恒隆研究| 李楠研究团队：行人与疏散动力学研究中的众包VR实验方法：过程模型和数字平台

2025/06/10

最 新 论 文

【作者】

Jieyu Chen, Nan Li^{a, b,*}

a Department of Construction Management, Tsinghua University, Beijing 100084, China.

b Hang Lung Center for Real Estate, Tsinghua University, Beijing 10084, China.

通讯作者邮箱nanli@tsinghua.edu.cn

期刊信息Advanced Engineering Informatics, Volume 65, Part A

全文链接https://doi.org/10.1016/j.aei.2025.103236

01 摘 要

行人与疏散动力学（PED）研究通过探索行人运动动力学与决策过程，为人类安全与福祉做出贡献。虚拟现实（VR）技术因其促进人机交互和模拟多样化场景的能力，在探究复杂行人行为中日益凸显重要性。然而，实验室VR实验存在样本偏差、成本高昂、虚拟环境中人群缺乏互动能力等局限性。为应对这些挑战，我们提出了一种新型众包虚拟现实（Crowdsourced Virtual Reality, CVR）实验方法用于PED研究。该方法使研究者能够以众包形式将实验室VR实验扩展至在线环境，允许多名参与者在同一虚拟空间内共享与互动。具体而言，本研究首先提出了一个过程模型，为CVR实验提供方法论指导。该过程模型涵盖了CVR实验工作流所有阶段（包括实验规划、众包参与者招募、远程培训与实验、众包数据收集）的原则与可操作建议。其次，遵循设计科学研究方法论，本研究开发并评估了一个名为CrowdVRCrowdsourced Virtual-reality Research）的数字化平台。CrowdVR为开展在线众包VR实验和采集多元实验数据提供了关键工具。最后，本研究围绕实验设计与预实验、伦理问题、众包渠道及数据质量控制等问题，报告了最佳实践与经验教训。CVR实验作为该领域的首创，使研究者能够跨越地理、文化、年龄、社会身份等障碍招募参与者，提供共享沉浸式虚拟场景，并为PED研究生成具有代表性与普适性的行为数据。

关键词：众包；虚拟现实；行为实验；行人与疏散动力学；设计科学

02 众包虚拟实验方法

行人及疏散动力学研究作为关键的跨学科领域，致力于提升人类安全。该快速发展领域通过深入探究行人运动与行为的复杂性，旨在揭示常规与紧急场景下集体运动中涌现的复杂现象。通过全面理解行人的决策过程与运动动力学的内在机制，研究成果有望优化公共设施安全规程、创新预防人群踩踏等事件的防范措施，并改进室内环境应急疏散策略。

近年来，虚拟现实（VR）技术凭借其人机交互支持与多样化场景模拟的固有优势，重塑了研究者构建与实施行人行为科学实验的方式。然而，现有VR实验多在实验室环境中开展，存在若干显著局限：首先，实验室参与者常从大学校园招募，导致样本存在地理区域、年龄、教育背景及社会身份偏差，影响样本代表性并削弱研究发现的外部效度；其次，实验室需承担设备与场地成本，还需支付参与者的交通费用，显著损害研究的可重复性与普适性；最后，实验室VR环境多属个体实验，虚拟环境中同时存在的参与者数量极其有限，难以研究存在交互或需集体决策的行人群组行为。

众包（crowdsourcing），通过公开招募形式将服务（包括创意、投票、微任务及资金等）外包给大量分散个体的行为，有望解决以上问题。在人机交互领域，通过智能手机或个人计算机开展的远程众包研究已被证明是低成本扩大样本规模、增强外部效度的有效手段。此外，过去十年间，家用VR设备的快速增长与在线社交虚拟现实平台的出现，使远程用户间实时互动成为可能，为研究者将虚拟现实技术与众包实验结合创造了条件，由此催生出众包虚拟现实（CVR）实验。

CVR实验是行人与疏散动力学领域的首创，通过向公众发布开放招募或邀请，从多样化参与者群体中收集实验数据，实现远程、同步、协作的VR行为实验研究。尽管有个别人机交互领域研究对CVR实验的可行性进行了初步评估，但当前CVR实验仍处于起步阶段。CVR实验方法论的缺失与技术能力相关的挑战，削弱了实验效度并阻碍其发展。

具体而言，缺乏结构化、组织化的工作流程会影响CVR实验实施过程的科学性，对数据质量和研究效度产生负面影响。此外，现有的有可能用于开展CVR实验的平台可分为独立应用程序与社交虚拟现实平台两类，但独立应用程序同时在线参与者数量极其有限，而社交虚拟现实平台（如VRChatRec Room）则面临对未来需求的可扩展性低、交互设计的定制化程度低以及无数据采集权限等问题。因此，为克服以上方法论和技术限制，本研究设计了服务于结构化工作流程的过程模型（图1），以及名为CrowdVR的可定制、可扩展的交互式多人VR实验数字平台（图3&4）（可通过https://vrexp.urbanresilience.cn/访问）。

“CrowdVR介绍视频”

众包VR实验过程模型

实验平台CrowdVR的架构

实验平台CrowdVR的客户端架构

实验平台CrowdVR的可用性评估结果

03 研究贡献

本研究所提出的CVR实验方法在以下方面显著推进了现有实验方法论：(1) 通过克服地理、文化、年龄、教育及社会身份等障碍，有效缓解实验样本偏差问题，从而提升研究结果的代表性与普适性；(2) 利用众包模式以较低成本实现丰富、高质量行为数据的采集，为行人与疏散动力学研究提供数据支持；(3) 通过支持多参与者在虚拟环境中实时、同步的协作互动，推动行人与疏散动力学领域大规模人群实验。尽管该方法最初面向行人与疏散动力学研究设计，但过程模型的可迁移性与CrowdVR平台的可扩展性决定了其在拓展至其他领域时具有巨大的潜力。

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