تقدم هذه الدراسة سير عمل قابلاً للتكرار لتحسين مخططات المعارض الغامرة من خلال الجمع بين التلدين المحاكى التكيفي، واختيار المقترحات المعتمد على المرحلة، والتحكم في إعادة التسخين. تم تنفيذ المخطط المختار في بيئة معرض للواقع الافتراضي وتم تقييمه باستخدام مقاييس التكلفة المكانية، وسجلات سلوك المشاركين، وتقييمات ما بعد التجربة.
مقالة بحثية
تحسين تصميم مساحات المعارض الغامرة باستخدام التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين والتقييم عبر الواقع الافتراضي
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
تطلب مساحات العرض الغامرة تخطيطات تدعم الحركة الفعالة، والارشاد الواضح للمسارات، والتفاعل المتوازن، وتجربة بيئية مريحة. ومع ذلك، غالبًا ما يتم تطوير مخططات العرض من خلال قرارات تصميم يدوية، مما يجعل من الصعب تقييم طول المسار، وإمكانية الوصول البصري، ومخاطر الازدحام، والراحة البيئية، وتوزيع عقد التفاعل في وقت واحد. طورت هذه الدراسة وقيمت سير عمل لتحسين التصميم المكاني استنادًا إلى التلدين المحاكي التكيفي مع اختيار المقترحات المعتمد على المرحلة والتحكم في إعادة التسخين. تم إنشاء قاعة عرض غامرة بمساحة 36 m x 24 m تضم ست مناطق موضوعية، وممرات انتقالية، ومنطقة استراحة واحدة، وعقد تفاعل متعددة. تمت مقارنة ثلاث حالات من التخطيط: التخطيط اليدوي، وتخطيط التلدين المحاكي القياسي، وتخطيط التلدين المحاكي التكيفي مع إعادة التسخين. عمل نموذج التحسين على تقليل دالة تكلفة مكانية موزونة تضمنت مسافة المشي، وإمكانية الوصول البصري، والازدحام، والراحة البيئية، وتوازن التفاعل. تم تنفيذ المخططات المختارة في مشاهد عرض بالواقع الافتراضي وتقييمها من خلال سجلات سلوك المشاركين وتقييمات ما بعد التجربة. أنتجت الخوارزمية التكيفية تكلفة مكانية نهائية أقل، ونسبة تحسن أعلى، وعدد تكرارات أقل للوصول إلى الحل الأمثل مقارنة بالتلدين المحاكي القياسي، مع زيادة طفيفة في وقت الحوسبة. وأفاد المشاركون المعينون في التخطيط التكيفي بمستويات رضا أعلى، وشعور أقوى بالحضور، وإرشاد أوضح للمسارات، وازدحام مدرك أقل، وحمل معرفي أقل، كما أكملوا المسار بمسافة مشي أقصر، وترددات أقل، ووقت بقاء أطول، وتغطية أوسع للخريطة الحرارية. تدعم هذه النتائج سير العمل هذا كنهج لدعم القرار في سيناريو العرض المختبر؛ وهي لا تضع تخطيط عرض مثاليًا عالميًا أو تثبت التفوق على جميع البدائل الأخرى من الخوارزميات الفوق حدسية.
المقدمة
تجمع مساحات العرض الغامرة بشكل متزايد بين التصميم المكاني، والوسائط الرقمية، وشاشات العرض التفاعلية، وتقنيات الواقع الافتراضي لخلق بيئات لا يكتفي فيها الزوار بمجرد مراقبة المحتوى، بل يتحركون من خلاله، ويتفاعلون معه، ويفسرون المعرض كـتجربة مكانية. وفي مثل هذه الإعدادات، لا تعتمد جودة التجربة على ثراء المحتوى المرئي أو التفاعلي فحسب، بل تعتمد أيضاً على استمرارية المسار، والرؤية، والازدحام، والراحة البيئية، وتوزيع فرص التفاعل. ولذلك، ينطوي تصميم مساحة العرض على مشكلة متعددة المتغيرات؛ حيث يجب أن يوجه المخطط الزوار بكفاءة مع الحفاظ على التسلسل السردي، والانفتاح الإدراكي، وفرص المشاركة. وقد أظهرت دراسات سلوك المتاحف والمعارض منذ فترة طويلة أن تجربة الزائر تتشكل من خلال التنظيم المكاني، وهيكل الحركة، وإمكانية الوصول التفسيري، بدلاً من الاعتماد على محتوى المعروضات وحده1.
