[發(fā)明專利]一種基于虛擬現(xiàn)實與眼動追蹤的建筑室內(nèi)尋路要素視覺顯著性評估系統(tǒng)與方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811406520.7
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109582140A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫澄;楊陽;韓昀松;劉瑩;黃欣鵬;高亮;張洪瑞;黃茜
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;A61B3/113
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 孫莉莉

本發(fā)明提出了一種基于虛擬現(xiàn)實與眼動追蹤的建筑室內(nèi)尋路要素視覺顯著性評估系統(tǒng)與方法，包括：虛擬現(xiàn)實生成模塊，基于調(diào)研數(shù)據(jù)建立建筑室內(nèi)三維虛擬模型；顯示與控制模塊，顯示預(yù)設(shè)環(huán)境場景，實現(xiàn)人機交互；數(shù)據(jù)采集與記錄模塊，運用眼動追蹤設(shè)備實時捕捉被試各項指標(biāo)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理與分析模塊，調(diào)用建筑設(shè)計影響因子參數(shù)組與眼動數(shù)據(jù)，建構(gòu)建筑室內(nèi)尋路要素視覺顯著性預(yù)測模型，以實現(xiàn)對相關(guān)環(huán)境要素進行視覺顯著性評估。本發(fā)明能夠提高使用者尋路導(dǎo)航?jīng)Q策預(yù)測的準(zhǔn)確性，通過合理引入視覺顯著性參數(shù)，優(yōu)化建筑室內(nèi)疏散仿真模擬算法模型，進而為建筑性能化設(shè)計提供更有效的建議。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑空間認知技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于虛擬現(xiàn)實與眼動追蹤的建筑室內(nèi)尋路要素視覺顯著性評估系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)

在體驗型新興業(yè)態(tài)迅速崛起的驅(qū)動下，商業(yè)建筑綜合體中公共空間布局結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用人群密度高而對整體建筑空間熟悉度低、潛在事故(如火災(zāi)等)風(fēng)險高等一系列問題進一步加劇，亟需在滿足空間體驗豐富性和趣味性的同時，減輕使用者的空間認知負擔(dān)，提高其尋路效率，以降低建筑的高風(fēng)險等級。鑒于室內(nèi)環(huán)境要素的復(fù)雜多樣性，定量測算使用者在尋路過程中的視覺觀察數(shù)據(jù)并評估各要素的視覺顯著性水平，對于幫助建筑師更好地了解其設(shè)計初衷與實際使用情況的吻合程度，檢驗建筑空間的安全性和易讀性，進而指導(dǎo)復(fù)雜建筑室內(nèi)空間流線組織和導(dǎo)引系統(tǒng)設(shè)計、優(yōu)化建筑安全設(shè)計有著重要的作用。

建筑疏散仿真模擬可以為建筑性能化設(shè)計提供有力依據(jù)，根據(jù)仿真模擬結(jié)果對建筑設(shè)計初期方案進行調(diào)整，可及時規(guī)避可能出現(xiàn)的疏散問題，從而有效提高設(shè)計效率。人群仿真模擬涉及建筑環(huán)境因素及各類復(fù)雜的人群心理及行為因素，具有較強的離散性和不確定性，且在使用過程中暴露出一些問題，如：難以準(zhǔn)確反映局部建筑環(huán)境對使用者決策的真實影響，現(xiàn)有模擬模型多以疏散時間或路徑最短為基礎(chǔ)來預(yù)設(shè)或優(yōu)化疏散路線，較少涉及局部環(huán)境提示如何作用于使用者(特別是對環(huán)境缺少全局認知的陌生使用者)實時決策的問題，使得模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)產(chǎn)生差異；對于復(fù)雜多樣的室內(nèi)環(huán)境，其環(huán)境因素對使用者尋路導(dǎo)航過程可能產(chǎn)生不同程度的正向或負向影響，但由于模擬中的實驗設(shè)定過于簡化，造成其結(jié)論與實際觀測結(jié)果不符等。以上問題會對模擬預(yù)測結(jié)果的可靠程度造成較大影響，限制其在疏散性能化中的有效使用。因而，如何運用科學(xué)合理的方法，針對以上局部環(huán)境對使用者產(chǎn)生的不確定影響進行有效的數(shù)據(jù)采集和分析整合，是準(zhǔn)確預(yù)測使用者在環(huán)境中的認知和決策行為，提高模擬精度的核心問題之一。

受制于數(shù)據(jù)采集技術(shù)與研究條件，傳統(tǒng)認知實驗多以問卷調(diào)查、出聲思維等定性方法展開，鑒于尋路與空間認知行為的復(fù)雜性和主觀性，該方法難以對所述過程進行客觀描述。眼動追蹤實驗突破了傳統(tǒng)主流認知研究方法的局限，可精確記錄人眼在尋路過程中的注視信息，通過生成個體在視覺探索行為中的定量數(shù)據(jù)來分析其相關(guān)行為心理的規(guī)律，已成為近年來解決空間認知領(lǐng)域問題的重要方法。但相關(guān)研究多集中在城市或街區(qū)等室外環(huán)境的研究方面，對建筑室內(nèi)的研究和應(yīng)用相對較少。相比于室外，室內(nèi)環(huán)境中包含更多的路徑轉(zhuǎn)折和干擾因素，需要更準(zhǔn)確和更高密度的尋路標(biāo)志物輔助導(dǎo)航過程。

在實際應(yīng)用和學(xué)術(shù)研究中，真實環(huán)境由于場景干擾項過多以及建筑設(shè)計條件難以改變等客觀限制，難以進行變量研究和設(shè)計對比；此外，出于安全考慮，也無法在真實場景中開展緊急狀態(tài)下的相關(guān)研究，因此，研究方法和數(shù)據(jù)獲取均受到較大限制。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以較好地解決上述問題，其結(jié)合計算機圖形學(xué)、計算機仿真、三維模型處理與人機交互等多種技術(shù)，通過計算機模擬仿真生成包含視覺、聽覺等感覺知覺的具有沉浸感的虛擬環(huán)境，使用戶與虛擬場景進行交互。該過程可對客觀環(huán)境因素進行有效控制，且可進行多次重復(fù)，從而彌補真實環(huán)境實驗中的不足，對不同狀態(tài)下的尋路觀察與認知行為進行更為準(zhǔn)確的模擬和實現(xiàn)。

鑒于以上原因，有必要引入客觀測量的眼動追蹤技術(shù)和仿真可控的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，提供新的技術(shù)思路，來補足現(xiàn)階段對使用者與建筑室內(nèi)環(huán)境互動方面研究和技術(shù)應(yīng)用的不足；同時，亟需運用新技術(shù)深入研究環(huán)境因素對使用者行為的影響機制，進而為提高疏散模擬準(zhǔn)確度、優(yōu)化建筑安全設(shè)計提供理論支持。

發(fā)明內(nèi)容