一个交互式和沉浸式的虚拟环境，促进公民在城市设计项目中的集体创造力。巴纳比·法柳引用此版本：巴纳比·法柳。一个交互式和沉浸式的虚拟环境，以促进公民在城市设计项目中的集体创造力计算机辅助工程。国立高等艺术与手工艺学院- ENSAM，2019年。法语。NNT：2019ENOM0028。电话：02192083HAL ID：电话：02192083https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-02192083提交日期：2019年HAL是一个多学科的开放存取档案馆，用于存放和传播科学研究论文，无论它们是否被公开。论文可以来自法国或国外的教学和研究机构，也可以来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire2019-ENAM-0028第432号博士学院：工程专业科学巴黎理工大学博士他是获得由以下机构l’École Nationale Supérieure d'Arts et专业由以下人员公开介绍和支持巴纳比·法柳2019年7月2日一个交互式和沉浸式的虚拟环境，促进公民在城市设计项目中的论文主任：弗雷德里克·梅里恩论文共同指导：Alena SIARHEYEVA、Ruding LOU陪审团M. Michel Riveill，尼斯-索菲亚安提波利斯大学UMR 7271 CNRS大学教授M. Daniel MESTRE，UMR 6233 CNRS研究总监，体育科学学院报告员M. Daniel SIRET，UMR CNRS AAU研究工程师，ENSA报告员M. Frédéric Merienne，图像研究所大学教授，ENSAM审查员M. Ruding LOU，图像研究所讲师，ENSAM审查员Alena SIARHEYEVA女士，ISEN Yncréa地中海考试员讲师研究员M. Stéphane VERA&，ISEN Yncréa地中海研发总监M. Guillaume Perocheau，教师研究员，ISEN Yncréa地中海客座巴黎理工学院-Cluny LISPEN校区他是22019年7月10谢谢你32019年7月10谢谢你论文练习对我来说是一次冒险，我首先与我的随行人员一起经历。如果没有我的姐姐、妈妈、爸爸和朋友，这个故事就不会有今天的味道。谢谢你的爱，你的关注，和你的支持没有让步。在这次冒险中，两个人是不可或缺的，他们是论文的共同导师。阿莱娜，鲁丁，你们把你们的知识传授给了我，你们在决定性的选择上给了我建议，你们在困难的时刻倾听和理解了我。我将永远感谢你的投资和你给我的时间谢谢你，阿莱娜，你的善良，你的诚实和你的实用主义，把我拉了起来。感谢您从冒险开始的每一天，从注册到支持。谢谢你的好奇心和知识的严谨性，这并感谢弗雷德里克欢迎你总是积极和建设性地批评我的作品，我还要感谢索恩这次冒险的起源是一个我亲爱的人。Stéphane，谢谢你J’adresse 他的性格和他的知识我想感谢Hachem的帮助，他在为论文工作开发原型方面提供了宝贵的帮助。很难遇到如此投入和关心的人。同样，我也要感谢ISEN土伦2017-2018年M1班的学生感谢ISEN土伦所有的老师和员工，感谢他们的欢迎，感谢他们为我提供的所有服务。我的意思是管理我的雇佣合同，我的各种旅行，计划我所做的教学，并分享这些内容。如果没有这种教学结构的健全性，所有这些工作都J’adresse une attention particulière à mes partenaires de bureau, Amaury et Bo, avec qui j’aipartagé d’agréables moments, mais aussi échangé des我还要感谢所有自愿最后，参加各种会议、讲习班和远程会议对我来说是一次非常有教育意义和有益的经历，我材料表42019年7月10材料表感谢3目录4摘要7图8列表表10列表术语表11首字母缩写词12第一章引言和问题141.1参与、城市与数字协同设计161.1.1公民参与161.1.2城市协同设计181.1.3数字参与191.2目标、研究问题和21世纪方法1.2.1科学和技术目标211.2.2研究问题22.1.2.3论文框架和基本假设231.3研究背景：U_CODE 