基于虚拟现实结合眼动技术的图书馆家具设计研究

■贺田潇 吕文蕾 耿晓杰 冀姚慧 He Tianxiao & Lv Wenlei & Geng Xiaojie & Ji Yaohui

(1.2.3.4.北京林业大学材料科学与技术学院，北京 100083)

图书馆阅读环境决定着读者的学习效率和阅读水平，近年来，关于图书馆环境和图书馆家具的研究层出不穷，相当一部分已开始尝试将虚拟现实技术应用于图书馆的研究当中，旨在提高读者的沉浸体验感和阅读效率。为了能给图书馆研究带来更为清晰直观的量化数据，本文引入了虚拟现实结合眼动技术，并提出了多种实验设计方式的建议，以期进一步拓展图书馆家具的研究前景。

1 图书馆家具研究的现状和意义

1.1 图书馆家具研究的现状

图书馆家具是指在图书馆中具有收藏文献和提供服务的各种传统及现代化家具，具体包括典藏家具、阅读家具和办公家具。与民用家具和办公家具蓬勃发展的势头不同，图书馆家具设计发展较为缓慢，特别是国内，长期存在设计观念守旧，创新思维缺乏的问题[1]。

1.2 图书馆家具研究的意义

图书馆，尤其是高校图书馆，作为人类精神财富的聚居区，承载着教育关怀、文化传承、精神塑造、人文关怀等多种功能。近年来,我国高校办学规模不断扩大,图书馆文献资料载体形态日趋多样服务内容也有所拓展,对图书馆家具的功能设计有了崭新的要求[2]。本文欲通过探究图书馆家具设计因素，为读者营造一个适宜的阅读环境，体现良好的文化传承和人文关怀理念，促进图书馆事业的可持续发展。

2 虚拟现实结合眼动技术的研究及应用

2.1 眼动技术

眼动技术是当代心理学研究的重要技术，大量研究表明眼动数据与情绪有很大的相关性[3]。通过研究认知过程中眼球的三种基本运动——注视、眼跳和追随运动，可以得知被试的内部情感及思维活动情况，对研究个体的内在认知过程和指导设计实践活动具有重要意义[4]。

2.2 虚拟现实技术

虚拟现实也称虚拟环境，人造现实、VR等，一般包括仿真、交互、人造、沉浸、认知、远程呈现和网络通讯等[5]。虚拟现实技术如今已被应用到了多个应用领域，在交互体验、工业设计、仿真训练等方面都取得了巨大进展[6]。

2.3 虚拟现实结合眼动技术及其应用

将眼动跟踪技术应用到虚拟现实中，可以实现二者的优势互补。眼动技术在虚拟现实场景中的应用主要体现在两个方面：

2.3.1 体验性应用

眼动技术作为虚拟环境中的探索工具，它的作用犹如Windows系统中的鼠标功能一样，用户可以用眼球的运动来与VR软件用户界面进行交互，用眼睛来控制界面，触发一系列的选择操作，极大增加了用户的操作速度和体验感[7]。这种方式现已应用于部分VR游戏当中，通过VR眼镜实现。

2.3.2 研究性应用

在虚拟现实中应用眼动跟踪技术可以实现对被试的眼球运动的监测，对被试的情感变化情况和认知规律进行分析研究。这种应用常见于研究学习影响机制、导向系统设计及界面设计等。可通过头盔式VR及其内置眼动追踪模块设备实现应用，如我国七鑫易维公司研发的aSeePro VR可拆卸方案，可与HTC vive头盔相结合实现眼动控制及眼动数据的记录，能够输出瞳孔半径、注视轨迹和注视点热图等数据，凝视定位精度小于0.5°，可追踪的视场角达110°以上。

3 虚拟现实结合眼动技术在图书馆家具中的应用方法

3.1 可研究的家具设计因素

现有的文献及研究常常从家具尺度、家具材质、以及家具的室内布局来分析图书馆家具对读者的影响。

3.1.1 家具尺度

①从人生理角度讨论家具尺度的科学性。图书馆书架的尺寸设计应在人的肢体活动的范围之内，因此需查阅资料了解人在查阅书籍时常使用的站姿、蹲姿以及双臂活动时的躯体尺寸。以图书馆书架高度设计为例，考虑到男女身高差异，应选取女性P5百分位尺寸数据为依据设计高度上限，男性P95百分位尺寸数据设计高度下限。

表1 材质与布局结合的多因素实验分析

②从人的心理角度讨论家具尺度的人性化。从设计心理学角度来看，高尺度的家具会使读者感受到图书馆严肃庄重的气质，但可能过于沉闷。相反，低尺度的家具会显得空间宽敞明亮，可适当缓解读者的疲劳情绪。因此，许多儿童阅览室常常会设计有榻榻米、小方凳等低矮家具，一方面适应儿童矮小的身体尺度，另一方面可以为孩子们提供宽敞的活动空间[8]。大型的公立图书馆如国家图书馆则会选择大的家具，如十几人公用的长型联排座椅、大面积靠墙书架等，旨在营造馆内严肃认真的学习气氛，规范读者的不正当行为。

