適用于建筑環境工學研究的VR可共享實驗系統及方法技術方案

本發明專利技術涉及一種適用于建筑環境工學研究的VR可共享實驗系統及方法，所述實驗系統包括：實驗客戶端，用于根據實驗項目和研究方向生成帶有設定的物理環境參數的虛擬實驗場景，獲取并發送實驗數據，根據所述實驗數據獲得實驗分析結果；VR實驗設備，用于顯示所述虛擬實驗場景進行實驗，并生成實驗數據；數據存儲共享平臺，用于分類存儲和共享實驗數據。與現有技術相比，本發明專利技術具有可有效降低實驗成本、提高研究進程等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及建筑環境工學實驗領域，尤其是涉及一種適用于建筑環境工學研究的VR可共享實驗系統及方法。
技術介紹
建筑環境工學領域的研究以實驗為主，環境行為學，環境心理學、人因工學等研究都屬于建筑環境工學的研究范疇，是建筑循證設計方法中理論支撐的重要組成部分。此領域的核心研究目的的是：通過實驗“量化建筑空間各項參數對人群空間感知的影響作用”。實驗需要根據研究內容，搭建不同環境參數的實驗場景，邀請被試人員進行場景體驗，并將自己的感受(內容涵蓋生理、心理等方面，數據采集包括主觀評價、客觀記錄等方法)反饋給實驗人員，由此量化實驗場景(環境參數)對人體生理、心理、行為等方面的影響作用。因此，搭建真實可控，且具有高度還原性的實驗空間是此類實驗研究的核心環節。目前，此類研究的主要的實驗場景設置方法有如下幾種：1.照片展示，2.影像展示，3.搭建縮尺模型，4.搭建等比例場景，5.現實場景，6.VR虛擬現實場景。現有技術的狀況及其存在缺陷如下：1)照片展示方式的實驗場景是以二維靜態圖像呈現，對空間及環境的還原能力有限，被試的場景沉浸感嚴重缺失，導致最終實驗數據無法精描述被試感受。2)影像展示方式相比照片，其優點是可以對被試施加連續的動態圖像刺激，并且可以附加音頻同步刺激，進而在一定程度上提升了被試在實驗場景中的沉浸感。但是，場景還原依然停留在二維平面圖像層面，畫面無景深，且畫幅有限，影響了被試的場景體驗，進而導致數據失真。3)縮尺模型展示相較于照片展示，其優點是三維呈現，有景深；但被試無法進入空間進行實際體驗，因此無法準確判斷其對該空間的真實感受。4)在現實空間內搭建等比例場景的方法對場景還原度較高，因此可以獲得高
質量的實驗數據。但是其缺陷也同樣明顯：場景搭建工作耗時、耗力，嚴重影響實驗進程。同時，搭建等比例場景容易受到科研投入成本影響，難以完成整棟建筑、街區或城市尺度的實驗場景。5)在現實場景中被試可以獲得最高級別的沉浸感，但其缺陷是：由于現實場景的環境參數時刻變化，研究者很難對現實場景中的各項變量進行精準控制，甚至在實驗過程中會有突發變量介入。因此實驗數據的噪音較大，實驗性研究的基石——“可重復性”受到極大危害。6)現階段的虛擬現實技術(VR)與以上方法相比，把實驗場景從二維圖像提升到了三維空間，輔以虛擬聲場和多項定位技術，理論上可以搭建出高原度的實驗場景，且場景參數可控。相比照片、影像、模型等方法，被試的沉浸感獲得質的飛躍。但是，目前建筑學研究領域里的VR場景搭建沒有實現標準化，同類研究的不同實驗團隊，其搭建的虛擬場景質量參差不齊，導致實驗數據無法進行橫向比對，更無法根據研究內容分類匯總，形成研究數據的大數據庫。這些缺陷直接導致同類實驗的研究成果無法形成合力，從而極大地影響了此類研究的發展進程。目前，由于以上實驗場景搭建方法的局限性，導致同一研究課題的實驗樣本量受限，導致相關領域的研究進程緩慢，大多數研究還多停留在定性階段。隨著研究工作的不斷深入，定量研究將逐步成為主流。定量研究要求實驗必須獲得大量數據樣本，從而提高研究結論的精確性和可靠性。然而由于諸多因素的局限性，導致相關領域的研究存在以下問題：1)目前學術界同領域的研究機構均各自為政，雖然存在大量的相似類型實驗，但數據卻無法共享，形成大數據庫綜合分析，進而導致各種資源的極大浪費，大大影響了實驗研究的進程。2)由于同類實驗研究沒有統一的環境搭建系統平臺，導致實驗場景沒有標準化，客觀上導致實驗數據無法進行橫向比對失去意義。3)受人力、物力、財力、時間、被試量的局限性，每次實驗能收集的數據量非常有限，嚴重影響了同類實驗研究結論的客觀一致性。4)受目前的實驗方式局限，部分環境變量的無法實現(如10000K色溫的人工光環鏡)。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可有效降低實驗成本、提高研究進程的適用于建筑環境工學研究的VR可共享實驗系統及方法。本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：一種適用于建筑環境工學研究的VR可共享實驗系統，包括：實驗客戶端，用于根據實驗項目和研究方向生成帶有設定的物理環境參數的虛擬實驗場景，接收、存儲和發送實驗數據，根據所述實驗數據獲得實驗分析結果；VR實驗設備，用于顯示所述虛擬實驗場景進行實驗；數據存儲共享平臺，用于分類存儲和共享實驗數據；所述實驗客戶端包括：實驗場景搭建模塊，用于生成帶有設定的物理環境參數的虛擬實驗場景，并將獲得的虛擬實驗場景發送至VR實驗設備；數據分析模塊，用于根據實驗數據生成實驗分析結果，同時將實驗數據共享至數據存儲共享平臺。所述實驗場景搭建模塊包括：空間編輯器，用于生成并設置虛擬實驗場景的空間；環境編輯器，用于對空間編輯器獲得的空間的物理環境參數進行設置。所述空間編輯器中，對空間的設置包括空間形態設置、三維尺度參數設置、界面形態設置、空間實體設置和/或實體材質參數設置。所述物理環境參數包括聲音環境參數、光環境參數和熱工環境參數。所述數據分析模塊包括：數據導入接口，用于獲取本地實驗數據；數據共享接口，用于將本地實驗數據共享至數據存儲共享平臺，或從數據存儲共享平臺下載共享的云端實驗數據；分析結果輸出接口，用于根據本地實驗數據或本地實驗數據與同一實驗項目和研究方向下的云端實驗數據的整合進行分析，并輸出分析結果。所述VR實驗設備為經校準的頭戴式顯示設備，所述校準基于被試現實場景與虛擬場景的差異評價系數的歷史數據實現。一種利用上述適用于建筑環境工學研究的VR可共享實驗系統實現的實驗方法，包括以下步驟：1)實驗客戶端獲取設定的實驗項目和研究方向；2)實驗客戶端根據所述實驗項目和研究方向構建帶有設定的物理環境參數的虛擬實驗場景，具體為：a)構建虛擬實驗場景的空間，并對空間進行設置；b)設置空間的物理環境參數；3)實驗客戶端與VR實驗設備匹配連接，VR實驗設備顯示所構建的虛擬實驗場景，并記錄實驗數據，所述實驗數據包括VR實驗設備體驗者反饋的對虛擬實驗場景的響應數據；4)實驗客戶端接收實驗數據并根據實驗數據進行分析，并將實驗數據發送至數據存儲共享平臺，數據存儲共享平臺進行實驗數據的分類存儲和共享。所述步驟4)中，根據實驗數據進行分析時，僅對本地實驗數據進行分析，或對本地實驗數據與從數據存儲共享平臺獲取同一實驗項目和研究方向下的云端實驗數據的整合進行分析。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點：(1)本專利技術通過搭建標準化虛擬實驗場景，通過精確控制各項場景參數，讓大樣本量實驗成為可能。(2)本專利技術根據實驗目的分類，抽象出實驗的空間樣式及場景參數，為被試人員提供浸入式虛擬場景(包含空間樣式及場景環境參數)，研究人員可在虛擬現實中完成相關實驗的場景搭建工作。(3)本專利技術還提供云端數據共享平臺，避免重復研究，提高研究效率，能有效將同類研究數據整合，降低研究的資源浪費，加速研究進程。(4)本專利技術可有效降低實驗場景的搭建費用，縮短場景搭建周期。(5)本專利技術能夠實現在現實環境中難以實現的場景參數(如超高色溫光照刺激)。(6)本專利技術能夠通過改變參數，簡單地控制虛擬場景中的空間樣式及環境參數，從而增加實驗場景變量的密度，有效提高實驗數據樣本量，降低研究的時間成本。(7)本專利技術可以精確控制場景參數，實現實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種適用于建筑環境工學研究的VR可共享實驗系統，其特征在于，包括：實驗客戶端，用于根據實驗項目和研究方向生成帶有設定的物理環境參數的虛擬實驗場景，接收、存儲和發送實驗數據，根據所述實驗數據獲得實驗分析結果；VR實驗設備，用于顯示所述虛擬實驗場景進行實驗；數據存儲共享平臺，用于分類存儲和共享實驗數據。

