可持續理念下的交互景觀設計策略與方法研究

韓宇翃

高世敏

齊 羚*

王 錚

國務院在2018年10月強調，將進一步推動中國新一代人工智能的發展，大量高科技公司將逐漸涉足人工智能產業。在智慧城市建設背景下，數字媒體技術高速發展，促進了城市信息交流化、聯系緊密化、功能智慧化與設計創新化，向著系統協調、資源集合的方向發展[1]；物聯網、云計算、大數據和移動互聯等技術使城市中不同功能結構相互協調，實現了智能化、數字化、集約化的城市管理運營，為人們提供了更便捷的服務。交互景觀具有智能化城市的特征，即服務的智能化與體驗的交互化，能夠實現景觀與城市智能、城市服務的協同創新發展[2]。將交互技術運用到景觀創作中，增強景觀與人、空間、城市的聯系，利用數字媒體技術增強景觀效果，滿足人們多樣化的需求。

“人機交互”一詞首次提出于1975年，卡德等于1983年出版的《人機交互心理學》一書使得人機交互的概念得到推廣。交互設計(Interaction Design)一詞最早出現在1984年，由IDEO的創始人之一比爾·莫格里奇(Bill Moggridg)首次提出[3]，而后，世界范圍內的相關學者開始研究關注這一領域。1997年，美國麻省理工學院媒體實驗室的石井裕(Hirroshi Ishii)與布萊格·厄爾默(Brygg Ullmer)提出實體比特(Tangible Bits)概念，并指出實體比特即通過耦合比特與日常生活中的事物，以允許使用者實現對比特的直接抓握和處理[4]。2013年，以色列學者奧倫·扎克曼(Oren Zuckerman)與艾莉特·加爾·奧茲(Ayelet Gal-Oz)得出，由于TUI(實體用戶界面)帶來了豐富的物理反饋信息與更高級的交互形式，因此推廣使用基于TUI的交互方式來進行人機信息互動的方法[5]。自此，許多從事人機交互的風景園林師、藝術家、建筑師都投入該領域的科學研究與設計實踐中，對景觀的交互設計研究也隨之而來。

艾倫·庫珀(Alan Cooper)在《交互設計之路——讓高科技產品回歸人性》一書中提到，將科學技術與數字媒介內容輔助景觀設計，能夠使人們獲得更為新鮮的體驗[6]。此外，他在《軟件觀念革命：交互設計精髓》中提出，以關注人與景觀之間的相互關系作為景觀交互性設計的核心內容[7]，他的研究強調了人在景觀及互動過程中的主導作用，這一觀點成為后來研究的核心問題。

將“交互設計”的理念引入景觀設計中，使用現代科學、理論和材料，整合新的技術方法和藝術形式，創造出符合場所特點、滿足使用需求的景觀，并使人作為構成要素參與到景觀設計中來，從而形成人與景觀的交流互動[8]，實現功能的集中、信息的共享、資源的整合及人的智慧參與。作為城市建設的一部分，交互景觀的研究與發展應不斷重塑人與世界的關系，為解決傳統景觀的不足提供新方法，為促進景觀充分融入城市系統提供新路徑，運用智慧設計理念向更深程度的研究、更廣領域的應用上繼續發展。

1 交互景觀分類

科學技術的高速發展給人們帶來更多的感官體驗，數字信息技術的發展促進了城市系統和服務的連通與集成，也為景觀設施的服務智能化提供了無限的創作動力與創新空間。各式各樣的交互景觀開始出現，主要向著3個類別發展，并廣泛應用于數字城市、地理信息系統、植物生長模擬、虛擬旅游及虛擬博物館等多個領域。

1.1 體驗式交互景觀

體驗式交互景觀的側重點在于人們能夠親身參與其中，實現體驗式的互動。在互動中，人是以使用者的身份參與并完成體驗過程的。體驗式交互景觀在進行設計時除了滿足景觀對城市市容的改造及創造功能外，更重要的是需要符合人們的心理和生理特征，實現景觀對人的情緒及體驗的影響，從而達到人景互動的效果。

