AR技术在北京历史街区路灯选型中的应用.pdf

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1、AR 技术在北京历史街区路灯选型中的应用技术在北京历史街区路灯选型中的应用1 1 熊文，郭一凡，阎吉豪，朱金城熊文，郭一凡，阎吉豪，朱金城 摘要：摘要：针对北京历史街区存在的照度不足等民生问题，探索利用增强现实新技术来支撑公众参与路灯设施选型。首先总结归纳了国内外街道公众参与、AR 评价技术等方面的研究成果。以北京杨梅竹斜街为例，建立三类路灯方案的 AR 模型，组织了居民等不同被试组的现场 AR 测试，基于 Dialux 软件模拟了照度等功能性参数，基于 Likert 量表分析了街道居民对路灯的外观、颜色、高度、材质、屏幕、体积、风格、照明效果八项分项指标评价、累计指标评价和直观总体评价，验证

2、了主观评价与客观评价的一致性，揭示了屏幕、风格、体积等要素对于路灯偏好影响较大，市民更加关注路灯的功能性和易于维护性。实验表明，基于 AR技术的公众参与评价有助于历史街区路灯设施的方案表达、民意征集与方案比选，但仍存在程序繁琐、照度偏低、视域狭窄等技术瓶颈，对于路灯动态景观、夜景环境的模拟仍有待于配合 VR 技术来具体实现。关键词：关键词：智慧路灯，增强现实，公众参与，选型 1 研究背景研究背景 2014 年、2017 年，习近平总书记两次考察北京时均强调首都规划务必坚持以人为本。城市规划建设得好不好，最终要用人民群众满意度来衡量，要增强人民群众获得感。2017年，北京市启动“疏解整治促提升”

3、专项行动，背街小巷整治提升计划中要求坚持以人民为中心的发展思想，把群众家门口的事放在心上，提高保障和改善民生水平。北京历史胡同街区生活基础设施普遍较差，有很多问题亟待解决。在安装街道基础设施前，要充分考虑群众意见开展公众参与，设计、选择并建设群众满意的街道设施，本文以路灯设施选型为例做出探索。杨梅竹斜街位于北京市西城区大栅栏街道，呈东西走向，东起前门煤市街，西连一尺大街。经过多年有机更新、腾退改造与环境提升，其街道风貌达到较高水平，2016 年胡同绿化项目入选威尼斯国际建筑双年展，2018 年入选北京市十大最美街巷之一。2017 年，社区治理与公共空间再造：杨梅竹斜街智慧人本空间再造项目入选北

4、京市首批城市公共空间改造提升示范工程。通过前期访谈座谈等多种形式的居民需求调查，发现“路灯不亮”已成为杨梅竹斜街居民抱怨最大的问题，源于街道路灯照明系统缺失和损坏，如图一所示，杨梅竹斜街在晚上出现大量黑点，对居民出行安全有很大的影响（图 1），与白天热闹的最美街道形成较大反差。因之，提升街道品质的关键民生工作是重建路灯系统，在保障照明功能前提下如何选择最受居民欢迎的路灯样式以期融入街道环境成为重要人物。鉴于路灯特殊体量、密度与传统历史胡同尺度、风貌的巨大差异，传统灯具效果图不能 1 国家社会科学基金重点项目资助（编号：17AGL028）很好呈现实际景观效果，可能导致现实景观与效果模拟的落差。以

5、北京副中心某条街道为例，部分灯型尺度、密度、落叶季节景观的实际观感与设计定位存在较大反差、引起争议（图 2）。为避免类似问题，杨梅竹斜街路灯比选中引入增强现实（AR，下同）技术去评价真实观感。图 1 北京历史街道路灯功能性不足 图 2 北京副中心路灯尺度感问题 来源：网络佚名照片 来源：作者拍摄 2 研究综述研究综述 2.1 街区公众参与概述街区公众参与概述 冯敏良1（2014）将我国“社区参与”的现状归纳为参与意愿薄弱、总体参与率偏低、参与层次不高、参与效果较差，主体是离退休人员和在校学生。强制性参与占比重很大。谢晓慧2（2011）提出居民利益社区化，只有将参与同居民利益相互联系起来,其所支

