18 光与空间的拓扑研究.pdf

73 建筑学报 ABSTRACT/ On the level of psychology, the author makes a study on topological properties of light and space, sums up two schemas: day schema and night schema, and two experimental apparatus. Correspondingly, develops a design pattern of space for Brightness Perception. KEY WORDS/ Light, Space, Topological research, Day schema, night schema 光与空间的拓扑研究 常志刚郭丹 摘要/ 在心理学层面上对光与空间的拓扑关系进行研究， 总结出两 种图式 ： 昼光图式和夜景图式， 并相应的制作了两个实验装置， 据 此发展出光与空间设计的模型和相应的设计方法。 关键词/ 光 空间 拓扑研究 昼光图式 夜景图式 作者单位：中央美术学院( 北京, 1 0 0 1 0 2 ) 收稿日期：2 0 0 5 - 1 2 - 1 5 一、心理表象 所谓心理表象，是指人脑中在知觉的基础上形成的感性形象， 是深藏于人们心中的“意象” ，它可以在没有任何外部刺激的情况 下， 从记忆中恢复或从描述中重述的那些并不出现在人眼前的景物 的回忆与推理过程，比如我们对于城市的印象，比如建筑师进行方 案设计的过程。近来越来越多的学者认为，心理表象是一种对信息 记忆的抽象，是一种概念，不局限于任何感觉形式。人只是概念化 地去记忆东西，在记忆中存储的是对事物的说明、解释，是概念， 是关于事物的意义内容在用的时候提取的过程中， 再把意义的 形象复现出来。 A n d e r s o n ( 1 9 7 8 ) 对心理表象有一个典型的归纳：心 理表象反映了信息在长时记忆中的组织方式。 也有学者把心理表象归结为某种图式。F r i e d ma n ( 1 9 7 9 ) 说： “针对某一事件的情节记忆信息是事件与记忆中其原型之差” 。 2 图 式就是所谓记忆中的“原型” ，它可以帮助我们更好地预测客观世 界，使人们对环境中信息的分析相应减少。 当我们注视一些日常场 景( 如卧室或演讲厅) 时，记忆中关于这些场景的图式会使我们对可 能呈现的目标具有非常清晰的期待， 于是减少了知觉系统用来识别 预期目标所需的信息加工量， 从而可以释放资源来加工场景的更新 颖和更出乎意料的特征。 二、心理表象的拓扑性质与知觉常性 拓扑学最感兴趣的是图形的位置关系或图形的组织方式， 而不 是它的大小或形状。拓扑性质是心理表象或图式的最基本特性，而 心理表象或图式的拓扑性质则在知觉常性中体现出来。 当知觉对象的物理特性发生变化时， 知觉形象并不发生相应变 化，这种知觉的稳定性或不变性叫做知觉的恒常性。视知觉的恒常 性表现得特别明显，对象的大小、明度、颜色等知觉都有一定的恒 常性，比如，房间无论是用冷色的日光灯照射还是用昏黄的白炽灯 照射，我们都会毫无疑问地知道墙面是白色的。 常性不仅存在于有关大小、颜色与运动的知觉，而且，其它与 建筑学有关的环境知觉，也具有“常性”的特点。比如， “室内整 齐地排列着一张张桌子和椅子， 前面是一个讲台， 墙壁上挂着黑板 的房间是教室而不是教堂。大片森林所包围的一片空地，当中有一 圈石头，其中燃烧着熊熊篝火的地方是野营地而不是办公楼。 诸如 此类，即使教堂在战时成为一个临时医院，或是已经改用作仓库， 教堂仍会被看成是教堂；足球场依然会被看成是足球场， 而不是图 书馆，即使曾被用来作为书市” 。 3 另一方面， 常性是一种下意识的预测，形状的知觉和解释都受 到 “预测” 的影响。 