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虚拟现实作为一个实证研究工具——在真实建筑物和相应的虚拟模型里探索用户体验
虚拟现实（VR）允许人们进行很细致的观察，准确的行为测量和在受控实验室环境下的系统环境操纵。因此，它将有可能成为一个有价值的研究工具，可用于研究人类与环境的相互作用，如建筑可用性的研究，建筑前研究和在现实中，人们入住前建筑评价。
为了完全认识VR展示的有效环境，在某些方面上，我们有必要测试验证用户的认知，行为和体验在真实世界和虚拟世界是类似，相像的。这项工作提出了三个研究，有两个研究分别调查用户在一个真正的会议中心的体验建立，和一个高度详细的虚拟模型对应同一建筑物，以及第三个研究，虚拟地实现了系统的重新设计到现有建筑布局。
在一份关于用户体验的建筑评估的报告中，它讨论了实现虚拟环境作为人-环境交互领域的实证研究工具的潜力，先决条件和机会。基于定量数据，人们发现真实和虚拟建筑物的评级之间几乎没有统计学那样的显着差异;然而基于定性数据的分析揭示了与大气相关的差异。本文的主要结论是，VR被用作心理和建筑研究的实证研究工具具有很强的潜力，未来的研究可以补充行为验证。
1 介绍
虚拟现实（VR）的使用在许多领域中已经确立。 VR已经实现为研究工具，例如用于导航和空间认知研究，模拟医疗和技能训练（Cliburn＆Winlock，2002; Dalton，2001; Loomis，Blascovich，＆Beall，1999; Ruddle，Payne， 1997，Darken＆Sibert，1996; Tanja-Dijkstra等人，2014; Larsen，Oestergaard，Ottesen，＆Soerensen，2012）。研究集中于真实和虚拟环境之间的直接比较，研究了认知和情感环境评价和人类运动模式在两种环境中是如何对应的（例如，Westerdahl等，2006; De Kort，Ijsselsteijn，Kooijman，＆Schuurmans，2003; Bishop＆Rohrmann ，2003; Skorupka，2009; Haq，Hill，＆Pramanik，2005; Dalton，2003; Witmer，Bailey，Knerr＆Parsons，1996）。此外，VR的使用也可以与前后占用建筑评估相关，这可以为增强建筑环境的可用性铺平道路。
本文的主要目的是双重的：首先，通过比较用户体验真实，现存和相应的虚拟模拟建筑（研究1 2）来重新调查环境的可比性。第二，将以前的研究延伸到评估用户如何响应VR中现有建筑的重大重新设计（研究3）。
本文的主要目的是双重的：第一，重新调查环境可比性，通过比较用户体验真实的，现存的和相应的，虚拟模拟的建筑物（研究1 2）。第二，将以前的研究延伸到评估用户的反应到VR现有建筑的重新设计（研究3）。
1.1
虚拟环境（VE）有助于建设评估。它们允许一旦这些被占据就不能（或不有效地）在真实环境（RE）中实现的系统环境操纵。尽管在现有建筑物中基本上改变空间配置将是具有挑战性的，但是在VR中可以有效地模拟对用户行为的多个重新设计的影响，而不中断建筑物使用。在空间认知研究中，已经实现了VR用于此目的，例如，在系统地重新排列主要流通区域之后研究寻路性能和空间记忆（Werner＆Schindler，2004）。类似地，虚拟现实可以支持“占用前评估”，即在占据建筑物之前从用户的角度的环境评估（Guski＆Schuemer，2008）。然而，迄今只有少数研究调查了这种可能性;例如Palmon，Sahar，Wiess和Oxman（2006）评估了残疾人如何认识到计划中的建筑物的可达性。
VR当前的应用场景主要集中在特定领域的建筑专家，而不是未来或当前建筑用户的经验。 Drettakis，Roussou，Reche和Tsingos（2007）问了一个小样本的专家，在一个虚拟的城市广场重新安排环境对象，并协作讨论他们的设计解决方案。其他旨在将基于定量空间理论的模拟代理移动（例如空间语法）整合到这些应用中（例如，Broll等人，2004）;或者将VR理解为用于支持在物理上分离的位置工作的利益相关者的协作工具（例如，Argelaguet，Kulik，Kunert，Andujar，＆Froehlich，2011）。最近的研究调查了使用VR建筑教育的潜力，目的是在早期设计阶段为建筑学生提供他们自己的建筑设计的用户视角体验（Schneider et al。，2013）。
