[論文レビュー] Urban volumetrics: spatial complexity and wayfinding, extending space syntax to three dimensional space

Lingzhu Zhang, Alain Chiaradia|arXiv (Cornell University)|Dec 28, 2020

Urban Design and Spatial Analysis参考文献 78被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、3次元の建築的・都市的環境に空間構造理論を拡張するための新しい3次元空間分析フレームワーク「アーバンボリュメトリクス」を紹介する。このフレームワークは、ハイブリッドな角距離-ユークリッド線表現を用いて開発された。17,307件の観察済み歩行行動データを用いた大規模事例研究を通じて、空間表現の次元的完全性が高まれば、ナビゲーション行動の予測精度が著しく向上することを示し、複雑な屋内・屋外都市空間における完全な3次元線ベースのモデリングの必要性を裏付けた。

ABSTRACT

Wayfinding behavior and pedestrian movement pattern research relies on objective spatial configuration representation and analysis, such as space syntax, to quantify and control for the difficulty of wayfinding in multi-level buildings and urban built environments. However, the space syntax's representation oversimplifies multi-level vertical connections. The more recent segment and angular approaches to space syntax remain un-operationalizable in three dimensional space. The two dimensional axial-map and segment map line representations are reviewed to determine their extension to a novel three dimensional space line representation. Using an extreme case study research strategy, four representations of a large scale complex multi-level outdoor and indoor built environment are tested against observed pedestrian movement patterns N = 17,307. Association with the movement pattern increases steadily as the representation increases toward high three-dimensional space level of definition and completeness. A novel hybrid angular-Euclidean analysis was used for the objective description of three dimensional built environment complexity. The results suggest that pedestrian wayfinding and movement pattern research in a multi-level built environment should include interdependent outdoor and indoor, and use full three-dimensioanal line representation.

研究の動機と目的

• 従来の空間構造理論が3次元都市環境における垂直的・多層的空間構成を表現する点で抱える限界を是正すること。
• 屋内と屋外の空間的複雑性が相互に依存する状況を的確に捉える、完全に実用化可能な3次元空間表現を開発すること。
• 空間表現の次元的完全性を高めることで、歩行行動パターンの予測精度が向上するかどうかを検証すること。
• 3次元建築環境の複雑性を定量化するための新規ハイブリッド角距離-ユークリッド分析の有効性を検証すること。
• 今後の研究における、複雑な3次元都市・建築空間におけるナビゲーション行動と空間認知に関する方法論的基盤を確立すること。

提案手法

• 2次元空間構造理論の表現（軸線地図、セグメント地図）を3次元の線ベース空間表現に適応・拡張する。
• 空間の複雑性を3次元空間で記述するために、角距離とユークリッド距離の両方の指標を組み合わせたハイブリッド分析的手法を開発する。
• 屋内と屋外空間が統合された複雑な多層構造の建物を対象とした極端事例研究戦略を採用する。
• 観察済み歩行行動データ（N = 17,307）と比較して、4つの段階的に詳細な空間表現（2D、3D軸線、3Dセグメント、完全3次元線）を評価する。
• 統計的関連性分析を用いて、各空間表現が実際の歩行行動パターンをどれほどよく予測できるかを評価する。
• 垂直方向および水平方向の両方向でトポロジー的・幾何的整合性を保つ、新規の3次元空間配置モデルを適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3次元空間構成を含めることで、2次元表現と比較して歩行行動パターンの予測精度がどの程度向上するか。
• RQ2 空間表現の完全性と次元性を高めることで、ナビゲーション行動モデルの精度がどの程度向上するか。
• RQ3 ハイブリッド角距離-ユークリッド分析は、多層的3次元建築環境における空間複雑性を効果的に定量化できるか。
• RQ4 相互に依存する屋内・屋外空間構成は、複雑な都市環境における歩行者のナビゲーションにどのように影響を与えるか。
• RQ5 簡略化された2次元または3次元投影よりも、完全な3次元線ベース表現を用いることで、予測力に明確な向上が見られるか。

主な発見

• 空間表現と観察済み歩行行動との関連性は、2次元から完全3次元線表現へと段階的に向上し、3次元的定義のレベルが高くなるにつれて明確に増加した。
• 完全3次元線表現が、2次元および部分的な3次元モデルを上回る最も高い予測力を持つことが示された。
• ハイブリッド角距離-ユークリッド分析は、実用的意味を持ち、定量的に測定可能な形で3次元空間構成の複雑性を的確に捉えた。
• 本研究は、相互に依存する屋内・屋外空間構成がナビゲーション行動に顕著に影響を与えることを確認し、両者を一体的にモデル化する必要性を裏付けた。
• 複雑で多層的な都市環境におけるナビゲーション行動の正確なモデリングには、3次元空間表現が不可欠であることが検証された。
• 本研究で提示された方法論的フレームワークは、3次元都市的建築環境における空間的複雑性と歩行行動の客観的・スケーラブルで再現可能な分析を可能にした。