基于眼動實驗的嘉庚風格建筑研究

邱鯉鯉 張錦鑫 劉佳桐 林婕

摘要：以廈門大學建南大會堂實景為例，基于眼動追蹤技術對實驗參與者進行眼動實驗，分析嘉庚風格建筑的視覺感知特征，結合嘉庚建筑歷史及嘉庚先生事跡的文化內涵，挖掘嘉庚建筑中蘊含的嘉庚精神，并于廈門大學百年校慶之際，制作紀念性文創產品，對廈門大學當代青年進行“嘉庚精神”宣傳教育，是將建筑與城市規劃新技術與建筑文化結合研究的創新嘗試。

關鍵詞：嘉庚建筑;嘉庚精神;眼動實驗;文創產品

中圖分類號：F293 文獻標識碼：A

文章編號：1001-9138-（2021）09-0073-79 收稿日期：2021-09-10

作者簡介：邱鯉鯉，廈門大學建筑與土木工程學院工程師。

張錦鑫，廈門大學建筑與土木工程學院本科生。

劉佳桐，廈門大學信息學院研究生。

林婕，通訊作者，廈門大學建筑與土木工程學院團委副書記。

基金項目：國家自然科學基金面上項目“遺產價值視角下的旅游者空間感知評價與優化研究”（42171219）;2021年國家級大學生創新創業訓練計劃支持項目“愛我百年廈大，弘揚嘉庚精神——面向校園文化傳承的嘉庚風格建筑特征視覺感知研究”（項目編號：202110384144）資助。

1 研究的緣起：嘉庚建筑及嘉庚精神

1.1 嘉庚建筑

嘉庚風格是陳嘉庚先生在建造廈門大學時，所形成的獨特建筑風格，是建筑歷史上一朵絢麗的浪花;它不僅蘊涵了愛國愛鄉精神和中國傳統思想，而且體現了因地制宜、多元融合的創新精神。其建筑特點主要表現為：就地取材、中西合璧;在建筑外觀上，采用內外廊、“一”字型格局等，既符合閩南當地的氣候和環境，又營造出宏偉的氣勢。本實驗所選取建筑——建南大會堂，作為“建南樓群”主樓，具有許多嘉庚風格建筑的特點，如內廊道、燕尾脊和閩南特色的雅致小窗。

1.2 嘉庚精神

陳嘉庚，福建廈門人，愛國華僑領袖，創辦了廈門大學、集美學村等著名學府，形成了建筑歷史上著名的“嘉庚風格建筑”，同時留下了寶貴的精神財富——“嘉庚精神”。

嘉庚精神：即“忠公、誠毅、勤儉、創新”四詞。且反映在愛國主義精神;憂公忘私的奉獻精神;誠實守信的崇德精神;堅忍不拔的自強精神;艱苦樸素的清廉精神，自我迭代的創新精神等六個方面。百年來，“嘉庚精神”影響著每一位“廈大人”的學習生活，涌現了一群嘉庚精神的繼承者和發揚者，例如自立自強的薩本棟校長、鍥而不舍的陳景潤教授等。

2 眼動實驗在建筑認知中的應用

眼動技術通過追蹤記錄眼動軌跡，從中獲取注視次數、注視點、眼跳距離、瞳孔大小等數據，研究個體的內在認知過程。

眼動實驗依托于眼動儀器與相關軟件，分別負責記錄觀察者的眼動軌跡與相關數據分析，在此基礎上精準捕捉人在場景認知中所感興趣的熱點。實驗結果主要以熱點圖（heat map）呈現，其能直觀、全面地反映被試者對觀察對象的關注度等，具有極高的直觀性與整體性，有利于直接了解被試者的眼動興趣區，為實驗提供可讀性與有效性的結論。