توفر نظرية التكوين المكاني أساساً مفيداً للتعامل مع تخطيط المعارض كمسألة تصميمية قابلة للتحليل. ومن هذا المنظور، لا يُعتبر الفراغ مجرد وعاء سلبي للأشياء، بل هو الذي ينظم الحركة، والالتقاء، والرؤية، والاختيار. ويمكن للتكوين المعماري أن يؤثر في كيفية تحرك الأشخاص عبر البيئة ومدى سهولة فهمهم للعلاقة بين المساحات2. كما يدعم التحليل المكاني القائم على الرؤية وجهة النظر هذه من خلال إظهار أن المجالات البصرية وعلاقات خط النظر يمكن نمذجتها كسمات قابلة للقياس في الإدراك المكاني والملاحة3. وتكتسب هذه الأفكار أهمية خاصة في المعارض الغامرة لأن الزوار يتعين عليهم دمج المعلومات البصرية، وقرارات المسار، وإشارات التفاعل، والمحفزات البيئية باستمرار أثناء تنقلهم في المعرض.
وفي الوقت نفسه، وسعت التقنيات الغامرة من الطرق التي يمكن من خلالها تصميم بيئات العرض واختبارها قبل التنفيذ المادي. وتسمح الواجهات الافتراضية والغامرة للباحثين والمصممين بدراسة كيفية إدراك المستخدمين وسلوكهم في ظل ظروف مكانية مضبوطة، مما يتيح إجراء مقارنات بين مخططات بديلة مع الحفاظ على ثبات المحتوى والإعدادات البيئية4. وتظهر مراجعات تطبيقات الواقع الافتراضي الغامرة أن البنية المكانية، وتصميم التفاعل، ووضوح المهام تعد محددات مهمة لمستوى تفاعل المستخدم وجودة التعلم5. كما تشير أدلة التحليل البعدي إلى أن مستوى ونوع الانغماس يمكن أن يؤثرا على الشعور بالحضور، إلا أن الانغماس وحده لا يضمن نتائج أفضل إذا كانت البيئة غير منظمة بشكل جيد أو يصعب التنقل فيها6.
ترتبط تجربة المستخدم في المعارض الغامرة ارتباطاً وثيقاً بالحضور والجهد المعرفي والراحة البدنية. ويعكس الحضور المدى الذي يشعر فيه المستخدمون بأنهم متواجدون داخل بيئة وسيطة، مما يجعله نتيجة رئيسية في الإعدادات الافتراضية والغامرة7. ومع ذلك، يمكن للبيئات الغامرة أن تسبب أيضاً عبئاً معرفياً عندما لا يتم تنسيق التنقل أو التفاعل أو المعلومات الحسية بشكل جيد8. لهذا السبب، لا ينبغي أن يقتصر تحسين مساحة المعرض على زيادة كثافة التفاعل أو التحفيز البصري فحسب، بل يجب أن يدعم تجربة مكانية متماسكة، ويقلل من قرارات المسار غير الضرورية، ويحد من الإجهاد الذي يمكن تجنبه. كما يجب مراقبة دوار المحاكي لأن عدم الارتياح يمكن أن يؤثر على كل من سلامة التعرض للواقع الافتراضي وتفسير نتائج تجربة المستخدم9.
