研究笔记 | 景观考古学中的视觉分析

前言：在关于历史地表留存的空间分析中，视觉分析由于其更接近人类的感官而具有更广泛的应用。该读书报告从1.景观的视觉研究，2.景观考古学中的视域分析这两个方面将笔者近来阅读的文献进行大致梳理。

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景观中的视觉研究

针对视觉研究，风景园林行业已经涌现了多种分析方法，其主要包含了2种研究方向 [1]。 

（1）从视觉的细节感受出发

通过研究人的视角所摄的照片等影像资料，结合图像软件和情绪测度设备等工具，判断使用者的视觉感受和景物之间的关系。杨波在文章中介绍了基于一手现场数据的视觉和生物气候学分析，突出了景观设计实现社会效益的可能性，视觉分析表明景观设计可以为将近98%的不佳视线提供缓冲，证实了景观设计的有效性，为衡量社会层面的景观绩效提供有效的方法，从而有助于改善未来的住宅景观设计[2] 。

虽然环境体验在开放空间设计中越来越受到重视，但是准确的描述和测量环境体验却较为困难，陈筝在研究介绍了一种基于实景（in situ）体验中的实时（real time）心理物理反馈数据的视觉及综合体验评价新技术，及其在规划设计评价中的应用，利用便携式生物反馈仪和GPS采集人在实景体验中的心理物理反馈和空间位置移动数据，并采用情感计算（affective computing）技术对生理指标进行加工和体验预测，通过整合情感数据和空间数据的情感制图（affective mapping）技术，实现对建成环境体验的实景视觉体验评价，识别激发负面体验的环境因素并进行改进设计[3]。陈筝在传统景观视觉规划设计的基础上介绍了如何通过包括生物反馈信息采集、地理信息协同平台、增强现实等技术对目前景观视觉规划设计过程进行优化和模拟检验[4] 。

该类研究在空间尺度较小的城市空间中较为有效[5]。

图1 实验设备及佩戴外观（图片来源：参考文献[3]）

图2 基于心理物理反馈的环境体验评估（图片来源：参考文献[3]）

（2）从较大尺度的区域规划入手

判断区域的自然环境中景观要素之间的视觉关系。该类研究一般基于 ArcGIS 等平台，对广域的空间和起伏的地表而非城市进行分析，景物之间的可见性往往是研究的重点。毛华松等学者在对川江流域山水格局的研究中使用了这一方法，通过对方志、文集、诗歌等文字记载和相关图画资料进行量化统计、图文对照分析（见图3），梳理川江流域传统城镇风景要素数量、类型及位置分布；同时借助HGIS技术对城镇古代舆图、城图等进行地理信息的空间表达。归纳宏观视域下风景分布与山水构架的耦合关系，以及城镇及周边视域下城镇与风景互为补充和参照的融合关系[6] 。

该类方法常用于辅助规划师进行较大尺度空间下的宏观规划决策。

图3 基于心理物理反馈的环境体验评估（图片来源：参考文献[6]）

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景观考古学中的视域分析

（1）景观考古学

景观考古学与诸多人文和自然学科联系密切，研究内容丰富多样。景观考古学的产生和发展有其复杂的理论依据，这些理论来自其他人文或自然学科，如艺术学、地理学、哲学、社会学等等，景观考古学的理论基础是随着当代人文和社会学科的发展而发展的。景观考古学的重要性在于它为考古学研究提供了一种观察和解释问题的独特视角，一种能够容纳多种理论和方法的综合体，也正因此景观考古学才具有了作为考古学研究分支学科的鲜明特征。

景观考古学有如下四个重要特征：其一，对地表构成的空间结构的关注和考察是景观考古学的基础。其二，人类的空间认知和社会实践活动是景观考古学研究的核心问题。其三，景观考古学是一种区域性的研究。其四，景观考古学是一种综合性的研究[7] 。

