可持续理念下的交互景观设计策略与方法研究

韩宇翃

高世敏

齐 羚*

王 铮

国务院在2018年10月强调，将进一步推动中国新一代人工智能的发展，大量高科技公司将逐渐涉足人工智能产业。在智慧城市建设背景下，数字媒体技术高速发展，促进了城市信息交流化、联系紧密化、功能智慧化与设计创新化，向着系统协调、资源集合的方向发展[1]；物联网、云计算、大数据和移动互联等技术使城市中不同功能结构相互协调，实现了智能化、数字化、集约化的城市管理运营，为人们提供了更便捷的服务。交互景观具有智能化城市的特征，即服务的智能化与体验的交互化，能够实现景观与城市智能、城市服务的协同创新发展[2]。将交互技术运用到景观创作中，增强景观与人、空间、城市的联系，利用数字媒体技术增强景观效果，满足人们多样化的需求。

“人机交互”一词首次提出于1975年，卡德等于1983年出版的《人机交互心理学》一书使得人机交互的概念得到推广。交互设计(Interaction Design)一词最早出现在1984年，由IDEO的创始人之一比尔·莫格里奇(Bill Moggridg)首次提出[3]，而后，世界范围内的相关学者开始研究关注这一领域。1997年，美国麻省理工学院媒体实验室的石井裕(Hirroshi Ishii)与布莱格·厄尔默(Brygg Ullmer)提出实体比特(Tangible Bits)概念，并指出实体比特即通过耦合比特与日常生活中的事物，以允许使用者实现对比特的直接抓握和处理[4]。2013年，以色列学者奥伦·扎克曼(Oren Zuckerman)与艾莉特·加尔·奥兹(Ayelet Gal-Oz)得出，由于TUI(实体用户界面)带来了丰富的物理反馈信息与更高级的交互形式，因此推广使用基于TUI的交互方式来进行人机信息互动的方法[5]。自此，许多从事人机交互的风景园林师、艺术家、建筑师都投入该领域的科学研究与设计实践中，对景观的交互设计研究也随之而来。

艾伦·库珀(Alan Cooper)在《交互设计之路——让高科技产品回归人性》一书中提到，将科学技术与数字媒介内容辅助景观设计，能够使人们获得更为新鲜的体验[6]。此外，他在《软件观念革命：交互设计精髓》中提出，以关注人与景观之间的相互关系作为景观交互性设计的核心内容[7]，他的研究强调了人在景观及互动过程中的主导作用，这一观点成为后来研究的核心问题。

将“交互设计”的理念引入景观设计中，使用现代科学、理论和材料，整合新的技术方法和艺术形式，创造出符合场所特点、满足使用需求的景观，并使人作为构成要素参与到景观设计中来，从而形成人与景观的交流互动[8]，实现功能的集中、信息的共享、资源的整合及人的智慧参与。作为城市建设的一部分，交互景观的研究与发展应不断重塑人与世界的关系，为解决传统景观的不足提供新方法，为促进景观充分融入城市系统提供新路径，运用智慧设计理念向更深程度的研究、更广领域的应用上继续发展。

1 交互景观分类

科学技术的高速发展给人们带来更多的感官体验，数字信息技术的发展促进了城市系统和服务的连通与集成，也为景观设施的服务智能化提供了无限的创作动力与创新空间。各式各样的交互景观开始出现，主要向着3个类别发展，并广泛应用于数字城市、地理信息系统、植物生长模拟、虚拟旅游及虚拟博物馆等多个领域。

1.1 体验式交互景观

体验式交互景观的侧重点在于人们能够亲身参与其中，实现体验式的互动。在互动中，人是以使用者的身份参与并完成体验过程的。体验式交互景观在进行设计时除了满足景观对城市市容的改造及创造功能外，更重要的是需要符合人们的心理和生理特征，实现景观对人的情绪及体验的影响，从而达到人景互动的效果。

例如，美国波士顿公园的Swing time秋千，为不同尺寸圆环形式的秋千组合形成的秋千群，材质为半透明塑料，内装有根据秋千的摆动角度改变颜色的LED灯(图1)，灯光颜色随晃动的剧烈程度进行深浅变化，为公园增添风景。

图1 Swing time秋千(引自http://www.howeleryoon.com/work/48/swing-time)

1.2 创作式交互景观

创作式交互景观的特点在于，创作设计时人们能够参与其中，形成创作式的互动，既提升了体验感，又能鼓励用户参与创作，产生符合用户需求的景观。在此情况下，人不仅是使用者，还是创作者。在智慧城市建设背景下，以人为本的理念始终贯穿其中，景观创作的价值导向正在转变，创作式交互景观与传统景观相比不再是单向的叙述，更加强调设计的双向性。通过多样的反馈形式调动用户的创作积极性，以设计师的专业能力为基础，从用户自身的参与体验出发进行创作，内容不再由设计师的个人意愿决定，因此更加具有趣味性与实用性。

