[논문 리뷰] Urban volumetrics: spatial complexity and wayfinding, extending space syntax to three dimensional space

Lingzhu Zhang, Alain Chiaradia|arXiv (Cornell University)|2020. 12. 28.

Urban Design and Spatial Analysis참고 문헌 78인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 도시 공간 구조 이론을 3차원 도시 환경으로 확장하기 위해 하이브리드 각도-유클리드 선 표현 방식을 개발한 새로운 3차원 공간 분석 프레임워크인 '어반 볼류메트릭스(urban volumetrics)'를 소개한다. 17,307건의 관측된 보행자 이동 데이터를 포함한 대규모 사례 연구를 통해, 공간 표현의 다차원 완전성이 보행자 길찾기 행동 예측 능력을 크게 향상시킴을 입증하며, 복잡한 실내외 도시 공간에서의 전면적인 3차원 선 기반 모델링의 필요성을 입증한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 기존의 공간 구조 이론이 3차원 도시 환경에서 수직적이고 다층적인 공간 구성 요소를 표현하는 데 한계를 보이는 데 대비하여 이를 해결하고자 한다.
• 실내와 실외 공간의 상호의존적 복잡성을 포괄하는 완전한 운영 가능한 3차원 공간 표현 방식을 개발하고자 한다.
• 공간 표현의 차원 완전성이 증가할수록 보행자 이동 패턴 예측 정확도가 향상되는지 테스트하고자 한다.
• 3차원 건축 환경 복잡성의 정량화에 효과적인 새로운 하이브리드 각도-유클리드 분석 방법을 검증하고자 한다.
• 복잡한 3차원 도시 및 건축 공간에서의 길찾기 및 공간인지 연구를 위한 향후 연구를 위한 방법론적 기반을 마련하고자 한다.

제안 방법

• 2차원 공간 구조 이론의 표현 방식인 축선도 및 세그먼트도를 3차원 선 기반 공간 표현으로 적응 및 확장한다.
• 3차원 공간 내 공간 복잡성을 기술하기 위해 각도적 척도와 유클리드 척도를 융합한 하이브리드 분석 접근법을 개발한다.
• 실내와 실외 공간이 융합된 복잡한 다층 구조의 대규모 복합 건축 환경을 대상으로 극단적 사례 연구 전략을 적용한다.
• 관측된 보행자 이동 데이터(N = 17,307)와 비교하여 4종의 점진적으로 세밀해진 공간 표현 방식(2D, 3D 축선, 3D 세그먼트, 전면 3D 선)을 평가한다.
• 각 표현 방식이 실제 보행자 이동 패턴을 얼마나 잘 예측하는지 평가하기 위해 통계적 연관 분석을 수행한다.
• 수직 및 수평 방향에서의 위상적·기하학적 정밀도를 유지하는 새로운 3차원 공간 구성 모델을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 3차원 공간 구성 요소를 포함함으로써 2차원 표현 방식에 비해 보행자 이동 패턴 예측 능력이 얼마나 향상되는가?
• RQ2 공간 표현의 완전성과 차원 수가 증가할수록 길찾기 행동 모델링의 정확도가 얼마나 향상되는가?
• RQ3 하이브리드 각도-유클리드 분석이 다층 3차원 건축 환경 내 공간 복잡성을 효과적으로 정량화할 수 있는가?
• RQ4 서로 영향을 주고받는 실내 및 실외 공간 구성이 복잡한 도시 환경에서의 보행자 항로 선택에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 간소화된 2D 또는 3D 투영 방식에 비해 전면적인 3차원 선 기반 표현 방식을 사용할 경우 예측 능력에 측정 가능한 향상이 있는가?

주요 결과

• 공간 표현 방식과 관측된 보행자 이동 간의 연관성은 2D에서 전면 3D 선 표현 방식으로 갈수록 점진적으로 증가하였다.
• 전면 3D 선 표현 방식이 보행자 이동 패턴 예측에 가장 높은 예측 능력을 보이며, 2D 및 부분 3D 모델을 압도적으로 뛰어넘었다.
• 하이브리드 각도-유클리드 분석은 운영적으로 의미 있고 정량적으로 측정 가능한 방식으로 3차원 공간 구성의 복잡성을 효과적으로 포착하였다.
• 연구 결과는 실내와 실외 공간 구성 간의 상호의존성이 길찾기 행동에 상당한 영향을 미치며, 이를 함께 모델링해야 한다는 점을 확인하였다.
• 결과적으로 복잡하고 다층적인 도시 환경에서의 길찾기 행동을 정확하게 모델링하기 위해 3차원 공간 표현이 필수적임을 입증하였다.
• 이 방법론적 프레임워크는 3차원 도시 건축 환경에서 공간 복잡성과 보행자 이동을 객관적이고 확장 가능하며 재현 가능한 방식으로 분석할 수 있도록 하였다.