【作者】Nan Li1,2,*, Jing Du3, Vicente A. González4, and Jieyu Chen1
1 Dept. of Construction Management, Tsinghua Univ., Beijing, China
2 Hang Lung Center for Real Estate, Tsinghua Univ., Beijing, China
3 Dept. of Civil and Coastal Engineering, Univ. of Florida, Gainesville, U.S.
4 Dept. of Civil and Environmental Engineering, Univ. of Alberta, Edmonton, Canada
【通讯作者邮箱】nanli@tsinghua.edu.cn
【期刊信息】Journal of Construction Engineering and Management, Volume 148, Issue 1
【全文链接】https://doi.org/10.1061/(ASCE)CO.1943-7862.0002367
内容摘要
扩展现实(XR)作为一种新兴技术，越来越多地被用作研究工具，推动建设工程管理(CEM)领域的科学研究。XR技术通过允许人们在受控的实验条件下与沉浸式环境进行交互，为研究人员开展涉及人类被试和人类行为的CEM研究创造了新机会。然而，在CEM领域，基于XR的研究方法论仍未得到充分探索。本文旨在建立一个有条理的知识基础和工作流程，以推动XR技术用于CEM各类研究领域。本文首先通过识别在CEM领域中首选XR技术作为解决方案的研究，来调查基于XR的CEM研究现状。然后提出了一个基于XR的研究过程模型，并就如何规划、设计、实施、分析、验证该类研究提出了可行的建议。本文通过两个说明性案例研究对该过程模型进行了详细阐述。最后，本文讨论了基于XR的CEM研究发展的哲学、方法以及技术根源，展望了在不久的将来CEM领域涌现更具支持性、可采用性和增值性的基于XR研究的愿景。
过程模型
科学实验的目标是建立自变量与因变量之间关系的经验证据。为了阐明科学实验输入-输出的本质以及实现这一目标所需遵循的流程，我们为CEM研究中基于XR技术的实验开发了一个过程模型，如图1所示。提出的过程模型由四个连续的阶段组成，包括需求识别、XR 环境设计、实验设计、数据收集和分析，以及适用于整个过程的附加的信效度验证阶段。同时研究也详细讨论了每个阶段需要开展的工作以及与每个工作相关的特定考虑因素。表1展示了信效度分类以及针对各类信效度需要验证的关键问题以及验证方法。
图1 基于XR技术的实验的过程模型
表1 信效度类别以及关键问题和验证方法
案例介绍
介绍了两个基于XR技术开展的CEM研究，两个案例分别解决了CEM领域中不同的问题，并依据过程模型的每个阶段及阶段内需要完成的工作进行了说明。案例一采用VR探索了建筑任务中灾害应激带来的认知负荷水平，案例二通过VR严肃游戏调查了地震时建筑物内行为反应和准备情况。
图2 案例一中的VR环境
图3 案例二中实验参与者离开建筑的两个选择
结论与展望
在CEM研究中，采用XR技术开展涉及人类实验的趋势越来越明显。根据我们的观察，这种趋势在很大程度上可以归因于哲学、方法和技术上的根源。从哲学的角度来看，CEM研究中涉及的许多问题都处在工程与社会科学的交界处。鉴于其跨学科性质，CEM领域一直拥有调查复杂工程环境中人类和组织行为以及了解在其影响下的工程过程的需求。然而，由于各种逻辑、技术和伦理原因，CEM研究人员发现开发必要的工程环境或复现其科学调查所需的准确的人类和组织影响非常困难。幸运的是，基于XR技术的研究方法的引入至少为上述挑战提供了部分解决方案。基于定量（演绎）和定性（归纳）方法的组合使用，基于XR技术的研究方法为CEM研究中开展灵活、可控、可重复和可解释的实验提供可能性。
我们还发现，XR技术的最新发展趋势显著降低了在CEM研究中采用XR技术的障碍，并提高了高分辨率人体评估数据的可获得性。首先，XR设备越来越容易被更广泛的人群使用，这使得更多的人参与人类实验成为可能。学者们可以考虑使用非传统方法来招募不断扩大的人类被试群体，例如通过众包的形式。其次，随着计算机视觉技术的快速发展，XR渲染的质量得到了大幅提升。新的PhysX物理引擎的引入也使得在XR环境中物理过程的渲染更加真实。所有这些进步意味着XR能够以前所未有的方式再现真实世界的物理现象。
第三，我们还发现最近的XR文献正在提出和测试一种多感官整合方法。例如，触觉作为一种新的感官反馈正在被广泛测试，以实现在XR中的感官增强。所有这些趋势都将扩大在各种建筑任务中的基于XR开展人类实验的可能性。研究人员可以通过更先进的工具生成复杂、身临其境和互动的场景，这些场景可以以更无缝、深入、实时和非-侵入式的方式诱导人类参与者表现更真实的个体或集体行为。这是近年来基于XR技术的研究快速增长的主要原因。
