增强现实城市模型中数据布局与物理参照关联对视觉搜索效率的影响研究

本研究针对增强现实(AR)中多数据窗口围绕物理城市模型的布局优化问题，通过三组实验系统评估了窗口排列方式（网格/地图对齐）与虚实链接形式（直接/间接/ID标识）对视觉搜索任务的影响。研究发现地图式对齐配合按需显示的直接链接能显著提升搜索效率，为智慧城市数据监控、灾害管理等场景的AR界面设计提供了实证依据。

　　

随着智慧城市建设的推进，海量传感器数据需要与物理空间建立直观关联。传统增强现实(AR)系统常将虚拟信息直接叠加在物理模型上，但当面对包含数十栋建筑的城区模型时，如何高效布局数据窗口并维持其与建筑参照物的关联成为关键挑战。现有研究多聚焦少量参照物的场景，缺乏对大规模城市模型下数据可视化布局的系统探索。

法国图卢兹大学的研究团队在《International Journal of Human-Computer Studies》发表论文，通过三组递进实验研究了数据窗口布局（网格/地图对齐）与虚实链接方式（直接连线/雷达视图/ID标识）对视觉搜索效率的影响。研究采用Hololens2头戴显示器，构建包含48栋乐高建筑的物理模型，通过眼动追踪和点击交互记录用户完成"建筑-数据窗口"双向搜索任务的表现。

关键技术包括：(1)基于Blender构建物理模型的数字孪生；(2)三种窗口距离布局（近距/中距/远距）；(3)NASA-TLX量表评估认知负荷；(4)引导式眼动交互协议。

研究结果显示：地图对齐布局显著优于传统网格排列，搜索时间缩短29-52%；仅显示ID标识的永久链接方案效率最高（3.63秒/任务），但用户更偏好按需显示的直线链接；中距降序排列窗口在效率与用户体验间取得最佳平衡，较近距方案减少31%的挫败感。

讨论部分指出，该研究首次证实空间映射原则在AR城市模型中的优势：当数据窗口位置与建筑实际地理分布一致时，用户能利用空间记忆快速定位，无需依赖显式链接。这一发现颠覆了传统网格排列的惯例，为智慧城市指挥中心、城市规划等需要快速定位空间数据的场景提供了设计准则。研究同时揭示"过近布局悖论"——尽管紧贴建筑的窗口布局效率较高，但会因视觉遮挡引发用户抵触，这一发现对AR界面设计具有普遍启示意义。

论文提出的五条设计准则包括：优先采用地图对齐布局（G1）、避免永久性空间链接造成的视觉混乱（G3）、保留按需显示链接的交互自由度（G5）等。这些成果不仅适用于城市模型，还可延伸至工业数字孪生、医疗影像导航等需要协调大量虚实对象的AR应用场景。未来研究将探索多用户协作场景下的动态布局优化，以及建筑多维度数据（如分层能耗）的可视化关联方法。