例如，美國波士頓公園的Swing time秋千，為不同尺寸圓環形式的秋千組合形成的秋千群，材質為半透明塑料，內裝有根據秋千的擺動角度改變顏色的LED燈(圖1)，燈光顏色隨晃動的劇烈程度進行深淺變化，為公園增添風景。

圖1 Swing time秋千(引自http://www.howeleryoon.com/work/48/swing-time)

1.2 創作式交互景觀

創作式交互景觀的特點在于，創作設計時人們能夠參與其中，形成創作式的互動，既提升了體驗感，又能鼓勵用戶參與創作，產生符合用戶需求的景觀。在此情況下，人不僅是使用者，還是創作者。在智慧城市建設背景下，以人為本的理念始終貫穿其中，景觀創作的價值導向正在轉變，創作式交互景觀與傳統景觀相比不再是單向的敘述，更加強調設計的雙向性。通過多樣的反饋形式調動用戶的創作積極性，以設計師的專業能力為基礎，從用戶自身的參與體驗出發進行創作，內容不再由設計師的個人意愿決定，因此更加具有趣味性與實用性。

例如，蒙特利爾藝術家馬修·勒素(Mathieu Le Sourd)和艾蒂安·帕克特(Etienne Paquette)設計的螢火蟲之光(圖2)，通過邀請觀眾運用手工方式打造自己的視聽節目實現參與體驗，運用攜帶感應裝置的反射燈泡產生螢火蟲的效果，利用多媒體表現形式打造出夏夜風景。

1.3 虛擬式交互景觀

在虛擬環境中，公眾對景觀的操作過程與得到的反饋共同構成虛擬交互景觀的主要內容。視覺虛擬互動意味著參與者在視覺和圖像方面形成了互動，這種互動效果具有隨機性，并且與視覺相對應，能夠給參與者一種身臨其境的感覺；行為虛擬互動是在虛擬的情境下，參與者根據自己的感覺發出命令信號，使景觀在外形、顏色上發生改變。

例如，Teamlab團隊創作的水粒子消除作品的邊界(Transcending Boudaries)，眾多的水粒子代表流動的虛擬瀑布，盛開的花朵以運動的方式與參觀者進行互動，水與花給人以真實靈動的沉浸感，營造出微風拂面的花海環境(圖3)。

2 交互景觀設計

“目標導向”是“交互設計”的原則，在設計中，設計師將“體驗”與“參與”作為核心，將“用戶體驗”和“用戶參與”作為設計的起點和終點[9]。交互景觀的信息媒介作為客觀物質與主觀意識的集合，其中的“交互”既是人與景觀的交流，也是人與人的信息雙向傳遞[10]。其設計應當以體驗的互動化、服務的智慧化為目標，以人的興趣為設計起點，在設計中關注使用者的心理特點與行為習慣，以技術為支撐實現人的訴求。因此，交互景觀的設計涵蓋了心理互動設計、行為互動設計和互動技術設計。

2.1 心理互動設計

互動前階段的心理研究，主要通過分析使用者的需求點與興趣點，得到能夠令使用者接觸景觀的誘導因素，并將該元素應用于形態結構的設計中，實現自然而然的使用；在互動中階段的研究中，主要分析在人與景觀的交流過程中，使用者的心理波動，如激動、愉悅、滿足等，積極的心理促使交流的繼續與重復，將互動過程變得具有故事性與情感性；在互動后階段的研究中，主要分析使用者在使用后的最佳情感共鳴，進行互動反饋模式的設計，可以通過刺激視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺感官給使用者帶來最佳的身心體會。

2.2 行為互動設計

圖2 螢火蟲之光(引自http://www.maotik.com/lightBearers/)

圖3 消除作品的邊界(引自https://art.team-lab.cn/)

