1 引言
经济发展推动着城市化水平不断提高，但伴随而来的人−地矛盾也日益凸显，城市土地资源不足、交通拥堵和停车困难等问题困扰着人们的生活(雷升祥 等, 2019; Huang et al., 2020)，开发和利用地下空间资源成为缓解上述问题的重要途径，停车场的设计和建造也趋向于向地下空间发展(吴健波 等, 2025)。如今，地下车库在医院、商场、住宅小区、办公大厦等生活和工作场景中随处可见，在地下车库泊车和寻路是许多人经常面临的情况。寻路(wayfinding)是寻路者有目的、有计划地从起点移动到终点的行动过程，需具备一定的空间信息加工能力(Ohtsu, 2017; Yang et al., 2018)，寻路辅助线索则是帮助寻路者准确、快速到达目的地的辅助性信息，常见的如地标、路牌等。然而，地下空间的环境往往较为密闭，空间的元素构成也较为单调。与地面空间相比，地下空间缺乏明显的参照物和良好的光照条件，空间导向性差，易迷路，长时间置身其中会使人感到压抑。寻路辅助线索能够帮助人们寻路，但若设计不够合理，就容易导致寻路难、体验差等问题(米佳 等, 2007)。本研究针对地下空间这一特殊环境开展虚拟现实(VR)实验，旨在通过优化地下空间寻路辅助线索的设计提高寻路效率、改善寻路体验。
不同环境线索是寻路的基础。寻路者从环境中获取外界空间的知识，经过认知加工，在大脑中形成关于外界各客体间空间关系的认知地图，再借助认知地图成功完成寻路活动(Tolman, 1948; Wiener et al., 2009)。依据人们获取空间知识的顺序，可以将其分为地标(landmark)、路线(route)和全局(survey)知识，即LRS模型，个体对这三类空间知识的表征在寻路过程中起重要作用(Siegel & White, 1975)。地标知识基于环境参照框架，路线知识基于自我参照框架，全局知识则涉及两种参照框架的综合使用以及灵活转换(张越 等, 2018; Pazzaglia & De Beni, 2001)。
地标知识主要指环境中那些特征明显、有助于定向的物体，研究表明，典型地标和非典型地标(由类似地标的线索信息构成的地标)都对寻路有积极作用(Balaban et al., 2017; Hamburger & Röser, 2014; Viaene et al., 2018)。空间中的颜色信息、空间结构、路径长短及宽度等隐性线索虽与寻路活动没有直接关系，却具有较强的潜在影响力。有研究发现，使用颜色分区显著提高了被试在虚拟迷宫中的寻路速度(Jansen-Osmann & Wiedenbauer, 2004)。Vilar等人(2014)也发现，在有色标识条件下，寻路任务完成速度更快、停顿更少且寻路距离更短。路线知识包含明显的地标、地标序列以及连接路线。寻路活动是个体不断地识别空间信息并做出相应的寻路决策的连续过程(董波 等, 2020)。已有众多研究证实了导向标识系统在寻路过程中的积极作用(刘胧 等, 2011; 米佳 等, 2007; Chu & Yeh, 2012; Pazzaglia & De Beni, 2001)，连续性是导向标识系统评价指标中权重最高的，标识设计要注重连续性(鲁娥, 2022; 禹丹丹 等, 2014)，这样才能尽量避免寻路中断，从而提高寻路绩效。标识的设置间距是影响连续性的重要因素，王磊(2013)认为标识间距5至15 m可视为连续，徐磊青等人(2010)提出了标识间距设置的合理范围(10至60 m)，但最佳间距的确定需要结合实际进一步研究，郝亚睿等人(2021)基于短时记忆特点的标识研究进一步表明15 m左右的标识间距是最为适宜的，可根据实际适当加长。全局知识是包含地标及路线等全部空间信息的整合，是更高水平的空间知识(Siegel & White, 1975)。