على الرغم من هذه المتطلبات، لا يزال العديد من مخططات المعارض يتم تطويرها من خلال خبرة المصممين، أو التعديلات اليدوية التكرارية، أو ملاحظة الزوار اللاحقة. تظل هذه النهج ذات قيمة، ولكنها تجعل من الصعب تقييم قيود تخطيطية متعددة في وقت واحد. يمكن صياغة التصميم المكاني للمعارض الغامرة كمسألة تحسين مقيدة تأخذ في الاعتبار طول المسار، والرؤية، والازدحام، والراحة، وتوزيع التفاعل بشكل مشترك. يعد التبريد المحاكى (Simulated annealing) مناسباً لهذا النوع من المسائل لأنه يمكنه البحث في مساحات حلول كبيرة وغير منتظمة مع السماح بالقبول المدروس للحلول المتوسطة غير المحسنة، مما يساعد بذلك في الهروب من القيم المثلى المحلية10. يتبع منطق القبول الخاص به قاعدة ميتوبوليس (Metropolis rule)1، بينما يقدم إطار ميتوبوليس-هاستينغز (Metropolis-Hastings) الأكثر عمومية نسبة كثافة اقتراح من الأمام إلى الخلف عندما تكون نواة الاقتراح غير متماثلة12. في التنفيذ الحالي، تكون نوى الاقتراح الشرطية الأربعة متماثلة؛ ولذلك، يظهر الاشتقاق الرسمي أن نسبة هاستينغز تساوي الواحد الصحيح بالنسبة للتحركات الممكنة العكوسة. وبناءً على ذلك، يتم وصف الطريقة بأنها تبريد محاكى تكيفي مع قبول ميتوبوليس وإعادة تسخين، بدلاً من وصفها كعينة ميتوبوليس-هاستينغز متميزة.
لطالما وظفت متغيرات التلدين المحاكى التكيفي اختيار الجوار غير المنتظم، وتعديل جدول التبريد، وإعادة التسخين، واستراتيجيات إعادة التشغيل، ومكونات البحث الهجين13,14. ولذلك، ينبغي النظر إلى التنفيذ الحالي كتهيئة مخصصة لتطبيق معين وليس كنموذج أولي جديد من الخوارزميات الفوق حدسية. وتتمثل مساهمته في الربط الصريح بين جدول مقترحات مكون من أربع حركات يعتمد على المرحلة وعملية إعادة التسخين مع قيود جدوى خاصة بالمعرض، ودالة تكلفة مكانية متعددة المكونات وشفافة، والتحقق من الصحة عبر الواقع الافتراضي على مستوى المشاركين15. ويميز هذا التحديد الدقيق لسياق العمل سير العمل الحالي بشكل مباشر عن الادعاءات بوجود مبدأ تحسين جديد جذرياً. وكان من المتوقع أن يؤدي اختيار المقترحات المعتمد على المرحلة إلى نقل البحث من الاستكشاف الواسع للتسلسلات/المسارات إلى التحسين المكاني المحلي، بينما تعمل إعادة التسخين على استعادة مرونة البحث بعد حالة الركود. وكان من المتوقع أن يؤدي هذا التوازن بين الاستكشاف والاستغلال إلى تقليل احتمالية الوقوع المبكر في النهايات الصغرى المحلية وزيادة فرصة الوصول إلى مخطط جدوى بتكلفة أقل ضمن نفس ميزانية التكرار الاسمية.