行為互動設計需要結合交互景觀放置的空間環境，空間環境的不同導致裝置的形態、結構、使用人群、交互方式及反饋效果的差異。此外，不同地域文化與年齡階段的使用者也有著不同的情感需求與身體素質，通過確定使用者類型，能夠更好地確定景觀交互形式，使設計更為合理。通過分析使用者的交互行為模式，利用多樣化的空間組合與新穎裝置外觀促進人的使用參與，這種交互行為對于使用者而言是積極有趣的，在行為的重復發生中不感到煩悶。在行為的驅動下，景觀的效果模式可以運用數字技術手段實現，滿足人與景觀之間的良好互動與情感滿足。

2.3 互動技術設計

通過智能機器裝置豐富互動模式，利用數字媒體技術營造多變的反饋效果與呈現形式，例如，運用虛擬現實技術營造交互后的虛擬景觀[11]。交互景觀的觀賞性一方面呈現在互動后的效果多樣化上，傳統的聲、光、影元素與現代數字媒體技術等為視覺效果的提升創新了途徑，通過互動進行景觀創作，使其在形態、顏色、聲音上發生改變，在視覺和圖像方面形成互動；另一方面，也表現在互動前的靜態景觀上，景觀的形態樣式應考慮到與周邊環境的融合度，有利于使用，在設計中加入歷史文化元素，使其成為景觀藝術的一部分。

3 智慧城市建設下的交互景觀設計策略

在智慧城市建設過程中，城市各系統間互通互聯，資源運用效率大大提高，人們獲取信息的方法更加豐富，需求也更加多樣。傳統景觀日漸暴露出交互性不足、娛樂性缺失等弊端，顯現出與城市系統發展不相容的問題。通過景觀的交互設計，能實現景觀多樣性、趣味性的提升，促進公眾與景觀對話，與環境進行信息交流。

圖4 能量的收集與轉化(王錚繪)

3.1 增強景觀與城市系統的聯系

通過研究傳統景觀發現，景觀作為空間中的重要元素，通常以一種客觀形式存在，其創作與管理模式限制了景觀與系統的關聯，這樣的景觀僅僅是作為環境的一部分存在，無法實現與空間的交流互通[12]。運用數字媒體技術與信息技術能夠將景觀相關元素連接起來，如邁克爾·德斯賈丁斯(Michael Desjardins)等利用AmazonEC2提供的云計算設施，提出了一個基于云的框架，以便于在空間和時間上對景觀模式分析進行估計和可視化[13]。越來越多的學者開始研究智慧城市建設與景觀營造的關系[14-15]，在智慧城市建設中，城市實現最大程度的信息共享與交流，景觀作為人與城市交流的媒介，在實現審美及功能的同時，注重人與空間的交流，拉近人與環境的距離，增強與城市的聯系，促進景觀與城市的協同發展。

3.2 增強景觀體驗感

使用者對于傳統景觀的觀賞往往是單向活動，景觀無法引起使用者的互動性，導致體驗感不足。在人們的使用與觀賞需求得到滿足后，逐漸注重體驗性和更高質量的服務，因此，城市公共空間的景觀設計正在從傳統意義上隱性觀看模式轉變為顯性參與模式[8]。在景觀設計中運用交互理念，通過信息技術實現人景互動，使景觀能夠與人產生對話，營造出具有特色的景觀環境與多元化的生活空間，為人們提供優質的休閑、娛樂、交流服務，增加人們的使用樂趣，實現智慧化服務。

3.3 實現景觀個性化

智慧城市的建設帶動信息技術應用到各個領域之中，為交互景觀設計提供了嶄新的方法指引與技術支持。人景交互的發展使得城市景觀在與人的互動中不斷創新與豐富，景觀的辨識度和認可度也相應提高，成為城市靚麗的風景線與重要組成部分。將交互理念融入景觀創作中，實現景觀研究與多學科交叉融合，結合多媒體手段，以多元化形態呈現出來，提高景觀的活力與生命力，增強景觀與城市系統的聯系，為廣大人群提供一個與景觀互動、與空間對話、與自然接近的機會。

