1. 引言
增强现实技术(Augmented Reality)已经渗透到许多领域，其中就包括了建筑和室内设计等环境设计领域 [1] 。如今的AR技术得以实现虚拟与现实的融合，使设计师凭借技术直观互动交流和理解设计概念。AR技术的空间设计全流程的应用，已经成为一个热门的研究方向。
AR技术在环境设计领域中的应用流程可分为多个阶段，包括设计测量、模拟、预览和交互等。在设计阶段，AR技术可以帮助设计师在前期设计考察中测量较大体量的尺度和测算比例，能较好解决传统测量工具测量缺陷问题。模拟阶段可以通过AR技术将设计概念和现实场景相结合，实现空间布局的模拟和调整，从而提高设计方案的实用性和可行性。此外，预览阶段可以通过AR技术将设计概念呈现在真实的场景中，帮助设计师更好地呈现和评估设计方案的效果和体验 [2] 。最后，在交互阶段，AR技术有利助于设计师之间实现高效的交流和协作 [3] 。
与传统的空间设计方法相比，增强现实提供了更生动、更直观的空间体验，同时还加快了设计流程所需必要时间。然而，用于增强现实技术的硬件设备配置和软件工具仍有改进的空间。具体来说，需要通过进一步的开发和完善，提高准确性和稳定性，降低操作复杂性和时间成本。目前缺乏统一的标准和规范，导致不同AR应用之间缺乏简单的操作性。这给设计师增加了复杂性和成本效益。因此，今后需要在增强现实技术方面加大研发力度。这将有助于这些问题被解决，从而推动增强现实广泛应用于环境设计领域中。
本文旨在研究现阶段的增强现实技术在设计中的应用及环境设计师对应用的满意度评价。从介绍和分析增强现实技术的演变开始，介绍AR技术在整个环境设计过程中的运用，对AR技术应用实验的设计师满意度数据进行重点分析。实验对象均为环境设计师，包括从业多年的设计师、教师和在校学者。最后，验证AR技术的有效性、可使用性和满意度。这项研究为在空间设计中实施增强现实的潜在用例和具体方法提供了宝贵的见解。研究结果表明，这是一个前瞻性的研究领域，可以帮助设计师更有效地理解和传达设计概念。此外，它有可能提高设计效率、降低成本，并作为未来研究的参考指南。
2. 文献综述
(一) 增强现实技术及其在空间设计中的应用
增强现实(AR)最早起源可以追溯至现代计算机技术的诞生，与当代设备相仿的第一个原型机是著名计算机科学家、图灵奖获得者伊万·萨瑟兰(Ivan Sutherland)发明的头戴式显示器。直到20世纪90年代，前波音研究员汤姆·卡德尔首次使用了“增强现实”这一术语，才得以出现。随着AR技术发展，在各个领域取得了重大成效，包括工业、医疗、娱乐、教育等。特别是智能手机的普及，促使AR技术逐渐走入大众视野。如今，AR技术的成熟，广泛应用于空间设计、游戏、广告、导航等领域，为人们带来全新的交互体验 [4] 。
周超等 [5] 研究了AR技术在室内家具定制设计中的应用，以帮助用户更好地理解和定制属于自己的设计方案。刘珊杉 [6] 提出了一种基于AR技术的室内设计工具，协助设计师呈现出空间设计概念，实现空间布局的调整和优化。此外，谭军等 [7] 研究了建筑设计中AR技术的应用，提出一种建筑设计工具，帮助设计师更好地表达建筑结构和布局，同时减少设计时间和成本。AR技术的应用向城市设计领域拓展。田宇轩等 [8] 提出了一种基于AR技术的城市规划工具，帮助城市规划师阐述城市空间结构和布局，投入至城市功能性建设中。此外，研究了AR技术在建筑维护和管理中的应用，一种基于AR技术的建筑维护系统被提出，帮助维护人员定位和处理设备故障。最近，王廷魁等 [9] 进一步提出了一种基于AR技术的建筑设备维护系统，协助维护人员识别和修复设备故障。此外，还有研究评估了增强现实技术景观设计中应用具有良好发展前景 [10] 。有研究指出，增强现实技术将结合更多高新科技元素在教学应用的研究。让虚拟现实和增强现实技术与教育完美结合，将为开启未来教育创新之路做出巨大贡献 [11] 。
(二) SUS量表在用户满意度研究中的应用
