[发明专利]一种基于虚拟现实与眼动追踪的建筑室内寻路要素视觉显著性评估系统与方法

说明书

本发明提出了一种基于虚拟现实与眼动追踪的建筑室内寻路要素视觉显著性评估系统与方法，包括：虚拟现实生成模块，基于调研数据建立建筑室内三维虚拟模型；显示与控制模块，显示预设环境场景，实现人机交互；数据采集与记录模块，运用眼动追踪设备实时捕捉被试各项指标数据；数据处理与分析模块，调用建筑设计影响因子参数组与眼动数据，建构建筑室内寻路要素视觉显著性预测模型，以实现对相关环境要素进行视觉显著性评估。本发明能够提高使用者寻路导航决策预测的准确性，通过合理引入视觉显著性参数，优化建筑室内疏散仿真模拟算法模型，进而为建筑性能化设计提供更有效的建议。

技术领域

本发明属于建筑空间认知技术领域，特别是涉及一种基于虚拟现实与眼动追踪的建筑室内寻路要素视觉显著性评估系统与方法。

背景技术

在体验型新兴业态迅速崛起的驱动下，商业建筑综合体中公共空间布局结构复杂、使用人群密度高而对整体建筑空间熟悉度低、潜在事故(如火灾等)风险高等一系列问题进一步加剧，亟需在满足空间体验丰富性和趣味性的同时，减轻使用者的空间认知负担，提高其寻路效率，以降低建筑的高风险等级。鉴于室内环境要素的复杂多样性，定量测算使用者在寻路过程中的视觉观察数据并评估各要素的视觉显著性水平，对于帮助建筑师更好地了解其设计初衷与实际使用情况的吻合程度，检验建筑空间的安全性和易读性，进而指导复杂建筑室内空间流线组织和导引系统设计、优化建筑安全设计有着重要的作用。

建筑疏散仿真模拟可以为建筑性能化设计提供有力依据，根据仿真模拟结果对建筑设计初期方案进行调整，可及时规避可能出现的疏散问题，从而有效提高设计效率。人群仿真模拟涉及建筑环境因素及各类复杂的人群心理及行为因素，具有较强的离散性和不确定性，且在使用过程中暴露出一些问题，如：难以准确反映局部建筑环境对使用者决策的真实影响，现有模拟模型多以疏散时间或路径最短为基础来预设或优化疏散路线，较少涉及局部环境提示如何作用于使用者(特别是对环境缺少全局认知的陌生使用者)实时决策的问题，使得模拟结果与实测数据产生差异；对于复杂多样的室内环境，其环境因素对使用者寻路导航过程可能产生不同程度的正向或负向影响，但由于模拟中的实验设定过于简化，造成其结论与实际观测结果不符等。以上问题会对模拟预测结果的可靠程度造成较大影响，限制其在疏散性能化中的有效使用。因而，如何运用科学合理的方法，针对以上局部环境对使用者产生的不确定影响进行有效的数据采集和分析整合，是准确预测使用者在环境中的认知和决策行为，提高模拟精度的核心问题之一。

受制于数据采集技术与研究条件，传统认知实验多以问卷调查、出声思维等定性方法展开，鉴于寻路与空间认知行为的复杂性和主观性，该方法难以对所述过程进行客观描述。眼动追踪实验突破了传统主流认知研究方法的局限，可精确记录人眼在寻路过程中的注视信息，通过生成个体在视觉探索行为中的定量数据来分析其相关行为心理的规律，已成为近年来解决空间认知领域问题的重要方法。但相关研究多集中在城市或街区等室外环境的研究方面，对建筑室内的研究和应用相对较少。相比于室外，室内环境中包含更多的路径转折和干扰因素，需要更准确和更高密度的寻路标志物辅助导航过程。

在实际应用和学术研究中，真实环境由于场景干扰项过多以及建筑设计条件难以改变等客观限制，难以进行变量研究和设计对比；此外，出于安全考虑，也无法在真实场景中开展紧急状态下的相关研究，因此，研究方法和数据获取均受到较大限制。虚拟现实技术可以较好地解决上述问题，其结合计算机图形学、计算机仿真、三维模型处理与人机交互等多种技术，通过计算机模拟仿真生成包含视觉、听觉等感觉知觉的具有沉浸感的虚拟环境，使用户与虚拟场景进行交互。该过程可对客观环境因素进行有效控制，且可进行多次重复，从而弥补真实环境实验中的不足，对不同状态下的寻路观察与认知行为进行更为准确的模拟和实现。

鉴于以上原因，有必要引入客观测量的眼动追踪技术和仿真可控的虚拟现实技术，提供新的技术思路，来补足现阶段对使用者与建筑室内环境互动方面研究和技术应用的不足；同时，亟需运用新技术深入研究环境因素对使用者行为的影响机制，进而为提高疏散模拟准确度、优化建筑安全设计提供理论支持。

发明内容