多层购物中心高效寻路与视觉行为特征：空间认知与三维草图映射的虚拟现实研究

《Journal of Environmental Psychology》：Don't get lost in the mall! Characteristics of efficient wayfinding and gaze behavior

本研究针对复杂多层建筑中寻路挑战，通过VR实验探究视觉可达性（宽/窄走廊）对寻路绩效、凝视行为与三维认知映射的影响。结果表明：宽走廊凭借跨层可见性提升初期寻路效率；窄走廊依赖空间知识积累后显著改善导航表现；3D草图技术有效量化空间知识精度，为建筑设计与导航辅助系统提供认知科学依据。

　　

在现代化大型购物中心中，人们常面临“迷路”的困扰——错综复杂的多层结构、纵横交错的走廊和难以辨识的店铺布局，使得导航成为一项挑战性的空间认知任务。尤其对于陌生访客，快速定位目标店铺需依赖环境中的视觉线索、空间标志物以及逐渐形成的心理表征。以往研究多聚焦于二维平面环境中的导航机制，而对复杂三维立体建筑中空间知识获取与寻路行为的关系尚缺乏深入探讨。随着虚拟现实(VR)技术的成熟，如今能够在高度可控且生态效度良好的环境中模拟真实购物中心，精准捕捉用户在寻路过程中的行为指标与视觉注意模式。

为系统探索多层建筑中的寻路机制与认知建模，Christian Vater、Panos Mavros等研究人员在《Journal of Environmental Psychology》发表了一项创新性研究。他们利用VR构建了新加坡Westgate购物中心的虚拟复现环境，邀请68名参与者在其中完成店铺搜索与重访任务，并首次引入三维草图映射(3D sketchmapping)技术来外部化受试者的空间记忆。研究重点关注两类走廊空间——宽走廊（带大型中庭，跨层可见性高）与窄走廊（可见性受限）——对寻路效率、视觉行为与空间知识表达的影响。

研究采用多项关键技术方法：1）基于Varjo VR3头戴显示器的虚拟导航系统，记录行走路径、速度与眼动数据（采样率200Hz）；2）速度阈值识别算法(I-VT)分类注视点，定义店铺与物体兴趣区(AOI)；3）NASA任务负荷指数(NASA-TLX)与模拟器疾病问卷(SSQ)评估认知负荷与晕动症；4）三维草图绘制通过Rhinoceros 7与Mindesk VR工具实现，量化楼层、扶梯与店铺的位置准确性；5）统计分析采用重复测量方差分析与Pearson相关检验。

研究结果揭示多个关键发现：

3.2. 寻路性能

行走距离效率在导航阶段较搜索阶段显著提升（F(1,67)=120.56, p<0.001, η_ρ²=0.643），窄走廊店铺的改善尤为明显（ΔM=102.88, p<0.001）。宽走廊因视觉通达性高，初期寻路效率即接近最优。行走速度在导航阶段更快（F(1,67)=241.03, p<0.001），且窄走廊在导航期速度反超宽走廊（ΔM=-0.04, p<0.001），表明空间知识积累后隐藏区域导航更具优势。

3.3. 视觉搜索

搜索阶段注视店铺数量显著多于导航阶段（F(1,67)=139.31, p<0.001），窄走廊需更多视觉采样（F(1,67)=14.72, p<0.001）。目标首次注视时间(TFTF)在宽走廊更早（F(1,56)=10.54, p=0.002），导航阶段进一步提前（F(1,56)=8.21, p=0.006），且仅宽走廊存在任务类型与走廊交互效应（ΔM=8.68, p=0.001），说明视觉通达性加速目标探测。

3.4. 店铺识别

店铺识别准确率达97.76%，但顺序记忆仅52.43%，首尾店铺记忆最佳，呈现序列位置效应。宽窄走廊无显著差异（t(8)=-0.32, p=0.76）。

3.5. 草图映射精度

楼层、扶梯与店铺的草图完整性分别为83.94%、89.21%与84.34%。店铺位置在正确走廊的准确性(79.12%)高于正确楼层(74.85%)（ΔM=-4.26, p=0.002），表明水平维度记忆优于垂直维度。导航阶段行走效率与草图精度显著相关（r>0.6, p<0.001），验证空间知识外部化的有效性。

研究结论强调，复杂多层建筑中的寻路效率与视觉行为受空间可见性与认知地图构建共同调节。宽走廊通过跨层可见性提供即时导航优势，而窄走廊依赖空间知识积累后实现反超。三维草图技术成功捕获用户的空间心理表征，且精度与导航绩效直接关联。该研究不仅深化了对三维空间认知机制的理解，还为建筑信息设计（如中庭布局、标志放置）与VR导航训练系统提供实证依据。未来研究可进一步整合个体空间能力差异（如SBSOD量表）、语义显著性因素及动态人群模拟，以提升复杂环境导航模型的预测力与应用价值。