因此，对于环境规划者，VR提供了许多优点，例如可视化，实验，体验，分析和协作讨论计划的设计和已经建成的建筑物。尽管如此，在构建之前，关于建筑用户如何解释，交互和体验虚拟的，建筑（重）设计的信息还没有广泛地集成到应用中 - 尽管提供了高质量的可承受的技术（例如，Oculus Rift，HTC Vive，Google纸板，三星Gear VR，LeapMotion，Virtuix Omni）。如果虚拟模拟和用户评估的使用更加集成到以用户为中心的设计中，则可以提高建筑物的可用性。在当前的工作中，构建可用性在概念上通过构建功能以及建筑用户愉快，令人满意的环境体验来定义。因此，遵循Krukar，Dalton和Houml;lscher（2016）的概念方法。
1.2。 VR在心理研究领域
对于行为研究者，VR在受控实验室环境下提供高度详细的测量（例如，指示参与者在何处导航，暂停和观察的精确数据）的优点。然而，研究真实和虚拟环境的可比性的研究在一定程度上仍然没有结论。一些研究结果表明，人们可能使用类似的提示和类似的寻路策略，并在真实和虚拟的寻路过程中类似地评估寻路难度（例如，Skorupka，2009）;但其他人没有找到可比的结果（Haq等人，2005）。类似的讨论存在于VE中的距离估计（例如，低估，Witmer和Kline，1998;不准确，Wilson，Foreman，＆Tlauka，1997;或通信，Ruddle等人，1997; Interrante，Ries，Anderson，2006）。在认知，情感和美学用户评级方面的差异包括真实建筑物（Westerdahl等人，2006）的增强的喜好（“愉悦”）或较少的积极评级以及在虚拟建筑物中缺乏心理唤醒（De Kort等人。，2003）。这些发现可能与这些研究中使用的虚拟模拟的现实的，视觉保真度的水平相关; VE中的经验与真实世界体验的程度相似（DeKort et al。，2003）。参与者暴露于任一环境的顺序也似乎影响用户对环境评价的反应（例如，Pals，Steg，Dontje，Siero和van der Zee，2014; Bishop和Rohrmann， Ziemer，Plumert，＆Kearney，2010）。
1.3。使用VR作为研究工具的先决条件
对于环境可比性的问题，准确模拟在真实环境中的“自然主义”经验（Bell，Greene，Fisher，＆Baum，2001）是核心。为此，环境心理学中的传统模拟方法包括草图，照片和幻灯片（Bateson＆Hui，1992）。最近，在研究实验室将自然主义设置的关键方面转化为模拟实验的“虚拟实验室”提供了具有高现实性和生态效度的高度受控的实验环境（De Kort等人，2003; Loomis等人，1999） 。
环境表示越接近模拟的现实世界环境，用户的反应就越真实（Freeman et al。，2000，p。151）。 （假设）导致不可区分的环境，从而导致等效的反应（Loomis等，1999）。当今的VR技术在技术上能够模拟高度现实，高度详细和“复杂”（即，大规模，多级）环境.1通用呈现设备包括单个或多个连接的桌面屏幕（例如，Hochmair，Buuml;chner ，2008; Kalff＆Strube，2008），以及部分或完全环绕参与者的大投影屏幕，可用于个人或群体展示（例如Schneider等，2013;Frouml;hlich和Wachsmuth，2013）。更加身临其境的呈现设备，例如头戴式显示器，使用基于头部的跟踪和呈现，以允许头部的高度逼真的实时旋转。身体运动（例如步行）的翻译可以通过使用操纵杆/手柄，或者物理上在指定区域/在跑步机上进行模拟。最近开发的头戴式显示器最初被设计用于娱乐目的，例如Oculus Rift（Oculus VR，Inc，2014），可能随着时间的推移成为可负担和有效的研究工具。
当前的计算机图形能够提供与真实视觉体验（视觉真实性）强烈相关的视觉体验。另外，一些设备（例如，头戴式显示器，CAVE）可以表示与真实世界用户表现（行为现实主义）相关的感知和身体体验;例如通过提供关于观察方向，头部和身体旋转的变化的反馈。因此，问题是用户在真实和虚拟环境中的体验的哪些元素可以从更多身临其境的技术直接传递到更少沉浸式技术（例如，视频呈现）。一方面，由于模拟视觉和行为现实主义，更多身临其境的系统被认为产生更高水平的经验现实主义，例如存在（在一个地方的主观，心理状态，而在物理上在另一个地方; Witmer＆ Singer，1998）。例如，当使用提供主动运动和身体反馈而不是桌面设备的高度引人注目的技术（Hegarty，Montello，Richardson，Ishikawa和Lovelace，2006）时，更好地支持空间学习。另一方面，虽然具有高质量计算机图形的桌面屏幕不像更多身临其境的技术那样提供尽可能多的行为现实主义（就身体反馈而言），但是它们充分地实现视觉真实性。事实上，有可能更多身临其境的系统有时导致较少的行为现实主义;例如，由于控制的困难.2当前的研究使用桌面VE3和预定义路线，不涉及任何主动寻路任务。因此，通过视觉现实主义（在研究1和3）接近经验现实主义，预期这足以评估用户的体验，并且主动运动使研究2中的行为现实主义近似成为可能。