4 智慧城市建設下的交互景觀設計方法

通過人景互動，能夠增強空間與人之間的聯系，促進人與人之間的交流，滿足人們的生活便利與休閑娛樂需求，賦予空間更多的人文情懷與文化精神，將景觀功能最大化實現，滿足智慧城市發展過程中對景觀智能化的要求，使其成為真正具有精神內涵的完整意義上的景觀。

4.1 與多種技術結合

近年來，互聯網、移動設備、全景、虛擬現實、增強現實等技術運用到各個領域，也為景觀設計提供了新的技術支撐。如在智慧公園設計中，為實現景觀的交互，采用動力集電地板進行能量的收集和使用，將園區來往的人通過踩踏產生的動能轉化成電能，通過逆變器并入公網。發出的電能不僅可以使地板自身發光，提供照明功能，還能夠傳輸給對應的噴泉，觸發交互水景。智慧園區能夠監測所有設備的產電量和耗電量，通過分析數據降低能耗。通過人體動能發電的腳踏地板、發電腳踏車等，不僅可以實現與游客的互動，也在設備安裝過程中省去了大量設備供電需要的土建工程量。

4.2 與可再生能源技術結合

太陽能已經被廣泛應用于各行各業的場景中，將太陽能板或薄膜運用在屋頂、道路、燈具、垃圾桶的設計上，在應用中可與建筑、景觀有機融合。目前常見的有太陽能路燈、智能座椅、光伏路、太陽能雨傘和智能垃圾桶等，將傳統具備公園游客服務屬性的基礎設施賦予自發電能力。

圖5 動力集電地板結構及原理(王錚繪)

4.3 與數字媒體技術結合

數字媒體技術使得景觀的交互方式與呈現效果得到極大豐富，交互的自由度也有很大提升，各種參差不齊的交互設計也頻頻出現。交互景觀設計運用數字媒體技術處理圖像、聲音、文字等信息，配合不同的景觀內容以確定合理的交互設計方式與最佳的視覺呈現效果，創作出新的與時代相符的內容，發揮多元技術在景觀創作中的重要作用[16]。

5 北京海淀Smart能量公園的設計實踐

海淀公園位于北京西北四環萬泉河立交橋的西北角，緊鄰中關村科技園區，毗鄰清華大學與北京大學。公園服務人群多為高校人員、科技工作人員及家屬等，在滿足以鍛煉娛樂、休閑交際為主的功能基礎上，利用數字媒體技術提升公園的智慧化程度，增強公園各元素間的聯系，打造為集成體驗性、科技性、觀賞性的綜合聯系體。海淀區政府與企業合作共同探索“智慧城市”的建設活動，并選中游客量較大的海淀公園作為試點。2018年11月1日，海淀公園完成了人工智能(AI)改造，成為世界上第一個以AI科技為主的名為“公園之芯”的智慧公園。

5.1 智能大腦——“公園之芯”

海淀公園通過設計智能大腦——“公園之芯”使公園成為一個生命體(圖4)。綜合運用互聯網＋物聯網＋AI等技術，實現數據的采集、存儲、分析及可視化管理，連接著展園中所有的物聯網設施，如各種傳感器、能耗裝置和互動裝置，能自動感知內部的細微變化并及時進行反饋。通過對環境的感知反饋給照明、灌溉、負離子等設備，增強園區的環境應變能力，讓園區時刻保持溫暖、舒適，實現園區的能源清潔化、景觀互動化、設施共享化、管養自動化、環境感知化等方面的自我感知和自動控制。通過裝置收集來往人員在活動中的動能，將動能轉化成電能，通過逆變器并入公網，為交互景觀的實現提供電力支撐，為公園照明及其他設施供電，充分利用能源。