6、持的行为才具有持久性和可靠性,才能有效激发居民参与热情,增强社区归属感和认同感。严志兰3（2005）调查发现，居民实际参与最多项目是公益活动、卫生绿化活动、志愿者服务活动及邻里互助活动等。对个人能力要求不高,容易看到效果,能激发参与积极性。宫勇等（2007）等认为，虚拟现实技术可以在设计之初通过把设计图纸、各种数据资料转化成三维数字模型来生动直观地表达规划设计人员的思想，使以往枯燥、只有行家才能看懂的设计图纸和数据资料变成人们容易理解和接受的视觉空间信息。拉近了规划设计者、管理人员和公众之间的距离，使得公众在参与城市规划的过程中提出的建议、想法更有价值4。2.2 街道设施评街道设施评价方法价方

7、法 唐婧娴等（2017）从使用者适应性角度出发，将街道评价可以分为两类，一类是街服务水平的评价，从平面和总体层面来描述街道设施对使用主体的适应性；另一类是品质水平，是在微观尺度上，对细节环境进行评价，侧重于使用者的主观感受5。李翅（2014）在北京街道步行环境调查中运用了 AHP 层次分析法。通过理性数据分析和理论推导来研究人们对街道乐趣评价这一感性认识6。徐磊青（2006）7设计了基于 likert 方法的调查问卷，对上海四个广场进满意度评价。评价包括视野、空间宽敞程度、空间层次、历史感、气氛、天际线、建筑设计等变量。利用逐步多元回归分析，得到关于满意度的关键变量，做出了量化评价。2.3 增

8、强现实技术的应用增强现实技术的应用 AR 技术是促使真实世界信息和虚拟世界信息内容之间综合在一起的较新的技术内容，其将原本在现实世界的空间范围中比较难以进行体验的实体信息在电脑等科学技术的基础上，实施模拟仿真处理，叠加将虚拟信息内容在真实世界中加以有效应用，并且在这一过程中能够被人类感官所感知，从而实现超越现实的感官体验8。建筑师和规划师使用图纸和效果图来展现未来建筑。然而对于非专业人士来说，即使有这些图片，也很难想象该建筑将怎样和基础环境相融合。使用 AR 技术，用户不仅可从一个角度展示效果图，还可以四处走动，从模型的各个角度观察，并对其设计提出自己看法9。国内外相关研究均表明，公众参与的对

9、象群体呈现出老龄化趋势，展示效果的直观性和给观众直接的空间体验作为 AR 技术最大的亮点，对于老年人是否适用是关键问题。国外相关研究利用统计学方法得出结论表明，老年人和年轻人使用 AR 技术获得了相同的效果10。姚静怡（2018）指出，AR 的核心技术是计算机视觉和人工智能，居民智能手机的广泛普及为 AR 应用于城市规划公众参与提供了坚实的基础11。3 街道诊断分析街道诊断分析 公众座谈中，街道居民在众多生活问题亟待解决的情况下，一致地提出了街道照明问题。通过调查发现，历年环境提升工程中杨梅竹斜街虽安有壁灯，但因片面强调景观性仅能满足最低照明需求。加之管养不足，超过三成的壁灯没有正常工作，造成

10、街道出现多处照明黑点。按照一平方米栅格精度分段调查、统计了街道空间照度分布（图 3），照明不足原因归纳如下。（1）街道断面不平整，壁灯光线易被突出建筑遮挡光线，造成局部黑点。（2）壁灯功率低覆盖范围窄，十米内照度就下降至 2Lx 以下，低于规范最小值。（3）壁灯安装无防护、高度较低，灯泡遭受外部损坏或遗失，导致部分黑点。（4）照明系统管养缺位，因景观灯不归路灯处管理，低照度与损毁壁灯长期未能更新升级。街道偏离了其原本的功能定位，忽视了居民实际需求。虽然成为了北京市历史城区的“网红街道”，每天来此拍照和游览的游客络绎不绝，但鲜有人注意到，在繁华褪尽夜晚，在地居民面对的是一个形单影只的昏暗街道。朴