景观考古学有两种最基本和最常用的综合性研究方法：区域系统调查和 GIS 支持下的景观考古研究。其中，GIS 应用于景观考古学研究主要有三个方面：景观特征分析、空间过程分析和视域分析。其中，视域分析是 GIS 在景观考古学研究中应用最为广泛的领域，由于视觉与人类对景观的感知（perception）有关，因此视域分析常常被景观考古学看作是研究人类认知世界的重要手段[7]。

GIS 技术带来了考古学研究视觉景观的革命，以数字高程模型为基础，GIS 可以准确计算出一定区域内任意两点之间是否可视，从而将点对点的视觉研究转换为由点及面的视域分析；另外，GIS 技术研究视域可以方便地进行各种空间统计分析，以定量分析取代定性研究，大大提高了考古学研究视觉景观的有效性[8] 。GIS 的视域分析有两种类型：简单视域分析和累积视域分析。

（2）简单视域分析（simple viewshed analysis）

简单视域一般仅限于区域景物对单个观察点的可见性，或对多个点总体的可见性。直接计算从单个或多个观察点出发所能观察到的视觉范围和具体的景观内容，比如 Lock 等人研究表明英国 Danebury 地区新石器时代的坟丘是不同社群之间划分疆界的视觉标志，它们的视域彼此之间完全不重合[9]。

简单视域分析该方法由 Travis 等提出[10]。对于单个观察点的可见性，往往在主要游步道选择固定的观测点，在一定观景范围内进行分析，郭倩在八达岭西沟用空间视域分析方法区划景斑，以树种组成、立地类型、视觉敏感度为组织经营类型的依据，将3个依据分别编码，做叠加分析重编码组织经营类型，将西沟风景林组织为5种经营模式，分别是：视觉高敏感区质量良好风景林经营模式、视觉高敏感区质量一般风景林经营模式、视觉一般敏感区质量良好风景林经营模式、视觉一般敏感区质量一般风景林经营模式，视觉一般敏感区质量差灌木林经营模式[11]。 

对于多个观察点，Franklin 等提出了基于路径变化的移动视点的视域研究方法，它是对单个观察点分析的简单拓展，即计算区域景物对于多个观察点是否可见[12]。 

张俊超采用ArcGIS为手段， 对风景园林地形设计进行研究，对朱雀山国家森林公园景观敏感度进行评价，并通过权重叠加功能进行分析，选择山体中的多个观察点，研究山体景物哪些能被见到[13]。 

不过需要注意的是，二进制的数据结果具有较大的局限性。

（3）累积视域分析（cumulative viewshed analysis）

将从不同观察点出发计算的视域进行相加得出累积性视域，从而计算出在一定范围内从任意一点出发究竟能看到几个观察点的视域分析方法。累积性视域分析既可以计算一定范围内已知的观察点是否具有视觉上的优势性，同时也可以计算观察点之间是否具有显著的可通视性。

Fisher 等人对英国 Mull 岛青铜时代石冢群的视域分析，就显示出这些石冢所处的位置在当地社群中具有明显的视觉优势，从而显示出其重要的宗教意义 [14]。

累积视域分析与不同模拟验证方法相互结合可以对景观考古学中的空间分布进行更好的的解释。

蒙特·卡洛模拟可以在视域分析基础上通过编写程序实现随机取样和重复计算，一般来说模拟的次数越多，计算结果的可靠性也越高，但同时也消耗更多的时间。有关这方面的研究以Fisher等人对苏格兰Mull岛的青铜时代石冢的视域分析为例，蒙特·卡洛模拟计算表明这些石冢位置的选择与朝向海洋的视觉因素有密切的关系[15]（见图4）。

图4 利用蒙特·卡洛辅助视域分析（图片来源：参考文献[15]）

互视性统计检验用来考察一组遗址空间位置的选择是否具有视觉上的互视性的优势，也就是说遗址之间是否更便于互相看到对方，从而在视觉上形成一体结构。互视性统计检验主要借助于累积视域分析的方法。Wheatley最早提供了利用积累视域图检验一组遗址之间互视优势性的方法（见图5），并应用于英国南部索尔兹伯里平原新石器时代石冢建筑遗迹之间的互视性研究上[16]。 