國內眼動實驗發展時間雖然不長，但也產生了部分價值可觀的學術研究。進入21世紀，我國學者多次將眼動儀與規劃領域相結合，并在實際中得到運用。如我國學者宋靜文將虛擬現實技術與眼動儀結合，對步行商業街側界面形態設計做出了感知研究。依托于控制變量法與虛擬現實技術，構建出僅有側界面形態不同的步行商業街模型（稱為“第一次輪廓線”），探討其對步行者的感知影響;依托于眼動技術與眼動儀，探討建筑立面的附加物、裝飾物（稱為“第二次輪廓線”）與“第一次輪廓線”同時存在的條件下對步行者產生的感知影響。結果表明：“第一次輪廓線”與“第二次輪廓線”在實際中對步行者產生的影響與步行者觀看建筑時的視角有關。

在校園文化旅游方面，南京大學已將眼動技術引入，對校園標志性建筑進行了景觀初探實驗。他們認為：眼動技術與旅游領域結合實例較少，二者結合，可研究游者在游覽時的眼動規律，使眼動與旅游相結合的理論研究更加飽滿。于是在南京大學校內進行了眼動儀實景實驗，對校內“北大樓”進行了眼動數據采集，結果呈現：在同一時間內，對同一建筑物的視覺信息獲取，男性視野搜索較快，而女性青睞于多次選擇;男性傾向于人文景觀建筑類，女性偏向于自然風景類。

上述眼動研究實驗為本課題的研究提供了啟發，揭示了人們對建筑物的普遍視覺規律，但存在幾點不足：首先，實驗地點的選取沒有代表性，不能代表某地的文化內涵;其次，得出的結論僅限于技術方面，沒有在精神文化層面有所體現;再次，得出眼動結論后并沒有深究其背后的原因。因此，本課題借助眼動實驗技術，試圖解答以下問題：選取什么樣的場景可以得出具有代表性的實驗結論？場景中的什么元素可吸引人群，體現當地文化內涵？造成本次課題出現該結論的深層次原因是什么？

3 基于眼動實驗的嘉庚建筑文化刻畫

3.1 研究對象

本著對嘉庚建筑的特色建筑元素的探索，對建南大會堂南立面進行調查研究，基于被試者的視線聚焦點以及一定時間內對建南大會堂的印象畫，結合眼動數據，提取建南大會堂南立面吸引力強的建筑元素，并將實驗結果用于制作廈門大學宣傳明信片以及用于相關文創產品。

3.2 實驗設計

基于提取建南大會堂南立面嘉庚風格建筑元素的實驗目的，實驗小組首先選取合適的地點，讓被試者盡可能看到建南大會堂全貌，同時不受其他因素干擾。經過多次篩選，最終將實驗時間定于11月21日、22日下午16：30-17：30，實驗地點定于上弦場。在廈門大學建筑與土木工程學院本科生中隨機選取被試者（通過隨機數生成器隨機選?。?，確定被試者后按性別將其分為男、女兩組，并確定實驗時間、地點（見圖1）。

預期實驗和數據處理過程將根據眼動儀和Be Gaze軟件獲取被試者的視點焦點圖、視點熱力圖;再對被試者印象畫分析，最終得出建南大會堂南立面吸引力強的建筑元素;再通過被試者人群樣本的內部比較、分析，得出不同被試者對建南大會堂南立面建筑元素關注點的差異。

在廈門大學建筑與土木工程學院本科生中隨機抽取28名實驗參與者，其中男15位、女各13位，樣本平均年齡為18歲，無視覺障礙。

實驗開始前，被試者站于上弦場，距建南大會堂150米處（水平距離）。對被試者佩戴眼動儀的觀測角度進行調適，使其視野、仰角符合預期，可完整觀看到建南大會堂全景（見圖2），同時保證手機上能夠清晰看到被試者眼動軌跡;設備調試完成后，記錄被試者的個人信息;個人信息采集完成后，為被試者戴好眼動儀、進行定標操作等，完成后等待正式實驗的開始。實驗過程中要求其他被試者不能發出聲音或移動，以免影響數據采集。

