城市街景动态环视旷奥度评价

刘滨谊 杨轶伦

1 理论研究

1.1 基本概念和研究起点

城市街道是人们动态观察城市面貌和快速建立城市印象的窗口[1]，街道的物理组成要素随着城市的发展而越加丰富，现代人对于街道空间视觉感知的主要来源已不再或不仅是静态街景画面与空间，而是在行进中观察和感知到的动态街景。相比于静态感应，动态感应对街景提出了更高的要求，如果城市街道空间规划设计不当，将容易引发视线紊乱、方向感减弱、空间感压抑、空间界面同质化等现代城市街景视觉感应问题，进而影响居民的生活体验和身心健康[2]。因此，研究街景动态感应极为必要，能够为现代街道景观设计提供重要依据。

本研究关注街景的动态景观视觉感应，将街景的物理组成要素固定，重点研究人们的动态视觉观察结果，即人们对客观街景的主观感受与反应。街景动态视觉观察可以定义为在一系列观察点所观察到的景观集合。因此本研究设定，在任一观察点的观察是一个动态累积的过程，即以此点为“圆心”对周围街景进行360°的动态环视，这种动态环视正是本研究关于街景动态感应研究的基础和起点。

1.1.1 动态环视感应机理

街景视觉感应的“动态”包括观察视角和观察位置两方面的动态变换[3]。前者是人们在街道中驻足时对周边空间的环视观察和感受，通过各方向的视觉刺激引发生理和心理反应，由若干局部街景画面拼合出完整的街道空间印象；后者是由人们在街道中行进时的位移所引发的景象变化的“序列”观察感受，由人们在观察点及其前、后点三者所见共同形成，作用机理更加复杂。本研究致力于探索前一种动态环视感应过程，主要假设如下：1）环视的各方向景观感受并非等量齐观，而是呈现出一个或多个别具吸引力的主景或视觉焦点，进而“自造”出主要视轴，产生明确的方向感；2）同类视觉要素的重复出现将加深人们对该要素的印象累积，进而产生对该要素在可见视域中完全占比的视觉感受，产生主景意象；3）各方向上的景观内容和质量的差异可能会带来心理的联想和对比，包括格式塔完型心理①、“少女-老妇式”倾向性认知心理②等，从而改善或破坏总体视觉感受体验。这3项假设是动态环视感应过程的核心，探索其中的量化关系是本研究的重点。

1.1.2 街道景观视觉评价

城市街景的物理组成要素可分为天际线、沿街建筑立面、路面、街道家具、植物、行人6类[4]。目前围绕城市街景景观视觉评价的研究大致包含7个方面：天际线轮廓形态、空间通视程度、空间层次、视觉空间形态、视觉空间开敞度、景观视觉空间综合、景观视觉与其他因素的综合。现有研究主要存在3个问题：1）多聚焦于街道物理空间的识别和计算，少有对景观视觉感受机理、原理等深层因素的发掘；2）针对街景视觉感受的评价标准和指标普遍源于主观经验且趋于复杂，说服力和实用性不足[5]；3）多用静态照片模拟单一视角下的街景，可能造成信息缺失，难以还原三维空间的全方位动态环视感应，在现代城市街道空间中具有局限性。综上，现有研究缺乏客观组成与主观感受二者间的关联性探索，且鲜有考虑街景动态环视感应。

1.1.3 风景旷奥理论

旷奥概念最初由宋代柳宗元提出，概括了关于人对风景游赏空间的感受。冯纪忠[6]于1979年提出将旷奥作为风景空间感受的评价标准的设想，旨在用于风景资源的规划实践[7]。在此基础上，刘滨谊[8]对风景旷奥评价进行了较为系统的研究，将传统旷奥概念与现代景观分析理论相结合，从客观物理空间到主观心理精神空间，以主客结合的风景空间评价为核心，创立了风景旷奥度及其评价模型。此后，在风景旷奥理论总指导下，相关学者对其进行了拓展和量化研究，包括景观空间视觉吸引要素及其机制[9]、运用统计分析构建的湿地景观视觉感受模型[10]、城市街道客观组成要素的主观美学评价[11]和视觉感受影响[12]的关键因素、高密度城市人居景观视觉网络评价方法和机理[13]等。人对旷奥的感受体验是评价的关键，因此需要探明特定空间类型下人对于旷奥的视觉感受作用机理，建立主客感应量化关系，提出科学的旷奥度算法。

