《Journal of Environmental Management》：Balancing color and order: Configuration-dependent effects of dominant color composition and spatial structure on scenic quality in urban forest landscapes
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摘要视觉色彩构成是城市森林文化生态系统服务的关键组成部分，然而，主色图案与美学效果之间的空间机制尚未得到充分量化。本研究开发了一套可复现的工作流，通过自动化指标提取，将数字化模拟的森林场景转换为栅格数据集，并批量推导像素级指标以表征主色空间格局。研究量化了主色覆盖率、空间聚集
摘要
视觉色彩构成是城市森林文化生态系统服务的关键组成部分，然而，主色图案与美学效果之间的空间机制尚未得到充分量化。本研究开发了一套可复现的工作流，通过自动化指标提取，将数字化模拟的森林场景转换为栅格数据集，并批量推导像素级指标以表征主色空间格局。研究量化了主色覆盖率、空间聚集度和斑块面积，以探究它们如何共同塑造色彩多样性、规律性和结构平衡这三个结构维度，以及这些维度与景观美感之间的关系。基于采用风景美感评估（SBE）程序对北京八达岭红叶观光林81幅秋季模拟场景进行的7级评分任务所得到的风景美感评分，结果表明，在测试的红/橙与绿色对比条件下，适度主色覆盖率（50%）结合中等聚集度和中等斑块面积时，风景美感倾向于较高。这种配置增强了视觉秩序，同时保持了足够的色彩区分度。相比之下，高覆盖率（75%）或过度聚集往往会降低色彩区分度并削弱空间可读性，从而可能降低视觉质量感知。总体而言，研究结果表明显性美学反应更好地由协调的空间配置来解释，而非仅由色彩丰富度来解释。所提出的基于栅格的框架为城市森林规划和管理中的季节性色彩分区和美学优化提供了可操作的指导。
引言
随着城市化的加速，城市居民获得了丰富的社会资源和服务，物质生活水平显著提高。与此同时，城市化也给环境质量、生态系统服务和生物多样性带来了新的挑战。城市化通常与环境污染加剧、生态系统服务下降和生物多样性减少相关（Bloom等，2008；Wu，2008）。与自然环境的接触可以增强人类福祉，并对身心健康产生益处（Clark等，2014；Hoyle等，2017）。然而，与自然规律互动的机会正变得愈发有限，步行范围内的可达性已成为影响绿地游览的重要因素（Soga和Gaston，2016；Sturm和Cohen，2014）。因此，绿地和自然环境的可达性已成为城市发展中的重要公共卫生和福祉问题（Banwell等，2024；Xie等，2024）。
以往的研究通过景观偏好理论和注意力恢复理论（ART）的框架评估了人类健康与福祉（Liu等，2024；Xie等，2024）。景观偏好理论植根于人们固有的环境美学偏好，确定了恢复潜力的四个维度：远离日常、吸引注意、条理性和兼容性（Kaplan，1987）。这些维度与人类福祉密切相关，因为它们支持注意力恢复、减轻心理疲劳、促进吸引注意力、增强感知条理性并加强个体与环境之间的兼容性（Kaplan，1995；Herzog等，1997）。
色彩结构与景观偏好之间的关系尚不清楚，这仍然是科学探索和实际景观设计中的重要课题。越来越多的证据表明，审美欣赏往往随着视觉和生物多样性增加而提高。在不同的城市环境中，丰富的植被构成与增强的审美体验、偏好和宜居性感知相关联（Hoyle等，2018；Wang等，2019a；Wang等，2019b；Fischer等，2018a；Lindemann-Matthies和Marty，2013；Fernandez-Ca?ero等，2013）。然而，这种正向关联并非普遍存在。欧洲城市的研究表明，生物多样性与人类偏好之间存在中性甚至负相关，特别是在未管理或低维护的设置中（Brun等，2018；Qiu等，2013；Wu等，2024a；Wu等，2024b）。这些不一致性表明，多样性的美学效益可能受到情境、文化和感知因素的调节（Pett等，2016）。
注意力恢复理论（ART）框架内的研究结果也显示出相当大的差异。虽然几项研究强调了城市及近郊景观中较高物种丰富度与恢复性和情感效益之间的关联（Carrus等，2015；Hao等，2024b），但也有研究提出，感知到的福祉更多地源于视觉秩序和构图美感，而非生物多样性本身（Zakharova等，2025；Cooper等，2024）。证据进一步表明，中间水平的多样性而非极端水平，往往能激发最积极的情感反应（Johansson等，2014），这强化了视觉平衡和条理性调节恢复结果的观念。