图5 利用互视性检验辅助视域分析（图片来源：参考文献[16]）

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小结

视觉分析在景观考古学的研究中被广泛使用，虽然视觉是人类认知环境的重要感官，但并不能作为判断景观空间的唯一证据，生产生活的需要、古人文化的认知等因素对于空间同样起着不可忽视的影响作用。同时，大气折射的误差、地球曲率的误差、对事物定义的误差、计算机视觉模拟本身作为一种实验室中的量化方法也与田野真实的人眼感官存在误差。视觉分析仍然存在许多局限性，而将文本信息、文化内涵、历史价值等信息赋值到空间技术上，将有助于从一定程度上弥合这些局限性。

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参考文献

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[1] 谭立，黄楚梨，李慧，林箐. 复杂地形环境下路径视觉关系评价研究[J]. 风景园林，2020，27(03)：75-79.

[2] 杨波，布莱克默，宾德，等.  住宅景观绩效评价：基于现场数据的视觉与生物气候学分析 [J]. 风景园林，2015，22（1）：87-98.

[3] 陈筝，杨云，邱明，等.  面向城市空间的实景视觉体验评价技术 [J]. 风景园林，2017，24（4）：28-33.

[4] 陈筝，刘悦来，刘颂.  美国景观视觉资源规划设计方法评析及新技术改进潜力分析 [J]. 风景园林，2015，22（5）：111-117.

[5] 胡一可，丁梦月，王志强，等. 计算机视觉技术在城市街道空间设计中的应用 [J]. 风景园林，2017，24（10）：50-57.

[6] 毛华松，梁斐斐，熊瑞迪 . 川江流域传统城镇风景要素梳理及组织特征探究 [J]. 风景园林，2018，25（9）：27-33.

[7] 张海. 景观考古学——理论、方法与实践[J]. 南方文物，2010(04)：8-17.

[8] Lake M W, Woodman P E, Mithen S J. Tailoring GIS Software for Archaeological Applications: An Example Concerning Viewshed Analysis[J]. Journal of Archaeological Science, 1998, 25(1): 27-38.

[9] Lock G R,  Harris T M. Danebury Revisited: A English Iron Age Hillfort in a Digital Landscape[M].  1996.

[10] Travis M R, Elsner G H, Iverson W D, et al. Viewit: Computation  of  Seen  Areas, Slope  and  Aspect  for Land-Use Planning[EB/OL]. (2020-02-23) [2020-03-04]. https://www.fs.usda.gov/treesearch/pubs/27276.

[11] 郭倩. 八达岭西沟风景林经营类型组织与经营技术研究 [D]. 北京：北京林业大学，2016.

[12] Franklin W R, Ray C K. Higher isn’t Necessarily Better: Visibility Algorithms and experiments[C]//Waugh T C, Healey R G. Advances in GIS Research: 6th Interna-tional Symposium on Spatial Data Handling, Edinburgh, Scotland. London: Taylor & Francis Group, 1994: 751-770.

[13] 张俊超. ARCGIS技术在风景园林地形设计中的应用研究[D]. 北华大学，2018. 

[14] Fisher P. Extending the Applicability of Viewsheds in Landscape Planning[J]. Pho-togrammetric Engineering and Remote Sensing, 1996, 62 (11): 1297-1302.

[15] Fisher P. Extending the Applicability of Viewsheds in Landscape Planning[J]. Pho-togrammetric Engineering and Remote Sensing, 1996, 62 (11): 1297-1302.

[16] Wheatley D. Cumulative viewshed analysis: A GIS-based method for investigating intervisibility, and its archaeological application[C]. Archaeology and Geographic Infor-mation Systems: a European Perspective. London: Taylor& Francis.1995: 171-185.

编辑 / 骆宏鹏

校对 /贺玺桦