根据风景旷奥理论，本研究将城市街景旷奥评价分为主观评价、客观评价和主客结合评价3种，厘清评价标准和指标；通过统计分析，建立街景动态环视感应过程中的主客感应量化关系；依托主客感应机理，对城市街景开展量化评价。

1.2 旷奥评价标准和指标

1.2.1 评价标准

旷奥评价是主客结合的过程，评价标准分为客观和主观两类。客观评价由物理空间环境性质决定，评价标准对应了城市街道空间物理构成特性；主观评价由客观视觉刺激引发的身心反应形成，评价标准对应了城市街景视觉环境感受体验和存在问题。主观感受评价会受到客观存在评价的影响，其主客感应量化关系正是后续研究的核心问题。

1）客观评价标准。参考已有研究对城市街景视觉环境的测量方法[13]，结合动态环视感应特点，总结归纳出4项城市街景旷奥客观评价标准（简称“四度”）：开敞度、可视度、变化度、自然度。开敞度表示街景视觉环境的开阔程度，与街道空间的尺度比例以及可见天空面积有关；可视度表示街景视觉环境中视线控制能力的大小，与视觉焦点数量和可见距离有关；变化度表示街景视觉环境的多样化程度，与天际线和环境色彩有关；自然度表示街景视觉环境的非人工化程度，与街道的植物绿化要素有关。

2）主观评价标准。参考已有研究对旷奥感受描述语汇的梳理成果[13]，对应城市街景视觉环境亟待解决的四大问题，筛选出4项城市街景旷奥主观评价标准（简称“四感”）：明晰感、通透感、轻松感、丰富感。明晰感表示街道环境给人带来的景物明确和清晰程度；通透感表示街道环境给人带来的视线可见程度和方向暗示强度；轻松感表示街道环境给人带来的放松舒适程度；丰富感表示街道环境给人带来的感受种类多寡的程度。

1.2.2 评价指标

将评价标准细化为可测量的评价指标，用于开展量化实验和数据分析。

1）客观评价指标。既有的视觉评价指标可分为两大类，第一类针对单个视觉观察点而言，如天穹面积占比；第二类针对整个视觉环境而言，如街道宽高比（DH比），而强行将两类评价指标置于同一语境下进行分析研究并无意义。本研究从单个观察点出发，通过大量采样点的数据分析得出整体环境中的指标分布，因此在筛选指标时，结合动态环视感应特点，将其向第一类转化。

基于城市街景视觉环境的客观评价标准“四度”，参考既往研究[12]，结合动态环视感应的量化要求和可操作性，筛选出9项客观评价指标（表1），其中有些涉及主客结合评价，单凭仪器无法测量，故本研究仅提出作为理论参考。各指标与评价标准的从属关系并非绝对的，某一指标可能会对多项评价标准同时产生影响，需辩证看待。

2）主观评价指标。采用语义分析法对主观评价标准“四感”进行两极分类，作为主观评价指标（表2）。本研究首先通过抽样问卷调查的方式收集主观评价指标数据，而后对主客观评价指标数据进行统计分析，得出主客观评价指标之间的数学计算关系，再将分析结果推广至全体样本。

表2 城市街景旷奥主观评价标准和指标Tab. 2 Subjective evaluation criteria and indicators for Kuang-ao degree of urban streetscape

综上，将城市街景动态环视旷奥度设定为4项主观评价指标的数据平均值，这种景观视觉评价测度适用于现代城市街景环境，考虑了动态环视感应机理，综合了主客评价结果，可为城市街景视觉环境的优化提供参照（图1）。

1 城市街景动态环视旷奥度研究框架Research framework for Kuang-ao degree in dynamic circular viewing of urban streetscape

2 实验测定

2.1 研究区域

本研究选取上海虹桥商务区的核心区作为研究区域。上海虹桥商务区位于上海西部，总面积151.4 km2，主功能区面积26.3 km2，核心区面积4.7 km2。由于临近虹桥机场，该区域大多数建筑的地面高度限制在43 m以下，地下空间通过21条地下通道全部连通，在局部地块间设有空中连廊，形成了类型丰富的现代化城市街道空间，符合本研究所需。

