基于视觉节奏感的风景道植物景观单元尺度控制研究

崔鑫?邱冰

摘 要：本文从视觉节奏感的角度，根据人的视知觉、认知心理规律，构建风景道植物景观单元尺度控制模型，旨在为风景道植物景观规划设计提供科学原理及量化的设计工具。

关键词：风景园林;植物景观;模型构建;单元化设计;风景道

0 前言

现代道路绿地实践迄今已有400年左右，实践的范畴也从原本作为附属绿地的道路绿地逐步拓展为风景道、绿道，甚至将道路绿地作为城市整体形象的一个重要组成部分加以考虑。无论是风景道、绿道还是一般意义上的道路绿地实践，一个共同的景观设计技术难题是其突出的线性尺度与种植设计尺度之间的匹配问题。关于道路植物景观的尺度研究，国外研究者借助视知觉和认知心理理论研究户外植物景观尺度控制方法，并结合具体实践设计出风景道植物景观设计及评价的方法。国内从视觉生理[1]、景观美学[2]、视觉敏感度[3]、虚拟现实技术[4]等方面发展出了视线分析技术，进而分析道路植物景观单元的尺度。

以往的研究多以驾驶者为使用对象，忽略了使用者构成的复杂性，同时没有重视视觉节奏感的营造对线性空间的重要性。这些问题是本研究的突破点和价值所在。

1 研究对象与原理

1.1 研究对象：风景道植物景观

随着全域旅游、美丽乡村等概念的提出，风景道越来越受到重视。风景道（Scenic Byway）是指路旁或视域之内，拥有审美、风景、自然、游憩、文化、历史和考古等价值的景观道路。[5]

风景道一般位于城郊，具有较高的开敞性。风景道主要的景观构成要素包括红线范围内的景观及红线外部的风景。从道路上观察者视线所及的范围来看，红线范围内的植物景观是风景道景观的主体。风景道两侧连续且富有节奏的植物景观能够令人获得愉悦的、开放式的视觉体验。不同于城市道路绿地，风景道的植物景观不能是一种单元或模式的简单重复，既要有人为的控制，又要体现“风景”的含义，特别是其自然属性。因此，本文选取风景道为研究对象，探讨这类线性空间植物景观设计的规律性内容。

1.2 研究原理：视觉节奏感

节奏是自然、社会和人的活动中一种与韵律结伴而行的有规律的突变，[6]通过自身表现形态上的统一或者相似的空间单元等视觉对象进行有秩序的空间组合，进而使人产生视觉快感，[7]具体表现为连续性和序列性两大特征。连续性是指同一或相似视觉单元的重复性出现，序列性体现的是视觉单元个体或组合之间的规律性变化。图1展现了空间的连续性和序列性。

图1  空间连续性和序列性

（图片来源：作者自绘）

以连续性和序列性为基础，视觉节奏感的产生需要两个前提：第一是视觉单元存在对比或对立因素，同時需具备足够引起视觉注意的差异且差异程度波动较小;第二是存在规律性的重复现象。

此外，视觉记忆是产生视觉节奏感的认知心理基础。根据记忆的保持时间可以将其分为3类：瞬时记忆、短时记忆、长时记忆。视觉节奏感的产生属于瞬时记忆与短时记忆的范畴。关于短时记忆的时间，已有研究结果显示，在没有明显复述的情况下，保证留下清晰印象的短时记忆时间为18～20s。[8]因此，将植物景观单元尺度间距（再现距离）控制指标设为18～20s。

综合以上分析，风景道植物景观形成视觉节奏感的条件可概括为：一是植物景观单元具有相似或统一的外部空间形态，即植物景观单元尺度基本统一;二是植物景观单元存在一定程度的视觉差异且差异程度固定。本研究尝试根据视觉节奏感原理寻求风景道植物景观单元尺度的量化控制方法。