241.4论文29的结构第二章研究方法论：设计科学312.1设计科学的方法框架312.2业务方法342.3研究评估362.4摘要37第三章文献综述393.1关键术语和概念403.2公民参与和城市设计433.2.1公民参与的定义433.2.2公民参与与城市设计453.2.3公众参与机制的类型3.3城市协同设计与生成工具553.3.1共同创造、共同设计和共同设计城市553.3.2城市协同设计的创意与原型573.3.3用于城市协同设计的生成式3.4通过数字技术促进公民参与城市设计633.4.1城市和数字设计633.4.2公民参与数字643.4.3数字生成工具67材料表52019年7月103.5论文71的工作定位3.6摘要73第4章EVI75原型车的设计与开发4.1社会背景分析764.1.1欧洲地中海和布干维尔公园764.1.2在Venelles市观察4.1.3专业人士访谈854.2参与过程中的创造性884.2.1创作过程中的趋同与发散884.2.2关于新的参与进程的建议4.2.3使用改进的流程91创建研讨会4.3改进的工具944.3.1人工制品95的设计4.3.2原型102的实施4.4摘要121第5章原型123的评估5.1原型124的可用性评估5.1.1配置1245.1.1措施1255.1.2程序1265.1.3评估结果5.2131原型的实用性评估5.2.1配置1315.2.2措施1345.2.3程序1395.2.4评估结果5.3第149章第六章结论与展望1526.1研究的有效性、严谨性和相关性1536.2限制和开放157参考书目160附录170I.DU170中用于PC的商业和开源工具的非详尽列表II.城市规划专业人员访谈问卷172III.创意工作坊173A.第一步：确定消极和积极的方面173B.第2步：定义用途和环境174C.第三步：用途和环境的空间定位175D.访谈后问卷模板176材料表62019年7月10IV.工件177的候选技术A.硬件+软件177B.仅限硬件180C.仅限软件182V.人物184VI.从多段线生成VII.图形界面191VIII.评估问卷A.可用性评估问卷1.第194章第一次见面2.沉浸倾向问卷3.199年4.NASATLX 2005.出勤调查表2016.总体评估205B.效用评估问卷1.第206章第一次见面2.CSI 2083.评估提案的投票问卷.......................................................................................................................211IX.效用评估研讨会参与者简介A.研讨会1 216B.研讨会2 217C.讲习班3 218D.研讨会4 219X.CSI 220调查结果A.研讨会1 220B.研讨会2 220C.讲习班3 221D.研讨会4 221第一百二十三条第二条第二百三十二条摘要72019年7月10摘要公民参与（CP）是今天许多讨论的核心，但在公共机构中很难强加。在城市设计（DU）方面，可以看到令人鼓舞的举措。然而，观察结果也表明，目前使用的方法主要是基于手工工具。本论文的重点是将数字化工具整合到公民参与公共空间规划的过程中。更具体地说，这项工作的重点是采用共同设计概念的合作协商模式，目的是将公民和城市设计专业人员聚集在一个地方，建立共同的语言和共同的愿景。通过基于设计科学的研究方法，这种跨学科的研究既考虑了应用背景，也考虑了数字PC和协同设计的理论事实上，有人认为，现有的研究要么在PC领域过于理论化，没有提出通过原型对工件进行实例化和评估，要么过于关注技术，而忽略了此外，为了填补当前技术水平的空白作为马赛市城市项目的一部分，对实地的观察，加上对专业人员和公民智库的采访，使合作数字环境的第一个规范得以定义。它还允许为S’en suit une phase de développement d’un prototype répondant à ces spécifications,nommé 它是一个沉浸式和交互式虚拟环境（EVII），基于在3D地图上创建设计方案的触摸界面和沉浸式可视化设备的耦合使用。3D对象剪切/粘贴的数字隐喻允许协同设计概念的应用。该设备与虚拟现实耳机相结合，允许对所执行的工作进行沉浸式可视化，以及对建议书的不同元素进行评论的功能最后，通过混合分析方法（定量和定性），从可用性和有用性的角度对原型进行评估。这一步通过提供支持DU中PC的协作和创造力的EVII规范的建议以及用户如何理解它的概述来结束工作。结果表明，这个数字前沿对象通过促进业余市民的创造力和协作，支持他们实现图列表82019年7月10图列表图1：参与规模。根据《公民参与阶梯上的八个赛跑》（Arnstein，1969）改编..........。图2：通过人们说的、做的或编造的东西获得不同层次的知识图的灵感来自（E. B.桑德斯和斯塔普2012年..................................................................................................................图3：U_CODE进度方法（U_CODE项目内部文件）25图4：U_CODE的最小可行流程（U_CODE项目的内部...........................................................................................................................................