第 2 章 认知和寻路行为与导示系统规划设计
2.1 认知与认知地图
2.1.1 认知
“认知”（Cognition）的提出最早起源于拉丁语，原来的词义为“getting to know”,指的是人类感知外界事物、获得知识的过程。它包括感知、表象、记忆、思维等，而思维是它的核心[2].换句话说，人类在接收到外界刺激之后，在已有的经验之上对信息进行消化、加工，用自己的思维方式将其重新进行表达，从而加深对事物的理解，并以此与外界进行反馈与交流[3].
人们对认知领域的探究从两千年前就应经开始了，但是近年来才有了进一步的发展。二十世纪 70 年代末认知科学正式宣告诞生，认知科学是研究人类感知和思维信息处理过程的科学，包括从感觉的输入到复杂问题求解，从人类个体到人类社会的智能活动，以及人类智能和机器智能的性质。是现代心理学、信息科学、神经科学、数学、科学语言学、人类学乃至自然哲学等学科交叉发展的结果[4].
认知科学的兴起和发展，标志着对以人类为中心的认知和智能活动的研究已进入到新的阶段。认知科学的研究将使人类自我了解和自我控制，把人的知识和智能提高到空前未有的高度。
2.1.2 认知地图
认知地图是由格式塔派心理学家托尔曼（E.Tolman）首创的概念，《环境心理学》一书中对认知地图的定义是这样的：个体根据不同符号的相互拓扑关系获得了对环境的认知，这种倾向加以发展，就会在人的头脑中形成有关特定空间的意象，即认知地图（Cognitive map）。它是人们对环境信息进行收集、组织、贮存、回忆、并对其空间方位和特征属性加以编码的产物[4].外界环境通过视觉、听觉、嗅觉等向人们发出感官刺激，人们将这些信号在头脑中进行收集加工再处理，建立个体与环境的关系，构建出带有自我认知色彩的虚拟世界。
2014 年 10 月 6 日，约翰·奥基夫（John O'Keefe）、梅·布莱特·莫索尔（May BrittMoser）和爱德华·莫索尔（Edvard Moser）因“大脑定位系统细胞研究”,获得 2014 年诺贝尔生理学或医学奖，如图（2.1）。1971 年，奥基夫发现了这种定位系统的第一个组成部分。他研究发现，老鼠在房的某个特定位置时，其大脑海马区的一些神经细胞总是处于激活状态，而老鼠移动到房间其他位置时，其他神经细胞则被激活。奥基夫总结出，这些“位置细胞”在大脑中形成了关于房间的“地图”.30 多年后，莫泽夫妇于 2005 年发现了大脑定位系统的另一关键构成--“网格细胞”.这种细胞能形成坐标系，可以精确定位和寻找路径。他们随后的研究还展示出，这些“网格细胞”是如何确定位置并导航的。如图（2.2）人脑中的认知地图的形成也是相似的。这项研究成就展示了较高认知功能的细胞基础。脑地图的发现从生物学的角度阐释了我们身处于何处？我们如何从一个地方到另一个地方？人们如何能够在大脑中贮存重要寻路信息，以便在下一次能够找到之前最为熟知的路径？等诸多问题。他们发现了大脑的定位系统，即“内部的 GPS”,由于这种细胞在脑中的存在，赋予人类能够在不同空间进行自我定位的能力。行人通过提取环境中对重要节点的记忆--轴线记忆、方向记忆、路线记忆、地标记忆在脑中组织成网格记忆或者地图记忆，构成记忆坐标， 形成脑中虚拟地图也就是空间认知地图，如图（2.3）所示。【1】
认知地图并不能完全准确地反映空间环境的种种信息，它不是一成不变的。最初存在于人们脑海中的认知地图往往是模糊的、片段的，甚至与实际环境产生很大的偏差，它是人们对环境通过简化，删减、排除、附加而形成的。但是，随着人们活动次数的增多，每当提取到新的信息，大脑就会对之前的认知地图进行修改。随着时间的推移，信息的叠加，它的精准性会逐渐提高，形成相对稳定、持久的认知地图。当人们的活动范围不断扩大时，认知地图所覆盖的范围也越来越广，人们越来越了解这个环境，并逐渐适应。
由于个体在性别性别、年龄、思维方式以及思维方式等方面的差别，认知地图千差万别。人们通过认知地图，周围空间环境建立关联。较为完善的认知地图有助于人们充分利用和选择环境，并有效地提取相关信息来满足自己的需求，从而使个人建立起对环境的安全感和控制感[5].