除了物种构成外，色彩也是视觉质量的决定性因素。色彩斑块的空间配置通过改变视觉节奏和条理性来影响景观感知（Zhao，2013）。高饱和度的花卉展示在超过特定覆盖率阈值时可引发强烈的积极反应（Hoyle等，2017），而低对比度的绿色调则常常促进平静和反思。研究表明，公众偏好与花卉丰度、色彩多样性和色彩均匀度的关联比仅与物种丰富度的关联更为密切（Graves等，2017）。累积研究发现，色彩多样性在塑造美学和恢复反应方面起着关键作用（Hoyle等，2018；Southon等，2018），并进一步表明感知到的而非客观的色彩多样性是视觉满意度和恢复潜力的关键驱动因素（Hao等，2024b）。因此，确定具有感知有效性的色彩构成对于推进恢复性城市景观的循证设计至关重要。
作为森林美学中最直接和最具表现力的元素之一，色彩通过各种组合和对比产生多样的视觉体验（Wu，2010；Yang等，2014）。广泛使用的RGB模型涵盖了几乎所有人类可感知的颜色，但无法充分表达直观的人类感知和空间斑块结构。相比之下，HSV模型描述色相、饱和度和明度，与真实视觉感知更为一致。例如，在以绿色为主的城市森林中，其他色相的存在创造出了色彩斑斓的景观。光照和亮度条件进一步影响视觉印象。因此，利用HSV模型分析色彩斑块为将景观色彩结构与感知质量联系起来提供了更为现实的依据（Feng等，2024；Wang等，2025）。
综上所述，色彩是公众森林感知中的关键组成部分。因此，城市森林规划应不仅考虑物种多样性，还应考虑色彩构成的感官效应，因为这些效应可以塑造感知和休闲体验。此外，由于人类色彩感知天生有限，主色通常能吸引更多注意力，并且相同的颜色可能根据其空间分布产生不同的视觉效果。本研究认为，色彩构成在塑造城市森林环境感知方面起着重要作用。研究成果有望为城市森林景观规划和色彩设计提供理论洞察和实践指导。具体而言，本研究旨在探讨色彩构成和空间分布如何影响秋季森林的景观质量感知。使用北京八达岭红叶谷的原始秋季场景，利用Adobe Photoshop CC 2019创建了81幅模拟图像，并进行了问卷调查以评估不同色彩配置下的公众景观质量感知。本研究旨在回答三个核心问题：
- 1
主色的空间分布和面积如何影响景观色彩特征？
- 2.
这些主色结构属性与感知到的风景美感有何关联，是否存在与较高风景美感相关的可识别配置范围？
- 3.
可以推导出哪些面向管理的设计规则（如推荐的主色覆盖率和配置），以支持城市森林的季节性色彩分区和美学优化？
章节摘要
研究区域
实验在中国北京市延庆区的八达岭红叶谷进行。该地点因其具有代表性的以Cotinus coggygria（漆树）和Acer truncatum（秃蜡枫）为主的秋季森林景观而被选中，这两种植物表现出适合色彩结构模拟的显著色彩对比。基于实地观察，确定了三个具有高度景观可视性的典型视点，并建立了14个不同大小（20×30米至50×50米）的样地以
色彩指数的选择
皮尔逊相关分析表明，LPI、MPFD、MPAR、MRCC、LSI和AI等空间指数与景观质量呈显著正相关。这些指数有效地捕捉了景观的结构特征和空间配置，与人类美学感知表现出强一致性。相比之下，MCI、LDI、SIDI和SHEI等指数与景观质量的相关性较弱。此外，MH、MS、MV和RH等构成指数
主色参数对景观色彩结构的主要效应
主色总面积（A）、主色聚集度（B）和主色斑块最大面积（C）这三个参数共同塑造了景观色彩结构的视觉层级、秩序和节奏。它们对色彩多样性（L1）、形状规律性（L2）和结构平衡性（L3）的影响揭示了空间色彩组织控制感知秩序和美学体验的互补机制（Lin等，2022；Mu等，2022）。其中，A
结论
本研究阐明了主色覆盖率、空间聚集度和斑块面积如何共同影响城市森林景观的美学-结构质量，并将这些关系转化为具有管理相关性的设计指导。基于7级评分任务得出的风景美感评分和从81幅模拟秋季场景中提取的主色图案指标，结果表明，在测试的红/橙与绿色对比条件下，中间水平的主色
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胡左由： 撰写-审阅与编辑，撰写-初稿，可视化，验证，软件，资源，方法，调查，形式分析，数据整理，概念化。李平： 可视化，方法，数据整理。李中一： 验证，监督，软件，调查。李jiheng： 调查。李宪文： 可视化。马冰倩： 撰写-审阅与编辑，监督，软件，方法，资金获取，形式分析。徐承阳： 撰写-
基金
本研究得到了北京林业大学5·5工程研究与创新团队项目（BLRC2023B06）和国家自然科学基金（项目编号 32602532）的资助。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
胡左由|李平|李中一|李jiheng|李宪文|马冰倩|徐承阳|Richard J. Hauer
北京林业大学城市林业研究中心，国家林业和草原局森林培育与森林生态系统重点实验室，北京林业大学，北京，100083，中国
