基于虛擬現(xiàn)實結(jié)合眼動技術(shù)的圖書館家具設(shè)計研究

■賀田瀟 呂文蕾 耿曉杰 冀姚慧 He Tianxiao & Lv Wenlei & Geng Xiaojie & Ji Yaohui

(1.2.3.4.北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083)

圖書館閱讀環(huán)境決定著讀者的學(xué)習(xí)效率和閱讀水平，近年來，關(guān)于圖書館環(huán)境和圖書館家具的研究層出不窮，相當(dāng)一部分已開始嘗試將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于圖書館的研究當(dāng)中，旨在提高讀者的沉浸體驗感和閱讀效率。為了能給圖書館研究帶來更為清晰直觀的量化數(shù)據(jù)，本文引入了虛擬現(xiàn)實結(jié)合眼動技術(shù)，并提出了多種實驗設(shè)計方式的建議，以期進(jìn)一步拓展圖書館家具的研究前景。

1 圖書館家具研究的現(xiàn)狀和意義

1.1 圖書館家具研究的現(xiàn)狀

圖書館家具是指在圖書館中具有收藏文獻(xiàn)和提供服務(wù)的各種傳統(tǒng)及現(xiàn)代化家具，具體包括典藏家具、閱讀家具和辦公家具。與民用家具和辦公家具蓬勃發(fā)展的勢頭不同，圖書館家具設(shè)計發(fā)展較為緩慢，特別是國內(nèi)，長期存在設(shè)計觀念守舊，創(chuàng)新思維缺乏的問題[1]。

1.2 圖書館家具研究的意義

圖書館，尤其是高校圖書館，作為人類精神財富的聚居區(qū)，承載著教育關(guān)懷、文化傳承、精神塑造、人文關(guān)懷等多種功能。近年來,我國高校辦學(xué)規(guī)模不斷擴(kuò)大,圖書館文獻(xiàn)資料載體形態(tài)日趨多樣服務(wù)內(nèi)容也有所拓展,對圖書館家具的功能設(shè)計有了嶄新的要求[2]。本文欲通過探究圖書館家具設(shè)計因素，為讀者營造一個適宜的閱讀環(huán)境，體現(xiàn)良好的文化傳承和人文關(guān)懷理念，促進(jìn)圖書館事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 虛擬現(xiàn)實結(jié)合眼動技術(shù)的研究及應(yīng)用

2.1 眼動技術(shù)

眼動技術(shù)是當(dāng)代心理學(xué)研究的重要技術(shù)，大量研究表明眼動數(shù)據(jù)與情緒有很大的相關(guān)性[3]。通過研究認(rèn)知過程中眼球的三種基本運(yùn)動——注視、眼跳和追隨運(yùn)動，可以得知被試的內(nèi)部情感及思維活動情況，對研究個體的內(nèi)在認(rèn)知過程和指導(dǎo)設(shè)計實踐活動具有重要意義[4]。

2.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實也稱虛擬環(huán)境，人造現(xiàn)實、VR等，一般包括仿真、交互、人造、沉浸、認(rèn)知、遠(yuǎn)程呈現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)通訊等[5]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)如今已被應(yīng)用到了多個應(yīng)用領(lǐng)域，在交互體驗、工業(yè)設(shè)計、仿真訓(xùn)練等方面都取得了巨大進(jìn)展[6]。

2.3 虛擬現(xiàn)實結(jié)合眼動技術(shù)及其應(yīng)用

將眼動跟蹤技術(shù)應(yīng)用到虛擬現(xiàn)實中，可以實現(xiàn)二者的優(yōu)勢互補(bǔ)。眼動技術(shù)在虛擬現(xiàn)實場景中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個方面：

2.3.1 體驗性應(yīng)用

眼動技術(shù)作為虛擬環(huán)境中的探索工具，它的作用猶如Windows系統(tǒng)中的鼠標(biāo)功能一樣，用戶可以用眼球的運(yùn)動來與VR軟件用戶界面進(jìn)行交互，用眼睛來控制界面，觸發(fā)一系列的選擇操作，極大增加了用戶的操作速度和體驗感[7]。這種方式現(xiàn)已應(yīng)用于部分VR游戲當(dāng)中，通過VR眼鏡實現(xiàn)。

2.3.2 研究性應(yīng)用

在虛擬現(xiàn)實中應(yīng)用眼動跟蹤技術(shù)可以實現(xiàn)對被試的眼球運(yùn)動的監(jiān)測，對被試的情感變化情況和認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行分析研究。這種應(yīng)用常見于研究學(xué)習(xí)影響機(jī)制、導(dǎo)向系統(tǒng)設(shè)計及界面設(shè)計等?？赏ㄟ^頭盔式VR及其內(nèi)置眼動追蹤模塊設(shè)備實現(xiàn)應(yīng)用，如我國七鑫易維公司研發(fā)的aSeePro VR可拆卸方案，可與HTC vive頭盔相結(jié)合實現(xiàn)眼動控制及眼動數(shù)據(jù)的記錄，能夠輸出瞳孔半徑、注視軌跡和注視點(diǎn)熱圖等數(shù)據(jù)，凝視定位精度小于0.5°，可追蹤的視場角達(dá)110°以上。