2.2 寻路行为
城市的交通发展导致空间环境越来越复杂化，也给人们的出行带来了更多地选择，人们每天都要进行各种社会活动，那么必然会面临身处陌生环境需要寻路情况。解决寻路逐渐引起人们的重视，对于寻路的研究涉及建筑环境结构、空间定位和认知与人的行为等相关领域。
凯文·林奇首次在他的着作《城市意象》中提出寻路行为 Way-finding 的概念，当人们进入陌生环境时，会感到茫然无措，人们将注意力快速的集中在如何自我定位和寻找目的地上，人们的这一行为，被定义为寻路（Way-finding）[6].人们对于陌生环境的寻路行为往往要经历“寻找--迷茫--询问--发现”这几个过程[7]. 行人在寻路的过程中，当陌生的环境超出了行人的可控范围时，脑海中的认知地图无法与现实环境完全对应。人们会因为无法精准的进行自我定位的情况，从而感到短暂的迷茫，造成安全感的缺失，此时的环境对于行人来说是压抑而恐慌的。为了及时消除这一现象，人们需要重建空间坐标。环境中的标志物或者导示系统会为行人提供一系列可预见性的指示信息，行人通过提取这些信息结合周围环境，让脑地图的重要标志物转换空间坐标原点，从而重新获得认知地图与环境的相互关联，指引自己完成寻路行为。
对于熟悉的环境，行人会自动的选择自己习惯的路径，而不需要经过复杂的寻路过程，脑中既成的认知地图的形成会快速的结合环境找到准确的定位，而无需过多的心理辨识。
寻路行为受到多方面的影响，除了来自行人自身的因素，还会受到建筑结构的复杂程度、差异性和视觉可达性三个方面的影响，因为它们直接主导了旅客对空间环境意象的形成过程[6].
2.3 导示系统设计对寻路的意义
阿尔方索（Alfonzo,2005）通过研究得出一种步行需求的层次模型--可行性、可达性、安全、舒适、愉悦，如图（2.4）所示。如果说可行性、可达性、安全是建设道路时要考虑的因素，那么完善的导示系统在促进了步行的舒适与愉悦度上起到很大的促进作用[7].研究表明，意象鲜明的环境更容易引起行人的关注，可读性强的环境能够激发行人的感知，从而获取更多的环境信息，帮助行人快速地建立认知地图，从而消除迷茫，提高寻路效率。如何通过导示系统，来为行人营造一个舒适、愉悦的友好步行环境，是设计师一直以来都在不断探索的课题。城市中的节点相对于整个大环境而言的，它的重要性取决于他对整个区域的作用和地位。节点的形式可能是模糊的，也有可能是十分具象的。比如十字路口、建筑物的出入口、车站这些需要人们做出抉择的地方，它标志着空间或道路的转换，也标志着城市结构单元之间的转换。人们会自发的对周围环境进行更深一步的了解，从而提升了这些节点的重要性。
随着城市空间的结构日益复杂化，使得行人每天需要进行不同的空间转换，例如从地铁的站台层来到地上空间，从大型 shopping mall 的另一出口出来，亦或是从地下商场直接进入地上商场，此时，行人已经不能准确的辨别方向，或者出现迷失方位的现象。
这种现象产生的原因就是--空间坐标丢失。
人们脑海中既成的认知地图无法与现实环境完全对应。为了及时消除这一现象，重建空间坐标，就依靠脑地图中的重要标志物：地标、导示标识等转换空间坐标原点，让1城市的重要特点之一就是使市民通过公用的符号系统和共同的交往模式联系起来。
每一座城市都有大多数人公认的重要元素，这些公认的要素组成了城市的公共意象，提供了社会交往所必须的公共符号系统。公共意象越清晰地城市，这种公共符号系统的作用就突出，市民的公共活动与社会交往就越活跃，活跃的社会生活又进一步提高了市民城市公共意象的清晰度。
标志物是人们用来感知整个外界环境的参考点。标志物的选取，是观察者建立在自己的视角下，将自己与环境建立有效关联后确定的。对于外观独特，易识别的标志物，初来乍到的人也会由于他的显着性而选择它作为参考点，但是对于具体如何到达或者其确切方位并没有明确的认识。此时人们往往会选择一系列连续的节点，通过节点之间的相互比照，来加强标志物易读性。一旦标志物或参考物出现了断层，缺乏连续性，行人脑中的空间坐标会产生缺失，之前在人脑中形成的空间认知地图无法与现实环境相对应，行人因此产生迷茫感。
此时，导示系统作为重要参照物，通过在重要节点的设计，可以为行人提供方位信息，帮助行人重新识别和熟悉周围的环境，寻求重要标志物，从而重新建立脑地图中的空间坐标，让行人找回迷失的方向，消除不安，从而获得情绪上的安全感和功能上的有效性。导示系统向人们诠释了公共交通空间，同时提示行人自己所处的位置和状态，从人机工程学的角度来看，导示系统就是人和空间环境之间进行信息转化的交互界面[8].无论是哪种情况，在整个寻路过程中，建筑空间的特征和导示系统对行人的空间知活动起到了支持和引导的作用。所以，帮助人们快速建立“认知地图”或快速对接，才是最佳导示系统设计策略。行人一旦对某个区域建立了完整的认知地图，导示系统就可能不再被需要。对环境较为陌生的行人来说，导示信息是必要的，长驻居民则不需要导示牌。因而，导示系统只帮助行人提高寻路效率的一种手段，并非行人的直接目的，行人想要到达目的地可以采用不同的方式。【2】