John Brooke在1996年发表的论文介绍了SUS量表的设计、使用方法和效度，表明SUS量表是一种快速、简单、有效的测量工具，可用于衡量用户对产品或服务的整体满意度 [12] 。一项针对50名受试者的实证研究验证了SUS量表的可信度和效度，并与其他用户满意度测量工具进行了比较。研究结果表明，SUS量表是一种有效的测量工具，可以提供有关产品或服务的全面和一致的用户满意度信息 [13] 。一本关于SUS量表的指南介绍了SUS量表的应用场景、使用方法和解读结果的技巧，并提供各种实用工具和资源，以帮助研究人员更好地使用SUS量表进行用户满意度研究 [14] 。一项针对产品设计的用户可用性测量的研究使用了SUS量表，来研究设计需要充分考虑到用户感受，使产品设计更具感知力和活力 [15] 。研究结果表明，SUS量表是一种简单易用的测量工具，能够提供相关用户满意度的整体评估，同时对于专业人士和非专业人士都很适用 [16] 。基于SUS量表的增强现实技术已被广泛应用于不同领域的用户满意度评估研究。
(三) 相关研究综述与分析
目前对AR技术在空间设计各领域应用研究已不计其数，丰富面十足，涉及诸多领域。但仍未涉及当今环境设计领域的设计师使用该技术在设计过程中的应用满意研究。尚未有基于SUS量表的实验研究来评估增强现实技术在空间领域的设计过程中的合理性和创新性，但根据上述研究表明，在其他领域中基于SUS量表的增强现实技术可以有效提高用户的整体满意度。因此，可以将这些研究成果应用到环境设计领域中，并进一步开展相关实验研究，以验证增强现实技术在设计中的有效性和优势。
3. 研究方法
(一) 研究设计
方案确定后，准备前期模型导入工作。其中所使用的unity3D版本为2022.1.16f1c1，EasyAR版本：4.X，适用手机平台Android8.0以上，软件中已有一个工程文件的预设以及EasyAR的AR插件包。见图1，设计师可以将所设计3D模型(.obj文件与.mtl文件)和预设锚定图案导入至Unity3D。并替换预设锚定图案，便是替换识别图案，识别图像可以是景观设计的效果图或场地平面图或者初始图等。替换预设3D景观效果模型，检查材质和纹理是否自动赋予，并调整其大小和位置以适应识别图像。而后译和生成.apk文件，AR应用程序安装到目标设备(安卓手机)。见图2，到指定地点打开AR看效果图软件，摄像机对准识别图像自动呈现3D景观效果模型，即可在手机呈现出所设计3D模型。结合实地场景，设计们可身临其境感受设计是否达到预期效果，空间尺度、比例是否正确。如果需要调整，系统界面设置有编辑工具栏，可以进行移动、删除、旋转等。而后再次进行展示，此时达到预期效果则设计完成。如若仍存在问题，设计师需重新在计算机中调整修改，再次重复以上步骤，直至最终的方案确定。
Figure 1. Unity3d operation flow chart
图1. Unity3d操作流程图
(二) 参与者招募与样本分析
起先确定与实验相关的对象。根据上述研究理论分析，本实验招募的实验对象类型均为：“从事环境设计领域多年设计师、教师及学者”并进行投放实验。实验对象：确保实验对象曾经具有相似的方案设计经历，同时为保证实验结果和各种因素差异降到最小，所采用的实验对象能力差异也要保证较小。而后在线下场地或相关的设计领域探讨群内投放关于实验对象的要求、实验信息及问卷。
数据收集相关来源。此次研究主要采用线下与线上相结合形式发放问卷进行抽样调查的形式。所收集数据需要保证真实有效，实验及问卷填写时，会对实验对象进行详细介绍AR技术在空间应用的具体操作情况、实验研究目的和问卷具体解读并让用户充分体验。最后进行相关问卷填写。在确保问卷的可用性与有效性以及依据SUS问卷模型要求基础上，对发放的60份问卷进行筛选，最后获得有效问卷51份，详细样本数值见表1。
Table 1. Details of respondent information
表1. 被调查者信息详情
(三) 测试工具过程
整体实验流程可分为四大步骤：第一是进行实验目的介绍；第二是在指定场地进行AR技术展现实验测试；第三是对实验测试对象提问增强现实技术在环境设计领域是否有发展前景等回馈性问题；第四是进行可用性量表的评估测试，同时在实验过程中研究人员需要监督及记录。