二十七图5：U_CODE功能体系结构（U_CODE项目的内部文档）28图6：设计科学研究的活动循环（A. R. Hevner 2007）32图7：四周期模型，摘自（Drechsler和Hevner 2016）32图8：研究的操作方法34图9：方法、技术、方法和工具之间的关系41图10：概念框架概述42图11：不同类型的公众参与，原始图来自（Rowe和Frewer，2005年）......................... 44图12：城市设计的主要阶段和相关任务，基于Hayek 2011; Sanoff 2000; C T Boyko、Cooper和Davey 2005的工作46图13：按参与程度对参与机制进行分类（Stelzle和Noennig 2017）51图14：参与式原型开发周期（CPP），（E. B. 桑德斯2013年58图15：设计过程中各阶段的创造性方法 第一个点说明了设想各种方案的时间，第二个点说明了成品。（E. B.- N.桑德斯和斯塔普2014年........................................................... 59图16：GIS及其用户，Köninger等人的初步示意图（1998年）64图17：左侧，SESAME概述。右边是MULTI的概览。（Stuerzlinger等人）（2006年）68图18：使用Interactor的城市公园设计阶段后获得的结果（Lauwaert 2009）69图19：qua-kit的屏幕截图（2018年）70图20：设计科学方法论的第一步73图21：布干维尔76号公园图22：布干维尔77号公园的图23：欧洲地中海78项目图24：参加讲习班的公民图25：其中一个公民团体提出的建议81图26：研讨会期间在Venelles进行协商的参与者83图27：其中一组参与者提出的建议图28：创意钻石（Guilford 1950）88图29：扩展创意钻石（Buijs和Van derMeer，2013年）89图30：受实地观察启发的改进的参与进程。虚线框显示了添加的步骤..........................90图31：左边是U_CODE项目成员在布干维尔公园项目框架内提出的建议。右边是第二次研讨会与会者提出的关于意大利门广场的......................................................................建议图32：EVI100的图33：迭代模型构建/可视化100图34：参与式流程中的概念模型101图35：工件102功能图列表92019年7月10图36：工件103的图37：Unity 105图形引擎中Mapbox资源生成的地图示例图38：使用原型创建的"3D拼贴"隐喻。 在左侧，用户在3D元素的两侧绘制曲线。在中间，元素被分成两部分。在右边，用户在改变它们的方向和位置之后将不同的部分合并在一起............................106图39：工件107图40：创意空间108图41：创建屏幕的图形界面。在右侧，选择一个对象（红色信息亭）........................110图42：图形界面和原型功能之间的链接，创建屏幕110图43：配置屏幕的图形界面。在右侧，选择了一个对象。.........................................................................................................................................112图44：图形界面和原型功能之间的链接，配置屏幕.........................................................................................................................................113图45：图形界面和原型功能之间的链接，编辑屏幕图46：创作空间115图47：使用移动虚拟现实头戴式设备实现的沉浸式观看空间的整体视图。交互按钮位于耳机116的左上..................................................................................................................角图48：左侧，近地面视图。右边是116号的俯视图..........................................................。图49：左边是可用的交互，当向下看时会变成可用的交互。