建筑视觉场的算法研究及其在传统街区更新改造中的应用

Spatial scales and its psychological cognition is the key to describing and controlling the characters of space. Starting from the physical structure of the human eye, the researcher raises the conception of visual field of building which help extend human visual perception of building scale into intensity of psychological cognition of space, and propose the calculation method of intensity of visual psychological field of building which realizes the achievement of quantization of psychological space perception. Thus avoiding the limitations of traditional methods of studying proportions of districts' sections, the researchers achieve accurate description of complex psychological cognition of a full range of architectural space and calculation of composite group space so that the differences of psychological cognition intensity can be judged. Combining with classified calculation of many buildings, the researchers tease out the correspondence between spatial scales and psychological cognition of typical buildings and establish data model of visual field of building with criteria of spacial psychological cognition for classification which will become an effective desigh tool for controlling architectural space characters. Because of the practicality of algorithm research on visual and mental field of building which can help grasp the extent of psychological cognition of space, the result of this research can give quantitative results of the change of psychological cognition before and after the renovation of traditional districts, so that spatial renovation can be controlled effectively and this method will become the way to evaluate the renovation desigh of traditional districts. This can provide theoretical value and practically guidance for protection and renovation of traditional districts and building groups and the coordination of old and new spaces.

空间尺度及其心理认知，是建筑性状描述与控制的关键。本研究从人眼生理构造出发，引出建筑视觉场的概念，将人眼对建筑尺度的视觉感知程度转化为空间认知强弱，提出了建筑视觉心理场场强的计算方法，实现了建筑空间心理认知程度的量化。从而避免了传统街区断面比例的静态研究方法的局限性，实现建筑空间全方位心理认知的准确描述和建筑群体空间的复合计算，得以评判空间心理认知程度的差异性。项目结合大量建筑案例的分类计算，梳理出典型建筑空间尺度与心理认知的对应关系，建立以空间心理认知为划分标准的建筑视觉心理场数据模型，成为建筑空间性状控制的有效工具。 基于建筑视觉场算法研究在把握空间认知程度上的实用性，该研究成果可以对传统街区改造前后空间的心理认知变化给出量化结果，对空间改造进行有效控制，成为传统街区空间改造的设计评价方法。这对于传统街区及建筑群体的保护更新以及新旧建筑的空间协调都具有理论研究价和现实指导作用。

建筑体量、空间尺度是构成建筑群外部空间心理认知的基本要素。本研究从人眼生理构造及视觉机制出发，建立建筑全域视觉心理场（简称“建筑视觉场”）的概念，将人眼对建筑体量与空间尺度的视觉感知转化为空间认知程度的强弱，并提出建筑视觉场场强的计算方法，经几何法、射线法、切片法的算法优化，使空间认知计算在计算量与精确性间求得平衡实用，实现了建筑空间心理认知程度的准确量化。在解析各控制参数在空间认知中作用的基础上，利用Itti-Koch算法进行视觉显著性研究，还原了传统“过白”空间设计手法的科学本质，继而引入轮廓视觉与细部视觉的概念，解析了传统建筑立面设计与外部空间控制的内在关联；结合人眼对比敏感度函数模型，提出行进间视觉场场强的算法，以描述不同路径中视觉场场强的变化规律；结合经典建筑算例，对传统宫殿、寺庙、合院、街道、广场等公共空间进行类型化空间分析，梳理出典型建筑空间尺度与心理认知的对应关系，解析各类型公共空间的设计规律。在传统历史街区更新保护的研究中，结合仰角场强控制域的算法，检出对街区视觉认知造成显著差异的新建建筑，该算法对于制定历史街区协调控制区的建筑高度控制给出准确量化，对空间改造进行有效控制，成为非常实用的街区建筑空间性状控制的有效工具。该研究对于传统街区及建筑群体的保护更新以及新旧建筑的空间协调都具有理论研究价和现实指导作用。