第一步：详细实验内容介绍且讲解AR在设计应用的操作流程。首先，进行实验注意事项、目的和实验量表等方面进行详细介绍和说明，而后具体讲解上述研究设计中AR技术在空间效果呈现的具体操作流程，并保证实验对象已知晓并理解。第二步：增强现实设计效果呈现体验及操作使用。为能充分验证系统实验有效性，在实验前准备电脑并在其里准备设定的树坛景观模型与设定锚定图案(图3)，让实验对象依据前期技术路线进行逐步操作unity (图1)，并译和AR效果呈现软件并下载至手机中，最后充分体验设计在虚实叠加空间的效果展示。开始正式进入实验。见图4，实验对象在场地通过使用手机AR软件对锚定图案进行扫描体验。而图5则为实验时的AR展示界面效果。第三步：相关问题反馈。实验结束后，对实验对象提出增强现实技术效果呈现是否能够具有代替传统展现工具和解决平面效果带来的交流困难等回馈性问题。第四步：见表2，进入“可用性评估”流程。要求实验对象需填一份SUS可用性量表。
Table 2. Setting of scale variables and items
表2. 量表变量及题项设定
(四) 数据分析方法
系统可用性量表(System Usability Scale)是一份常用于测量系统易用性的问卷，它包含10个问题，每个问题有5个陈述性回答选项来衡量用户对系统易用性的感知程度。将每个问题的得分映射到0~5的标度上，其中0表示最差的易用性，5表示最好的易用性。将所有问题的得分加起来，得到总分。总分的范围是0~40，得分越高，系统易用性越好。以及计算所有参与者的总分的平均值、可信度、效度等。其中计算平均分这个值表示这个系统的整体易用性。
使用Cronbach’s alpha系数来计算SUS的可信度。可信度是表示SUS问卷测量系统易用性的一致性和准确性。通常认为，alpha系数大于0.7表示可信度较高。比较不同系统，如果要比较两个或多个系统的易用性，可以使用配对t检验或独立t检验来比较平均得分。这可以帮助确定哪个系统的易用性更好。而分析反馈，除了数值分析，还应该仔细分析每个问题的反馈，以确定系统的弱点和优点。这可以帮助设计师改进系统的易用性。
4. 实验结果与分析
(一) 信度、效度分析
本研究以51份有效问卷为基础，使用SPSSAU分析方法，分别分析研究信度和效度，信度即可靠性或可信度，指的是测量结果的一致性或稳定性，也是测量工具能否稳定地测量到它要测量的事项。从表3来看，计算有效性等3个变量所对应的10个测量问项总的克伦巴赫α系数(Cronbach α)为0.861，大于0.8，以及针对“CITC值”，分析项的CITC值均大于0.4，来说明分析项之间具有良好的相关关系，同时说明信度水平良好来表明问卷内部一致性非常好以及测量工具具有良好的可信度。综上说明该实验的信度较好。表4的KMO和Bartlett的检验，p值为0.000，小于0.05综上表明了研究的效度良好。而效度是指正确性程度，即测量工具确能测出其所要测量的特质的程度。效度越高表示测量结果越能显示出所要测量对象的真正特征。据表4可见KMO值为0.781，介于0.7~0.8之间，则说明研究数据适合提取信息，也从侧面反应出效度较好。其中表格指出的因子载荷系中的因子1表示认同题项，因子2表示否定题项。公因子方差均高于0.4，从表中因子数据对应关系上看与研究心理预期基本一致，证明实验的有效性。
Table 3. Cronbach reliability and validity analysis
表3. Cronbach信效度分析
Table 4. KMO and Bartlett tests
表4. KMO和Bartlett的检验
(二) 增强现实空间设计的用户满意度评价结果与分析
1、增强现实技术应用具有有效性