2 植物景观单元尺度控制模型的建立

2.1 形成视觉节奏感的观察模式的分类

决定视觉节奏感模式划分的主要影响因素是人相对视觉对象的行进速度。依据几种常见的出行方式，人们可以根据速度的不同分为两种模式：

一是慢速模式。慢速模式是指步行、自行车等速度在5～15km/h的出行方式。在这种状态下，人的大脑需要处理复杂的周边环境。因此，风景道植物景观的变化节奏快慢与幅度需要精心推敲。

已有研究表明：在低速且稍微转动头部的情况下，人的水平视阀为180°，向上60°、向下70°为人类视觉最有效范围，而垂直视角向上30°水平视角120°是人眼的最佳视角。[9]（如图2）除此之外，根据齐格勒等人的实验研究，人眼距离视觉对象30m接近恒常距离，[10]观察超过30m的物体不利于视觉节奏感的产生。

二是快速模式。快速模式是指公交车、私家车、摩托车等机动车出行方式。在城郊的风景道上，这些方式的运动速度普遍在40～60km/h。人处于快速移动的状态时，无法看清较近的物体，只能对较远的事物产生视觉上的一种连续视景，可以称作视觉流现象。因此需要将植物景观的视觉流规律化、连续化，从而给人带来视觉节奏感。

现有研究成果[11]（表1）表明，观察视角α与车行速度v的函数关系为：

α=  ? （v） （1）

在v的数值域内若v1 > v2，则α1 <α2，即α=  ? （v）为单调递减函数。同时根据人在车上的行为方式以及观察视角的不同，可以将人分为两类：驾驶者与乘坐者。他们所形成的视觉节奏感存在较大差异。驾驶者视角相对固定，与车行方向一致;乘客视角较为随意，但垂直于车行方向观察可以获得最大的观赏视角。

2.2 植物景观单元的控制算法

针对不同的观察模式，其产生的视觉节奏感的空间尺度会产生变化。从本质上讲，视觉节奏感是一种有规律的重复变化。将这种重复变化置于线性风景道植物景观空间中，称其为植物景观单元。单元尺度的相同或相近可以体现空间连续性，单元其他视觉特征及组合的变化体现空间序列性。根据不同的观察模式，可以划分出人行植物景观单元和车行植物景观单元。

（1）模型1：人行植物景观单元。人在慢速行进状态过程中，最佳水平视角为120°。根据上述视觉状态，结合30m的恒常视觉距离，行人产生视觉节奏感的具体情况如图3所示。设人行植物景观单元尺度为D1，其具体计算公式如下：

（2）

式中：D1为人行植物景观单元尺度（m）;

v为人的行进速度（m/s）;

d为垂直观察距离（m）;

t为人行植物景观单元观察时间（s）。

上述公式中，v为人步行的速度，大约为1.5m/s，观察时间t为保证留有清晰印象的短时记忆时间，具体数值为18～20s。可以根据风景道现状以及观察状态测量观察垂直距离d，进而根据d值计算出人行植物景观单元的具体数值，计算结果如表2所示：

（2）模型2：车行植物景观单元。人在快速行进过程中，视觉画面是不断流动的，无法观察视觉对象的细部特征，只能从整体的角度把握视觉对象的特征。以下分乘客与驾驶者两种情况展开讨论：

乘客的观察视角较为随意。如果车窗外有优美的植物景观供其观赏，乘客的观察方向会尽量与车辆行驶方向垂直。结合上文视角与速度的关系可以得出乘客产生视觉节奏感的具体情况，如图4所示。设车行（乘客）景观单元尺度为D2，其具体计算公式如下：

（3）

式中：D2为车行（乘客）景观单元尺度（m）;

v为车辆行驶速度（m/s）;

d为垂直观察距离（m）;

t为植物景观单元观察时间（s）;

α为乘客观察角度（°）。

在現实情况中，假设风景道是双向四车道，车道宽度为3.75m。假设车辆行驶在内侧车道，同时考虑自行车道和人行道等其他道路设施以及植物景观退让距离。计算下来，乘客的垂直观察距离d为18m左右。根据车辆行驶速度v数值的不同，给出车行（乘客）植物景观单元的具体数值，计算结果如表3所示：

