Visual Semantics and Multimodal Perception of Digitally Reconstructed Garden Scenes of Jiucheng Palace
Questo studio propone un framework di percezione multimodale che integra deep learning, eye-tracking, EEG e valutazioni soggettive per valutare quantitativamente l'espressione spaziale e l'efficacia esperienziale delle scene del giardino del Palazzo di Jiucheng ricostruite digitalmente, andando oltre la tradizionale accuratezza morfologica per ottimizzare la visualizzazione storica.
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Immaginate di trovarvi in un giardino che non esiste più. Per oltre mille anni, il Palazzo Jiucheng nello Shaanxi, in Cina, è stato una grandiosa residenza imperiale dove gli imperatori cercavano svago e rifugio politico. Oggi, rimangono solo le fondamenta in pietra degli edifici e i deboli profili di antiche colline. Per comprendere come fosse un tempo questo luogo perduto, i ricercatori utilizzano strumenti digitali per ricostruirlo in tre dimensioni, creando scene virtuali di come potrebbero essere stati i giardini. Ma un modello digitale è valido solo quanto l'esperienza che riesce a offrire. Se la ricostruzione appare accurata su uno schermo di un computer ma non riesce a catturare la sensazione dello spazio originale, perde il punto fondamentale. È qui che entra in gioco la scienza della percezione. Essa pone una domanda semplice ma difficile: quando guardiamo una ricostruzione digitale di un giardino storico, cosa ci dicono realmente i nostri occhi, il nostro cervello e le nostre emozioni riguardo alla scena?
Un team di ricercatori della Northwest University di Xi'an si è posto l'obiettivo di rispondere a questo quesito studiando il Palazzo Jiucheng ricostruito digitalmente. Volevano andare oltre il semplice controllo se gli edifici avessero la forma corretta. Invece, hanno costruito un nuovo modo per misurare come le persone esperiscono questi giardini virtuali. Si sono concentrati su tre tipi distinti di scene presenti nella ricostruzione: aree dominate da edifici e sentieri pavimentati, aree dove montagne e acqua si incontrano, e aree piene di alberi e vegetazione. Per comprendere la reazione dello spettatore, non si sono limitati a chiedere alle persone cosa ne pensassero. Hanno utilizzato una combinazione di strumenti moderni per misurare le risposte immediate e involontarie del corpo. Hanno tracciato dove le persone guardavano e per quanto tempo, hanno misurato le onde cerebrali per vedere quanto la mente fosse rilassata o impegnata e hanno posto domande dettagliate sulle sensazioni evocate dalle scene.
I ricercatori hanno creato quindici immagini diverse dal loro modello digitale, assicurandosi che ogni scena fosse illuminata e vista dalla stessa angolazione, in modo che l'unica differenza fosse il paesaggio stesso. Hanno poi invitato quarantotto volontari a visionare queste immagini indossando dei sensori. Alcuni dei volontari erano esperti in progettazione di giardini o architettura, mentre altri non avevano alcuna formazione speciale in questi campi. Mentre i partecipanti guardavano le immagini, un eye-tracker registrava ogni volta che lo sguardo si fermava su un punto specifico, e un dispositivo per la rilevazione cerebrale misurava l'attività elettrica nei loro cervelli. Successivamente, i partecipanti compilavano un sondaggio descrivendo le sensazioni provate rispetto allo spazio, utilizzando coppie di parole opposte come "aperto" rispetto a "chiuso" o "calmo" rispetto a "teso".
I risultati hanno rivelato un modello chiaro nel modo in cui le persone esperivano i diversi tipi di scene. Le immagini caratterizzate da montagne e acqua ricevevano costantemente i complimenti più alti. I partecipanti descrivevano queste scene come più immersive e con una carica emotiva positiva rispetto alle altre. Quando i ricercatori hanno esaminato i dati cerebrali, hanno trovato un segnale corrispondente: le scene con montagne e acqua causavano un rafforzamento di un tipo specifico di onda cerebrale associata al rilassamento e all'attenzione calma. Al contrario, le scene dominate da edifici e sentieri di pietra, pur essendo chiare e ordinate, non generavano lo stesso senso di facilità o connessione emotiva. Le scene composte principalmente da alberi e vegetazione si collocavano nel mezzo, offrendo una sensazione naturale ma priva della specifica scintilla della combinazione montagna-acqua.
Interessantemente, il modo in cui le persone guardavano le immagini non cambiava tanto quanto i loro sentimenti. I dati dell'eye-tracking hanno mostrato che le persone passavano approssimativamente lo stesso tempo a guardare i tre tipi di scene, e i loro occhi si muovevano con schemi simili. Ciò suggerisce che, sebbene gli occhi possano scansionare un giardino in modo standard, il cervello e il cuore reagiscono diversamente a seconda di ciò che è effettivamente presente nella visuale. Lo studio ha scoperto che la presenza dell'acqua era un fattore chiave. Le scene con una proporzione maggiore di acqua visibile erano valutate come più belle e più simili a un vero giardino. Al contrario, le scene con troppi edifici o camminamenti pavimentati erano valutate meno in termini di capacità di evocare un'atmosfera da giardino. I ricercatori hanno inoltre scoperto che l'apertura del cielo nell'immagine era legata al modo in cui il cervello elaborava lo spazio, suggerendo che la sensazione di trovarsi sotto un cielo aperto sia una parte cruciale dell'esperienza.
Per rendere utili questi risultati per progetti futuri, il team ha sviluppato un semplice sistema di punteggio. Hanno creato due numeri che possono essere calcolati per qualsiasi scena di un giardino digitale. Il primo numero misura la sensazione complessiva che uno spettatore riceve dalla scena, combinando tutte le risposte del sondaggio e i dati cerebrali in un unico punteggio di "esperienza del giardino". Il secondo numero analizza gli ingredienti dell'immagine stessa — quanta acqua, quanti edifici e quanto spazio aperto siano visibili — per prevedere quanto bene la scena funzionerà come giardino. Utilizzando questo sistema, hanno confermato che le scene con montagne e acqua erano le più efficaci, ottenendo i punteggi più alti sia nell'esperienza che nel controllo degli ingredienti. Le scene ricche di edifici hanno ottenuto i punteggi più bassi.
Questo lavoro suggerisce che, quando cerchiamo di riportare in vita su uno schermo i giardini storici perduti, non basta rendere corretti gli edifici. La magia di un giardino cinese risiede nella relazione tra il mondo naturale e l'ambiente costruito, specificamente nel modo in cui l'acqua, le montagne e la vegetazione sono disposti. Se una ricostruzione digitale si concentra troppo sull'architettura e ignora il flusso dell'acqua e l'apertura del paesaggio, apparirà accurata ma sembrerà vuota. Utilizzando questi nuovi metodi per misurare la reazione umana, i ricercatori possono ora perfezionare i loro modelli digitali. Possono regolare il punto di vista o la quantità di acqua visibile per garantire che l'immagine finale catturi non solo la storia del luogo, ma anche la sensazione di trovarsi lì. Questo approccio offre un modo per validare i progetti di patrimonio digitale, assicurando che trasmettano il vero spirito del passato alle persone che li osservano oggi.
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