根据表5、表6显示，有效性、使用效率和满意度三种变量来充分衡量设计师对应用程序的整体表现的感受和满意程度。在有效性方面，T4题项显示，对技术复杂性够于复杂表示不同意的均分却高于3.4，表明了80.4%设计师认为使用这个应用程序已经不需要一定相关技术人员的技术支持才能使用，可以依据简单的技术路线操作使用AR效果呈现，能充分证明技术路线在实践中具有有效性。T5题项平均得分处于有效性中最高值，有86.28%设计师对系统中的各项功能的有效性是较为满意的。且各种功能较为齐全，让设计师流畅式体验，结合设计师的需要可以在现场变更调节模型。有助于减短设计的不必要时间的浪费，不需要因呈现效果出现失误而返回步骤重新调整，在体验中实现解决微调整问题的有效性。T10题项，有72.55%设计师表示使用该系统能够快速上手，不需花费大量时间进行学习。表明AR系统有效性依然较高，学习程度不会够于复杂、不容易上手的情况出现。但表5中显示在有效性T10的均分处于最低值与其他题项相差较大，也证明系统仍须进一步改善，考虑所涉及各方面人群的操作程度。综合上述三个题项实验来看，增强现实技术功能及实际的操作体验效果受79.74%设计师满意，均分也达3.477.足够证明应用系统的有效性，能帮助设计师更好表达设计方案。但秉持应用系统复杂的意见数量也不少，约为10.26%。实验研究发现，由于实验对象少部分为从事多年环境设计工作设计师以及教师，几乎从未接触unity且对界面使用不足够熟悉，对前期译和AR软件存在困难，前期软件学习曲线较高总体来说，环境设计师对该AR技术使用的有效性表示认可，能够有效在环境设计中使用，提高在未来工作效率和减少效果图制作的可能性。但面向多年龄段人群的使用，在当今技术操作方面仍需要更新改善，简短操作流程、优化操作界面、加强系统可视化，促使系统操作有效性的提高。
2、增强现实技术应用具有易用性
在使用效率方面，T3题项显示有82.35%设计师认为这个AR应用系统上手相对容易，只需要AR手机锚定锚定图案即可呈现，操作便利性很好说明在环境设计中应用于效果呈现具有易用性，在未来设计展现效果中代替传统效果平面图与提高设计效率的可能性。见表5，T7均分在使用效率测试中处于最高值，且有84.31%设计师通过实验操作后认为大部分人对该技术能快速学会并使用；以及设计师也非常愿意使用它来做设计呈现，不仅具有良好视觉效果、也带动沉浸式体验效果。从中实验统计表来看，两值很好代表技术在环境设计中应用满意度极高，有未来使用前景，帮助设计师解决在当今设计流程中效果图制作难、与客户沟通难等各种问题。但从T2和T8的题项实验数据来看，表明仍存在部分设计师对应用系统的操作复杂性有所担忧，例如，换成其他更大模型需要电脑配置更高嫌麻烦不愿意使用。这表明应用系统仍需进一步提升完善，操作流程复杂性简化，同时也要更新升级操作流程中所需系统配置，促使更易于软件合成，效果呈现成功实现，以及确保其功能齐全和易于理解。综上所述，82.84%设计师对系统使用易用性表示满意，能很好促进设计呈现使用，以来提高他们的工作效率。但仍存在部分问题，不能以偏概全，仍需考虑全面模型译和软件所需配置需求，加强完善升级，降低操作困难程度；且还需提高操作系统人性化，减少使用复杂性，促使设计师易于理解。全方面提升升级，促进更简化，有利展现技术易用性。
3、用户对增强现实技术的满意程度
在满意度方面，T1题项依据数据表明，有86.28%设计师对应用程序感到满意并愿意经常使用且均为接近4在SUS分值中最高。而T9题项也显示表明设计师对该应用程序感到有信心并感到满意。结合两项数据，足够充分证明设计师们对AR技术应用表示满意，也说明AR技术应用在未来使用趋势相当高与验证实验的成功。但是，T6表明设计师对应用系统的性能和稳定性有些焦虑。实验发现，大多数设计师设计模型来源于Sketch Up软件且设计完成内存皆高于上百MB，而目前unity承担内存只够100 MB。这表明前期系统软件需要更好的性能完善，提升设计大模型的转换，降低系统缓存和卡顿的问题，减少工作失误。总的来说，大多数设计师对该技术应用满意并且对它在设计中应用感到十分有信心，能看到技术系统在未来发展前景，有应用于市场的可能性。但在性能稳定性上仍需进一步完善和开发出能够转化大模型的插件可能性，提高译和软件的效率，促进技术效果的全面实现。
4、实验结果分析
