第一种视觉影响是建成环境对观察 者视野通视程度的影响。在一个特定观 察点上，人的视野实际观察范围可以模 拟成一个与地面垂直的虚拟视野面。由 于建筑物的遮挡，观察者所看到的视野 面划分为通视部分、被建筑物遮挡部 分，两者可以用占整个视野面面积的比 例来计算。在视野面上．通视部分所占 面积越大，被遮挡部分面积也就越小． 观察者的视觉体验就是越开阔．显然意 味着空间开敞度越高（图２）；反之，通 视部分所占面积越小．空间开敞度越 低。由于虚拟的视野面是一个与地面垂 直的二维平面，因此把这一类视觉影响 称为二维视觉影响。
１．２二维视觉影响与三维视觉影响 从视觉影响出发研究空间开敞度．
要区分建成环境对视觉造成的哪些影响 导致了对空间开敞度的体验。ＳＯｌ指数 认为建成环境对可视空间体积的影响形 成了对不同空间开敞度视觉体验。这一 方法尚有局限性。笔者认为。视觉上对 空间开敞度体验与建成环境形成的两种 不同的视觉影响有关。在本研究中，笔 者将其分别命名为“二维视觉影响”和 “三维视觉影响”。
第二种视觉影响是建成环境对观察 者可视空间大小的影响。从三维空间的 角度分析，在一个特定观察点上．观察 者实际观察范围可以模拟成一个以人眼 为顶点、以虚拟视野面为底面的棱锥。 在这个视觉棱锥中．由于建筑物遮挡。 必然导致部分空间可视、部分空间不可 视（图３）。两者均可以用体积来衡量。 可视空间体积越大．观察者的视觉体验 就越开阔。就可以认为空间开敞度高： 反之。可视空间体积越小。空间开敞度 越低嘲。由于视觉棱锥是一个三维空间
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钮心毅 徐方 基于视觉影响的建成环境空间开敞度定量评价方法
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图１芦原义信的Ｄ／Ｈ指标 Ｆｉｇ．１ Ｙｏｓｈｉｎｏｂｕ Ａｓｈｉｈａｒａ７ｓ Ｄ／Ｈ ｉｎｄｅｘ
一方面．ＳＯｌ指数率先提出了空间
开敞度与视野内可视空间的体积有关．
为定量计算空间开敞度提供了新的思
路：另一方面，ＳＯｌ指数将可视空间的
体积直接作为空间开敞度指标．这一方
法有局限性。本研究受ＳＯｌ指数的启
发，将探讨如何应用数字技术进行视觉
图２二维视觉影响
影响分析，在此基础ｏｎａｌ ｖｉｓｕａｌ ｉｍｐａｃｔ
响的简化指标。如果具备了适宜的视觉 影响分析工具．能够同时定量化计算二 维视觉影响和ｉ维视觉影响．就可以参 照Ｄ／Ｈ指标的思路，产生一个实用化的 空问开敞度定量评价方法．解决传统方 法的困境。
２ 视觉影响分析工具的研究进 展
在城市规划中采用数字化方法计算 可视性（Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ）定量进行视觉影响 分析．发源于景观规划设计领域，已经 有了较长历史【”。目前．采用ＧＩＳ数 字高程模型的可视性分析已经是比较成 熟的方法．可视性分析也已经成为ＧＩＳ 的基本分析功能之一。
Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｐａｔｉａｌ Ｏｐｅｎｎｅｓｓ ｏｆ Ｂｕｉｌｔ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｕｓｉｎｇ Ｖｉｓｕａｌ Ｉｍｐａｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ＮＩＵ Ｘｌｎｙｉ．