高密度住宅窗外景观中住宅形态、天空可见性与绿植的恢复性反应：一项虚拟现实研究

《Building and Environment》：Restorative responses to residential morphology, sky visibility, and greenery in high-density residential window views: A virtual reality study

　　

要点：绿色覆盖率与所有心理恢复结果相关；盆栽和树木景观的恢复感知高于垂直绿化；住宅形态与压力及消极情绪恢复相关；天空可见度主要与"远离感"相关；绿色覆盖率影响EEGα和β功率，但不影响自主神经反应。引言人们每天大部分时间在室内度过，因此窗户成为日常生活与室外环境的重要接口[1,2]。住宅窗景提供了与植被、天空、远景和城市场景的反复视觉接触，且居家自然环境与更好的心理健康、幸福感和恢复相关结果有关[3-7]。这种视觉联系在高密度住宅中尤为重要，因为建筑高度、楼层、体量、间距和周边开发决定了从居所中可见的天空、绿化、建筑表面和远景景观的数量与空间布局。高层住宅研究表明，规划和布局等规划特征反映在通过窗户可见的天空、树木和建筑的比例及空间关系中[8]。此类视觉暴露的恢复含义可通过两个互补理论来理解：注意力恢复理论认为，能够激发迷醉感、远离感及其他恢复特质的环境可以降低定向注意力的需求并支持注意力恢复[9]；压力恢复理论则认为，暴露于视觉上愉悦且无威胁的环境中（尤其是包含自然元素的环境）可以促进积极情绪并促进从压力中恢复的生理反应[10]。窗景特征通常从景观内容、可达性和清晰度三个方面进行概念化[11,12]。聚焦于景观内容，近期研究已从宽泛的场景类别转向具体的建成与自然属性，包括建筑几何形状、观看距离、楼层相关构成、可见天空和绿化[8,13-17]。住宅建成环境通过围合度、观看距离以及建成与自然元素的布置影响窗景体验。住宅形态包括建筑布局、高度、间距和密度等相互关联的特征[18,19]。建筑间距和楼宇间隙越大，在密集住宅环境中被感知的压抑感和噪声烦恼越低[20]。VR研究同样发现，错落布局和更宽的楼宇间距可降低被感知的压抑感[8]，而更宽的道路环境和更远的远景与屋顶主导的背景相比，具有更高的恢复可能性[14]。Liu和Li[21]进一步表明，当建筑间距与绿墙和声景一并考察时，更大的建筑间距可改善被感知的恢复性并降低焦虑。大规模住宅证据也将更长的观看距离与更好的心理健康和幸福感联系起来[22]。然而，楼层本身在Olszewska-Guizzo等人[23]的研究中并未显著影响额叶α波，尽管不同楼层和绿化覆盖率组合下的反应存在差异。自然窗景内容包括植被、天空、水体和其他自然风景元素，而天空可见度和绿化对住宅窗景尤为重要，因为它们在密集街区设计中可以被系统性地操控。首先，天空可见度与开阔度、远景视野以及视场中建筑表面的占比密切相关。在模拟密集住宅景观中，更大的天空暴露与更高的远离感、迷醉感和恢复可能性相关[14]。更高的天空比例也与VR场景中被感知的压抑感降低相关[8]。然而，Yao等人[17]报告发现，不仅是天空主导的景观，绿化主导的和构成平衡的景观也能产生有利的恢复反应，这表明对天空的反应可能取决于更广泛的视觉构成。其次，可见绿化的证据清楚地区分了有绿化的景观与以建成环境为主的景观，但对分级绿化数量的证据则不太一致。绿色窗景在情绪、放松、脑电图(EEG)和自主神经反应方面优于城市或以建成环境为主的景观[24,25]，而住宅研究将可见绿化与更低的被感知压力和更好的睡眠联系起来[26]。研究可见绿化数量的文献揭示了更多样的模式。Song等人[27]报告了植被比例、偏好和情绪恢复之间的非线性关系，而Sun等人[28]发现绿色视野指数与心理生理指标之间存在非线性关联。