G r e g o r y 发现的凹面错觉( h o l l o w f a c e i l l u s i o n ) 就是一个很好的例子（图 1 ） 。在这种错觉中，观察者在离一个人 脸的凹形面具几英尺远时，报告看到一个正常面孔( 凸面的) 。这表 明，观察者依据心理表象而形成的对于面孔的期望，使其忽视了立 体视觉的信息的作用。再如，当我们面对三维的物体，而又不知道 光线的方向时， 人们常常假设光线来自一个光源并且是从上面射下 来的( 一般天然光线的方向) 。有时候这种假设会导致错误的知觉。 图2 ( 左) 是一张月球表面的地形照片，我们可以看到有许多山和山 谷，谷中有一条大河。图2 ( 右) 是将( 左) 倒置的结果，原来山谷中的 一条河变成了一条山脊。 我们眼睛的判断， 主要取决于这张照片放 置的方向。 由于图上并无光线投射方向的线索，我们下意识的都假 国家自然科学基金资助项目( 5 0 2 0 8 0 0 9 ) 设计研究 RESEARCHES IN DESIGN 建筑学报 74 设为光线是从上面射下来的，因为太阳只有一个，所以( 右) 中山谷 变成了山峰，河流变成了山脊。 4 上面几个例子表明，知觉常性对于人的知觉有着非常显著影 响：根植于人们心中的 “原型” (“图式” 或 “牢固的心理表象” ) 使人 们趋向于把任何环境刺激都向 “原型” 进行归类， 并与之进行匹配， 即使是实际上与原型不相关的刺激和信息。而一旦这种“归类”和 “匹配”活动得以实现，人们就会获得这种刺激和信息的“意义” ， 从而产生满足或愉悦感。 对于建筑中光与空间的设计， 我们应如何利用认知的这一特点 呢？作者认为，最关键的是搞清楚光与空间的图式“原型” 。 三、光与空间的拓扑关系与图式 如上所述， “下意识的假设光线是从上面射下来的”是人们视 觉认知的一个常性。在昼光下， 人们对于三维物体是如何表现的也 具有丰富的经验，这种对第三维的感觉不仅是通过人们的立体视 觉， 并且也包括了观察光线的变化和影子， 从而可以表示出它们的 体积和形状。人们对于许多物体的形状、大小、位置等在明亮的自 然光线下的外观是很熟悉的。如果因为光线的变化( 亮度梯度) 和影 子的分布与人们预期的情况不一致以及产生矛盾时， 常常会使人感 到不安。 这说明， 人们已经在几百万年的进化和几千年的历史中建 立了关于光与物体位置关系的“牢固的心理表象”或图式。 对于建筑而言，作者认为， 同样存在着一个根植于人们心中的 关于光和空间的图式( 原型) 。Wi l l i a m M. C . L a m说，从古至 今， “所有的建筑都是针对着一个固定的光源太阳进行设计， 伟大的建筑与一般的房屋之间的区别， 在很大程度上取决于设计师 利用这个固定光源的技巧。 ” 5 这种光源与建筑的关系意味着，光总 是从外部射入空间， 这种光和空间的拓扑关系是否也是影响我们空 间体验的一个图式呢？ 我们进行了一个简单的对比实验， 实验在两个相同的封闭房间 进行，让 2 0 个被试者分别在两个房间中从事阅读活动，之后，让 他们对两个环境进行主观评价。两个实验室分别对应两种拓扑关 系，参见图3 ( a , b ) ： a . 人与光源在同一空间人可看到光源 ( 照明方式：吸顶灯台灯) ； b . 人与光源不在同一空间人看 不到光源光从外部射入( 照明方式：暗藏灯槽台灯) 。两种模 式的桌面照度是相等的，而a 模式的环境亮度更高。让被试者比较 二者的空间感受, 结果一致认为 b 模式的空间感更强，满意度更高。 这个现象也验证了照明设计师的一个经验：照明设计应该是 “见光不见灯” 。在建筑中，特别是在中国的园林中，这种“见光不 见灯”的拓扑关系被大量的应用在空间层次的营造之中（图 4 ） 。 那么在夜晚， 我们的视觉认知又会有什么样的心理表象和图式 呢？电灯的大量使用不过百余年的历史， 所谓城市夜景照明是从二 战以后才真正发展起来的， 也不过几十年的历史。 L a m总结道： “我 们下意识地认为白昼室外比室内亮，晚上则室外比室内暗。 ”我们 可以把这个“下意识”理解为两种常性或两种图式，作者把它们归 纳为两个简图：一个是图5昼光图式，另一个见图6夜景 图式。 可以看出昼光图式与夜景图式的共性在于“人与光源不在同 一空间” 。这两种图式不仅影响人们关于时间的定向( t i m e o r i e n t a t i o n ) ，也影响着人们关于空间的定向。 有一个有趣的现象( 图 7 ) ，建筑在昼光下的外观形象与夜景的 外观形象形成了亮度上的互补，也就是说，建筑在阳光下暗的地 方，比如门洞和线脚下的阴影，在夜景中正好是其亮的地方；而建 筑在阳光下亮的地方正好是在夜景中暗的地方。 把两张照片放在一 起，从亮度分布的角度来看，其中一张就好像是另一张的反转片。 其它的夜景照明项目与其昼光形象之间也存在着类似的规律。 根据图5 昼光图式和图6 夜景图式，凭借简单的几何知识 的推导就可以得出， 昼光外观形象与夜景的外观形象所形成的亮度 分布的互补正是由二者相反的光源与空间的拓扑关系所决定的。 四、光与空间的模型 根据昼光图式和夜景图式，我们设计制作了两个光箱装置，其 中“光箱装置I ”对应昼光图式， “光箱装置I I ”对应夜景图式。 1 . 光箱装置 I 光箱的壳体由两片垂直的圆柱面围合而成， 两片圆柱面交叉的 75 建筑学报 1 1 夜景图式光箱实验作品美术馆在夜晚与白天呈现出了亮度分布互补的建筑形象 ( 作者指导的学生作业专题美术馆设计) 地方形成了观察口。光箱壳体的内表面规则布置日光灯和白炽灯， 用以模拟室外的天空光。 由于技术限制，我们没能实现对直射日光 的模拟。光箱的中间放置一个的封闭的盒子用来模拟建筑空间( 图 8 ) 。每当在墙面、顶棚或地板上开凿出孔洞或缝隙，光线就会射入 空间，形成一种光环境( 或光视空间) 。改变孔洞或缝隙的位置、大 小、造型，光环境也会随之改变。而改变孔洞或缝隙意味着改变空 间形式。由此我们可以看出，光与空间是互动的。 实验过程中学生们通过对封闭的盒子( 即空间模型) 开孔和开缝 引入光线，并不断调整孔洞或缝隙的位置、大小与造型。我们称这 个过程为“光与空间一体化的动态设计” ，纸箱内部的视觉环境( 造 型与光亮) 会不断优化直到满意为止。这样我们就可以在同一个实 验过程中同时实现空间设计和光环境设计两个阶段的内容。图9 是 作者指导下的光箱实验设计作品。 我们制作这个光箱装置的目的当然不仅仅是再现昼光图式， 更 重要的是，我们通过这个装置，在这个图式之下，把光与空间的设 计还原到其本初的状态和原始意象上去。Wi l l i a m M. C . L a m 说： “光并不总是结构发展的产物，更多的时候，是为了实现光与 空间的效果而促成了结构自身的发展。 ” 2 . 光箱装置 I I 根据夜景图式，我们设计制作了“光箱装置I I ” ( 图1 0 ) 。箱体 中布置日光灯和白炽灯， 用以模拟建筑内部的灯光。箱体的玻璃板 上面放置一个封闭的盒子用来模拟建筑空间。 实验的操作过程与光箱装置I 大致相同：学生们通过对封闭的 盒子( 即空间模型) 开孔和开缝将光线从建筑( 封闭的盒子) 中透射出 来，并不断调整孔洞或缝隙的位置、大小与造型，直至使建筑形成 最佳的视觉形象。 于是，在同一个实验过程中同时实现建筑外观设 计和夜景照明设计两个阶段的内容，而这个夜景正是那 “远处房屋 中透出的摇曳的灯光”的体现( 图1 1 ) 。 我们制作这个光箱装置的目的当然也不仅仅是再现夜景图式， 更重要的是，唤起人们对夜晚的经验记忆中关于时间与空间的定 向，反思建筑设计和城市夜景照明设计的问题。 五、 结语 这两个光箱装置及其观念可以让我们从“原型”的角度重新思 考建筑空间的设计， 并把光作为设计的一种原初的构思源泉和主动 的设计要素，而不是最后的锦上添花。 人们的视觉认知不会像照相机一样简单直接， 而有其自身深层 的规律，我们应该对视觉认知的现象与心理机制进行深入的探讨， 充分借助视觉认知的主动性，并使