例如，蒙特利尔艺术家马修·勒素(Mathieu Le Sourd)和艾蒂安·帕克特(Etienne Paquette)设计的萤火虫之光(图2)，通过邀请观众运用手工方式打造自己的视听节目实现参与体验，运用携带感应装置的反射灯泡产生萤火虫的效果，利用多媒体表现形式打造出夏夜风景。

1.3 虚拟式交互景观

在虚拟环境中，公众对景观的操作过程与得到的反馈共同构成虚拟交互景观的主要内容。视觉虚拟互动意味着参与者在视觉和图像方面形成了互动，这种互动效果具有随机性，并且与视觉相对应，能够给参与者一种身临其境的感觉；行为虚拟互动是在虚拟的情境下，参与者根据自己的感觉发出命令信号，使景观在外形、颜色上发生改变。

例如，Teamlab团队创作的水粒子消除作品的边界(Transcending Boudaries)，众多的水粒子代表流动的虚拟瀑布，盛开的花朵以运动的方式与参观者进行互动，水与花给人以真实灵动的沉浸感，营造出微风拂面的花海环境(图3)。

2 交互景观设计

“目标导向”是“交互设计”的原则，在设计中，设计师将“体验”与“参与”作为核心，将“用户体验”和“用户参与”作为设计的起点和终点[9]。交互景观的信息媒介作为客观物质与主观意识的集合，其中的“交互”既是人与景观的交流，也是人与人的信息双向传递[10]。其设计应当以体验的互动化、服务的智慧化为目标，以人的兴趣为设计起点，在设计中关注使用者的心理特点与行为习惯，以技术为支撑实现人的诉求。因此，交互景观的设计涵盖了心理互动设计、行为互动设计和互动技术设计。

2.1 心理互动设计

互动前阶段的心理研究，主要通过分析使用者的需求点与兴趣点，得到能够令使用者接触景观的诱导因素，并将该元素应用于形态结构的设计中，实现自然而然的使用；在互动中阶段的研究中，主要分析在人与景观的交流过程中，使用者的心理波动，如激动、愉悦、满足等，积极的心理促使交流的继续与重复，将互动过程变得具有故事性与情感性；在互动后阶段的研究中，主要分析使用者在使用后的最佳情感共鸣，进行互动反馈模式的设计，可以通过刺激视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉感官给使用者带来最佳的身心体会。

2.2 行为互动设计

图2 萤火虫之光(引自http://www.maotik.com/lightBearers/)

图3 消除作品的边界(引自https://art.team-lab.cn/)

行为互动设计需要结合交互景观放置的空间环境，空间环境的不同导致装置的形态、结构、使用人群、交互方式及反馈效果的差异。此外，不同地域文化与年龄阶段的使用者也有着不同的情感需求与身体素质，通过确定使用者类型，能够更好地确定景观交互形式，使设计更为合理。通过分析使用者的交互行为模式，利用多样化的空间组合与新颖装置外观促进人的使用参与，这种交互行为对于使用者而言是积极有趣的，在行为的重复发生中不感到烦闷。在行为的驱动下，景观的效果模式可以运用数字技术手段实现，满足人与景观之间的良好互动与情感满足。

2.3 互动技术设计

通过智能机器装置丰富互动模式，利用数字媒体技术营造多变的反馈效果与呈现形式，例如，运用虚拟现实技术营造交互后的虚拟景观[11]。交互景观的观赏性一方面呈现在互动后的效果多样化上，传统的声、光、影元素与现代数字媒体技术等为视觉效果的提升创新了途径，通过互动进行景观创作，使其在形态、颜色、声音上发生改变，在视觉和图像方面形成互动；另一方面，也表现在互动前的静态景观上，景观的形态样式应考虑到与周边环境的融合度，有利于使用，在设计中加入历史文化元素，使其成为景观艺术的一部分。

3 智慧城市建设下的交互景观设计策略

在智慧城市建设过程中，城市各系统间互通互联，资源运用效率大大提高，人们获取信息的方法更加丰富，需求也更加多样。传统景观日渐暴露出交互性不足、娱乐性缺失等弊端，显现出与城市系统发展不相容的问题。通过景观的交互设计，能实现景观多样性、趣味性的提升，促进公众与景观对话，与环境进行信息交流。

图4 能量的收集与转化(王铮绘)