ＸＵ Ｆａｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｓｐａｔｉａｌ ｏｐｅｎｎｅｓｓ ｏｆ ｂｕｉｌｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ ｖｉｓｕａｌ ｉｍｐａｃｔ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｂｕｉｌｔ ｅｎｖｉ— ｒｏｎｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｖｉｓｕａｌ ｓｅｎｓｅ ｉｓ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｖｉｓｕａｌ ｉｍｐａｃｔ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ·ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｖｉｓｕａｌ ｉｍｐａｃｔ．Ｗｅ ｅｘｐａｎｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ Ｙｏｓｈｉｎｏｂｕ
当前。ＧＩＳ的基本可视性分析工具 有两个１９１。一个是两点之间的可视性分 析．就是计算数字高程模型上给定两点 之间的通视性。另一个是视域（Ｖｉｅｗ． ｓｂｅｄ）分析，就是给定观察点，计算出 在数字高程模型上该点可以观察到的所 有可见区域。
这两种基本可视性分析方法．都不 是从模拟人眼的真实视野出发。两点之 间的可视性分析只能解决点对点是否可
定量评价建成环境空间开敞度的主 要难点在于缺乏合适的视觉影响分析技 术。近年来．在数字技术推动下，这一 领域的研究已经开始有所进展。Ｆｉｓｈｅｒ— Ｇｅｗｉｒｔｚｍａｎ采用计算机三维图形方法进 行视觉影响分析．提出了建成环境空间 开敞度的定量化评价指标ＳＯｌ指数 （Ｓｐａｔｉａｌ Ｏｐｅｎｎｅｓｓ Ｉｎｄｅｘ）１３－５１。ＳＯｌ指数 将空间开敞度定义为人眼视野范围内可 视空间的体积。在一个固定方向的视点 上．视野范围内可视空间的体积越大， 就意味着视野内遮挡视线的建筑物越 远，空间越开敞；反之。可视空间体积 越小．就意味着遮挡视线的建筑物越 近，空间越封闭。通过应用计算机图形 学的方法。计算出一个固定视点的视野 内可视空间体积得到ＳＯｌ指数值。
万方数据
２０１１年第ｌ期 总第１９３期童氙讳删学剐
Ｆｉｇ．３
图３三维视觉影响 Ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｖｌ§ｕａｌ ｉｍｐａｃｔ
体．因此把这一类视觉影响称为ｉ维视 觉影响。
观察者对建成环境的空间开敞度体 验是二维视觉影响和三维视觉影响共同 作用而造成的。因此，要定量评价空间 开敞度．必须有同时具备定量计算二维 视觉影响、三维视觉影响的分析工具。
２０１１年第１期
基于视觉影响的建成环境 空间开敞度定量评价方法
钮心毅 徐方
提要 提出一种运用视觉影响分析技 术定量化评价建成环境空间开敞度的方 法。首先将建成环境对人的视觉影响划 分为二维视觉影响和三维视觉影响。在 此基础上．对日本学者芦原义信提出的 建筑外部空间Ｄ／Ｈ指标进行扩展。构造 了一个综合二维视觉影响、三维视觉影 响的视觉影响分析模型。基于ＧＩＳ可视 性分析功能．提出了以通视率和平均视 觉遮挡距离为核心的定量评价指标。实 现对建成环境空间开敞度的定量化评价。 提出的方法可用于定量分析城市设计中 建筑群体的不同形态、不同布局对开敞 空间的影响．从而为城市设计方案评估 提供技术手段。 关键词 空间开敞度．视觉影响，地理 信息系统．可视性分析．城市设计
中图分类号ＴＵ９８４ 文献标识码Ａ 文章编号１０００－３３６３（２０１１）０１－００９１．０７
作者简介 钮心毅．博士，同济大学城市规划系，高密
度人居环境生态与节能教育部重点 实验室，副教授． ｍｋｔｘａｎｈ／ｉ＠ｔｏｎｇｊｉ．ｅｄｕ．ｃｎ 徐方．同济大学城市规划系，硕士生