2.2 数据收集

2.2.1 全景照片采集

根据城市空间人性尺度理论[16]，笔者以40 m为平均采样间距[17]，采集研究区域内的街景照片，这一间距尺度能在减少重复的同时保证视觉感受变化的精细度。为了最大程度还原某一采样点处的视域球面所覆盖的街景画面，需采集360°全景照片并以球面模式动态查看，为城市街景旷奥主客观评价指标的测定提供可能。笔者运用实地拍摄和网络数据抓取[18]2种方式，借助谷歌街景APP、百度街景API和Python技术，在地面、空中、地下街道中分别等间距拍摄和抓取了260、63、45个采样点的全景照片，共计368个样本。

2.2.2 客观评价指标测定

受技术条件限制，本研究选取天穹面积占比、建筑立面面积占比、平均DH比、平均水平通视距离、天际线曲折度、色彩丰富度、绿视率7项客观评价指标进行测定。采用SegNet算法对全景照片进行语义分割，运用Rhino软件和Grasshopper插件对研究区域内的建筑物和其他组成要素进行空间建模，分别计算各项指标数据。

2.2.3 主观评价指标测定

1）问卷设计。本研究采用让受试者在互联网上观看照片的方式开展问卷调查，测定研究区域内的旷奥主观评价指标数据。为提高实验效率，笔者按照空间均匀分布原则，抽取了10个街道采样点，抽样数量有限但仍具备一定的代表性。借助百度VR平台，将各点对应的全景照片以动态观看的球面模式展现给受试者，并要求受试者滑动观看完整的360°街景后再进行评价作答。笔者通过语义分析法，对旷奥主观评价指标进行分类，以5段测度法设置评分选项，邀请景观、建筑、规划等专业[19]的学生进行问卷调查，并询问受试者的旷奥主观感受。将参与人数控制在30人，使结果具备高度的内部一致性[20]。

2）问卷收集。笔者于2021年9月初通过网络发放调查问卷，最后收回答题时间大于100 s的有效问卷共30份。将每份有效问卷中每道题各个选项的评分数据平均值作为调查结果。抽取的10张街景照片的主观评价指标评分平均值均在1～5波动，数据质量满足后续分析要求。

3 结果分析

3.1 旷奥主客相关关系

运用SPSS软件，对10个抽样点的街景客观评价指标运算结果和主观评价指标调查结果进行相关性分析，探究4项主观评价指标与7项客观评价指标之间的相关关系，使用Pearson相关系数表示相关关系的强弱情况（表3）。

表3 抽样点旷奥主客观评价指标的相关性分析Tab. 3 Correlation analysis of subjective and objective evaluation indicators for Kuang-ao degree in sampling points

结果表明，对旷奥主观感受影响最大的旷奥客观评价指标依次为色彩丰富度＞绿视率＞平均水平通视距离＞建筑立面面积占比＞天穹面积占比，而平均DH比和天际线曲折度对旷奥主观感受无显著影响。

3.2 旷奥主客感应量化

3.2.1 线性回归分析

对存在相关关系的旷奥主客观评价指标分别进行线性回归分析（图2），量化分析动态环视感应。

情况 7.5 若f3(v)=4,此时最坏的情况是v点关联5个6-面,4个(3,3,9)-面(两两不相邻),v的邻点均为3-点,且它的非三角邻点关联着一个3-面。根据引理5和权转移规则R2.1中3度点优先取得它非三角6+-邻点的权值。故这4个三角形在最坏的情况下是3个穷面,一个富面(或两个半穷面两个穷面),它们从9-点v获得的总权值为 由R1,R2.1,R3.3及最坏3-面9+-点情形得

1）天穹面积占比会对通透感产生正面影响，说明在动态观察街道环境时，连续可见的天空可以缓解人的心理闭塞感，使环境显得开阔。在0.15～0.35范围内，天穹面积占比的增加能显著提升通透感，解释了其51.5%的变化原因（图2-1）。

2）建筑立面面积占比会对通透感产生负面影响，说明街道中某一点的目视范围存在过多的建筑立面会遮挡人的视线，减小视线可及范围，带来心理闭塞感。在0～0.40范围内，建筑立面面积占比的增加显著降低了通透感，解释了其57.3%的变化原因（图2-2）。

3）平均水平通视距离会对明晰感和通透感产生正面影响，且对二者的影响力相近，说明在街道中环顾四周时，较大的水平视线控制范围有助于提升人的方向感知能力，也能使环境显得开阔。在0～400.00 m范围内，平均水平通视距离的增加能显著提升明晰感和通透感，分别解释了其41.7%和40.2%的变化原因（图2-3、2-4）。