11、素民生需求未能引起设计师与管理者足够重视，与“最美街道”之誉形成反差。路灯提升工程将助力杨梅竹斜街在夜晚同样成为“最美街道”。推进胡同街道照明工程存在两方面矛盾。一是景观性和实用性冲突，胡同街道空间狭窄交错，照明设施布置困难。胡同街区房屋高度低，路灯高度不能过高，保证照明效果时，会导致胡同灯杆数量多、灯杆高度高、形制呆板破坏了胡同原有的历史感和街道的风貌。二是公共便利性和个人利益相冲突，街道存在一定数量临街民房，其房屋门窗多为玻璃形式便于白天采光。夜间照明设施布置时，居民维护个人利益，希望街道照明效果越亮越好，但又不希望自家门口被路灯照亮影响休息、希望越暗越好。图 3 杨梅竹斜街夜晚照度栅格分

12、析图 来源：作者改绘 4 实验设计实验设计 实验基于实际项目中的智慧路灯样式比选工作开展，利用 AR 技术辅助公众参与来对路灯设施进行选型，利用技术本身的特点来弥补之前选型过程中发现的不足。通过更真实的模型和沉浸式的体验感，来模拟真实物体的大小、形状、颜色等要素。并与周围环境相结合，使公众参与的民众和参与选型的领导有眼见为实、身临其境的体验感。根据被测者最直观感受所得出的数据，来分析街道照明设施对结果起决定性影响的基本要素和特征。4.1 实验内容实验内容 路灯选型方案实验，主要包括路灯设施的功能性和景观性两方面。一方面是基于 AR 技术的实验设计评价路灯景观性，一方面是基于 DIALux 模拟

13、路灯照明的效果。在满足功能性前提下，被测试人员通过佩戴 AR 眼镜在现场观看路灯叠加效果，分别观看对应三种 5 米高路灯（图 4）的外形景观性和照明效果功能效果。实验通过 likert 量表记录每项要素具体评分，从很不满意、不满意、一般、满意、到非常满意分别为 1-5 分，分值越高代表越受欢迎。考虑到街道人群构成和公众参与的需求，将被试分为五类，包括规划人员、社区居民、外来游客、社区领导、本地商户。能够较全面搜集不同人群意见，对路灯方案进行综合评价。图 4 路灯供比选方案效果 来源：作者改绘 4.2 变量设计变量设计 首先是功能变量。根据路灯照明规范中涉及重要指标。通过照明专业软件 DIALu

14、x 输入灯具数据来模拟三种照明设施的街道照明效果（图 5），结合模拟效果在 AR 模型中制作发光体来展示不同的方案的路灯照明效果，并结合现状照度黑点，让居民选择是否满意灯光效果。图 5 照明效果及照度分布图 来源：作者自绘 其次是景观变量。结合居民主观访谈和专业人员咨询，总结出对于胡同尺度下智慧路灯的七类景观变量，即：外观形式（悬臂式/直杆式）、灯体颜色、灯体高度、灯体材质、屏幕大小、灯体体积、风格（科幻简洁/古典优雅）。4.3 实验过程实验过程 基于上述参数和 AR 技术，使用 Likert 量表形式，对每项景观变量和总体效果进行评价，定量评价被试对路灯外观要素和模拟功能效果的认可程度。通过

15、对景观性和功能性要素进行评价的结果来分析各功能性要素对于结果影响的重要程度。其中重要的一点，利用 AR 漫游模型展示不同类型的路灯设施在显示环境下的细节特征。以人的尺度、街道的尺度、建筑的尺度为基础现实，加入照明设施立体模型为变量，给出不同样式、不同位置的展示情况。图 6 路灯选型 AR 实验被试 来源：作者拍摄 图 7 路灯选型 AR 模拟细节 来源：作者截取 囿于现有技术限制，实验时间选择下午三点后光线较弱时段，有助于保证 AR 眼镜在室外环境显示效果质量。随机找寻事先设定好的调研人群，邀请被试佩戴 AR 眼镜在观看路灯模型同时回答调查问卷表格，为每一项景观要素具体打分，并询问各个方案的直

16、观总体效果。4.4 实验结果实验结果 仅以居民被试组为例，调查人数 17 人，其中有效问卷 15 人次。得出评价分项值（表 1）。总体效果上，方案 B 得到了最高分 3.57，说明其设计形式被大多数居民认可；而方案 A获得最低分 2.92 分，说明其总体样式在三种方案中最不被居民所接受。分项指标中，三种方案差别最大的分项是屏幕效果，方案 A 和方案 B 的评分相差 1.14，方案 B 和方案 C 的差值为 1.15。说明公众对于照明设施评分时，三种方案屏幕的效果相差最大，也是决定三种路灯方案中得分高低的决定性要素之一。分项合计中，公众在对路灯评分时，整体印象分数要好于细分评分。表明整体印象会带