首先，對每位被試者宣讀引導語：下面請認真觀看建南大會堂南立面30秒，過程中不可有其他活動。

當被試者觀看進入正常狀態時，通過手機進行計時，并觀察眼動數據是否正常采集，分別記錄每位被試者進入正常狀態后，30秒內的眼動數據。

數據采集滿30秒后結束實驗，由小組成員記錄并保存數據。完成實驗的被試者到非實驗區域，根據實驗過程中對建南大會堂的印象，繪制認知地圖（繪畫過程不可再次觀看建南大會堂），并在紙上留下姓名。繪畫完成后，讓被試者對所見畫面進行簡單描述;記錄每位被試者的描述并且對應好個人信息，并將每位被試者所畫保存（見圖3）。后期實驗分析過程中，將被試者描述與印象畫累加于眼動數據分析結果，使實驗結果更具有說服力。

4 眼動數據分析結果

4.1 AOI網格

AOI是英文 Areas Of Interest 的縮寫，翻譯為“興趣區域”。該區域集中了被試者的眼動信息，對該區域的數據進行分析能達到事半功倍的效果，所得數據可直觀看出被試者眼動數據的集中區域。

從28名被試者的眼動數據分析中，可以將整個視野分為六個主要的興趣區域，分別為：天空區域，屋頂區域，頂柱區域，窗戶區域，門廳區域，綠化區域（見圖4）。

由眼動興趣區域網格分布圖可以看出：被試者最感興趣的區域為柱廊，其次為屋檐（見圖5）。

原因有以下幾點：1.被試者的視點位于上弦場，相較于觀測目標建南大會堂建筑主體位置相對靠下，被試者自然仰視，造成視線與頂柱和屋檐部分平齊;2.建南大會堂作為嘉庚建筑的代表之一，柱廊屋頂部分的燕尾脊，都是嘉庚風格的代表，無疑會吸引被試者的視線;3.相同元素位于不同區域也會影響被試者觀看視線，如兩側的燕尾脊，在網格分布圖中對應數值較小，原因在于它所處位置在邊角處，使人產生視覺疲勞，因此被試者下意識避開而選擇視角更舒適的中間部分來欣賞。

從眼動興趣區域相對注視時間柱形圖（見圖6）可以看出，在建南大會堂建筑主體中，相對注視時間占比最高的是窗戶區域，其次分別是屋檐和柱廊。

以上三個區域是建南大會堂嘉庚風格的代表元素。三者的相對注視時間依舊有著顯著的差別，其中原因有以下幾點：第一，不同被試者對嘉庚風格和魅力的理解與感受不同，因此在幾個同樣有表現力和承載力的部分中，相對注視時間長短稍有不同。第二，同一立面上，不同部分的面積和位置都有顯著差異。例如窗戶，總面積占比較大，且均質分布，無論觀測者在哪個角度觀看，視覺沖擊很大一部分來自窗戶;而燕尾脊的位置整體偏高，需要較高的仰視角度，且所占面積有限，進入視線的難度較大。第三，所用材料的顏色造成人眼的視覺沖擊不一。在實驗進行時，柱廊、墻面大多受到夕陽反光，對被試者造成視覺引導;而屋檐、窗戶區域為冷色調色彩，導致區域內視線被其余部分所吸引。

4.2 眼動熱點圖成像

眼動熱點圖可將用戶視覺焦點直觀反映，展示出被試者在刺激材料上的視線分布情況。紅色代表注視視線最集中區域，黃色和綠色依次次之。

由視點熱點圖（見圖7）可以看出：視線聚焦最集中的部分為以下幾處：“歇山式”屋頂和右側燕尾脊，左側柱廊與護欄的交界處，二層右側窗戶。這一結果與“AOI相對注視時間”相對應。對于窗戶和屋檐區域表現出右側的視線聚焦明顯強于左邊的現象，實驗結果認為：實驗當天建南大會堂內有學生活動、環境中有鳥類飛過，這些集中地發生在了偏右側，導致右側吸引被試者視線，但觀測主體仍十分具體，所以對實驗最終結果的影響在誤差允許范圍之內。柱廊視線聚焦處位于與護欄的交界處，是因為該處與廊道的關聯性更大，被試者會比較留意線條與線條、線條與板面的交點。

