基于虛擬現實結合眼動技術的圖書館家具設計研究

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

(1.2.3.4.北京林業大學材料科學與技術學院，北京 100083)

圖書館閱讀環境決定著讀者的學習效率和閱讀水平，近年來，關于圖書館環境和圖書館家具的研究層出不窮，相當一部分已開始嘗試將虛擬現實技術應用于圖書館的研究當中，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據，本文引入了虛擬現實結合眼動技術，并提出了多種實驗設計方式的建議，以期進一步拓展圖書館家具的研究前景。

1 圖書館家具研究的現狀和意義

1.1 圖書館家具研究的現狀

圖書館家具是指在圖書館中具有收藏文獻和提供服務的各種傳統及現代化家具，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展的勢頭不同，圖書館家具設計發展較為緩慢，特別是國內，長期存在設計觀念守舊，創新思維缺乏的問題[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，承載著教育關懷、文化傳承、精神塑造、人文關懷等多種功能。近年來,我國高校辦學規模不斷擴大,圖書館文獻資料載體形態日趨多樣服務內容也有所拓展,對圖書館家具的功能設計有了嶄新的要求[2]。本文欲通過探究圖書館家具設計因素，為讀者營造一個適宜的閱讀環境，體現良好的文化傳承和人文關懷理念，促進圖書館事業的可持續發展。

2 虛擬現實結合眼動技術的研究及應用

2.1 眼動技術

眼動技術是當代心理學研究的重要技術，大量研究表明眼動數據與情緒有很大的相關性[3]。通過研究認知過程中眼球的三種基本運動——注視、眼跳和追隨運動，可以得知被試的內部情感及思維活動情況，對研究個體的內在認知過程和指導設計實踐活動具有重要意義[4]。

2.2 虛擬現實技術

虛擬現實也稱虛擬環境，人造現實、VR等，一般包括仿真、交互、人造、沉浸、認知、遠程呈現和網絡通訊等[5]。虛擬現實技術如今已被應用到了多個應用領域，在交互體驗、工業設計、仿真訓練等方面都取得了巨大進展[6]。

2.3 虛擬現實結合眼動技術及其應用

將眼動跟蹤技術應用到虛擬現實中，可以實現二者的優勢互補。眼動技術在虛擬現實場景中的應用主要體現在兩個方面：

2.3.1 體驗性應用

眼動技術作為虛擬環境中的探索工具，它的作用猶如Windows系統中的鼠標功能一樣，用戶可以用眼球的運動來與VR軟件用戶界面進行交互，用眼睛來控制界面，觸發一系列的選擇操作，極大增加了用戶的操作速度和體驗感[7]。這種方式現已應用于部分VR游戲當中，通過VR眼鏡實現。

2.3.2 研究性應用

在虛擬現實中應用眼動跟蹤技術可以實現對被試的眼球運動的監測，對被試的情感變化情況和認知規律進行分析研究。這種應用常見于研究學習影響機制、導向系統設計及界面設計等。可通過頭盔式VR及其內置眼動追蹤模塊設備實現應用，如我國七鑫易維公司研發的aSeePro VR可拆卸方案，可與HTC vive頭盔相結合實現眼動控制及眼動數據的記錄，能夠輸出瞳孔半徑、注視軌跡和注視點熱圖等數據，凝視定位精度小于0.5°，可追蹤的視場角達110°以上。

3 虛擬現實結合眼動技術在圖書館家具中的應用方法

3.1 可研究的家具設計因素

現有的文獻及研究常常從家具尺度、家具材質、以及家具的室內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性。圖書館書架的尺寸設計應在人的肢體活動的范圍之內，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計為例，考慮到男女身高差異，應選取女性P5百分位尺寸數據為依據設計高度上限，男性P95百分位尺寸數據設計高度下限。

表1 材質與布局結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。從設計心理學角度來看，高尺度的家具會使讀者感受到圖書館嚴肅莊重的氣質，但可能過于沉悶。相反，低尺度的家具會顯得空間寬敞明亮，可適當緩解讀者的疲勞情緒。因此，許多兒童閱覽室常常會設計有榻榻米、小方凳等低矮家具，一方面適應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排座椅、大面積靠墻書架等，旨在營造館內嚴肅認真的學習氣氛，規范讀者的不正當行為。

3.1.2 家具材質

現有的圖書館家具材質主要有木質、布藝、皮革、塑料、玻璃五種。

木質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，使用者會產生強烈的安全感。使用金屬家具的空間大多透露出一種嚴謹認真、審慎理性的態度[10]。塑料家具常具有多變的造型和靚麗的色彩，能產生愉悅輕松的情感表現，適當使用可為整體閱讀環境帶來活力。玻璃家具干凈整齊，常給人眼前一亮的感覺。

3.1.3 家具的室內布局

圖書館內的家具室內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，同時產生采光不足的問題。

3.2 虛擬現實結合眼動技術在圖書館家具研究中的實驗設想

3.2.1 實驗目的確立

運用虛擬現實結合眼動技術實現被試在圖書館閱覽室環境中進行游覽，通過輸出的眼動數據分析被試對不同的圖書館家具設計因素的偏好程度，從而為圖書館家具設計提供可量化的數據支撐。

3.2.2 實驗場景搭建

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

3.2.3 實驗方法設想

尺度、材質、布局都是圖書館家具設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，這就為我們設計實驗提供了更多的可能性。可以根據實際需要進行不同的實驗設計。

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，建立三組相關場景進行相關實驗，以隨機的方式呈現給被試，并通過后期數據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合構成多種組合處理的一種實驗設計。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家具分布存在著密切的聯系，可以就這兩個因素進行多因素實驗。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結合，可以進行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，藏閱統一”、“2000書架，藏閱統一”、“2500書架，藏閱統一”，以隨機的方式呈現給被試進行瀏覽，通過后期的數據處理，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A、B），還可分析這兩者產生的交互效應對因變量的影響（交互效應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（簡單效應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合

單因素實驗簡單易操作，數據直觀，多因素實驗效率高，數據交互性好，在實際實驗設計中可將二者結合，完善整體實驗思路。例如，在多因素實驗設計前進行擬選用設計因素的單因素實驗，篩選出對因變量影響較大的因素進行后續實驗，也可對各個因素下的水平劃分進行科學指導；也可在多因素實驗結束后，將單因素實驗作為多因素實驗結果的驗證實驗，保證結果的準確性。

3.2.4 實驗數據收集

實驗數據主要分為生理數據和主觀數據兩個方面。生理數據包括眼動儀記錄的被試的眼動狀態，包括瞳孔直徑、注視時間、注視軌跡、熱圖等數據。主觀數據包括三份問卷，分別是實驗開始前記錄被試情緒基點的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 結語

在虛擬現實技術發展的如火如荼的今天，通過跨領域的大膽嘗試，將虛擬現實結合眼動技術應用于圖書館家具的設計無疑將會對圖書館環境和工作帶來革命性的變革，使圖書館所提供的服務更加個性，從而吸引更多讀者，完成其文化傳承的重要使命。