تقترح هذه الدراسة سير عمل قابل للتكرار يدمج بين التلدين المحاكى التكيفي، واختيار المقترحات المعتمد على المرحلة، والتحكم في إعادة التسخين، ونموذج تكلفة مكانية متعدد المكونات، وتقييم عبر الواقع الافتراضي على مستوى المشاركين. وتعد المساهمة المنهجية هنا موجهة نحو التطبيق ومركزة على قابلية التكرار بدلاً من كونها ادعاءً بمبدأ تحسين جديد جذرياً16. وتقارن الطريقة بين مخطط يدوي، ومخطط يعتمد على التلدين المحاكى القياسي، ومخطط يعتمد على التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين، وذلك ضمن بيئة معرض واقع افتراضي محكومة. تبحث الدراسة في كل من المخرجات الخوارزمية والمخرجات على مستوى المشاركين، بما في ذلك التكلفة المكانية النهائية، ونسبة التحسن، والحضور، ووضوح تحديد المسار، والرضا، والحمل المعرفي، ومسافة المشي، وعدد مرات التردد، ووقت المكوث، وتغطية الخريطة الحرارية. وكانت الفرضية الأساسية هي أن الطريقة التكيفية ستحقق تكلفة مكانية نهائية أقل من التلدين المحاكى القياسي؛ أما على مستوى المشاركين، فقد كان من المتوقع أن يؤدي المخطط المقابل إلى تحسين الرضا العام ومخرجات كفاءة المسار مقارنة بالمخططات اليدوية ومخططات التلدين المحاكى القياسية. ويتبع هذا التأطير المنطق الأوسع لطرق تصميم الخوارزميات الفوق حدسية، حيث يدعم البحث الحوسبي التقدير التصميمي البشري ولا يحل محله17.
البروتوكول
تمت مراجعة بروتوكول الدراسة من قبل جامعة خنان الزراعية، وتقرر إعفاؤه من المراجعة الأخلاقية الرسمية في 20 ديسمبر 2025. ولم تصدر الجهة المراجعة أي رقم مرجعي منفصل للموافقة الأخلاقية أو الإعفاء. كما تم الحصول على موافقة مستنيرة مكتوبة من جميع المشاركين قبل إدراجهم في الدراسة.
تجهيز المشاركين
تم استقطاب مشاركين بالغين تتراوح أعمارهم بين 18 و60 عاماً ممن لديهم رؤية طبيعية أو مصححة لتكون طبيعية. واستُبعد المشاركون الذين أبلغوا عن اضطرابات دهليزية شديدة، أو صرع غير منضبط، أو ضعف بصري شديد، أو خضوع لجراحة كبرى مؤخراً، أو شعور سابق بعدم ارتياح شديد أثناء التعرض للواقع الافتراضي. وأكمل كل مشارك نموذج فحص قبل التجربة. كما تم تسجيل الفئة العمرية، والجنس، والمستوى التعليمي، والخبرة السابقة في الواقع الافتراضي، ومعدل زيارة المتاحف أو المعارض سابقاً كمتغيرات ضابطة.
تم توزيع المشاركين على واحدة من ثلاث حالات للتخطيط باستخدام قائمة عشوائية تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر: التخطيط اليدوي، أو تخطيط التلدين المحاكى القياسي، أو تخطيط التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين. وقد استُخدم تصميم بين المجموعات لتجنب تأثيرات التعلم عبر التخطيطات المختلفة. حُددت نسبة التوزيع بـ 1:1:1، حيث تم تعيين 60 مشاركًا لكل حالة، بإجمالي 180 مشاركًا. كما تم تسجيل الفئة العمرية، والجنس، والمستوى التعليمي، والخبرة السابقة في الواقع الافتراضي، ومعدل زيارة المتاحف/المعارض قبل التوزيع لإجراء تقييم وصفي لخصائص المشاركين؛ ولم تُستخدم هذه المتغيرات كمعايير للاستبعاد بعد عملية التوزيع العشوائي.
تحضير نموذج مساحة العرض
تم إنشاء قاعة عرض غامرة مستطيلة الشكل بأبعاد 36 m x 24 m وبارتفاع سقف يبلغ 4.5 m. وقد تم تحديد إجمالي مساحة الأرضية القابلة للاستخدام بـ 864 m2. ووُضع مدخل واحد ومخرج واحد على الجانبين القصيرين المتقابلين من القاعة. كما حُدد عرض كل من المدخل والمخرج بـ 3.0 m، وبقيا ثابتين في جميع ظروف التخطيط.