17、有个人整体喜好因素，而细分评价时受到的干扰更小、评价结果更加客观。AR 接受度方面，大部分居民普遍感到满意，平均值为 3.81、接近满意值 4，说明 AR 方式的公众参与在胡同街区环境下，能够被大多数人所接受。AR 技术有效提升了公众参与的水平，体现在公众更容易理解规划方案，也加强了公众对公众参与的了解和兴趣。表 1 居民被试 AR 路灯方案评分 评价项目 路灯方案 A 路灯方案 B 路灯方案 C 外观形式 3.07 3.26 3.13 灯体颜色 2.66 2.87 2.93 灯体高度 3.20 3.06 3.13 灯体材质 2.93 3.00 2.60 屏幕效果 2.30 3.20 2.80

18、 灯体体积 2.73 3.06 2.93 风格（科幻简洁/古典优雅）2.60 3.13 3.20 照明效果 2.93 3.00 2.73 分项累计效果 2.81 3.07 2.95 直观总体效果 2.93 3.13 3.06 AR方案满意效果 3.73 测试样本数 15 在实验中，被试指出了一些存在的问题，需要模拟技术与组织方式的改进。（1）AR 眼镜长时间穿戴体验较差、重量重会出现头部疼痛的问题。（2）长时间观看 AR 效果时，会有眩晕感。（3）在室外强光环境下，AR 模型显示效果较差虚化严重。（4）现有微软等 AR 眼镜视角狭窄，难以观看大尺度设施全貌。5 总结总结 通过杨梅竹斜街路灯选型

19、实验，印证了 AR 技术在历史街区重要工程公众参与活动的应用可能，表明 AR 技术能够有效提高居民参与社区建设的积极性，精细化模型能够使非专业居民在现更容易的理解方案，助其与设计者更好交流。同时应看到，AR 技术仍然暴露出一些不成熟之处，建模繁琐，人机功效还有待加强等。AR 技术在城市规划中的应用还仅限于很小一部分，仍局限在方案展示阶段，对设计阶段影响有限。期待未来技术进一步成熟，探索深入应用于城市设计全过程，真正体现民意。参考文献参考文献 1 冯敏良“社区参与”的内生逻辑与现实路径基于参与一回报理论的分析J社会科学辑刊，2014，(1)：57-58 2 谢晓慧.桂林丽君街道居民参与社区治理的

20、现状考察及其问题研究D.广西师范大学,2011.3 严志兰.城市居民社区参与之特征探析以武汉市杨园街道的实地调查为例J.华中科技大学学报(社会科学版),2005(04):61-65.4 宫勇,蒲小琼,张翔.提高城市规划中的公众参与程度论虚拟现实技术在城市规划中的应用J.中外建筑,2007(01):27-30.5 唐婧娴,龙瀛.特大城市中心区街道空间品质的测度以北京二三环和上海内环为例J.规划师,2017,33(02):68-73.6 李翅,黄哲娇,朱斯斯.北京什刹海地区街道步行乐趣调查与评价J.规划师,2014,30(04):112-118.7 徐磊青.广场的空间认知与满意度研究J.同济大学学

21、报(自然科学版),2006(02):181-185.8 吴骞华.增强现实(AR)技术应用与发展趋势J.通讯世界,2019,26(01):289-290.9 Broschart D,Zele P.ARchitecture:augmented reality in architecture and urban planningJ.Peer Reviewed Proceedings of Digital Landscape Architecture,2015:111-118.10 PELEG-ADLER R,LANIR J,KORMAN M.The effects of aging on the use of handheld augmented reality in a route planning taskJ.Computers in Human Behavior,2018,84:52-62.11 姚静怡,何仲禹,许符娟.增强现实技术在城市规划公众参与中的应用初探J.城市建筑,2018(34):114-118.作者简介作者简介 熊文,副教授,北京工业大学建筑与城市规划学院 郭一凡,硕士研究生,北京工业大学建筑与城市规划学院 阎吉豪,硕士研究生,北京工业大学建筑与城市规划学院 朱金城,硕士研究生,北京工业大学建筑与城市规划学院