在熱力圖中，男性表現出了和總體結果一定程度上的差異（見圖8），男性左右兩側聚焦程度差異較為明顯，且對建南大會堂的底柱表現出非常明顯的視線聚焦。此現象經討論得出：男性身高相對較高，仰視角度較低，關注點位于更下方;同時男性注意力集中程度不如女性，更容易被一些外界活動干擾。

5 實驗結論

5.1 AOI數據分析結論

本實驗主要采用了眼動興趣區域的網格分布圖、相對注視時間柱形圖和視線聚焦熱力學成像圖，綜合考量圖表結果、被試者情況和實驗現場情況，得出了以下結論：

（1）對于建南大會堂立面建筑元素，被試者眼動興趣最高的部分是柱廊區域和屋頂燕尾脊區域。盡管被試者感興趣的部分和對象所處位置是否處在視線較為舒適和自然角度有一定的關系，但總體而言，柱廊和燕尾脊的興趣對應數值要遠高出其他部分，可以說明建南大會堂吸引被試者的建筑元素就在于此。

（2）被試者對建南大會堂立面的相對注視時間占比最高的依次是窗戶、燕尾脊和柱廊。影響相對注視時間的因素除了對被試者的吸引力之外，還包括所占面積大小、位置分布和觀測角度等。因此，窗戶面積占比較大且分布較均勻，一定程度上需要削弱其在興趣程度上的評估;而燕尾脊和柱廊，前者所占面積小，觀測角度不佳，后者分布位置單一，相對注視時間占比較高能較有力說明被試者對這兩者的興趣程度較高。

（3）被試者作圖結論：在建南大會堂立面的主要四個建筑元素中，所有的被試者都畫出了燕尾脊，這一比例高于其他部分。四個主體部分中，畫出燕尾脊的人數比例占到100%，門廳、窗戶、頂柱的占比則分別為80%，46.7%，33.3%，通過印象畫這一數據表明：進行觀測的一段時間后，被試者留有印象最深的是燕尾脊。這一結果可以直觀說明建南大會堂中給人留下最深印象的就是燕尾脊。

5.2 文創產品

（1）設計理念。依據本次實驗得出建南大會堂最具吸引力的嘉庚建筑元素為：窗戶、屋頂、屋檐等。通過了解嘉庚先生與嘉庚建筑的故事，我們可以知道：屋頂部分具有大面積的“嘉庚瓦”，是嘉庚先生自我創新的表現，嘉庚先生在當時艱難條件下，因地制宜，制造出符合廈門當地環境的“嘉庚瓦”，不僅解決了燃眉之急，也改善了閩南地區用不起進口瓦且無替代品的局面。屋檐部分含有福建閩南地區傳統民居的飛檐、翹脊，最為典型即為“燕尾脊”，多次用到“燕尾脊”的嘉庚建筑，體現了嘉庚先生雖遠在他鄉，但不忘家國的“愛國愛鄉”的精神。嘉庚先生將南洋的建筑與閩南的建筑進行了巧妙融合，建造出許多諸如建南大會堂好看又好用的極品建筑，為“中西合璧”的嘉庚風格建筑奠定了基礎，傳遞著吸取各文化優秀之處的精神。

（2）文創產品成果。本實驗所得文創產品為帶有“嘉庚風格”建筑元素的明信片（見圖9），可用于“嘉庚精神”、“嘉庚建筑風格”的宣傳;結合微信公眾號“筑視百年嘉庚”進行精神教育，力求將該明信片作為“產、學、研”合作成果，將科研成果轉化為社會服務于公益宣傳的目標落地。

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注：感謝廈門大學建筑與土木工程學院賴瑩瑩、劉鎧聞、沈謝俊對本研究的大力支持。