本研究的所有实验对象均为经验丰富的设计师和从事空间设计领域的学者。根据实验结果，大多数设计师对该系统的功能和与空间设计相关的应用表示比较满意，他们愿意经常使用它。然而，部分数据表明，增强现实技术的使用在设计师应用操作复杂性、减少学习时间成本、软件流程全方位考虑不足等方面需要改进，以促进系统真正使用的有效性、易用性，满足各方面设计师的使用，提高满意度。
总之，在环境设计中实施增强现实技术仍然存在挑战，当务之急是加强和改善系统功能，升级各种模型转化功能、简化可用性，提高程序稳定性，以提供更好的设计师体验。通过发挥增强现实技术的优势，这项技术未来在这个领域可能创造新的机会，拥有良好的发展前景和巨大潜力，有着代替、淘汰传统设计工具的可能性。
Table 5. Specific average values of vraiable
表5. 各变量具体平均分值
(三) 结论
目前，已有多项AR技术在各种空间设计领域研究，且众多探究技术发展前景，但仍未涉及从设计师角度去考虑AR技术应用具体使用是否存在合理性。从心理学上看，一项优秀技术或设计需要充分贴合人的感受，满足人的需求并解决现有问题，以人为本，才能促进技术发展和成功。本研究主要从设计师角度思考问题结合运用AR效果呈现技术来探讨当今技术满意程度；也从其中发现问题存在，以人的需求及时完善提升、复杂型简单化、应用转化升级，促进技术更加人性化、应用有发展前景。研究结果表现，目前AR技术应用受到良好肯定，是未来发展趋势，有着代替传统工具的可能性和提高设计师工作效率。为能够更贴合设计应用需求，仍需继续完善升级，减少复杂程度、操作难度，从各方面设计角度去考虑问题，全方位转型升级。应用的交互设计需要更加优化和人性化，促使应用对设计师更加友好、操做起来更方便。迫使今后需在技术方面加大研发力度，充分解决所发现问题，推动增强现实广泛应用于环境设计领域中。此外，应用的推广和普及需要更多的投入和宣传，提升整套应用流程的便利性和友好性。这些问题必须在未来的实践中得到解决，才能充分发挥AR技术的优势和挖掘技术在该领域潜力。
5. 讨论与展望
(一) 讨论
增强现实技术在环境设计方面有着广阔的前景，并有可能取代传统的图形渲染。设计师应该采用发展的眼光，利用新时代的技术工具来改进设计和解决当前的问题。在实验研究中，实验对象被问及AR技术是否可以取代传统的效果图等问题，回答绝大多数都表示肯定的。其中学者们皆认为，传统的渲染效果图需要大量时间制作且修改易存在问题会导致大量的试错误成本提高以及最终效果与实地建设场景易出现差异性大。然而，AR使设计师能够将3D虚拟设计叠加到真实空间上，能够实时发现问题并将最终模型可视化，并及时纠正或调整任何问题。不仅可以提高设计师的效率，减少图片处理时间，还能在实地场地搭建虚拟构筑物，直观体验设计效果。增强现实技术在空间设计中的未来是非常有希望的，它有能力克服现有的挑战，同时为设计师和用户提供出色的系统体验、减轻设计流程中负担与降低试错成本，提高工作效率。
(二) 增强现实技术在空间设计中的应用发展影响及挑战
目前AR技术仍受限制。具体的硬件要求限制了可及性和普及性，设计师必须考虑硬件和软件的性能和兼容性等因素。技术上的挑战，包括实时渲染、跟踪和位置识别，会影响实际应用的效果。环境和照明因素也会导致不稳定的AR效果。设计师需要相关的技能和知识来将AR技术无缝整合到他们的设计中。为了充分实现AR在空间设计中的潜力，设计师必须提高他们的专业技能，并加强该技术的普及。此外，在应用AR时还需考虑隐私保护、信息安全和数据收集等道德和社会问题。且设计师应该遵循道德准则和法律，避免侵犯他人的隐私和权利。最后，设计师应该优先考虑用户体验和接受度，以满足用户的期望和需求。应强调可维护性和可更新性，以便设计能够快速适应新技术或变化。与虚拟现实、3D建模、传感器和其他技术的整合可以最大限度地提高设计效率和质量。完善此等技术问题能更好挖掘所具有巨大潜力，未来技术在环境设计应用将更普及、成熟，未来发展趋势指日可待。
注释
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