3 虛擬現(xiàn)實結(jié)合眼動技術(shù)在圖書館家具中的應(yīng)用方法

3.1 可研究的家具設(shè)計因素

現(xiàn)有的文獻(xiàn)及研究常常從家具尺度、家具材質(zhì)、以及家具的室內(nèi)布局來分析圖書館家具對讀者的影響。

3.1.1 家具尺度

①從人生理角度討論家具尺度的科學(xué)性。圖書館書架的尺寸設(shè)計應(yīng)在人的肢體活動的范圍之內(nèi)，因此需查閱資料了解人在查閱書籍時常使用的站姿、蹲姿以及雙臂活動時的軀體尺寸。以圖書館書架高度設(shè)計為例，考慮到男女身高差異，應(yīng)選取女性P5百分位尺寸數(shù)據(jù)為依據(jù)設(shè)計高度上限，男性P95百分位尺寸數(shù)據(jù)設(shè)計高度下限。

表1 材質(zhì)與布局結(jié)合的多因素實驗分析

②從人的心理角度討論家具尺度的人性化。從設(shè)計心理學(xué)角度來看，高尺度的家具會使讀者感受到圖書館嚴(yán)肅莊重的氣質(zhì)，但可能過于沉悶。相反，低尺度的家具會顯得空間寬敞明亮，可適當(dāng)緩解讀者的疲勞情緒。因此，許多兒童閱覽室常常會設(shè)計有榻榻米、小方凳等低矮家具，一方面適應(yīng)兒童矮小的身體尺度，另一方面可以為孩子們提供寬敞的活動空間[8]。大型的公立圖書館如國家圖書館則會選擇大的家具，如十幾人公用的長型聯(lián)排座椅、大面積靠墻書架等，旨在營造館內(nèi)嚴(yán)肅認(rèn)真的學(xué)習(xí)氣氛，規(guī)范讀者的不正當(dāng)行為。

3.1.2 家具材質(zhì)

現(xiàn)有的圖書館家具材質(zhì)主要有木質(zhì)、布藝、皮革、塑料、玻璃五種。

木質(zhì)材料常具有豐富的紋理，不管是色澤還是觸感都能賦予空間自然強(qiáng)大的生命力，令人感覺溫馨舒適[9]。布藝家具柔軟舒適、溫馨親切，能傳遞給人輕松愉悅的視覺感受。金屬可塑性強(qiáng)，使用者會產(chǎn)生強(qiáng)烈的安全感。使用金屬家具的空間大多透露出一種嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、審慎理性的態(tài)度[10]。塑料家具常具有多變的造型和靚麗的色彩，能產(chǎn)生愉悅輕松的情感表現(xiàn)，適當(dāng)使用可為整體閱讀環(huán)境帶來活力。玻璃家具干凈整齊，常給人眼前一亮的感覺。

3.1.3 家具的室內(nèi)布局

圖書館內(nèi)的家具室內(nèi)布局主要是指讀者閱讀常用的桌椅以及存儲圖書常用的書架之間的分布情況，主要有“藏閱分離”或“藏閱合一”兩種。

“藏閱分離”模式,即書庫和閱覽室分開，書庫專門用于存放圖書，閱覽室僅供讀者閱覽[11]。這種模式下讀者的閱讀更為寬敞明亮，心理舒適度高。然而“藏閱分離”意味著讀者在大部分時間跟書籍是分離的，讀者的閱讀體驗感是有所缺失的。

“藏閱合一”則指的是“借、閱、藏一體化”的圖書館布局。在這種布局中，讀者和書籍的關(guān)系更為親近。但由于書架和桌椅的高度差大，穿插擺放極有可能造成高度空間上的浪費(fèi)，同時產(chǎn)生采光不足的問題。

3.2 虛擬現(xiàn)實結(jié)合眼動技術(shù)在圖書館家具研究中的實驗設(shè)想

3.2.1 實驗?zāi)康拇_立

運(yùn)用虛擬現(xiàn)實結(jié)合眼動技術(shù)實現(xiàn)被試在圖書館閱覽室環(huán)境中進(jìn)行游覽，通過輸出的眼動數(shù)據(jù)分析被試對不同的圖書館家具設(shè)計因素的偏好程度，從而為圖書館家具設(shè)計提供可量化的數(shù)據(jù)支撐。

