图9 社区居住院落空间模型偏好Fig.9 residential courtyard space model preference

3.2 环境健康可供性作用因子

为进一步分析自然性、休憩性、活动性三个环境要素变量在社区居住院落空间健康可供性中的具体作用因子，本文在相关文献成果的基础上[14]，筛选出植物数量、植物种类、植物色彩丰富度、植物遮阴、植物形态五个自然性环境要素因子，休憩设施种类、休憩设施数量、休憩设施舒适性、铺装样式四个休憩性环境要素因子，运动设施种类、运动设施数量、空间开敞度三个活动性环境要素因子，将其纳入评价矩阵展开分析（表4）。同时选取健康可供性最高的VR场景C作为研究对象，运用SPSS 22.0对社区居住院落空间环境要素健康可供性评价数据进行相关性分析，用于描述环境要素与促进积极情绪及促进体力活动的依存关系（Sig.设为0.05）,其中Pearson系数为正表示正相关，为负表示负相关，显著性小于0.05时表示其显著相关，越趋近于0,其相关性越高。

表4 社区居住院落空间环境要素健康可供性评价矩阵Tab.4 health affordance evaluation matrix of spatial environmental factors in community residential courtyard

3.2.1促进居民积极情绪维度的作用因子如表5所示，“缓解紧张感”与植物数量、植物种类、植物色彩丰富度呈显著正相关，与运动设施数量呈显著负相关；“缓解疲惫感”与植物数量、植物种类、休憩设施数量呈显著正相关，与运动设施种类、运动设施数量呈显著负相关；“激发愉悦感”与植物数量、植物种类、植物色彩丰富度、休憩设施种类呈显著正相关。所以，自然性环境要素中的植物数量、植物种类、植物色彩丰富度三个作用因子均能缓解紧张感、疲惫感，并激发居民情绪愉悦；而活动性环境要素中的运动设施种类、运动设施数量两个作用因子的增加，反而有可能增加居民紧张感和疲惫感，进而影响居民情绪愉悦。

表5 环境要素—促进积极情绪相关性分析结果Tab.5 correlation analysis results of environmental factors promoting positive emotions

3.2.2促进居民体力活动维度的作用因子

如表6所示，“低强度体力活动”与植物数量、植物遮荫、休息设施舒适性呈显著正相关，与运动设施数量、空间开敞度呈显著负相关；“中强度体力活动”与运动设施种类、运动设施数量、空间开敞度呈显著正相关，与休息设施数量呈显著负相关；“高强度体力活动”与铺装样式、运动设施种类、运动设施数量、空间开敞度呈显著正相关，与植物遮荫、休息设施数量呈显著负相关。所以，自然性环境要素中的植物数量、植物遮阴两个作用因子会有效促进居民静坐站立、休闲散步等低强度体力活动；活动性环境要素中的运动设施种类、运动设施数量、空间开敞度三个作用因子对居民嬉戏玩耍、器械活动、跑步、跳跃等中高强度的体力活动有着较好的促进作用；休憩性环境要素中的铺装样式因子对跑动、跳跃有一定的促进作用，而休憩设施数量因子对体力活动促进性较弱。

表6 环境要素—促进体力活动相关性分析结果Tab.6 correlation analysis results of environmental factors promoting physical activity

4 结论与展望

本研究印证了VR技术与可穿戴生理传感器测量技术相结合在环境健康设计研究中的适用性，有助于更好地测量与反馈环境体验带给人的健康效用。研究探索了社区居住院落空间中自然休憩型（A）、活动型（B）、自然休憩和活动结合型（C）三种环境特征的健康可供性差异，并进一步探讨了自然性、休憩性、活动性三类环境要素在促进积极情绪和促进体力活动两个维度的具体作用因子。研究结果表明：促进积极情绪方面A＞C＞B，促进体力活动方面C＞A＞B，而C的健康可供性最高，也是居民最偏好的健康化改造模型。自然性环境要素在促进居民积极情绪方面具有积极作用，其中植物数量、植物种类、植物色彩丰富度是主要的作用因子；适量的休憩性环境要素在促进居民积极情绪方面具有一定的作用，其中休憩设施种类、休憩设施数量是主要的作用因子；自然性和活动性两类环境要素相结合对促进居民体力活动具有积极作用，其中植物数量、植物遮荫和空间开敞度是主要的作用因子。

本文基于可供性理论，采用精准量化方法探讨社区居住院落空间在促进居民积极情绪和体力活动两个维度的健康可供性。对于社区居住院落空间的健康化改造，在资金不太充裕的情况下可优先提升自然性环境要素并预留活动空间，同样能起到健康促进的作用，不推荐在无景观绿化的灰空间中贸然孤立设置健身设施。目前，本文尚存在一些不足，例如实验在更容易控制变量的VR场景中进行，尽管采用MARS软件建模大大提高了沉浸感，但其仿真性仍需进一步提升；研究选用文献和前期调研成果中的自然性、休憩性、活动性三类环境要素作为变量展开研究，并梳理出了主要的作用因子，但社区居住院落空间的健康可供性还会涉及其它环境要素，且因子之间的相互关系及其对健康影响机制尚不清楚，应进行更加全面系统的研究；研究针对促进积极情绪和体力活动两个维度的健康可供性展开研究，但对二者的相互关系尚未深入阐释，同时社会交往、归属感等也是“健康社区”的重要组成部分，应成为进一步研究的方向。今后，可从拓展健康可供性内涵、深挖健康可供性的环境交互作用机制等方面展开进一步深入研究。

图表来源：

图1-8：作者绘制

表1-6：作者绘制