以往寻路研究大多关注医院、车站、图书馆等地上环境和紧急疏散情境的寻路绩效(Lin et al., 2020; Vilar et al., 2013; Wang et al., 2022)，在近年来的寻路研究中，有研究者关注到了个体差异、用户体验以及寻路线索等问题(张凤翔 等, 2023; Dong et al., 2022; Feng et al., 2022a, 2022b; Irshad et al., 2021; Kim et al., 2021)，但总体来看，对日常情境中的特殊地下空间和寻路体验的研究依然有限。因此，本研究以典型的地下空间(地下车库)为研究场景，探讨能够提高寻路绩效和体验的寻路辅助线索设计方案。具体来说，研究依托VR技术开展实验，使用“字母+颜色背景”的组合构成人为地标，通过设置不同间距的导向标识提供路线信息，地标和路线信息再整合成全局空间知识，为寻路提供帮助。
2 研究1：地下车库寻路调研
为了解目前地下车库寻路辅助线索的设置情况，现实中是否已有与本研究设计一致的实例，本研究借鉴前人研究公共空间和公共生活关系使用的PSPL调研法(Public Space & Public Life Survey)(Gehl & Gemzøe, 1996)，设计了用户调研问卷，在西安市的各种地下车库开展实地调研和用户调研，记录相关信息，为后续研究和VR场景的搭建提供现实依据。PSPL调研法是一种将定量研究和定性研究相结合的方法，以目标为导向，研究用户在空间内的具体行为。
2.1 调研对象
地下车库：覆盖西安市各种类型的地下车库，如商业建筑、学校、小区等，既有新建成的车库，也有使用多年的老旧车库，观察总结这些车库的内部空间构造、区域划分、地面道路和车位编号设置、导向标识设计等。
地下车库用户：对地下车库使用者进行问卷调研，被试共计229人，其中男性107名，女性122名，18～35岁的被试152名，占比66.38%。
2.2 调研工具
参考以往研究自拟用户调研问卷(米佳 等, 2007)，包含用户基本信息、地下车库寻路现状和地下车库寻路认知调研三部分，共10题。在分析数据之前，对问卷进行内部一致性信度分析，结果显示Cronbach’s α系数为0.776，表明该问卷信度良好，可以进行后续分析。
2.3 结果
2.3.1 实地调研结果
根据实地调研情况归纳总结发现：第一，空间单一密闭，缺少地标(图1a)。地下车库的墙壁、天花板和地面包围形成一个巨大的密闭空间，且出入口高度相差较大，加之采光不足，极易带来压抑和封闭的主观感受。此外，不同于地上空间，地下车库内多为相似的承重立柱和停车位，缺乏明显的地标。第二，地下车库空间分区模糊，道路系统复杂。其平面布局通常以等距的立柱和停车位形成规整矩阵。这种简单复制模式削弱了不同区域的可识别度，容易导致迷路。道路设置呈现网格状(图1b)，虽通行便捷，但因路径复杂、交叉点多，不利于用户辨别方向。第三，导向标识设置不合理(图1c，图1d)，主要包括标识牌缺失或数量不足，标识间距大；标识牌文字过多，信息杂乱；在出入口处或电梯内未设置地下车库平面图帮助用户寻路。
2.3.2 用户调研结果
为了解用户眼中哪些因素可能影响寻路，首先对问卷数据进行相关性分析(表1)，结果显示，除被试年龄外，空间能力、到访频率、迷路频率、迷路程度、寻路难度、寻路体验之间都存在显著的相关性。空间能力越强的被试迷路频率和迷路程度越低，认为寻路更容易的同时寻路体验也更好。到访频率越高可能对该空间越熟悉，相对应的迷路频率和迷路程度也越低。此外，比较空间能力等在性别上是否存在差异，结果显示仅在迷路频率上存在显著的性别差异(表2)，女性在寻路时出现迷路的情况更多。这些结果表明地下车库寻路活动与用户自身的空间能力、性别以及到访空间的频率等都有关，存在较大的个体差异，前人研究也发现了这一点(张凤翔 等, 2023; Kim et al., 2021)。
表1 问卷各题目间的相关性系数(r) |
| 题目 | 年龄 | 空间能力 | 到访频率 | 迷路频率 | 迷路程度 | 寻路难度 |
| 空间 能力 | −0.050 | |||||
| 到访 频率 | 0.144* | 0.313*** | ||||
| 迷路 频率 | 0.073 | −0.305*** | −0.295*** | |||
| 迷路 程度 | 0.062 | −0.195** | −0.374*** | 0.353*** | ||
| 寻路 难度 | 0.074 | 0.269*** | 0.176** | −0.359*** | −0.302*** | |