驾驶者的视线与车行方向一致，且注意力高度集中。他们的注意力集中点往往位于较远的地方且随着速度的加快而变远。驾驶员产生视觉节奏感的具体情况如图5所示。设车行（驾驶员）景观单元尺度为D3，其具体计算公式如下：

（4）

式中：D3为车行（驾驶员）景观单元尺度（m）;

v为车辆行驶速度（m/s）;

d为垂直观察距离（m）;

t为植物景观单元观察时间（s）;

α为驾驶者观察角度（°）;

s为驾驶者注意力集中点距离（m）。

前文已有的关于垂直观察距离d以及短时记忆时间的描述在这种情况下是通用的。根据车辆速度v的不同，可得到不同的视觉注意力集中点距离s和观察角度α，从而得出车行（驾驶者）植物景观单元的具体数值，计算结果如表4所示：

2.3 车行、人行植物景观单元组合问题

在城郊风景道空间环境中，人车混流的现象是无法避免的。因此，一个车行景观单元中一定包含多个人行景观单元。以车速为40km/h、行人垂直观察距离为12m、车辆垂直观察距离为18m为例，人行植物景观单元为50m左右，车行（乘客）植物景观单元为265m左右，车行（驾驶者）植物景观单元为356m左右。由此可见，5～7个人行植物景观单元组合成1个车行植物景观单元，数量上也符合短时记忆“≤7”的容量范围。[12]如图6所示，每5个人行植物景观单元a、b、c、d、e构成一个车行植物景观单元。车行景观单元的节奏变化特征由人行景观单元之间的节奏来决定。

3 结语

本研究以视觉节奏感为理论依据，吸收了部分现有的道路植物景观单元尺度控制方法，设计出风景道植物景观单元尺度控制的模型，旨在营造风景道植物景观的视觉节奏感，创造良好的行驶体验。本研究为风景道植物景观单元尺度控制的量化研究和风景道植物景观的视觉设计提供了新的思路，同时也为设计单位提供了一套简单的风景道植物景观设计的控制方法。

参考文献：

[1] 裴汉杰.动视力、能见度、车速与安全[J].现代交通管理，1994（01）：33-35.

[2] 吴必虎，李咪咪.小兴安岭风景道旅游景观评价[J].地理学报，2001（02）：214-222.

[3] 王浩，等.视觉特性与道路绿地设计[J].南京林业大学学报（人文社会科学版），2001，1（1）：78-81.

[4] 孙善芳，唐治锋，杨春淮.城市景观的视觉分析与模拟控制方法[J].武汉测绘科技大学学报，1994（03）：254-258.

[5] 王海凤，余青.美国风景道营销工具包评析与启示[J].旅游论坛，2012，5（02）：100-105.

[6] 蒋达.浅谈视觉设计中节奏与韵律[J].文艺生活·文艺理论，2012（5）：91.

[7] 李楠.城市夜景观视觉节奏感的研究[D].北京工业大学，2008.

[8] 刘万伦.短时记忆研究综述[J].巢湖学院学报，2003（03）：6-10+99.

[9] 贾秉玺.基于视觉特性的城市道路景观设计[D].北京林业大学，2010：78.

[10] 陈宇.城市景观的视觉评价[D].东南大学博士论文，2004：123.

[11] 李秋月，等.行车速度对城市道路绿化设计方法的影响[J].林业科技开发，2015，29（03）：145.

[12] 乌日娜.短时记忆研究综述[J].赤峰学院学报（自然科学版），2014，30（04）：77-79.

作者简介：崔鑫（1995—），男，江苏盐城人，南京林业大学硕士研究生，研究方向：风景园林规划与设计。

通讯作者：邱冰（1978—），男，江苏苏州人，博士，副教授，南京林业大学风景园林学院副院长，研究方向：景观保护与评价，城市开放空间规划设计。