现代教育环境的要求越来越高，认知负荷也越来越大，学生需要长时间进行脑力劳动并承受压力。学术压力、长时间使用屏幕以及静态的室内学习条件常常导致认知疲劳、情绪紧张和学业表现下降[[1], [2], [3]]。许多教育设施仍然依赖视觉上单调的饰面，如白色石膏板墙壁和统一的人工照明，这些饰面缺乏感官多样性和恢复性特性[4,5]。这种低刺激的建筑环境与视觉不适、注意力疲劳和学习者参与度降低有关[6,7]。此外，环境不适因素，如温度不平衡、日光不足和室内空气质量不佳，会进一步加剧压力反应并损害认知功能[8,9]。这些发现强调了从心理和生理角度重新构思室内学习环境的必要性，而不仅仅是从功能或结构的角度来看待这些问题。近几十年来，建筑与环境心理学研究强调了将自然元素融入建筑环境以提升心理健康和福祉的重要性[10]。这种方法基于两个基础框架：压力恢复理论（SRT）和注意力恢复理论（ART）[11,12]。SRT由Ulrich提出，认为接触自然元素会引发积极的情感反应并促进生理放松。ART由Kaplan提出，认为自然刺激能够吸引非自愿注意力，从而帮助从心理疲劳中恢复[[13], [14], [15]]。在这些理论框架中，SRT描述了接触自然元素通过降低自主神经系统兴奋来诱导生理放松和情绪稳定的过程。另一方面，ART通过吸引非自愿注意力和释放定向注意力疲劳来解释认知恢复。在本研究中，使用EEG的α波功率作为放松和皮层激活减少的神经生理指标，这与SRT中描述的生理恢复机制相对应。同时，通过PANAS、IPQ和空间评估测量的主观情感和空间反应，代表了ART提出的心理和注意力恢复过程。虽然SRT和ART为某些环境如何促进情感和认知恢复提供了解释框架，但生物亲和性假说提供了关于为什么自然和自然衍生刺激会引发这些反应的补充进化视角。生物亲和性假说认为人类天生倾向于关注和认同自然形态和过程，这是通过进化适应形成的。在这个背景下，生物亲和性设计元素可以被视为激活SRT和ART所描述的恢复机制的环境线索，而不是作为一个独立的理论框架。因此，本研究中的生物亲和性引用用于描述恢复反应的进化和感知基础，而SRT和ART被作为认知和情绪结果的主要解释模型。与这种接触相关的认知和心理益处激发了人们对仿生设计的兴趣——这是一种将自然材料、图案和纹理融入建筑环境以提升人类福祉的建筑方法[[16], [17], [18], [19]]。仿生策略不仅包括植被，还涵盖了受自然启发的几何图案、有机纹理和材料触感，即使在人工环境中也能唤起自然感[[20], [21], [22]]。在仿生设计中使用的各种刺激中，饰面和室内图案因其能够影响视觉感知、空间体验和情绪反应而受到越来越多的关注，而无需进行重大的结构干预[23]。例如，木材饰面在室内环境中显示出显著的心理和生理益处。实证研究表明，接触木材表面可以降低血压、减少交感神经系统活动，并引发舒适和宁静的感觉[24,25]。此外，仿生图案，如叶脉中的Voronoi状细胞几何图案、珊瑚结构或生物组织，通过激发人类对自然复杂性和秩序的先天偏好，引发积极的感觉反应[26,27]。Salingaros [28]和Taylor [29]的研究表明，分形和有机图案在视觉复杂性和认知参与度之间取得了平衡，从而促进了心理稳定性。同样，基于编织或受纺织品启发的图案会引发触觉联想和视觉温暖感，营造出环境熟悉感和心理安全感[30]。尽管有这些发现，大多数研究都是单独研究仿生元素，而不是将它们组合起来或作为整体空间策略整合到教育环境中。最近的综述综合了关于虚拟和模拟环境中生物亲和性设计的日益增长的证据，强调了虚拟实在验方法在研究环境特征对心理和认知反应方面的方法学价值。例如，M. Mollazadeh等人展示了沉浸式VR环境允许在关键环境变量（如几何形状、照明和温度设置）受到系统控制的情况下评估恢复性设计属性，同时保持感知真实感和空间沉浸感[32]。