在右侧，已选择3D元素，因此其颜色发生变化............................................................................................................118图50：专业空间119图51：设计科学方法论的进展，第2阶段121图52：可用性评估的配置概述124图53：个体可用性评估期间从参与者收集的数据127图54：土伦意大利门广场的行人专用区项目131图55：公用事业评估的配置概述图56：研讨会参与者评估原型实用性的起始工作空间133图57：计算CSI评分的公式（Cherry和Latulipe 2014）137图58：第1141组图59：第2组设计方案141图60：第3组设计方案142图61：第4142组图62：投票结果。大面板146图63：投票结果。专业小组147图64：在左边，第1组的创建代表一个petanque场。在右边，组2的创建代表自行车停车场............................................................................................................................................148图65：设计科学方法论的进展，第3阶段150图片列表102019年7月10图片列表表1：公民参与矩阵。受参与矩阵的启发，（Wates etal. （2000年）17表2：联合体成员U_CODE 24表3：设计科学研究评估建议，摘自（A. R. Hevner等人（2004年）36表4：英文术语翻译42表5：公民参与的获益和风险（Luyet etal. 2012）43表6：公民参与机制（EPA 2019）49表7：按参与程度划分的公民参与机制概述（Luyet等人，2012年）50表8：根据（Rowe和Frewer，2005年）52对表9：允许不同程度参与的技术、方法、活动和工具的分类53表10：城市协同设计的阶段，来自（傅和林，2014）56表11：根据形式和目的的一些工具和技术，受（E. B.- N.桑德斯、勃兰特和宾德（2010..................................................................................................................................................）表12：PC 65技术表13：SIGPC承担的不同功能，翻译自（Laurini2001）66表14：根据参与者访谈和观察得出的人物角色之一79表15：所举办讲习班的参与阶段91表16：模块Mock-up FocusGroup 97表17：可视化咨询：VR移动应用的公众反馈模块的用户故事98表18：创建屏幕109表19：配置屏幕111表20：编辑屏幕114的表21：编辑屏幕117的表22：初始要求和相关原型功能120表23：可用性评估程序126表24：出勤调查问卷结果128表25：所有四项任务的QUESI和NASATLX结果128表26：NASATLX的累积频率分布。按任务类型划分的费用得分。摘自（Grier 2015）................................................................................................................................................129的工作表27：满意度调查问卷结果129表28：参与者对可用性评估的积极反馈130表29：参与者对可用性评估的负面反馈130表30：文学中的创造性概念如何与CSI因素相关（Carroll和Latulipe 2009）135表31：向参与者提出的肯定，要求他们使用1 - 10分制回答。在提供给参与者的版本中，未显示因素名称，也未对问题进行分组。（翻译自（樱桃和拉图利佩2014））137表32：效用评估程序表33：按讲习班分列的CSI调查结果143表34：四个讲习班的CSI得分汇总143术语表112019年7月10术语表共同创造：指任何集体创造性活动，即由两个或两个以上的人共同进行的创造性过程。因此，在城市设计的情况下，共同设计：一种以社区为中心的方法和途径，设计人员使用这种方法和途径来授权将从最终结果中受益的用户参与设计其问题和需求的解决方案。设计科学：A.在2004年提出的研究方法。赫夫纳。城市设计（或城市设计）：城市设计是一个对一个地方的建筑和景观感兴趣的过程，也是一个对空间表示的图形方法感兴趣的过程，以前是手工的，现在是计算机辅助的。虚拟环境：一个三维的虚拟世界，你可以与之互动，也可以在其中移动。3D模型：由几何形状（如三角形）定义的三维对象或一组对象。