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虚拟环境的视觉细节对空间认知度的影响研究 发布时间: 2011-11-28 点击: 2139

虚拟环境的视觉细节对空间认知度的影响研究
空间环境与行为之间的关系是许多研究关注的议题。行为往往取决于对空间的认知度。随着计算机技术的发展,许多类似研究都开始应用虚拟现实等技术,采用虚拟环境(VE)来研究空间环境与行为之间的关系。由于技术及资金的限制,计算机模拟的虚拟环境往往会对真实环境进行若干简化。许多研究通过添加材质、增加视觉细节,尽可能提高虚拟环境的仿真程度,使得虚拟环境更加逼真,认为这样才能更好地提高参与者的空间认知度,从而更好地达到研究目的。最近的一项研究表明,虚拟环境的视觉细节仿真程度高低、视觉细节丰富程度大小与参与者从中获取的空间认知程度并不存在关联。
这项研究采用分组对照的方式进行。首先选取了俄亥俄州立大学的部分校园建立了三维计算机模型。采用了实时三维虚拟环境生成技术,提供20帧/s的实时彩色动态场景,供用户在其中漫游。实验中建立的虚拟环境的面积约95hm2,包括了38幢建筑以及总长约1100m的道路系统。所有的空间环境都采用高、低两种视觉细节仿真程度来建模。其中,低仿真度模型仅建立四种颜色的体块模型来模拟建筑和道路;高仿真度模型进一步将现场拍摄的数码图像作为材质贴在体块模型上,使得视觉细节上更加富有真实感。在两种视觉细节不同的虚拟环境中,都选取确定了位置相同A、B、C三个标志点,作为空间认知和识别的标志。
这项研究中共有49人参与了的实验。这49个人都是城市规划专业的大学生,均从未到过俄亥俄州立大学的校园。研究中将参与者分为两组,其中26人参加低视觉细节仿真小组,23人参加高视觉细节仿真小组,两组分别进行测试。在两组实验中都由实验人员进行操作计算机,在虚拟环境中沿着同样路径进行漫游,参与者通过投影屏幕进行观察。在虚拟环境漫游中,当途径A、B、C三个标志点时,操作人员会进行提示。观察完毕之后,分别对两组参与者进行空间认知度的测试。测试分别采用四种方式进行。第一种是方位估计,计算机将观察点设置标志点A上,显示正对A点的虚拟环境静态场景,参与者需要回答此时B点、C点的相对方位。第二种方法是绘制草图,由参与者绘制一张操作人员演示中的漫游路径图。第三种方式是直线距离估算,计算机仍将观察点设置标志点A上,显示正对A点的虚拟环境静态场景,参与者被告知A点到场景中第一个道路交叉口的距离值,再由参与者估计出A点到B点、A点到C点的直线距离。第四种方式是步行距离估算,方法与第三种一样,只是参与者需要估计出A点到B点、A点到C点沿道路的步行距离。对于每一个参与者都用4种方法测试结果,分别按准确程度进行评分。
将两组共49个参与者的测试结果进行比较,结果显示,虽然两组参与者使用的虚拟环境视觉细节仿真度有显著不同,但是对空间认知度上却没有差异。两组参与者空间认知度得分的平均值、方差都非常接近。这一实验结果表明,在使用虚拟环境研究空间环境与空间行为关系时,虚拟环境的视觉细节与参与者获取的空间认知度无关。在使用虚拟环境来研究人的行为,没有必要投入过多的资金和时间用于提高虚拟环境视觉细节上的仿真度。
来源:Cubukcu E. Does the level of visual detail in virtual environments affect the user's spatial knowledge[J]? Environment and Planning B: Planning and Design, 2011, 38(4): 741-752.

基于虚拟城市模型的观景公平性评价方法
居住在城市中不同位置,所能看到的景色会有所不同。有的地物,如公园绿化、风景较好的山体、水体等等属于较好景色,也有的地物,如工厂、仓库等,属于较差景色。不同年龄、不同职业居民由于对于日常生活中能看到的景色也会有不同的要求。一般来讲,规划追求公平性,尽可能保证不同背景的居民,在不同位置的居民,都能观看到较好的景色。最近,日本的一项研究采用了GIS和虚拟城市模型的方法进行观景的公平性评价。
该研究以日本京都为案例展开。在研究之初,确定了评价观景公平性的两个评判标准。第一个是视野的开阔性,也就是在某一点观察时的视野内通视范围总面积为标准;第二个是计算视野通视范围内不同类型的景色面积。在京都的调查显示,居民认为绿地、历史建筑、水体、当地的几座宗教圣山都是较好的景色。反之,工厂、道路是较差的景色。在该研究中,选取500m为视野范围。在某一观察点周边500m半径内用以上两个评判标准来计算观景公平性。在京都市内大约有29万栋住宅,研究随机选取了其中约2%,共5172栋住宅作为研究样本。选取样本时,严格依据居住人口背景数据,控制了两个选择比例。一个是专业人士、技术工人、经理阶层的所占比例,这反映了居民的富裕程度。另一个是独立式住宅的比例,这代表了住房类型比例。以上两个比例根据2000年人口普查时的数据进行选取。
研究中建立的京都虚拟城市模型包含了地表高程、建筑物、道路网、土地用途等图层。对于每一处抽样选取的住宅都计算两次视域(Viewshed)分析。其中,一次观察点选取在建筑的底层,以人眼视高1.6m计算视域范围;另一次观察点选取在建筑的最高层,仍以眼视高1.6m计算视域范围。随后,分别依据视域范围内通视区域面积进行评分、计算通视区域范围内绿地、历史建筑、水体、工厂、道路等所占的面积进行评分。最后将底层、顶层的两次评分取平均值。由于500m范围的视域分析无法将京都当地的几座宗教圣山的景色包含在观景评价中,因此在计算当地的宗教圣山可见性时,该研究采用了另一种评价方法。在京都周边有六处类似山体,视域分析时采用相反的计算方法,以山体上的观察点出发计算通视区域。所有的住宅按建筑高度分成4类,依次计算每一座山对每一类高度住宅的通视性。
在每一处住宅的视域分析完成之后,依据2000年人口普查数据进行观景公平性分析。从人口普查的数据中选取了年龄、职业、受教育程度三类信息,评价了65岁以上老年居民的观景质量、富裕阶层(专业人士、技术工人、经理阶层)的观景质量,受过高等教育的居民的观景质量。研究表明,在京都,不同阶层、不同年龄层次的居民在享受良好视觉景观程度上具有较为显著的差异。例如,在视野的开阔性评价标准上,老年居民观景质量较差。在通视范围内不同类型景色的评价标准上,48%的住宅无法看到任何绿地,47%的住宅无法看到任何历史建筑,65%的住宅无法看到任何水体,52%的住宅无法看到任一处宗教圣山。对数据结果的统计分析还表明,能看到绿地、历史建筑良好景色与居民的富裕程度呈显著正相关,而能看到工厂、道路等不良景色与居民的富裕程度呈显著负相关。老年居民可以看到较多的历史建筑,较少看得到工厂、道路等不良景色。
GIS和虚拟城市模型的方法通常用来研究城市建筑物高度、视觉通廊等控制途径,本研究将这一方法用于研究城市居民的视觉景观公平性,得出了有意义的评价成果。这以方法为分析研究城市景观提供了新的思路。
来源:YASUMOTO S, JONES A P, NAKAYA T, YANO K. The use of a virtual city model for assessing equity in access to views[J]. Computers, Environment and Urban Systems, 2011, 35: 464-473.