3.1 增强景观与城市系统的联系

通过研究传统景观发现，景观作为空间中的重要元素，通常以一种客观形式存在，其创作与管理模式限制了景观与系统的关联，这样的景观仅仅是作为环境的一部分存在，无法实现与空间的交流互通[12]。运用数字媒体技术与信息技术能够将景观相关元素连接起来，如迈克尔·德斯贾丁斯(Michael Desjardins)等利用AmazonEC2提供的云计算设施，提出了一个基于云的框架，以便于在空间和时间上对景观模式分析进行估计和可视化[13]。越来越多的学者开始研究智慧城市建设与景观营造的关系[14-15]，在智慧城市建设中，城市实现最大程度的信息共享与交流，景观作为人与城市交流的媒介，在实现审美及功能的同时，注重人与空间的交流，拉近人与环境的距离，增强与城市的联系，促进景观与城市的协同发展。

3.2 增强景观体验感

使用者对于传统景观的观赏往往是单向活动，景观无法引起使用者的互动性，导致体验感不足。在人们的使用与观赏需求得到满足后，逐渐注重体验性和更高质量的服务，因此，城市公共空间的景观设计正在从传统意义上隐性观看模式转变为显性参与模式[8]。在景观设计中运用交互理念，通过信息技术实现人景互动，使景观能够与人产生对话，营造出具有特色的景观环境与多元化的生活空间，为人们提供优质的休闲、娱乐、交流服务，增加人们的使用乐趣，实现智慧化服务。

3.3 实现景观个性化

智慧城市的建设带动信息技术应用到各个领域之中，为交互景观设计提供了崭新的方法指引与技术支持。人景交互的发展使得城市景观在与人的互动中不断创新与丰富，景观的辨识度和认可度也相应提高，成为城市靓丽的风景线与重要组成部分。将交互理念融入景观创作中，实现景观研究与多学科交叉融合，结合多媒体手段，以多元化形态呈现出来，提高景观的活力与生命力，增强景观与城市系统的联系，为广大人群提供一个与景观互动、与空间对话、与自然接近的机会。

4 智慧城市建设下的交互景观设计方法

通过人景互动，能够增强空间与人之间的联系，促进人与人之间的交流，满足人们的生活便利与休闲娱乐需求，赋予空间更多的人文情怀与文化精神，将景观功能最大化实现，满足智慧城市发展过程中对景观智能化的要求，使其成为真正具有精神内涵的完整意义上的景观。

4.1 与多种技术结合

近年来，互联网、移动设备、全景、虚拟现实、增强现实等技术运用到各个领域，也为景观设计提供了新的技术支撑。如在智慧公园设计中，为实现景观的交互，采用动力集电地板进行能量的收集和使用，将园区来往的人通过踩踏产生的动能转化成电能，通过逆变器并入公网。发出的电能不仅可以使地板自身发光，提供照明功能，还能够传输给对应的喷泉，触发交互水景。智慧园区能够监测所有设备的产电量和耗电量，通过分析数据降低能耗。通过人体动能发电的脚踏地板、发电脚踏车等，不仅可以实现与游客的互动，也在设备安装过程中省去了大量设备供电需要的土建工程量。

4.2 与可再生能源技术结合

太阳能已经被广泛应用于各行各业的场景中，将太阳能板或薄膜运用在屋顶、道路、灯具、垃圾桶的设计上，在应用中可与建筑、景观有机融合。目前常见的有太阳能路灯、智能座椅、光伏路、太阳能雨伞和智能垃圾桶等，将传统具备公园游客服务属性的基础设施赋予自发电能力。

图5 动力集电地板结构及原理(王铮绘)

4.3 与数字媒体技术结合

数字媒体技术使得景观的交互方式与呈现效果得到极大丰富，交互的自由度也有很大提升，各种参差不齐的交互设计也频频出现。交互景观设计运用数字媒体技术处理图像、声音、文字等信息，配合不同的景观内容以确定合理的交互设计方式与最佳的视觉呈现效果，创作出新的与时代相符的内容，发挥多元技术在景观创作中的重要作用[16]。

5 北京海淀Smart能量公园的设计实践

海淀公园位于北京西北四环万泉河立交桥的西北角，紧邻中关村科技园区，毗邻清华大学与北京大学。公园服务人群多为高校人员、科技工作人员及家属等，在满足以锻炼娱乐、休闲交际为主的功能基础上，利用数字媒体技术提升公园的智慧化程度，增强公园各元素间的联系，打造为集成体验性、科技性、观赏性的综合联系体。海淀区政府与企业合作共同探索“智慧城市”的建设活动，并选中游客量较大的海淀公园作为试点。2018年11月1日，海淀公园完成了人工智能(AI)改造，成为世界上第一个以AI科技为主的名为“公园之芯”的智慧公园。