| 寻路 体验 | −0.026 | 0.264*** | 0.247*** | −0.259*** | −0.318*** | 0.263*** |
注：*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001，以下同。 |
表2 不同题目在性别上的差异(M±SD) |
| 题目 | 男性 | 女性 | t | p |
| 空间能力 | 2.78±1.22 | 2.63±1.09 | 0.904 | 0.343 |
| 到访频率 | 2.94±1.16 | 2.69±1.10 | 1.713 | 0.088 |
| 迷路频率 | 1.82±0.67 | 2.10±0.73 | −2.964 | 0.003 |
| 迷路程度 | 2.63±1.11 | 2.78±1.20 | −0.993 | 0.322 |
| 寻路难度 | 2.74±1.98 | 2.61±1.06 | 0.934 | 0.352 |
| 寻路体验 | 2.42±1.16 | 2.41±1.18 | 0.069 | 0.945 |
调研问卷采用多选题的形式对影响地下车库寻路的因素进行调查，用户可以选择多个导致自己迷路的选项，从而获知影响用户地下车库寻路的因素，此外，通过用户迷路后选择的相应解决措施也可以从侧面了解地下车库寻路影响因素。对于多选题目的统计分析采用多选响应率和普及率统计分析方法，结果显示，用户认为导致迷路的主要原因是空间单一缺少参照物和导向标识设置存在问题(表3)，而用户迷路时更多倾向于借助导向标识系统进行寻路(表4)。米佳(2007)认为影响寻路的因素可分为外部环境因素(包括原生环境信息如平面布局、空间结构等，以及后加信息如导向标识)和内部自身因素(主要指个体差异如性别、空间能力等)，本调研结果表明用户在地下车库寻路时主要关注外部环境中的后加信息。
表3 地下车库迷路原因 |
| 迷路原因 | 响应(n) | 响应率(%) | 普及率(%) |
| 空间单一缺少参照物 | 138 | 22.3 | 60.3 |
| 道路复杂路口多 | 105 | 16.9 | 45.9 |
| 区域划分不清晰 | 93 | 15.0 | 40.6 |
| 很难找到导向标识 | 114 | 18.4 | 49.8 |
| 导向标识设置位置不合理 | 130 | 21.0 | 56.8 |
| 自身空间能力较弱 | 32 | 5.2 | 14.0 |
| 缺少对地下车库空间的整体认知 | 8 | 1.3 | 3.5 |
| 汇总 | 620 | 100.0 | 270.9 |
| 拟合优度检验：χ2=166.958，p<0.001 | |||
综合以上调研结果来看，目前的地下车库内依然存在缺乏明显地标、空间分区不明显、导向标识设置合理性不足等问题，严重影响用户寻路，且使用颜色对空间进行分区的地下车库较少，可见该方案还有待验证和普及。
表4 迷路时用户选择寻路辅助线索的倾向 |
| 倾向 | 响应(n) | 响应率(%) | 普及率(%) |
| 借助空间辨别方向性 | 133 | 17.9 | 27.6 |
| 借助导向标识系统 | 381 | 51.1 | 79.0 |
| 寻求他人帮助 | 231 | 31.0 | 47.9 |
| 汇总 | 745 | 100.0 | 154.5 |
| 拟合优度检验：χ2=126.548，p<0.001 | |||
3 研究2：虚拟地下车库寻路实验
实验借助VR技术模拟地下车库，探究颜色分区和导向标识间距对地下车库的寻路绩效和体验的影响，基于以往研究，从10～60 m的标识间距设置范围(徐磊青 等, 2010)中选取20 m和50 m进行进一步研究，相较而言，20 m是较小的标识间距，50 m是较大的标识间距。采用两因素被试间实验设计：2(颜色分区：有、无)×2(导向标识间距：大、小)，因变量为寻路绩效和寻路体验，寻路绩效通过任务完成时间、停止与观望次数反映，寻路体验主要是被试对任务难度、寻路辅助线索利用和方向辨别的容易性、虚拟现实场景真实感和沉浸感的主观评价。研究假设：(1)在有颜色分区时，寻路绩效和寻路体验更好；(2)相较于50 m的导向标识间距，20 m间距更有利于寻路绩效和寻路体验提升。