3.1.2 家具材质

现有的图书馆家具材质主要有木质、布艺、皮革、塑料、玻璃五种。

木质材料常具有丰富的纹理，不管是色泽还是触感都能赋予空间自然强大的生命力，令人感觉温馨舒适[9]。布艺家具柔软舒适、温馨亲切，能传递给人轻松愉悦的视觉感受。金属可塑性强，使用者会产生强烈的安全感。使用金属家具的空间大多透露出一种严谨认真、审慎理性的态度[10]。塑料家具常具有多变的造型和靓丽的色彩，能产生愉悦轻松的情感表现，适当使用可为整体阅读环境带来活力。玻璃家具干净整齐，常给人眼前一亮的感觉。

3.1.3 家具的室内布局

图书馆内的家具室内布局主要是指读者阅读常用的桌椅以及存储图书常用的书架之间的分布情况，主要有“藏阅分离”或“藏阅合一”两种。

“藏阅分离”模式,即书库和阅览室分开，书库专门用于存放图书，阅览室仅供读者阅览[11]。这种模式下读者的阅读更为宽敞明亮，心理舒适度高。然而“藏阅分离”意味着读者在大部分时间跟书籍是分离的，读者的阅读体验感是有所缺失的。

“藏阅合一”则指的是“借、阅、藏一体化”的图书馆布局。在这种布局中，读者和书籍的关系更为亲近。但由于书架和桌椅的高度差大，穿插摆放极有可能造成高度空间上的浪费，同时产生采光不足的问题。

3.2 虚拟现实结合眼动技术在图书馆家具研究中的实验设想

3.2.1 实验目的确立

运用虚拟现实结合眼动技术实现被试在图书馆阅览室环境中进行游览，通过输出的眼动数据分析被试对不同的图书馆家具设计因素的偏好程度，从而为图书馆家具设计提供可量化的数据支撑。

3.2.2 实验场景搭建

图书馆家具和图书馆内部的阅读环境密不可分，只有将其放在真实的阅读场景中进行实验，测评结果才是真实有效的，但图书馆阅览室普遍面积大，在真实世界构建难度较高,因此需要借助VR技术构建一个虚拟场景进行相关实验，可使用3Dsmax、Unity3D等软件进行场景的搭建，并选用头盔式VR设备进行实验。

3.2.3 实验方法设想

尺度、材质、布局都是图书馆家具设计中不容忽视的影响因素，每个影响因素又包含着多个水平，这就为我们设计实验提供了更多的可能性。可以根据实际需要进行不同的实验设计。

①单因素实验

单因素实验只有一个变量变化，其他变量都固定不变，一般把变化的因素设计多个水平，通过几组平行实验找到这个因素的不同水平变化对实验指标的影响。例如，在研究书架高度对读者的影响时，可以选择高度为唯一变量，酌情选择几种常用且视觉差异较大的书架高度，如1500mm、2000mm、2500mm，建立三组相关场景进行相关实验，以随机的方式呈现给被试，并通过后期数据分析研究书架高度对读者的影响。

②多因素实验

多因素实验指在实验中包括两个或两个以上因素，并且每个因素都有两个或两个以上的水平，各因素的各水平相互结合构成多种组合处理的一种实验设计。多因素实验实验效率高，实验控制较好，且可以获得交互作用。

通过上文的分析可知，图书馆书架的高度和馆内家具分布存在着密切的联系，可以就这两个因素进行多因素实验。例如，将图书馆书架高度分为1500、2000、2500mm三个水平，将布局分为“藏阅分离”和“藏阅合一”两个水平，通过双因素下各个水平的随机结合，可以进行3x2，即6组实验，分别是“1500书架，藏阅分离”、“2000书架，藏阅分离”、“2500书架，藏阅分离”、“1500书架，藏阅统一”、“2000书架，藏阅统一”、“2500书架，藏阅统一”，以随机的方式呈现给被试进行浏览，通过后期的数据处理，不仅可以得知“高度”和“布局”两个因素分别对因变量的影响（主效应A、B），还可分析这两者产生的交互效应对因变量的影响（交互效应A x B），以及一个因素的各个水平在另一个因素的某个水平上的效应（简单效应a1b1、a1b2、a1b3、a2b1、a2b2、a2b3）[12]。多因素交叉实验方式见表1。

③单因素实验和多因素实验相结合

单因素实验简单易操作，数据直观，多因素实验效率高，数据交互性好，在实际实验设计中可将二者结合，完善整体实验思路。例如，在多因素实验设计前进行拟选用设计因素的单因素实验，筛选出对因变量影响较大的因素进行后续实验，也可对各个因素下的水平划分进行科学指导；也可在多因素实验结束后，将单因素实验作为多因素实验结果的验证实验，保证结果的准确性。

3.2.4 实验数据收集

实验数据主要分为生理数据和主观数据两个方面。生理数据包括眼动仪记录的被试的眼动状态，包括瞳孔直径、注视时间、注视轨迹、热图等数据。主观数据包括三份问卷，分别是实验开始前记录被试情绪基点的PAD情绪量表、每个场景游览完成后填写的PAD情绪量表以及完成全部实验场景后填写的IPQ沉浸感量表。

4 结语

在虚拟现实技术发展的如火如荼的今天，通过跨领域的大胆尝试，将虚拟现实结合眼动技术应用于图书馆家具的设计无疑将会对图书馆环境和工作带来革命性的变革，使图书馆所提供的服务更加个性，从而吸引更多读者，完成其文化传承的重要使命。