تم تقسيم قاعة العرض إلى ست مناطق عرض موضوعية، وممرين للانتقال، ومنطقة استراحة واحدة، ومسار رئيسي واحد للزوار. تم تحديد المساحة المسموح بها لكل منطقة موضوعية لتكون 80–130 m2، بينما خُصت مساحة 40 m2 لمنطقة الاستراحة. كما حُدد عرض المسار الرئيسي المسموح به ليكون 1.8–3.5 m. وُضعت من ثماني إلى اثنتي عشرة عقدة تفاعل في كل مخطط. عُرّفت كل عقدة تفاعل بأنها نقطة يمكن للمشاركين عندها التوقف، أو تفعيل المحتوى الرقمي، أو مشاهدة أحد المعروضات، أو تغيير الاتجاه.
تم تقسيم مخطط الطابق إلى خلايا شبكية بمقاس 0.5 m x 0.5 m. واستُخدمت هذه الشبكة لتحليل الرؤية، والتحقق من استمرارية المسارات، وحساب تغطية الخريطة الحرارية، وتقدير الكثافة المحلية. وقد مُثلت كل منطقة موضوعية من خلال إحداثيات مركزها، ومضلع حدودها، ومساحتها، وموضعها في تسلسل المسار. كما مُثلت كل عقدة تفاعل من خلال إحداثياتها، والمنطقة المرتبطة بها، ونطاق التفعيل، ومنطقة الخلوص.
تم التعامل مع التكوين المكاني كمتغير تصميمي أساسي لأن تخطيط المعرض، والرؤية، وبنية المسار تؤثر على حركة الزوار، والقدرة على تحديد الاتجاهات، والإدراك المكاني18. يوضح الشكل 1 سير العمل الكامل، بدءاً من بناء النموذج المكاني وصولاً إلى تحسين التخطيط، وتنفيذ المشهد الافتراضي، واختبار المشاركين، والتحليل الإحصائي.
معايير المخطط وقيود الجدوى
طُبقت قيود الجدوى ذاتها على جميع ظروف المخطط. أولاً، كان من الضروري أن تظل جميع المناطق الموضوعية داخل حدود 36 m x 24 m. ثانياً، لم يُسمح بتداخل المناطق الموضوعية. ثالثاً، كان من الضروري أن يربط مسار الزوار الرئيسي بين المدخل، وست مناطق موضوعية، ومنطقة استراحة، والمخرج دون انقطاع. رابعاً، لم يُسمح لعقد التفاعل بإعاقة المسار الرئيسي. خامساً، كان من الضروري أن يحتفظ كل عقدة تفاعل بنصف قطر خلوص لا يقل عن 1.2 m. سادساً، كان من الضروري ألا تتجاوز الكثافة المحلية المتوقعة على المسار الرئيسي 1.50 persons/m2. سابعاً، كان من الضروري ألا يحتوي المسار النهائي على أي نهايات مغلقة أو مسارات فرعية غير متصلة.
استُخدم نفس مقياس المشهد، وقواعد المسارات، والأهداف البيئية، وإعدادات التفاعل في جميع ظروف التخطيط الثلاثة. وقبل تشغيل خوارزميات التحسين، تم تسجيل أبعاد القاعة، ومعاملات المناطق الوظيفية، ونطاق عرض الممرات، وإعدادات عقد التفاعل، وعتبات الجدوى، وإعدادات الواقع الافتراضي، وأوزان دالة الهدف، ومعاملات الخوارزمية، وتعاريف المخرجات. حددت هذه المعاملات الحدود القابلة للتكرار للبروتوكول، وهي ملخصة في الجدول 1.
دالة التكلفة المكانية
تم تقييم كل مخطط مقترح باستخدام دالة التكلفة المكانية المرجحة:
حيث تمثل F(x) التكلفة المكانية الإجمالية للمخطط x. وتمثل Cdistance(x) تكلفة مسافة المشي، وCvisibility(x) تكلفة إمكانية الوصول البصري، وCcrowding(x) تكلفة الازدحام، وCcomfort(x) جزاء الراحة البيئية، وCinteraction(x) جزاء توازن التفاعل. وتشير القيمة الأقل لـ F(x) إلى مخطط أكثر ملاءمة.