4）色彩丰富度对“四感”均会产生正面影响，且影响力相近，说明色彩对于视觉感受的影响占比很大，在街道中不断受到丰富色彩的刺激能帮助人更好地判断方向，使环境显得更加开阔，缓解人内心的压抑感和单调感。在10.00～30.00范围内，色彩丰富度的增加能显著提升明晰感、通透感、轻松感和丰富感，分别解释了其55.1%、56.4%、52.4%和42.8%的变化原因（图2-5～2-8）。

5）绿视率会对轻松感和丰富感产生正面影响，且对二者的影响力相近，说明目视可见的植物要素能改善街道空间的压抑氛围并丰富人的视觉感受。在0～0.20范围内，绿视率的增加能显著提升轻松感和丰富感，分别解释了其44.8%和42.3%的变化原因（图2-9、2-10）。

2 抽样点旷奥主客观指标的线性回归分析Linear regression analysis of subjective and objective evaluation indicators for Kuang-ao degree in sampling points

6）平均DH比和天际线曲折度对旷奥主观感受无显著影响，可能原因如下：第一，空间模拟只考虑了建筑体量，忽略了其他街道组成要素（如植物），计算结果失真；第二，两者的概念和算法无法充分描述视觉感受，有待进一步研究；第三，在全景照片的动态观看视角下，这两者对视觉感受的影响不明显；第四，实验场地内建筑高度普遍较低且接近，这两者对视觉感受的影响力有限。

3.2.2 偏最小二乘法回归分析

表4 抽样点旷奥主客观评价指标的回归关系表达式Tab. 4 Regression relationship expression of subjective and objective evaluation indicators for Kuang-ao degree in sampling points

3.3 旷奥主客结合评价

3.3.1 评价结果

基于PLS回归分析结果，以地面街景为例，将260个采样点的旷奥客观评价指标数据代入，计算各点的旷奥主观评价指标数据并将其可视化，作为街景旷奥评价的依据（图3）。结果显示研究区域外围的明晰感较高，表明这些区域空间界面清晰，视觉焦点突出，视线不易混乱；内部街道的明晰感较低，表明这些区域视觉元素多样化，难以捕捉视觉焦点（图3-1）。研究区域外围和内部街道中段的通透感较高，表明这些区域的视线受到较多限定，方向感强烈；道路交叉口处的通透感较低，表明这些区域的视线限定较少，方向感不明显，容易迷失（图3-2）。研究区域外围和道路交叉口处的轻松感较高，表明这些区域色彩多变、绿化充足，给人以轻松愉悦之感；街道中段的轻松感较低，表明这些区域的色彩单一、绿化缺乏，空间压迫感强（图3-3）。研究区域外围和道路交叉口处的丰富感较高，表明这些区域视觉体验多样；街道中段的丰富感较低，表明这些区域的视觉体验单一（图3-4）。

3 地面街景旷奥主观评价指标计算结果分布Distribution of calculation results of subjective evaluation indicators for Kuang-ao degree of ground streetscape3-1 地面街景明晰感计算结果分布Distribution of calculation results for sense of clarity of ground streetscape3-2 地面街景通透感计算结果分布Distribution of calculation results for sense of transparency of ground streetscape3-3 地面街景轻松感计算结果分布Distribution of calculation results for sense of relaxation of ground streetscape3-4 地面街景丰富感计算结果分布Distribution of calculation results for sense of richness of ground streetscape

而后，取“四感”的平均值作为地面街景动态环视旷奥度的评价结果，结果显示研究区域外围和道路交叉口的地面街景旷奥度总体较高，视觉感受较好；街道中段的地面街景旷奥度总体较低，视觉感受一般（图4-1）。同理，将空中和地下街道的旷奥客观指标数据代入，计算各点的旷奥主观指标数据，得出研究区域旷奥度分布状况并将其可视化。结果显示研究区域东西两侧的空中街景旷奥度较高，视觉感受较好；研究区域中部的空中街景旷奥度较低，视觉感受一般（图4-2）。研究区域中部的地下街景旷奥度较高，视觉感受较好；研究区域东西两侧的地下街景旷奥度较低，视觉感受一般（图4-3）。

4 不同街景旷奥度分布Distribution of Kuang-ao degree of different streetscape4-1 地面街景旷奥度分布Distribution of Kuang-ao degree of ground streetscape4-2 空中街景旷奥度分布Distribution of Kuang-ao degree of aerial streetscape4-3 地下街景旷奥度分布Distribution of Kuang-ao degree of underground streetscape