3.2.2 實驗場景搭建

圖書館家具和圖書館內(nèi)部的閱讀環(huán)境密不可分，只有將其放在真實的閱讀場景中進(jìn)行實驗，測評結(jié)果才是真實有效的，但圖書館閱覽室普遍面積大，在真實世界構(gòu)建難度較高,因此需要借助VR技術(shù)構(gòu)建一個虛擬場景進(jìn)行相關(guān)實驗，可使用3Dsmax、Unity3D等軟件進(jìn)行場景的搭建，并選用頭盔式VR設(shè)備進(jìn)行實驗。

3.2.3 實驗方法設(shè)想

尺度、材質(zhì)、布局都是圖書館家具設(shè)計中不容忽視的影響因素，每個影響因素又包含著多個水平，這就為我們設(shè)計實驗提供了更多的可能性?？梢愿鶕?jù)實際需要進(jìn)行不同的實驗設(shè)計。

①單因素實驗

單因素實驗只有一個變量變化，其他變量都固定不變，一般把變化的因素設(shè)計多個水平，通過幾組平行實驗找到這個因素的不同水平變化對實驗指標(biāo)的影響。例如，在研究書架高度對讀者的影響時，可以選擇高度為唯一變量，酌情選擇幾種常用且視覺差異較大的書架高度，如1500mm、2000mm、2500mm，建立三組相關(guān)場景進(jìn)行相關(guān)實驗，以隨機(jī)的方式呈現(xiàn)給被試，并通過后期數(shù)據(jù)分析研究書架高度對讀者的影響。

②多因素實驗

多因素實驗指在實驗中包括兩個或兩個以上因素，并且每個因素都有兩個或兩個以上的水平，各因素的各水平相互結(jié)合構(gòu)成多種組合處理的一種實驗設(shè)計。多因素實驗實驗效率高，實驗控制較好，且可以獲得交互作用。

通過上文的分析可知，圖書館書架的高度和館內(nèi)家具分布存在著密切的聯(lián)系，可以就這兩個因素進(jìn)行多因素實驗。例如，將圖書館書架高度分為1500、2000、2500mm三個水平，將布局分為“藏閱分離”和“藏閱合一”兩個水平，通過雙因素下各個水平的隨機(jī)結(jié)合，可以進(jìn)行3x2，即6組實驗，分別是“1500書架，藏閱分離”、“2000書架，藏閱分離”、“2500書架，藏閱分離”、“1500書架，藏閱統(tǒng)一”、“2000書架，藏閱統(tǒng)一”、“2500書架，藏閱統(tǒng)一”，以隨機(jī)的方式呈現(xiàn)給被試進(jìn)行瀏覽，通過后期的數(shù)據(jù)處理，不僅可以得知“高度”和“布局”兩個因素分別對因變量的影響（主效應(yīng)A、B），還可分析這兩者產(chǎn)生的交互效應(yīng)對因變量的影響（交互效應(yīng)A x B），以及一個因素的各個水平在另一個因素的某個水平上的效應(yīng)（簡單效應(yīng)a1b1、a1b2、a1b3、a2b1、a2b2、a2b3）[12]。多因素交叉實驗方式見表1。

③單因素實驗和多因素實驗相結(jié)合

單因素實驗簡單易操作，數(shù)據(jù)直觀，多因素實驗效率高，數(shù)據(jù)交互性好，在實際實驗設(shè)計中可將二者結(jié)合，完善整體實驗思路。例如，在多因素實驗設(shè)計前進(jìn)行擬選用設(shè)計因素的單因素實驗，篩選出對因變量影響較大的因素進(jìn)行后續(xù)實驗，也可對各個因素下的水平劃分進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)；也可在多因素實驗結(jié)束后，將單因素實驗作為多因素實驗結(jié)果的驗證實驗，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2.4 實驗數(shù)據(jù)收集

實驗數(shù)據(jù)主要分為生理數(shù)據(jù)和主觀數(shù)據(jù)兩個方面。生理數(shù)據(jù)包括眼動儀記錄的被試的眼動狀態(tài)，包括瞳孔直徑、注視時間、注視軌跡、熱圖等數(shù)據(jù)。主觀數(shù)據(jù)包括三份問卷，分別是實驗開始前記錄被試情緒基點(diǎn)的PAD情緒量表、每個場景游覽完成后填寫的PAD情緒量表以及完成全部實驗場景后填寫的IPQ沉浸感量表。

4 結(jié)語

在虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的如火如荼的今天，通過跨領(lǐng)域的大膽嘗試，將虛擬現(xiàn)實結(jié)合眼動技術(shù)應(yīng)用于圖書館家具的設(shè)計無疑將會對圖書館環(huán)境和工作帶來革命性的變革，使圖書館所提供的服務(wù)更加個性，從而吸引更多讀者，完成其文化傳承的重要使命。