一种基于VR技术的密闭空间效果评价方法与流程

一种基于vr技术的密闭空间效果评价方法
技术领域
1.本发明涉及地铁工程领域，具体涉及一种基于vr技术的密闭空间效果评价方法。


背景技术：

2.随着时代的发展和科技进步，人们对铁路站台空间的需求，不再是满足通勤需求，而是要空间更具有艺术性、舒适性、人性化等特点。站台空间主要由三个维度构成，长度(l)、宽度(d)、高度(h)。站台空间的长度(l)一般根据车辆编组形式来确定。由于站台位于地下时，与地上建筑相比缺少了与自然环境的交互，因此在地下空间中的高度更易影响人们的情绪。在站台空间设计中，通过对舒适性进行探究，可以为地下站台空间提供更人性化、更科学的设计。站台空间舒适性反映了乘客心理和生理两方面的感受。空间的环境品质对乘客生理舒适性提升作用显而易见。而站台空间的心理品质就要求站台空间的设计要充分考虑到旅客的心理需求，并且依据建筑心理学对内部空间的具体要求来进行设计。
3.建筑信息模型(building information modeling，bim)技术由autodesk公司在2002年率先提出，目前已经在全球范围内得到了广泛的认可。bim的核心是利用数字化技术建立虚拟的建筑工程三维模型，这个模型具有完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库，包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，以及非构件对象(如空间、运动行为)的状态信息。bim技术具有模拟仿真性、直观可视性和协调一致性等先进性，在道路工程设计的数字地面模型建立、道路建模、纵断面设计和平、纵组合视觉分析等方面的应用中优势突出，逐渐成为工程设计领域的主流发展趋势。
4.虚拟现实(virtual reality，vr)是一种多源信息融合、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真技术，通过电子设备和人的视觉、听觉、触觉等通道，实现虚拟环境，是一种髙级的人机交互模式，具有强烈的沉浸感、交互性和思想性。利用虚拟现实技术进行城市、交通规划可以实现传统二维设计难以达到的形象直观的视觉感受。
5.目前对于空间的舒适性研究大多沿袭传统空间比例与尺度的角度探索，随着科技的进步，在当今城市空间设计中，依据传统的理论会有一定的局限性。本发明引入vr虚拟技术，以人的视角，对地下铁路站台层空间展开探索。