تم حساب تكلفة مسافة المشي على النحو التالي:
حيث تمثل Lx إجمالي طول المسار للتخطيط x بالأمتار. وقد تم استخدام طول مسار مرجعي أقصى قدره 120 m.
تَمّ حساب تكلفة إمكانية الوصول البصري على النحو التالي:
حيث تمثل Vx واجهة المنطقة الموضوعية المرئية من المسار الرئيسي، وتمثل Vtotal إجمالي طول واجهة جميع المناطق الموضوعية. تم إرسال أشعة خط البصر كل 0.5 m على طول مسار الزائر. وقد تم التعامل مع قواطع المعرض والجدران وحدود المناطق كأجسام حاجزة.
تم حساب تكلفة الازدحام على النحو التالي:
Ccrowding(x) = min(Dmax / 1.50, 1)
حيث تمثل Dmax أقصى كثافة محلية متوقعة بوحدة persons/m2. وقد استُخدم حد كثافة علوي قدره 1.50 persons/m2 للمسار الرئيسي.
تم حساب عقوبة الراحة البيئية على النحو التالي:
تم تحديد جزاء الاستضاءة على النحو التالي:
تم تحديد جزاء ضغط الصوت على النحو التالي:
تم تحديد غرامة ثاني أكسيد الكربون على النحو التالي:
تم تعيين جزاء درجة الحرارة كما يلي:
تم حساب جزاء توازن التفاعل على النحو التالي:
حيث يمثل sk مسافة المسار بين عقدتي تفاعل متجاورتين. وتشير القيمة الأقل إلى توزيع أكثر توازناً لفرص التفاعل على طول مسار الزائر.
تم تضمين الراحة البيئية لأن الإضاءة والصوت وجودة الهواء ودرجة الحرارة تؤثر على الإرهاق والراحة والرغبة في البقاء في بيئات المعارض19. وتعد النطاقات البيئية أهدافاً لضبط البروتوكول وليست حدوداً تنظيمية عالمية. ويتوافق نطاق شدة الإضاءة 30–50 lx مع التوجيهات الصينية الحالية لإضاءة المباني والمتاحف؛ كما أن الهدف الخاص بثاني أكسيد الكربون وهو <90 ppm هو تعمد أن يكون أكثر تحفظاً من حد المتوسط اليومي البالغ 1,0 ppm في المعيار GB/T 183-20220,21؛ ويقع نطاق درجة الحرارة 2–25 °C ضمن ظروف الراحة الحرارية المقبولة عادةً للأشخاص ذوي النشاط الخفيف2؛ بينما يُستخدم النطاق 45–60 dB(A) كنطاق صوت محيطي مضبوط بدلاً من كونه حداً قانونياً للضوضاء الداخلية23,24.
تم اختيار أوزان دالة الهدف كأولويات تصميم صريحة ومحددة لكل سيناريو، بدلاً من كونها معاملات عالمية أو تقديرات تفضيل مستمدة من نتائج المشاركين. وقد مُنحت مسافة المشي والازدحام كلاً منهما وزناً قدره 0.25 نظراً لاعتبار كفاءة المسار والتحكم في التكدس كأهم قيدين تشغيليين؛ بينما مُنحت إمكانية الوصول البصري وزناً قدره 0.20 لأن الرؤية تؤثر على التوجيه والتعرض للمعروضات؛ وحصل كل من الراحة البيئية والتفاعل على وزن 0.15 لضمان تأثير هذه العوامل في عملية البحث دون أن تهيمن على البنود المتعلقة بحركة الدوران. وبما أن أولويات المعارض قد تختلف باختلاف السياق، يختبر البروتوكول متانة الأوزان المحلية عن طريق تغيير كل وزن بمقدار ±10% بشكل فردي، مع إعادة تطبيع الأوزان المتبقية تناسبياً بحيث يظل المجموع الكلي 1.0. لذا، يجب تفسير المعاملات الناتجة على أنها إعدادات تصميم خاصة بالبروتوكول يمكن إعادة معايرتها للمعارض الفنية أو التاريخية أو العلمية أو التجارية.
