对开放空间的3D视野和视觉质量评价是城市设计评价的重要基础问题之一。长期以来，缺少一种系统化分析视野的手段。在建筑学、城市设计领域，传统视野分析常用概念是“视区（isovist）”；在景观规划领域，传统视野分析常用的概念是“视域（Viewshed）”。无论是“视区”还是“视域”都是2D的概念。使用GIS之后，基于GIS的“视域”分析，转变为一种2.5D的分析方法。基于TIN（不规则三角网）或者栅格表面的“视域”分析已经成为当前GIS重要应用功能之一。但是，当前通用GIS软件所提供的有关视野分析功能不能直接应用于城市设计中的环境分析和评价。其中原因在于，单纯使用TIN或栅格的数据结构难以表达复杂的几何形态。由于当前的GIS尚不能支持真三维虚拟城市环境的模拟，为此，需要在视野分析的概念上进行改进。

新加坡国立大学的建筑系的Perry Pei-Ju Yang等学者提出了一种基于GIS的3D可视性分析方法，并将其应用于城市设计的评估。Perry Pei-Ju Yang等提出了一种新的衡量视野质量的概念——“视野球体（Viewsphere）”，并提出了一系列分析方法。这种分析方法是采用ArcGIS 8.3为软件平台，使用ArcObjects和Visual Basic 6进行开发实现。“视野球体”方法的核心是计算观察者视野中可见部分空间的体积实现。“视野球体”是指从一个特定观察点出发的人眼可见范围形成的一个虚拟的半球体。“视野球体”的计算基础是“视线line of sight”。生成“视线”已经是当前GIS基本必备功能。在2.5D的GIS中，“视线”实际上不是一条真正的线，而是由具有不同Z值的可见部分、不可见部分组成的空间折线。基于“视线”生成2D的视线面，各个方向的2D视线面组成了3D的“视野球体”。“视野球体”方法可以在2.5D栅格数据模型上计算得到。

基于以上的“视野球体”概念，进一步提出了若干个指标，作为“视野球体”运用于城市形态、城市空间的评价指标。其中包括2D评价指标和3D评价指标。2D评价指标包括“可视面积Ai”、“可视周长Pi”等。其中，可视面积Ai用于计算半球体上的总体可视区域的2D面积；可视周长Pi用于计算半球体上的总体可视区域平面的周长。3D评价指标包括“视野球体指数I”、“天空视野因子F”。“视野球体指数I”是计算可见空间的体积占整个视野球体体积的百分比；“天空视野因子F”是计算直接看到天空的球体部分空间体积与视野球体中可见空间体积的比率。使用“视野球体”方法，可以进行360。非定向的全方向可视性分析；也可以进行定向的、沿某一特定路径的可视性分析。

　　Perry Pei-Ju Yang等人使用“视野球体”方法，应用于新加坡管理大学（SMU）的新校区城市设计方案评价。对SMU新校区的三个城市设计方案进行了评价，评价这些方案对开放空间的影响。这一案例的实验应用，表明目前2.5D GIS的条件下，“视野球体”方法是一种有效的、定量评价城市设计中城市空间视觉质量的方法。对比2D、3D的评价指标，“视野球体”的3D评价指标更加有效。

来源：Viewsphere: a GIS-based 3D visibility analysis for urban design evaluation[J], Environment and Planning B: Planning and Design, 2007, 34(6)： 971-992

（供稿：钮心毅）