其他研究报告了在EEG、噪声烦恼、偏好和生理结果方面对绿化数量的零效应或非单调反应[23,29,30]。Yao等人[17]进一步发现，在构成平衡的景观中具有恢复益处，其中绿化不一定占据整个窗景。第三，不同空间干预方式下的绿化暴露也存在差异，包括室内盆栽、室外植物和建筑一体化绿化。现有证据来自几个不同的研究场景。Zhang和Du[31]比较了办公室中的室内盆栽与更远的窗景，发现室内盆栽产生更强的生理和注意力恢复，而自然窗景获得更有利的情绪评价。在VR医院病房中，Suess和Maddock[32]系统比较了大型室内盆栽与放置在窗户附近的室外植物。他们发现室内盆栽在身体放松方面具有更高的恢复效用，而绿色自然窗景对心理清晰度贡献更大。在住宅调查数据中，Hadavi[33]发现树冠、灌木和花坛景观与注意力功能的不同方面、情绪和邻里满意度相关。建筑一体化绿化（如绿墙）与恢复改善、焦虑降低和EEGα活动升高相关[21]，而绿墙几何形状的变化在不同声条件下产生不同的心理生理反应[13]。其他自然元素也对窗景体验有贡献。水体或蓝色景观与住宅和高层建筑环境中的心理、生理和幸福感结果相关[22,25]。窗景恢复的实验研究主要在呈现媒介、诱导范式和结果领域方面存在差异。呈现媒介决定了窗景研究中生态真实性与实验控制之间的平衡。真实窗户保留自然光照、深度和周围环境背景，但多种视觉特征可能同时变化。例如，来自两个真实高层办公室的绿色景观比城市景观引发了更有利的情绪、EEGα、心率变异性(HRV)和皮肤电导反应，但完整场景在多个视觉属性上存在差异[24]。照片和视频提供了更大的刺激一致性但限制了视角和空间探索。虚拟现实(VR)可以在保持观察者、窗户与室外环境之间关系的第一人称表现的同时操控特定的窗景特征，并已用于改变窗户几何形状[34]、观看位置[35]和立面绿化几何形状[13]。一项匹配的实物-虚拟对比研究发现，两种媒介中窗景条件之间的相对差异大体相似，尽管绝对α功率和某些空间细微反应存在差异[36]。在窗景暴露前建立的参与者状态决定了实验主要评估恢复评价还是从诱导状态中的恢复。被动暴露和无诱导范式在没有实验诱导的应激或疲劳的情况下评估恢复评价或即时反应[14,23]。压力恢复实验引入急性应激源并检验环境暴露期间随后的变化。Yin等人[37]例如在参与者观看不同亲生物办公环境之前使用了限时心算任务，从而可以检验从应激后状态开始的心理和生理变化。心理测量通常包括恢复评价、情绪、焦虑和被感知压力，而生理评估包括EEG、HRV、心率(HR)和皮肤电导活动。部分研究报告了跨反应领域的相对一致。Yao等人[17]在多个心理和生理测量中发现了益处，而Feng等人[38]报告了校园窗景中主观与生理评价之间的高总体对应性。其他研究发现了更选择性的反应。Yin等人[37]观察到焦虑和血压降低以及HRV改善，但HR和皮肤电导活动没有显著变化；Tang等人[39]报告了比自主神经恢复更明显的心理恢复；Zhang和Du[31]发现不同基于自然干预的生理、注意力和情绪反应模式存在差异。基于上述文献回顾，确定了两个研究空白。第一，将特定住宅窗景属性与不同恢复领域联系起来的证据仍然零散。控制性研究已建立了建成环境、天空可见度和绿化的恢复关联，但它们在操控的属性和评估的结果方面差异显著。例如，Masoudinejad和Hartig[14]主要通过被感知恢复考察了天空数量、道路宽度和窗台植被，而Olszewska-Guizzo等人[23]主要关注楼层和绿化覆盖率的EEG反应。更广泛的多模态研究评估了心理和生理反应，包括构成性窗景[17]和正交变化的环境属性[38]。然而，跨研究的发现表明，感知、情绪、神经和自主神经反应并不总是平行变化[31,37,38,39]。