J.S. Gaekwad等人系统地回顾和元分析了环境心理学和生物亲和性设计领域的实证研究，报告了生物亲和性环境特征、注意力恢复和主观舒适度之间的总体关联，同时也指出了实验环境、暴露方式（包括虚拟现实）和效应大小的显著差异。此外，Giuseppe等人强调了沉浸式虚拟环境作为测试生物亲和性设计策略的方法论平台的作用，特别是在难以在实地环境中分离的视觉、空间和多感官参数的控制方面[33]。总体而言，这些研究强调了虚拟实在验作为评估建筑环境中生物亲和性设计干预的严格研究工具的日益采用。
经常使用自我评估量表（SAM）、PANAS（积极和消极情感量表）和感知恢复量表等工具来评估对环境刺激的情感反应[[34], [35], [36]]。虽然这些工具提供了关于情感感知的宝贵见解，但它们仅依赖于自我报告的认知评估，这些评估容易受到个体偏见、情绪掩饰和情境变异性的影响[37,38]。目前缺乏客观的生理证据来证明仿生饰面如何影响学习环境中的情感恢复或认知功能。最近的研究试图通过结合生物测量指标（如皮肤电导率和心率变异性）来填补这一空白[39,40]。然而，这些自主指标并不能直接反映认知处理或神经参与，限制了它们捕捉环境体验中复杂感知机制的能力。为了克服这些限制，脑电图（EEG）作为一种有前景的非侵入性工具出现，用于研究建筑环境中的神经生理反应。EEG能够实时测量神经振荡，并通过频带分析提供注意力、压力和认知负荷的定量指标[41,42]。特别是α波段（8–13 Hz）的活动已被广泛验证为放松、减少心理负担和降低皮层兴奋的神经标志[43,44]。α波功率的升高通常与较低的心理负担和更集中的注意力相关，使其成为评估环境刺激恢复反应的适当指标[45,46]。在应用神经科学研究中，观察到在接触自然、冥想环境和视觉恢复场景时α波功率的增加[41]。最近的情感VR研究证明了基于EEG的指标在沉浸式环境中的可靠性[[48], [49], [50]]。VR提供了一个受控且真实的实验平台，用于评估对建筑刺激的心理反应[51]。与静态2D图像不同，VR允许沉浸式空间体验和自然互动，从而进行更生态有效的环境研究[52]。VR还允许在不受外部变量（如照明差异或环境噪声）干扰的情况下控制饰面和材料图案的修改。先前结合VR和EEG的研究揭示了与建筑刺激相关的有意义的神经反应模式，包括空间感知、情绪唤醒和材料偏好[53]。最近的研究成功证明了基于EEG的情感指标在沉浸式环境中的可靠性。例如，Li等人使用EEG-机器学习框架对情感VR场景中的压力水平进行了分类，确认α波和θ波段的调节可以在动态虚拟环境中可靠地区分放松状态和紧张状态[54]。同样，Chen等人探索了用户在虚拟博物馆环境中的参与度，并报告在情绪积极和引人入胜的体验期间枕叶α波同步性的持续增加[55]。这些发现共同表明，基于EEG的α波功率是沉浸式VR环境中放松和情感稳定性的可靠神经标志。在此基础上，本研究将这些方法扩展到建筑领域，探讨了虚拟教室中的仿生和材料线索如何引发恢复性的神经和情绪反应。为了解决这一空白，本研究提出了基于VR的教育环境中仿生表面图案的神经建筑评估。研究了四种饰面条件：（1）中性参考基线；（2）代表自然材质的木材纹理；（3）代表生成性自然几何的Voronoi状细胞图案；（4）代表手工材料温暖感的编织纺织图案。使用标准化心理问卷测量参与者的情绪反应，同时通过分析视觉暴露期间的α波段EEG来评估神经生理反应。本研究探讨了生态饰面对学习环境中的情感舒适度、压力感知和参与度的影响，通过α波功率分析识别了恢复性反应的神经特征，并建立了结合EEG-心理评估的建筑环境评估框架。通过整合主观和神经数据，本研究将仿生设计研究从基于感知的评估推进到了基于证据的环境设计。