【技術特征摘要】
1.一種適用于建筑環境工學研究的VR可共享實驗系統，其特征在于，包括：實驗客戶端，用于根據實驗項目和研究方向生成帶有設定的物理環境參數的虛擬實驗場景，接收、存儲和發送實驗數據，根據所述實驗數據獲得實驗分析結果；VR實驗設備，用于顯示所述虛擬實驗場景進行實驗；數據存儲共享平臺，用于分類存儲和共享實驗數據。2.根據權利要求1所述的適用于建筑環境工學研究的VR可共享實驗系統，其特征在于，所述實驗客戶端包括：實驗場景搭建模塊，用于生成帶有設定的物理環境參數的虛擬實驗場景，并將獲得的虛擬實驗場景發送至VR實驗設備；數據分析模塊，用于根據實驗數據生成實驗分析結果，同時將實驗數據共享至數據存儲共享平臺。3.根據權利要求2所述的適用于建筑環境工學研究的VR可共享實驗系統，其特征在于，所述實驗場景搭建模塊包括：空間編輯器，用于生成并設置虛擬實驗場景的空間；環境編輯器，用于對空間編輯器獲得的空間的物理環境參數進行設置。4.根據權利要求3所述的適用于建筑環境工學研究的VR可共享實驗系統，其特征在于，所述空間編輯器中，對空間的設置包括空間形態設置、三維尺度參數設置、界面形態設置、空間實體設置和/或實體材質參數設置。5.根據權利要求1、2或3所述的適用于建筑環境工學研究的VR可共享實驗系統，其特征在于，所述物理環境參數包括聲音環境參數、光環境參數和熱工環境參數。6.根據權利要求2所述的適用于建筑環境工學研究的VR可共享實驗系統，其特征在于，所述數據分析模塊包括：數據...

【專利技術屬性】
技術研發人員：崔哲，陳堯東，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：上海;31