3.1 被试
随机招募71名大学生参与实验，其中7人因无法适应虚拟3D场景而被剔除，最终有效被试64名(男性28名)，平均年龄20.55岁(SD=2.03)。随机分配到不同的实验条件组。所有被试视觉能力正常，具备完成实验的基本条件。
3.2 实验仪器、材料和程序
实验开始前所有被试填写圣巴巴拉方向感量表(Santa Barbara Sense of Direction Scale)(Hegarty et al., 2002)，以便了解他们的空间能力。随后佩戴并调试好VR设备进行操作练习，让被试适应虚拟场景并熟悉寻路任务的操作。随后开始正式实验，被试需根据程序的指导语提示进行4次不同车位的寻路任务，被试可以通过转动头部和身体来改变视野范围，观察方向，获取空间信息，通过手柄控制自身移动。程序自动记录被试完成任务所用时间、停止与观望(2秒内无任何移动)次数。实验结束后填写关于虚拟实验的主观报告问卷，该问卷包含3个维度，分别是任务难度评价(维度1)，寻路辅助线索利用和方向辨别的容易性(维度2)、虚拟现实场景真实感和沉浸感(维度3)，均采用Likert 5点计分。
3.3 结果
实验数据使用SPSS 23.0软件分析。先对4组被试的圣巴巴拉方向感量表得分进行差异性检验，结果显示差异不显著，表明4组被试的空间能力组间差异得到了较好的控制。由于4次寻路距离不同且差异较大，因此将距离作为被试内变量纳入分析。
3.3.1 寻路绩效结果
任务完成时间的方差分析结果(表5)显示各主效应及交互作用均显著，使用颜色分区和较小的标识间距(20 m)缩短了寻路时间，寻路距离越短，用时也越短(距离1: M=44.94 s; 距离2: M=45.98 s; 距离3: M=54.55 s; 距离4: M=64.88 s)。对颜色分区和标识间距的交互效应做进一步分析发现，在无颜色分区时，小间距条件下的平均任务完成时间比大间距条件下更短，F(1, 60)=25.82，p<0.001，$ \eta _{\mathrm{p}}^{2} $ =0.52，但在有颜色分区时，没有出现这种差异，F(1, 60)=2.06，p>0.05(图5a)。对颜色分区和距离、标识间距和距离的交互进行再分析，结果表明4次距离不同的寻路任务，有颜色分区条件下用时都更短(图5b)，不同标识间距条件下的任务完成时间也存在显著差异，但这种差异只出现在寻路距离较长的距离3和距离4条件下[距离3: F(1, 60)=16.85, p=0.002,$ \eta _{\mathrm{p}}^{2} $ =0.29; 距离4: F(1, 60)=25.22, p<0.001, $ \eta _{\mathrm{p}}^{2} $ =0.38]，在距离1和距离2上没有发现(图5c)。
表5 寻路绩效方差分析结果 |
| 效应 | 任务完成时间 | 停止与观望次数 | |||||
| F | p | F | p | ||||
| 颜色分区 | 98.12 | <0.001 | 0.62 | 10.26 | 0.002 | 0.15 | |
| 标识间距 | 56.45 | <0.001 | 0.49 | 3.42 | 0.069 | 0.05 | |
| 距离 | 11881.43 | <0.001 | 0.995 | 6.48 | <0.001 | 0.10 | |
| 颜色分区×标识间距 | 7.46 | 0.008 | 0.11 | 6.21 | 0.016 | 0.09 | |
| 颜色分区×距离 | 54.74 | <0.001 | 0.48 | 16.07 | <0.001 | 0.21 | |
| 距离×标识间距 | 41.23 | <0.001 | 0.41 | 9.72 | <0.001 | 0.14 | |
| 三阶交互 | 45.68 | <0.001 | 0.43 | 12.93 | <0.001 | 0.18 | |