5.2 可持續發展理念下的智慧公園建設

該園區通過能源的清潔化來降低能耗以實現可持續發展，運用動能收集地板進行動能的收集與轉換；運用太陽能薄膜將收集的太陽能轉換成電能，通過逆變器并入公網，進行照明系統與交互景觀的供電；園區照明使用光感和行人感知路燈，降低了電耗，增強了園區燈光交互性。同時，通過設計智能大腦監測所有設備的產電量和耗電量，通過分析數據降低能耗。

1)動力集電地板。

公園內通過在步行道路上加裝動力集電地板(圖5)，能夠將收集的行人動能轉換成電能。游人踩踏地板時，地板會產生輕微的下沉，產生的動能通過地板內部裝置轉換為電能存儲在電池中，為園區積蓄能量。地板選用以壓力轉換器為核心的互動技術，輔助燈光元素，營造互動景觀效果，通過能量的收集、轉換和傳輸，與園區其他設施緊密相連。

2)集電地板結合交互裝置。

在交互景觀設計中，將動力集電地板與跳泉和噴霧裝置結合，人們在散步、行走、跳躍中對地板產生壓力作用，根據壓力的不同，水景效果會有所差異，實現景觀對人們行為的實時感知和反饋，引導人與景觀之間進行更多的互動，以增加趣味性，極大地提升了游人的參與感。交互景觀的良好體驗吸引了很多大人和兒童的參與，促進了動能的收集，存儲的電能用于照明和其他設備的供電，以此實現降低能耗、增強聯系的目的。

3)太陽能發電。

在園區中除了動能的收集，也積極運用太陽能，通過“發電玻璃”做成了多種有趣的形式，如蝴蝶、蜻蜓等小裝飾燈、草坪燈。太陽能道路可以在白天吸收能量，夜間通過光控制激活燈光，并根據不同的溫度改變燈光色彩適應環境氛圍。冬天路面積雪時道路表面能夠加溫融化冰雪給予行人方便，經過實際運行，動力集電地板和太陽能基本能夠實現園區電能的自給自足，實現低碳。

4)低碳化設計。

該園區在智慧園區提供的互動框架下，將景觀小品進行處理，讓景觀變得更有趣味，并結合地磚特點設計出全息顯示器，用來實時記錄發電量、產生的經濟價值和減少的碳排放量，實現了景觀智能化。園區照明加入交互元素，使用光強和行人感知路燈，降低了電耗，增強了園區燈光交互。智能照明系統可以自動感應周圍的光環境，從而調整發光強度，也可以通過紅外探測器識別人的行為，繼而提供有效照明，減低能耗。

6 交互景觀發展趨勢

面對當今環境問題與能源問題日益凸顯的狀況，可持續發展理念逐漸應用于消費和生產當中[17]。在景觀的可持續設計中，設計師需要比較不同的方案，從人的需求出發，結合環境特征，構建系統化的交互景觀，并預測設計的性能與對環境的影響，通過模擬實施過程來選出最佳方案，這些都必須在設計的開發階段實現，才能有效避免對環境的破壞和資源的浪費。交互景觀的發展充分利用現代科技與綠色資源，通過清潔生產不斷改善和優化生態環境，促進人與環境的和諧發展。5G時代的到來，智能設計將進一步與全球研發、制造、模塊商等資源融合發展，城市各部分之間實現最大程度的信息共享與交流，向著更加信息化、數字化、智慧化的方向系統發展。

公共藝術最本質的屬性是互動性和公共性，因此，交互景觀的發展對于公共藝術的發展研究有著重要作用。以交互理念為導向的城市公共藝術，在作品構思到呈現的全過程當中，始終貫穿互動性思維[18]。大數據、物聯網、云計算、人工智能等技術的飛速發展，為智慧景觀的實現提供了很大的可能性，推動了“智慧”概念的發展，基于可持續發展理念的未來智慧空間探索將成為城市公園發展的重要趨勢[19]。