技术实现要素：

6.本发明提出了一种基于vr技术的密闭空间效果评价方法。首先结合文献分析法和相关研究对站台层舒适性评价指标进行整体分析，最终形成以维度认知、材质认知和光源认知为标准的准则层，并细化为评价指标。再通过利用vr技术对地铁密闭空间的评价指标进行评价及优化，能使设计者更加有效的发挥其设计的灵感也能让乘客在身临其境中提出自己的一些看法和观点，为设计工作提供便利，也节省了时间和人力资源，提高了地铁空间优化设计。
7.本发明采用以下的技术方案，一种基于vr技术的密闭空间效果评价方法。它包括以下步骤：
8.1)模型搭建：设计师搭建bim模型；
9.2)模型导入：把搭建好的bim模型通过datasmith插件导入到ue4；
10.3)场景搭建：在ue4中优化原bim模型材质，美化周边环境，搭建模拟场景；
11.4)场景评价：让实验者在vr场景中体验场景，第三人切换场景的各项参数，进行各个场景的综合评价；
12.5)成果分析：将场景评价结果综合分析，得出基本结论辅助设计。
13.所述bim模型为revit模型。
14.成果分析具体包括以下步骤：
15.步骤1：正态性检验
16.先对满意度量表数据进行正态性检验，符合正态分布则可以考虑采取person相关分析法，如不符合则可以考虑采取spearman相关分析法；
17.步骤2：相关性分析
18.为了探究感官度量之间的影响，对感官度量数据进行person相关性分析；
19.步骤3：回归分析
20.选择logistic多元回归分析方法进行数据分析，因变量是分类型变量，符合高度、界面、光源场景设置需求；
21.步骤4：层次分析法评价
22.为了合理对场景进行评价，选择层次分析法作为场景舒适性的评价方法，并构建了场景舒适性评价指标体系。
23.本发明对地下车站密闭空间效果评价的目的在于获得乘客对地下车站空间各方面体验的真实数据，进而对设计做出合理客观的评价，迭代到设计中，最终起到优化设计的目的。将本发明的评价体系、评价方法和评价系统应用于地下车站空间设计中，可助于总结设计经验，为改善地铁空间体验提供数据支持。
附图说明
24.结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
25.图1是本发明评价方法的流程示意图；
26.图2是本发明的vr实验研究调查问卷；
27.图3是本发明效果场景测试的流程示意图；
28.图4是本发明的数据分析框架图；
29.图5是本发明的场景舒适性评价指标体系图。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
31.以下实施例仅为清楚说明本发明而举例，并非对本发明实施方式的限定。
32.在实际操作中，可在下述说明的基础上根据需求做出变化和变动，但由本发明精神所引出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
33.本发明根据实际项目实际需求，以及对传统轨道交通领域建筑设计方法的总结和
创新，提供了一种基于vr技术的密闭空间效果评价方法，具体实施方法如下，如图1所示：
34.第一步：搭建场景。首先根据设计图纸，搭建地下铁路站台空间的bim模型。将已搭建好的bim模型，通过datasmith插件导入ue4中，将导入的模型添加简单碰撞，防止体验时产生失重、漂浮在场景中。通过在场景中添加天空光和环境光，照亮整个场景。然后根据不同场景需要表达的效果，修改模型材质。调试的过程中应尽可能还原的材质的真实感。同时在场景中添加虚拟人物，让体验者感受场景中虚拟人和现实人的高度来相互校核，证实场景的还原程度。
35.第二步：交互程序设计。交互系统的主要功能是实现地下站台层不同吊顶高度、界面材质以及灯光冷暖组合下体验空间效果以及舒适性。程序上通过蓝图代码形式来实现，考虑到初次vr体验者，体验时间过长容易产生模拟证(晕动病)，实验最大程度控制了场景规模与测试项数量，防止测试疲惫造成数据失真。结合评价体系三个不同高度、两种界面材质以及两种不同光源之间的全排列组合关系搭建了12个场景，同时也优化了场景的切换顺序。具体实验步骤为：体验者带上vr头盔后，用手柄触碰“进入vr”。第三人通过按键的方式进行虚拟场景中的场景切换。通过第三人键盘切换吊顶高度、冷暖界面以及环境光。
36.第三步：主实验测试。为了控制测试时长，本发明采用分批测试，每5个人为一批。在体验者带上vr头盔前，对小组讲述导语，包括场景情况，控制的方法需要测试的信息。讲述完成后，体验者填写个人信息表格,如图2所示。表格填写好，交由测试人员。测试者带上头盔后进行场景打分，由工作人员进行记录。更换测试人员，重复上述程序，直至测试结束，如图3所示。
37.第四步：成果分析。对收集的实验数据进行统计分析，得出影响站台空间舒适性因素之间的关系进而总结出站台层密闭空间舒适性感知之间的影响规律，在此基础上，使用层次分析法对场景进行评价，得出评价最佳方案。为了充分挖掘数据背后因子的影响与趋势，设计了数据分析框架，用于对问卷结果的检验、分析与评价，如图4所示。
38.1)正态性检验
39.先对满意度量表数据进行正态性检验，符合正态分布则可以考虑采取person相关分析法，如不符合则可以考虑采取spearman相关分析法。3个心理感知量基本均匀接近对角直线分布。同时进行shapiro-wilk检验，结果表明满意度量表数据基本满足正态分布，可以使用person相关性分析法。
40.2)相关性分析
41.为了探究感官度量之间的影响，对感官度量数据进行person相关性分析。结果显示：高度与冷暖度、高度与轻松度之间显著性p值小于0.01，即高度与冷暖度、轻松度具有相关性，轻松度和冷暖度无相关性。
42.3)回归分析
43.在方案评价中，一种现象往往与多种因素相关联，由多个自变量的最优组合来预测或者估计，会比单一的自变量预测或者估计要有效。因此，选择多元回归分析方法进行数据分析。
44.logistic回归的因变量是分类型变量，符合高度、界面、光源场景设置需求。因此，本研究选择多分类logistic回归方法对数据进行研究。结果表明侧界面偏冷材质设置对于冷暖度的得分影响较大；顶界面偏暖材质设置对于冷暖度得分影响较大。
45.4)层次分析法评价
46.为了合理对场景进行评价，选择层次分析法作为场景舒适性的评价方法，并构建了场景舒适性评价指标体系，如图5所示。根据前文分析的场景影响因素分析，选择三类因素作为评价指标，分别是高度感、冷暖度、轻松度：
47.目标层：场景舒适性评价指标体系；
48.指标层：高度感、冷暖度、轻松度；
49.方案层：场景1-1至场景3-4。
50.通过分析结果得知高度感和轻松度对于乘客的舒适性影响更大，合理的设置方案高度和顶界面暖光源有助于提升方案的舒适感知。
51.为了验证实验的准确性，对层次分析法结果和问卷调查结果在归一化后进行对比。可以发现两种方法舒适性最优方案相同。同时，通过层次分析法得出的舒适性评价与问卷结果的均方误差为0.069，具有较高的精确度。
52.通过问卷调查和数据分析的最终结果，某站站台空间最终选择了吊顶高度5.4m、偏暖的米色花岗岩的墙面以及米色的顶棚界面材质和冷色光源的组合方案，指导接下来的施工建设。