一、背景介紹

城市公園景觀通過提供休閑空間顯著影響居民身心健康，但其舒適度評估長期依賴主觀問卷與基礎生理指標，缺乏量化數據支持，且現有研究多基于靜態圖片或單一感官刺激，對景觀布局特征（如節奏感、封閉性）的認知神經機制探索不足。景觀形態研究以及運用認知神經科學進行該研究十分必要，對城市規劃、景觀設計及人類福祉意義重大。景觀形態影響人們的舒適度和體驗，而認知神經科學能從生理層面揭示其中機制，為景觀設計提供科學依據。

二、論文摘要

來自河北工程大學建筑與情感國際研究中心、中國建筑科學研究院的研究團隊利用EEG 和VR技術探索了景觀形態的認知神經科學機制，并將相關研究成果發表在MDPI旗下的Applied Sciences期刊，題為“Electroencephalography (EEG)-Based Comfort Evaluation of Free-Form and Regular-Form Landscapes in Virtual Reality”，報告了自由形態景觀和規則形態景觀通過激活不同腦區的α波注1引發舒適感，揭示了大腦對不同景觀的反應機制，尤其是景觀自然度、節奏性等特征與特定腦區α波值呈線性關聯，為量化評估景觀舒適度提供了神經科學依據。

注1：α波（Alpha Wave）是人類腦電波的一種，頻率范圍在 8 - 13Hz 之間。當人體處于放松、平靜且無壓力的清醒狀態時，α 波通常較為活躍。在本文的研究中，α 波被用作衡量人體是否處于舒適、平靜狀態的關鍵指標。

圖1 文章信息

三、研究設計與結果呈現

（一）實驗設計——研究團隊采用雙模態數據采集方案

1.虛擬場景構建

研究者使用SketchUp Pro 2023建模，結合MARS渲染軟件生成14,500㎡虛擬景觀，其中自由形態景觀（D1，見表1）以“無軸線+曲線步道+自然植被”為特征，植被高度3-5米、葉色偏深（RGB 100-150）；規則形態景觀（D2，見表2）設東西向主軸線，幾何化空間通過直線步道連接，植被修剪為球形/柱形，葉色明亮（RGB 180-220）。

2.視頻參數

360°全景、2K分辨率（2048×1080）、60幀/秒，模擬成年男性（178cm）正常步行速度（1.39m/s vs. 1.37m/s）的視角，以確保場景沉浸感。

3.主觀問卷

采用15項李克特量表（-5到5分），聚焦物理感知（空間封閉度、色彩豐富度）與心理感知（安全感、依賴感），其中以與身體感覺相關的問題，如“節奏感知”“秩序感”“自然度”為核心對比指標。

4.數據采集

共30名健康大學生參與實驗（見圖2 左圖），佩戴64通道電極帽，但是選取覆蓋枕葉（O1/O2/Oz）、顳葉（T7/T8）、頂葉（P3/P4）等區域的32個電極數據進一步做分析（見圖2 右圖）。被試被要求先觀看自由形態景觀后觀看規則形態景觀，間隔5分鐘休息以避免疲勞效應，實驗全程在25℃、無噪音的封閉實驗室進行。實驗數據采集流程見圖3。

研究者主要分析了腦電信號的α 波，并比較了每個被試在觀看兩種景觀時的α 波幅值大小。

圖2 實驗設備和腦電極分布

圖3 數據采集流程

（二）核心結果解讀

1.生理舒適度的腦區特異性激活

（1）自由形態景觀（D1）

圖4展現了相比于規則形態景觀，左顳葉（FC5/T7/C3）與右頂葉（P4/P8）等11個電極表現出顯著更高的α波幅值（p<0.05），集中于。結果表明，自由式景觀中更自然的植物配置、曲折的路徑、隱蔽的空間等特征可以增加左顳葉和右頂葉的 α 波值。左顳葉負責情緒調節與視覺記憶處理，其激活提示自然景觀通過“非規則路徑+植被隨機性”促進放松；右頂葉主導空間定位，反映自由形態景觀的“探索性”對空間感知腦區的正向刺激。

（2）規則形態景觀（D2）

同樣在圖4中，相比于自由形態景觀，7個電極α波更高（p<0.05），集中于枕葉（Pz、POz、Oz 和O2）與右顳葉（T8）。枕葉作為視覺皮層核心區，其激活與規則景觀的“直線軸線+幾何圖案”強視覺刺激直接相關；右顳葉（T8）涉及視覺信息整合，表明規則布局的可預測性可能通過簡化視覺處理提升局部舒適度。