万方数据
研 究建成环境的外部空间是城市设计的重要任务，外部空间的开敞度是需要重 点关注的因素之一。在城市设计中，空间开敞度（ｓｐａｔｉａｌ ｏｐｅｎｎｅｓｓ）概念虽 没有统一的定义．但往往被用来描述建筑外部空间的封闭或开敞程度，作为评价城 市空间优劣的主要考量因素之一。
这一定量指标简单易懂，因而为许 多城市规划、建筑学的教科书所引用。 然而。由于这一指标对真实视觉体验做 了极大的简化．导致在实际设计工作中 直接应用存在较大障碍。例如，由于建 成环境由建筑群体形成．观察者视野的 前方会有多个建筑物．多个建筑物的各 自建筑高度、与观察者之间距离都会有 所不同。指标中的距离值Ｄ和高度值Ｈ 取值就有困难。因此．实际工作中都还 是依赖设计师的主观评判来评价建成环 境的空间开敞度。
Ｆｉｇ．４
图４应用二维视觉影响、三维视觉影响分析Ｄ，Ｈ指标 Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ Ｄ／Ｈ ｉｎｄｅｘ ｂｖ ｕｓｉｎｇ ｔｗｏ—ｄｘｍｅｎｓｉｏｎａｌ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｖｉｓｕａｌ ｉｍｐａｃｔ
视问题．既不能计算视野面上通视范围 面积．亦不能计算视觉棱锥的可视空间 体积。视域分析虽然可以计算划分出观 察者的可见区域．但只能在数字高程模 型的表面上进行划分。前文已经讨论 过，观察者的视野面是一个垂直于地面 的平面，所以视域分析无法应用到垂直 的视野面上。视域分析方法也不能计算 可视空问的体积。因此，两种基本ＧＩＳ 可视性分析方法不能直接用于二维视觉 影响分析，更不能直接用于三维视觉影 响分析。从视觉影响出发研究空间开敞 度，不能直接使用现有的两种基本ＧＩＳ 可视性分析方法。
另一方面．再对视觉棱锥进行分 析。按照几何学原理，在棱锥底面不变 的情况下．棱锥体积与棱锥高度成正 比。观察点与建筑之间的距离值Ｄ就是 视觉棱锥的高度简化（图４－ｂ）。那么， Ｄ／Ｈ指标中距离指标Ｄ也可看作是三维 视觉影响的简化指标。
根据以上分析，Ｄ／Ｈ指标实际上是 一个综合了二维视觉影响、三维视觉影
觉影响分析模型，将其用于空间开敞度 定量化评价。
１ 空间开敞度的视觉影响因素 分析
研究用于分析空间开敞度的视觉影 响模型，首先需要分析哪些因素造成了 视觉上的空间开敞度的感受。
１．１人眼视野范围 视觉影响分析的基础是对人眼视觉
模拟。在医学上，将人的正常眼（单眼 或双眼）固视下所能看见的空间范围称 为正常视野。正常单眼视野外界上方为 ５６０，下方为７４。，鼻侧为６５０，颞侧为 ９１。。当物体的影像通过瞳孔和晶状体 落在视网膜上时．由于视网膜中间部分 感光细胞比较密集．物体的影像比较清 晰，而视网膜周围的感光细胞比较稀 疏，就反映出物体的大致影像。正常视 野敏感度以中心固视点最高。随偏心度 增加光敏感度逐渐下降。因此，人的视 野集中在垂直方向向上３００、向下４００。 水平方向向左向右各６０。范围内【ｑ。
很早就有学者认识到可以根据对观察者的视觉体验来评判建成环境的空间开敞 度ｆｌ】．之后也有一些学者依据视觉体验，提出过定量评价空间开敞度的方法。其中， 在国内建筑学界、规划学界影响较大的是日本学者芦原义信提出的“Ｄ／Ｈ”指标， 即采用观察点与建筑物之间距离（Ｄ）与建筑自身高度（Ｈ）的比值作为衡量指标踊。 当Ｄ／Ｈ＝１，即观察者视线仰角为４５。时，外部空间有一种内聚、稳定感； 当Ｄ／Ｈ＝ ２，仰角为２７。时，外部空间尚不致产生离散感；而Ｄ／Ｈ＞３，仰角为１８。时，外部空 间离散。围合性差；对比之下，当Ｄ／Ｈ＜Ｉ对，外部空间会给人以紧迫感，呈现一种 封闭现象（图１）。芦原义信在其著作中将“Ｄ／Ｈ”指标作为衡量外部空间尺度的指 标，芦原义信所指的空间尺度就是指通常意义上的空间开敞度。