以地面街景为例，对单个观察点而言（图5），旷奥度排名第一的观察点位于研究区域东侧一处道路交叉口，此处靠近机场，远离高大建筑物，能见度良好，视觉感受开阔，且天空可见面积较大，道路绿化充足（图5-1）；旷奥度排名第二的观察点位于东侧一段道路中部，环境和上一观察点类似，但绿化要素略少（图5-2）；旷奥度排名第三的观察点位于东侧一处道路交叉口附近，此处靠近建筑物，更接近典型的城市道路环境，虽不如前2处开阔，但道路绿化形式丰富、色彩鲜艳，且建筑物立面材质多样（图5-3）。旷奥度排名倒数第三的观察点位于西北侧一段道路中部，此处位于街区内部，平均水平通视距离有限，天空可见面积较少，视觉感受闭塞，道路绿化缺乏，建筑立面连续不断且形式单一，单调乏味（图5-4）；旷奥度排名倒数第二的观察点位于西北侧一段道路中部，和上一处观察点类似，但天空可见面积稍大（图5-5）；旷奥度排名倒数第一的观察点位于西北侧一段道路中部，此处不仅靠近连续的建筑物，且存在空中连廊，遮挡了更多天空可见面积，使空间感受更加逼仄，同时道路绿化几乎没有，缺乏生气（图5-6）。综上，基于客观计算得到的旷奥评价结果基本符合主观认知，具备一定的合理性。

5 地面街景旷奥度极值点全景照片Panoramic photos of extreme points of ground streetscape Kuang-ao degree

3.3.2 优化策略

根据评价结果，参考旷奥度排名靠前的点位数据，对城市街道空间提出如下指标优化参照（表5）。

表5 不同街景旷奥客观评价指标优化参照Tab. 5 Reference for optimization of objective evaluation indicators for Kuang-ao degree of different streetscape

1）对单个观察点来说，不必也无法强求在各项客观评价指标上都能达到较好的水平，但可以根据空间重要性和规划设计意图来确定不同观察点的优化要求。

2）对于展示性和枢纽性的重要街道空间节点，需要对各项客观评价指标都提出较高要求。

3）对于联系性和辅助性的一般街道空间，可在满足基本设计要求的基础上，酌情对若干项客观评价指标提出要求。

4）在既有街道改造提升中，可基于现状评价结果将优化任务细分；在新建街道规划设计中，可将这些指标纳入空间设计总体导则加以考虑。

5）基于旷奥客观评价指标优化参照，按指标影响权重排序，从色彩、绿化、可视距离和空间尺度这4个方面提出具体的优化策略（表6）。

表6 不同街景优化策略Tab. 6 Optimization strategies for different streetscape

4 结语

本研究以城市街道景观视觉感应为对象，探索了街景动态环视感应机理及其基于风景旷奥理论的评价标准和指标。首先，选取“四感”和“四度”作为城市街景旷奥主客观评价标准，并筛选出9项客观评价指标和4项主观评价指标，拓展了风景旷奥度的适用范围。其次，以上海虹桥商务区为实验地，采用动态观看全景照片的方式模拟动态环视感应过程，打破了静态街景照片在观赏角度和视线范围上的局限，更好地还原了三维空间的动态感应。然后，借助计算机视觉算法、空间模拟等技术和语义分析法收集了7项客观评价指标数据和4项主观评价指标数据，通过统计学方法解析了街景旷奥主观感受与客观组成之间的相关关系和量化关系。最后，依据旷奥主客观评价指标的回归关系表达式计算街景旷奥度，对研究区域内的视觉环境进行量化评价，验证了主客感应机理的合理性，实现了街景动态环视主客结合的旷奥评价，并提出基于旷奥度的街道空间优化导向，为提升城市街景视觉感应质量提供参照依据。

本研究仅聚焦于街道空间，且研究结论通过小样本建立的回归模型推算得出，其准确性受到抽样数量和方法的影响，未来可将研究范围扩展到更多城市空间类型，不断改进实验、分析和综合研究方法，以提升成果应用价值。

注释(Notes)：

① 格式塔完型心理是指人在观察多种不同视觉要素时会在心理上将其作为一个整体来看待。

②“少女-老妇式”倾向性认知心理是指人在观察同一视觉要素时会选择性地感知不同局部特征而产生不同感受。

图表来源(Sources of Figures and Tables)：