圖4 兩組景觀設計方案中各腦區電極差值（p 值）與各腦區電極 α 值的比較

2.主觀認知差異的量化對比

（1）物理特征感知

規則景觀在節奏感知和秩序感上得分顯著更高，反映其“直線道路+對稱節點”布局的強規律性；自由景觀的自然度和隱蔽性評分突出，與其“曲徑+植被遮擋”設計密切相關。

（2）心理情感反饋

規則景觀的安全感和依賴感得分更高（見圖5），可能源于清晰的空間結構降低了環境不確定性；自由景觀在愉悅感上略優，但未達顯著水平。

圖5 15組主觀評價因素的平均得分和差異檢驗結果

3.景觀特征與腦區的關聯性解析

為了探索主觀因素評分與腦電α波之間的關系，研究者選取了18組電極上對兩種景觀的α波幅值差異（αD1–αD2），與主觀因素評分差異（SD1–SD2）進行了相關分析（結果見圖6）。主要結果有：

（1）節奏感知與枕葉O1和Oz電極α波呈正相關（見圖6），進一步比較兩種景觀在O1（代表左枕葉）和O2（代表右枕葉）上誘發的α波幅值的差異與節奏感評分的均值 （見圖7左），提示強節奏刺激對左右枕葉的非對稱影響——左側枕葉可能更敏感于規律性視覺輸入，右側枕葉則在自然無規律場景中更活躍。

（2）自然度與左顳葉T7和右顳葉T8電極α波呈顯著負相關（見圖6），與右顳葉T8電極負相關，然而在這兩個電極上兩種景觀誘發的α波幅值和自然度評分均值呈相反的關系（見圖7 右），表明自然元素可能通過激活左側情緒調節腦區提升舒適感，而規則景觀的人工特征可能過度刺激右側視覺整合區域，導致局部疲勞。

圖6 主觀因素得分與腦電圖α波值相關。

注：*：p ≤ 0.05

圖7 設計 D1 和 D2 中電極的 α 值與主觀因素得分的比較

四、結論與討論

（一）研究結論與科學價值

該研究在基于虛擬現實的自由形態與規則形態景觀研究中，創新性地借助EEG技術揭示了景觀布局對腦區活動的差異化影響：自由形態景觀的“去規則化”特征通過多腦區協同激活（情緒調節+空間感知）實現廣泛的生理舒適，與Roger Ulrich（1981）“自然景觀促進壓力恢復”的經典結論一致；而規則形態景觀的“幾何秩序”依賴視覺皮層（枕葉）的高效處理引發局部舒適響應，補充了Linhong Wang（2016）關于“高對比度景觀刺激腦波α值”的發現。主觀問卷與生理數據的交叉驗證，構建了“景觀特征—腦區響應—舒適體驗”的三層關聯模型，為量化評估提供了跨學科框架。

（二）研究局限與展望

盡管本研究通過EEG與VR技術揭示了景觀形態對腦區活動的差異化影響，但仍存在以下局限：首先，樣本量較小（n=30）且參與者群體以學生為主，可能限制結論的普適性，未來需擴大樣本覆蓋不同年齡、職業及文化背景人群；其次，VR模擬雖提升了實驗控制力，但與真實環境的感官反饋（如觸覺、嗅覺）存在差異，后續可結合混合現實（MR）技術增強生態效度；此外，研究主要聚焦α波指標，未整合其他生理參數（如心率變異性、皮電反應），多模態數據融合將更全面解析景觀感知機制。

原文鏈接

Ren, H., Zheng, Z., Zhang, J., Wang, Q., & Wang, Y. (2024). Electroencephalography (EEG)-Based Comfort Evaluation of Free-Form and Regular-Form Landscapes in Virtual Reality. Applied Sciences, 14(2), 933.

作者及研究團隊介紹

本研究由河北工程大學建筑與情感國際研究中心（International Research Center of Architecture and Emotion, Hebei University of Engineering）的Hongguo Ren、Jing Zhang、Yujun Wang團隊與中國建筑科學研究院建筑安全與環境國家重點實驗室（State Key Laboratory of Building Safety and Built Environment, China Academy of Building Research）的Ziming Zheng、Qingqin Wang合作完成。研究得到韓國國家研究基金會（NRF）的資助（項目編號：RS-2023-00239818），實驗方案經河北工程大學倫理委員會審批（協議代碼：BER-YXY-2023031）。

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