5.1 智能大脑——“公园之芯”

海淀公园通过设计智能大脑——“公园之芯”使公园成为一个生命体(图4)。综合运用互联网＋物联网＋AI等技术，实现数据的采集、存储、分析及可视化管理，连接着展园中所有的物联网设施，如各种传感器、能耗装置和互动装置，能自动感知内部的细微变化并及时进行反馈。通过对环境的感知反馈给照明、灌溉、负离子等设备，增强园区的环境应变能力，让园区时刻保持温暖、舒适，实现园区的能源清洁化、景观互动化、设施共享化、管养自动化、环境感知化等方面的自我感知和自动控制。通过装置收集来往人员在活动中的动能，将动能转化成电能，通过逆变器并入公网，为交互景观的实现提供电力支撑，为公园照明及其他设施供电，充分利用能源。

5.2 可持续发展理念下的智慧公园建设

该园区通过能源的清洁化来降低能耗以实现可持续发展，运用动能收集地板进行动能的收集与转换；运用太阳能薄膜将收集的太阳能转换成电能，通过逆变器并入公网，进行照明系统与交互景观的供电；园区照明使用光感和行人感知路灯，降低了电耗，增强了园区灯光交互性。同时，通过设计智能大脑监测所有设备的产电量和耗电量，通过分析数据降低能耗。

1)动力集电地板。

公园内通过在步行道路上加装动力集电地板(图5)，能够将收集的行人动能转换成电能。游人踩踏地板时，地板会产生轻微的下沉，产生的动能通过地板内部装置转换为电能存储在电池中，为园区积蓄能量。地板选用以压力转换器为核心的互动技术，辅助灯光元素，营造互动景观效果，通过能量的收集、转换和传输，与园区其他设施紧密相连。

2)集电地板结合交互装置。

在交互景观设计中，将动力集电地板与跳泉和喷雾装置结合，人们在散步、行走、跳跃中对地板产生压力作用，根据压力的不同，水景效果会有所差异，实现景观对人们行为的实时感知和反馈，引导人与景观之间进行更多的互动，以增加趣味性，极大地提升了游人的参与感。交互景观的良好体验吸引了很多大人和儿童的参与，促进了动能的收集，存储的电能用于照明和其他设备的供电，以此实现降低能耗、增强联系的目的。

3)太阳能发电。

在园区中除了动能的收集，也积极运用太阳能，通过“发电玻璃”做成了多种有趣的形式，如蝴蝶、蜻蜓等小装饰灯、草坪灯。太阳能道路可以在白天吸收能量，夜间通过光控制激活灯光，并根据不同的温度改变灯光色彩适应环境氛围。冬天路面积雪时道路表面能够加温融化冰雪给予行人方便，经过实际运行，动力集电地板和太阳能基本能够实现园区电能的自给自足，实现低碳。

4)低碳化设计。

该园区在智慧园区提供的互动框架下，将景观小品进行处理，让景观变得更有趣味，并结合地砖特点设计出全息显示器，用来实时记录发电量、产生的经济价值和减少的碳排放量，实现了景观智能化。园区照明加入交互元素，使用光强和行人感知路灯，降低了电耗，增强了园区灯光交互。智能照明系统可以自动感应周围的光环境，从而调整发光强度，也可以通过红外探测器识别人的行为，继而提供有效照明，减低能耗。

6 交互景观发展趋势

面对当今环境问题与能源问题日益凸显的状况，可持续发展理念逐渐应用于消费和生产当中[17]。在景观的可持续设计中，设计师需要比较不同的方案，从人的需求出发，结合环境特征，构建系统化的交互景观，并预测设计的性能与对环境的影响，通过模拟实施过程来选出最佳方案，这些都必须在设计的开发阶段实现，才能有效避免对环境的破坏和资源的浪费。交互景观的发展充分利用现代科技与绿色资源，通过清洁生产不断改善和优化生态环境，促进人与环境的和谐发展。5G时代的到来，智能设计将进一步与全球研发、制造、模块商等资源融合发展，城市各部分之间实现最大程度的信息共享与交流，向着更加信息化、数字化、智慧化的方向系统发展。

公共艺术最本质的属性是互动性和公共性，因此，交互景观的发展对于公共艺术的发展研究有着重要作用。以交互理念为导向的城市公共艺术，在作品构思到呈现的全过程当中，始终贯穿互动性思维[18]。大数据、物联网、云计算、人工智能等技术的飞速发展，为智慧景观的实现提供了很大的可能性，推动了“智慧”概念的发展，基于可持续发展理念的未来智慧空间探索将成为城市公园发展的重要趋势[19]。