与3D模型相关的信息以多种格式（.obj、.3ds、.stl等）存储在计算机文件中参与机制：可以指定与公民参与相关的技术、方法、工具或活动的组合词。城市规划（城市规划）：长期组织一个地区的纪律。它以地方和区域当局制定的一系列虚拟现实：一种允许您以完全沉浸感查看虚拟环境的环境。通常使用的设备是虚拟现实耳机或CAVE。U_CODE：一个由欧洲联盟资助的研究项目，主题是通过统一基于图形引擎的多平台游戏引擎，图形引擎由图形界面和一组脚本（Javascript或C#）首字母缩122019年7月10首字母缩略词BIM：建筑信息建模CAO：计算机辅助设计从：城市设计EVG地理虚拟环境第七章： 交互式和沉浸式PC：公民参与RA：增强现实-增强现实RV：虚拟现实虚拟现实悲伤：关于空间的决策支持系统SADG：群体中的决策支持系统SIG：地理信息系统SIGC：协作GISSIGCT： 实时协作GISSIGP：参与式GISSIGPC： GIS促进公民SSP：规划支持系统ICT：信息和通信技术第一章导言和问题导言和问题142019年7月10第一章引言与问题今天，公民参与（CP）作为一种必要性和一种明显的东西被在没有事先与受其影响的人协商的情况下实施一个公共项目是不可想象的。在公共空间规划领域-在法国，这一要求被写入了《城市规划法》o强制性协商：《o自愿协商：根据第L条。300-2可以是oL’ordonnance du 3 août 2016, entrée en vigueur au 1er janvier 2017, a 2017年4月25日的法令确保了其充分有效。-在国际一级，首先通过1982年的《世界自然宪章》，然后通过1992年的《里约宣言》作出了努力最后，1998年6月25日的《奥胡斯公约》以更大的权威宣布了参与原则自相矛盾的是，它必须采取的形式并没有明确的定义。在许多情况下，协商仅限于提交专业人员和地方市政当局已经制定的计划，这可能会引起公众的误解和争议（KheirAl-Kodany，1999年）。在法国，我们可以举朗德圣母院机场的例子最近，马赛Plaine区的翻修引起了居民的强烈抗议，并推迟了在欧洲，荷兰也出现了类似的情况，计划用商业和住房区取代瓦尔肯堡机场，该项目已被当前的社会紧张局势清楚地表明，需要空间、场所，最重要的是需要组织公民、城市设计专业人员和地方市政当局之间讨论的方法和城市设计的目的是不断改善一个城市的公共生活空间。伯尼·琼斯（Bernie Jones）认为，公民参与规划过程的程度越高，规划就越能反映他们的需求和愿望（Jones1990）。这将加强有关公民的主人翁意识，以及他们对项目顺利进行的承诺。城市设计一词应区别于城市规划（或城市规划）。城市规划是一门与城市规划相关的它以一系列导言和问题152019年7月10由地方当局制定的条例。城市设计也是与城市规划相关的一系列实践的一部分事实上，城市设计是在实施规划中描述的决策的层面上进行的，并被定义为"在特定的空间、经济、政治和社会背景下对特定空间进行有计划的干预的行为因此，在一个设计项目中，将讨论住房、公共设施或公共空间的数量和类型的主题。城市设计可以确定空间的需求、要求和限制，并为城市项目的实施奠定基础。在法国，城市规划一词也被使用，它指的是城市设计的学科，作为设计和实现阶段之前的一个子阶段。在这篇论文中，我们参考了许多盎格鲁-撒克逊文献，这些文献使用城市设计一词来指代所谓的因此，我们将主要使用城市设计这个术语。DU 中 传 统 使 用 的 工 具 主 要 面 向 专 家 受 众 ， 限 制 了 与 公 民 参 与 和 合 作 的 机 会（Loorbach，2010年）。因此，只有最积极的公民，例如已经参与协会或居民委员会的公民，才能抽出时间与市政当局进行辩论，捍卫地方利益。其余的人被困在家庭、社会和职业生活中，由于缺乏时间或对拟议的进程不感兴趣而作出的决定迫使他们受苦共创方法和数字环境的民主化为合作提供了新的机会，但仍需进一步发展（Maquil etal. 2018）。在设计、城市规划和政治学领域，有几个术语和概念被导言和问题162019年7月101.1参与、城市与数字1.1.1公民参与参与有点像吃菠菜：没有人反对它的原则，因为它是为了每个人的利益。（阿恩斯坦，1969）"公民参与"一词用于定义不同的活动，如公共辩论、沟通、协商、授权、自治、合作（Davidson等人，2007年）。这些活动支持一项政治战略，目的是将受影响社区的意见纳入决策。公民参与的主题它揭示了公民在公共项目中参与的不同程度最高级别代表向地方社区提供决策过程的完全自主权或不同利益攸关方之间的合作的在阶梯的底部在后一种情况下，"参与"一词不能与过程联系在一起（Arnstein，1969）。图1：参与规模。摘自《公民参与阶梯上的八次奔跑》（Arnstein，1969）几年后（Wates等人）。2000年）提出了一个应用于DU的公民参与矩阵最初，拟议的矩阵分为四个阶段（启动、计划定义、实施、维护）。