特定住宅窗景属性是否在多个领域都与恢复相关还是主要与恢复反应的特定成分相关，目前仍不清楚。第二，关于绿化配置是否在可见绿化数量之外对恢复反应有贡献的证据仍然有限。绿化数量的研究报道了与恢复的非线性且结果依赖的关系[27,28,30]，而其他工作表明植被的空间特征也可能很重要。Oh等人[16]发现不同窗景距离和景观类型的心理生理反应不同；Li等人[13]表明即使控制可见绿化面积，绿墙几何形状也会影响恢复反应；Zhang和Du[31]报告了室内盆栽与更远的自然窗景之间不同的生理、注意力和情绪反应。这些研究为绿化暴露的空间维度提供了证据，但在考虑可见绿化覆盖率之后，绿化配置是否与恢复相关（尤其是在多个恢复领域），直接证据仍然有限。本研究利用沉浸式VR和L9(3?)正交表构建九种高密度住宅窗景，以解决这些问题。住宅形态、天空可见度、绿色覆盖率和绿化配置在场景集中被系统地变化。在急性心理应激后，通过恢复感知、被感知压力、积极和消极情绪、额叶EEG和自主神经指标评估恢复。线性混合效应模型(LMM)检验了住宅形态、天空可见度和绿色覆盖率与这些结果之间的关联，而在绿化覆盖场景中则单独考察绿化配置，并在考虑绿色覆盖率后进行分析。第二项分析被视为探索性。研究问题1：在密集住宅窗景中，住宅形态、天空可见度和绿色覆盖率如何与恢复感知、压力和情绪恢复及生理反应相关联？研究问题2（探索性）：在含有绿化的场景中，在考虑绿色覆盖率之后，绿化配置是否与恢复反应相关联？章节摘要窗景模型虚拟窗景系统地变化了住宅形态、天空可见度、绿色覆盖率和绿化配置（图1）。VR保留了第一人称观察者-窗户-室外的关系，同时允许头部旋转，计算机生成的场景标准化了光照、天气和其他视觉条件[35,40-43]。参考中国的三种典型密集住宅形态，即多层、高层和超高层建筑，开发了相应的场景。心理测量与操控检验"远离感"和"迷醉感"的两项目量表在每位参与者的三次测量中显示出高度的内部一致性（表A.2）。对于"远离感"，项目间相关系数范围为0.807至0.863，Spearman-Brown系数范围为0.893至0.926。对于"迷醉感"，项目间相关系数范围为0.811至0.889，Spearman-Brown系数范围为0.896至0.941。恢复可能性的正相关进一步支持了聚合效度。讨论总体而言，在所测试的条件下，恢复反应在窗景属性和反应领域方面均存在差异。绿色覆盖率与所有心理结果以及EEGα和β功率相关，而天空可见度和住宅形态与特定心理结果显示出较窄的关联。没有任何主要窗景属性显著区分所测量的自主神经反应。在探索性分析中，结论本研究利用受控沉浸式VR，在同一实验框架内检验了住宅窗景属性在心理、EEG和自主神经领域中的恢复反应。在含有绿化的场景中，进一步考察了考虑绿色覆盖率后的绿化配置。在所测试的条件下，绿色覆盖率与所有心理结果以及EEGα和β功率相关。心理差异最为一致地观察到。CRediT作者贡献声明Zhang Dixin：原始草稿撰写、审阅与编辑、可视化、验证、方法论、调查研究、形式分析、数据整理、概念化。Yong He：审阅与编辑、监督、资源、项目管理、方法论、资金获取、概念化。Keer Shangguan：原始草稿撰写、可视化、方法论、调查研究、形式分析、数据整理。资金本研究得到国家自然科学基金（编号51778438）的资助。数据可用性数据可根据要求提供。CRediT作者贡献声明Zhang Dixin：审阅与编辑、原始草稿撰写、可视化、验证、方法论、调查研究、形式分析、数据整理、概念化。

Yong He：写作—审阅与编辑、监督、资源、项目管理、方法论、资金获取、概念化。Keer Shangguan：写作—初稿撰写、可视化、方法论、调查研究、形式分析、数据管理。Dixin Zhang｜Yong He｜Keer Shangguan