1.4。用户体验
为了更好地了解用户如何体验空间（目的是潜在地将此洞察整合到建筑物入住和建筑前评估中），有必要在“用户体验”的定义中找到一个共同点，因为它与用户为中心的建筑设计。在人机交互中，用户体验一词被解释为个人感知，情感，认知，动机和行动的相互作用，“与世界（地方，时间，人和物体）对话” （Hassenzahl，2010，第4页）。用户体验是主观的，整体的，位置和动态的（Hassenzahl，2010）。它包括在与产品交互之前，期间和之后发生的个人偏好，心理反应，行为（ISO 9241-210）;这里，一座建筑。在人员 - 计算机交互和人 - 环境交互之间的联系在占用后评估中变得清楚，其中可以实现方法以识别用户与建筑物的交互的功能缺陷（例如，Houml;lscher，Meilinger，Vrachliotis，Brouml;samle，＆Knauff，2006 ）。除了作为功能（高效和有效）交互的可用性之外，最近在以用户为中心的设计（例如，调查使用的快乐，大气，感知的安全性）中越来越强调满足，愉快的用户体验的重要性。例如，Krukar et al。 （2016）讨论了从人机交互到建筑设计的方法的概念方法。
在上述研究中使用的基于形容词的评估工具（例如，De Kort等人，2003）的双极语义差分尺度（Osgood，Tannenbaum，＆Suci，1957; Hershberger＆Cass，1974; Canter＆Wools， ，将与情感和认知相关的地方的语言描述符变换成用户在建筑物中的体验的更全面的组成部分。虽然人们单独地感知和反应，但是关于建筑物的某些潜在的感知概念被假定为比其他人更突出，并且可以被识别为用户的感知和经验的组成部分。例如，人们似乎对局部空间特征敏感，如“单维面积”，从单个观察点的视野（Benedikt，1979）。这种客观空间特征与建筑用户的主观评价密切相关;例如，在复杂性和宽敞性（Franz＆Wiener，2007）或可访问性和开放性（Kuliga，Dalton，＆Houml;lscher，2013）方面。基于形容词的评估工具可能是评估用户在此上下文中体验真实和虚拟建筑的良好起点。
1.5。研究目标
为了理解在这项工作中使用的虚拟模型如何表示真正的建筑，前两项研究评估了在真实建筑中的环境评估的用户体验和对应的虚拟模型。在第三项研究中，对虚拟建筑进行了重新设计，对用户的评价进行了定性评估。
研究1和2旨在评估VE的有效性作为RE的经验性质的充分表示;因此，第一个假设是“在真实和虚拟建筑的用户环境评级中几乎没有差异”（H1）。这些发现将提示使用该模型来评估用户对系统重新设计的响应的足够类似的经验。
由于一些研究指出，呈现顺序可能影响主观评级。这个方面在研究1中有系统地变化，假设“第一次体验虚拟建筑的参与者比首次看到真实建筑的参与者更积极地评价虚拟环境”（H2）。
在研究2中，通过VE的自导航允许在VE中自由观察/走动方面更多的视觉现实性（在研究1中，这在技术上不可能）。两个环境之间的对应关系在自我导航的背景下重新评估，没有主动任务（复检H1）。
在研究3中，预期建筑元素的主要变化将引起与原始虚拟建筑物相比不同的经验反应;例如，由于实施旨在提高垂直循环的可见度，用户被期望对入口区域的视觉访问和宽敞度发表评论（见sect;2.2）。
2.一般方法
2.1。 真正的建筑
该案件是一个建于1970年的会议中心：德国西北部Guuml;nneamMouml;hnesee的Heinrich-Luuml;bke之家。 该建筑已经被研究小组（例如，Brouml;samle，Mavridou，＆Houml;lscher，2010;Brouml;samle，Mavridou，＆Houml;lscher，2009;Houml;lscher，Brouml;samle，＆Vrachliotis，2009;Houml;lscher等，2006）分析。 虽然经验确定的建筑设计缺陷已经制定，对建筑用户的经验影响以前没有经验测试。
2.2。虚拟建设
虚拟环境最初建于2009年，经过修改，以满足研究1（2012）和研究2-3（2013）的当代硬件要求。出于实际原因（需要移动设备，参与者可以直接在看到RE之前或之后对路线评分），虚拟模型
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