在这里，我们将规划阶段本论文的工作重点是在公民"协作"参与的背景下进行的规划和设计阶段事实上，CP对决策过程的影响在早期阶段最为重要，因为它通过确保透明度和清晰度来节省时间（Schubert等人，2011年因此，我们也考虑了"咨询"参与的情况然而，合作不同于协商，因为它赋予公民决策权导言和问题172019年7月10今天源于20世纪70年代斯堪的纳维亚文化的参与式方法论在应用于DU的许多参与式方法中，我们可以提到焦点小组、探索性步行、协作研讨会、交互式2000年）。我们将特别关注合作研讨会的案例，这些研讨会将不同的利益相关者聚集在一起，参与社区规模的城市项目在协作的情况下，利益相关者通过共同协议做出决定在协商的情况下，专业人员收集公民的意见，但仍然是最后决定的城市项目的阶段初始化程序设计设计实现面试公民的参与程度自主权市民是项目的发起人公民自己做节目制作。市民自己做设计。市民自己动手做建筑工作。市民们自己对协作公民和当局启动了一个共同的项目协议市民和当局共同制定项目规划市民和当局进行项目设计一起市民和当局进行建设工作一起市民和当局共同进行场所咨询当局在与市民当局在与公民协商后当局在与市民当局在以下情况下进行建筑工程公民咨询当局在以下情况下进行维修工作：公民咨询信息当局主动发起该项目当局自行进行规划和设计。当局自行设计设计。当局正在进行他们的自己的老板当局自行进行场地的表1：公民参与矩阵。受参与矩阵的启发，（Wates et al. （2000年）导言和问题182019年7月101.1.2城市协同设计当一个人，一个产品的未来用户，参与到任何开发过程（例如软件开发）中时在用户可以表达自己对产品或服务的外观和功能的情况下，它的设计，我们说的是参与式设计。这个术语与co-design密切相关，co-design指的是"在设计过程的所有阶段应用的集体创造力"（E. B.- N.桑德斯和斯塔普2008年。 这些术语可以转移到城市设计的世界，形成术语参与式规划和城市共同设计。共同创造的哲学和共同设计的方法越来越多地出现在话语中，并在为DU组织公民对话时产生了积极的B.- N.桑德斯和斯塔普2008年。他们鼓励专业人士和业余爱好者在不同的环境中共同工作，如学校、医院或公司。在DU的案例中，地方市政当局、城市规划师、建筑师和城市设计师被要求与公民合作，想象一个未来的地方。通过E. 桑德斯认为，人们通过说、想、做、用、知道、感觉和梦想来表达他们的体验。前四项活动反映了什么是明确的和可观察的，因此很容易通过问卷或观察来实现，这些问卷或观察是"说"或"做"的工具，如相比之下，获取隐性和潜在知识是通过"构建"工具（英语：make tools）完成的这些活动允许参与者图2：通过人们说的、做的或编造的东西图的灵感来自（E. B.桑德斯和斯塔普2012本论文的目的是应用桑德斯的概念，并定义一个城市协同设计的导言和问题192019年7月101.1.1数字化参与在DU的参与式研讨会上，可视化是理解决策和辩论的重要工具。当前的可视化工具从简单的二维打印地图扩展到交互式3D虚拟现实模型。研究表明，2017年）。因此，在（Kheir Al-Kodanny 2002）的工作之后，开发的工具已经演变为基于通过各种手段（计算机、虚拟现实耳机、触摸表、增强现实等）使用3D地图的交互式数字技术。在Märker和Pipek（2000年; Kheir Al-Kodanny（2000年））的开创性工作之后，使用数字工具的机会已经探索了近20年。它现在已经被证明可以改善DU中的PC流程，提高专业人员和公众之间的互动质量（Imottesjo和Kain 2018; Maquil et al. 2018; Mueller et al.2018; Alatalo et al. 2017，2016; Maquil 2016; Sun和Li 2016; Mahyar et al. 2018; Alatal.2017，2016; Maquil 2016; Sun和Li 2016; Mahyar et al. 2018; Alatal. 2017，2016; Maquil2016; Sun和Li 2016; Mahyar et al. 2016年）。然而，由于整合上下文数据的复杂性、成本、对其实际影响的怀疑以及缺乏对该领域的掌握，DU专业人员不愿F. 2017年）。最近的几项研究表明，目前提供的大多数工具都是专门用于咨询或信息参与的，互动性不足以支持专家和业余爱好者之间的对话（Wu、He和Gong 2010; F.2017年）。另一方 面， 互动 性的 持 续改 进也 会损 害参与过程，正如最近的研究所强调的那样（Billger，Thuvander，and Wästberg 2017）。他们指出，在L’enjeu
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