停止与观望次数的方差分析结果(表5)显示颜色分区和距离主效应显著，有颜色分区时停止与观望次数更少，在距离2上停止与观望次数最多(距离1: M=3.98; 距离2: M=4.42; 距离3: M=3.86; 距离4: M=3.80)。各交互作用均显著，颜色分区和标识间距(图5d)的简单效应分析表明，有颜色分区时，小间距条件下停止与观望次数少于大间距条件，F(1, 60)=9.42，p=0.003$ ，\eta _{\mathrm{p}}^{2} $ =0.14，但在无颜色分区时，二者无显著差异，F(1, 60)=0.19，p=0.668。对距离和颜色分区(图5e)、距离和标识间距(图5f)的交互作用进一步分析发现，仅在距离3和距离4上出现了有颜色分区[距离3: F(1, 60)=27.23, p<0.001, $ \eta _{\mathrm{p}}^{2} $ =0.31; 距离4: F(1, 60)=23.29, p<0.001, $ \eta _{\mathrm{p}}^{2} $ =0.28]和小间距条件下[距离3: F(1, 60)=13.42, p=0.001, $ \eta _{\mathrm{p}}^{2} $ =0.18; 距离4: F(1, 60)=10.13, p=0.002, $ \eta _{\mathrm{p}}^{2} $ =0.14]的停止与观望次数少于无颜色分区和大间距条件的情况，在距离1和距离2上没有出现。
3.3.2 寻路体验结果
首先对问卷各维度进行可靠分析，由于涉及被试间变量，分不同组别呈现(表6)，问卷总Cronbach’s α系数为0.747。由于数据不符合正态分布假设(p<0.05)，采用非参数检验Mann-Whitney U检验法检验不同条件下的各维度主观评价差异(表7)，结果显示在3个评价维度上颜色分区的作用均显著，有颜色分区时，任务难度评价(维度1)评分更低，寻路辅助线索利用和方向辨别的容易性(维度2)以及虚拟现实场景真实感和沉浸感(维度3)评分更高。标识间距的作用在任务难度评价以及寻路辅助线索利用和方向辨别的容易性评分上差异显著，标识间距较小时，任务难度评价评分更低，寻路辅助线索利用和方向辨别的容易性评分更高。
表6 问卷各维度的可靠性分析(Cronbach’s α系数) |
| 维度 | 被试组1 | 被试组2 | 被试组3 | 被试组4 |
| 维度1 | 0.866 | 0.768 | 0.756 | 0.872 |
| 维度2 | 0.805 | 0.828 | 0.784 | 0.831 |
| 维度3 | 0.610 | 0.405 | 0.674 | 0.621 |
表7 不同实验条件下问卷各维度主观评价得分 |
| 维度 | 实验条件 | M±SD | Mann-Whitney U | p |
| 维度1 | 有颜色分区 | 2.16±0.92 | 131.50 | <0.001 |
| 无颜色分区 | 3.53±0.62 | |||
| 标识间距小 | 2.50±1.05 | 326.50 | 0.009 | |
| 标识间距大 | 3.19±0.93 | |||
| 维度2 | 有颜色分区 | 3.66±1.01 | 261.00 | <0.001 |
| 无颜色分区 | 2.66±0.97 | |||
| 标识间距小 | 3.44±0.94 | 357.00 | 0.031 | |
| 标识间距大 | 2.87±1.21 | |||
| 维度3 | 有颜色分区 | 3.66±1.27 | 363.00 | 0.038 |
| 无颜色分区 | 3.06±0.91 | |||
| 标识间距小 | 3.50±1.24 | 418.50 | 0.194 | |
| 标识间距大 | 3.22±1.01 |
4 讨论
本研究关注地下空间中的寻路绩效和体验改善问题，对现有地下车库进行实地调研，了解现状，再借助VR技术开展虚拟地下空间寻路实验，发现颜色分区和标识间距对地下空间寻路绩效和体验有重要影响。
颜色分区在提高寻路绩效和改善寻路体验上发挥了积极作用。实验结果验证了假设1，这与先前关于颜色指引线索对寻路活动或视觉搜索任务带来的积极作用一致(Backs & Walrath, 1992; Vilar et al., 2014)。由于地下空间具有单一密闭的特点，对内部的柱网结构赋予颜色，构成一个特色鲜明的参照物，可以使其在单一的环境背景中更容易被识别，从而增加地下空间分区之间的可识别性，成功构建人为地标。在以往的寻路或空间导航研究中均发现了地标的积极作用(Balaban et al., 2017; Viaene et al., 2018)，非地标类型的线索信息也能构成地标协助用户寻路(Hamburger & Röser, 2014)。从空间认知视角看，颜色分区有助于用户构建地标的心理表征。此外，差异化的颜色能够建立环境参照框架，用户在寻路时持续更新自身位置与环境的空间关系(Zhong & Kozhevnikov, 2016)。这一过程推动用户逐渐采用以环境为中心的参照系，最终形成更高层次的全局空间知识(Siegel & White, 1975)。因此，相较于无颜色分区的实验条件，有颜色分区条件下更容易寻路成功且寻路体验更好。
本实验中，较小的导向标识间距(20 m)给用户带来了更好的寻路绩效和体验。当路径中决策点密集且缺乏连续标识物时，寻路者难以完成自我定位与空间定向。连续设置的导向标识能够显著提高寻路绩效(房慧聪, 周琳, 2012; 刘胧 等, 2011)，这是因为用户在寻路过程中可以持续获得路线知识，指引寻路。相比于50 m的较大间距，导向标识间距20 m条件下被试感受到的任务难度明显降低，寻路时间的显著缩短，寻路线索的使用更加容易，主观评价更积极，但停止与观望次数没有差异，与研究假设2基本一致。导向标识间距设置为20 m，使得被试可以在接连不断的指引下到达目标位置。此外，连续的标识有利于个体形成路线知识，依据路线知识进行寻路的个体多采用自我中心参照，在地下车库由于空间封闭很难调用环境空间参照，因此提供路线知识有助于自我参照形成进而提高寻路绩效(Pazzaglia & De Beni, 2001)。Chu和Yeh(2012)提出对于空间环境复杂的建筑物，需要尽可能提高标识设置的连续性和覆盖率，以确保寻路的高效。但是，导向标识的设置间距并不能一概而论，考虑导向标识设置密度的同时也要考虑空间信息接收的负荷。
在实验自变量之间发现了复杂的交互作用。颜色分区与标识间距交互效应显著，无颜色分区时，20 m间距条件下的任务完成时间短于50 m间距条件，但停止与观望次数没有差异；有颜色分区时，20 m间距条件下的停止与观望次数少于50 m间距条件，但任务完成时间没有差异，这可能与实验中两种寻路线索信息(颜色和导向标识)的可识别性有关。相比于导向标识牌，低饱和度背景下鲜艳的颜色分区信息有更强的视觉冲击力，更易于识别或引起注意，因此当场景中有颜色分区时，导向标识对寻路的积极作用被削弱或掩盖，颜色分区信息成为主导因素。另一个有趣的发现是，当寻路距离较长(70.26 m, 85.38 m)时，有颜色分区和20 m的标识间距对寻路绩效的提升作用更明显。实验中短距离寻路(57.53 m, 59.16 m)时仅颜色分区对寻路绩效提升显著，长距离寻路时，两种寻路辅助线索对寻路绩效有更大的提升作用。这可能是因为寻路过程是一个连续的动态过程，寻路者需要不断从空间中获取和更新空间信息，形成空间知识并逐渐整合建立认知地图。如果寻路距离过短，这个过程可能并未全部完成，颜色分区和标识间距的积极影响也就没有完全体现。
本研究也存在一些不足之处。前期调研使用的自拟问卷在题目表述和维度划分等方面不够成熟，未来可使用已有的成熟量表或优化问卷设计达到标准要求。VR情境与真实情境的鸿沟，真实的寻路情境是一个复杂的动态系统，各种因素交织且实时变化，而实验中搭建的虚拟场景与真实场景相比较为简单。此外，对导向标识的研究停留在宏观层面的规划与布局，对标识内部微观设计属性(如符号与文字的选取、字体类型、字号大小、字间距及信息密度等)的系统性研究仍显不足，这在一定程度上制约了研究的应用价值。
5 结论
(1)使用不同颜色标识对地下空间进行分区，能够为用户提供更丰富的寻路线索，有助于空间知识获取和运用，进而降低寻路难度，提升寻路绩效和体验。(2)相比于50 m的标识间距，20 m间距更有助于保持寻路连续性，提高寻路绩效，同时获得较好的寻路体验。(3)在寻路距离较长时，颜色分区和20 m标识间距对寻路的积极作用更加明显。