إنشاء المخطط يدوياً
تم إنشاء المخطط اليدوي ليكون بمثابة الحالة المرجعية. رُتبت المناطق الموضوعية الست في تسلسل سردي تقليدي من المدخل إلى المخرج. ووُضعت منطقة الاستراحة بالقرب من القسم الأوسط من المسار. حُدد العرض الأولي للمسار الرئيسي بـ 2.2 m. كما وُضعت نقاط التفاعل بالقرب من مدخل كل منطقة موضوعية وعند نقاط التحول الرئيسية في المسار. وتم فحص المخطط اليدوي مقابل جميع قيود الجدوى، مع تعديل حدود المناطق فقط عند انتهاك أحد هذه القيود. وبعد أن أصبح المخطط قابلاً للتنفيذ، تم تسجيل الطول الإجمالي للمسار، ونسبة الواجهة المرئية، والحد الأقصى للكثافة المحلية، وغرامة الراحة البيئية، ومعامل تباعد التفاعل، والتكلفة المكانية الإجمالية.
التلدين المحاكى القياسي
استُخدم التخطيط اليدوي الممكن كحالة أولية. تم ضبط درجة الحرارة الأولية عند 100، ومعامل التبريد عند 0.95، والحد الأقصى لعدد التكرارات عند 1,50، وعتبة الركود عند 20 تكرار. تم تشغيل الخوارزمية باستخدام 30 بذرة عشوائية مستقلة. كانت هذه القيم إعدادات بروتوكول تشغيلي استُخدمت لتحديد ميزانية حسابية متطابقة؛ ولم يتم تقديمها كـثوابت عالمية مستمدة من الأدبيات أو كقيم مثلى تم ضبطها بناءً على النتائج. سمحت القيمة T₀ = 10 باستكشاف مبكر واسع، ووفرت α = 0.95 تبريداً تدريجياً، كما وفرت 1,500 تكرار لكل عملية تشغيل نفس الميزانية القصوى للبحث، ومنعت عتبة الركود المحددة بـ 20 تكرار الاستمرار لفترة طويلة بعد توقف التحسن. استُخدمت إعدادات درجة الحرارة والحد الأقصى للتكرارات نفسها في الطريقة التكيفية بحيث تُعزى الفروق إلى جدولة المقترحات وإعادة التسخين بدلاً من زيادة الميزانية الاسمية للبحث.
في كل تكرار، تم إنشاء مخطط مجاور واحد من خلال تطبيق نقلة واحدة: إما تحريك منطقة موضوعية واحدة بمقدار 0.5–2.0 m، أو تبديل المواقع التسلسلية لمنطقتين موضوعيتين، أو تعديل جزء واحد من المسار بمقدار 0.1–0.3 m، أو تحريك عقدة تفاعل واحدة بمقدار 0.5–1.5 m. ويتم رفض المخطط المقترح فوراً إذا انتهك أيّاً من قيود الجدوى.
إذا كان المخطط المقترح قابلاً للتنفيذ وكانت تكلفته المكانية أقل، فقد تم قبوله. أما إذا كانت تكلفته المكانية أعلى، فقد تم قبوله وفقاً لمعادلة الاحتمالية:
حيث تمثل ΔF الزيادة في التكلفة المكانية، وتمثل T درجة الحرارة الحالية. وقد تم تحديث درجة الحرارة بعد كل تكرار باستخدام:
Tnew = 0.95Told
تم إيقاف كل عملية تشغيل عند الوصول إلى الحد الأقصى لعدد التكرارات أو عندما لم تتحسن التكلفة المكانية المثلى لـ 20 تكرار متتالي. وقد اعتُبر التلدين المحاكى (Simulated annealing) مناسباً لهذه المهمة لأن تحسين تخطيط المعارض يمثل مشكلة مكانية توافقية لا يمكن حلها بكفاءة عن طريق البحث الشامل.
استُخدمت طريقة التلدين المحاكى القياسية (Standard simulated annealing) كمرجع خوارزمي عددي أساسي لأنها تشاركت في نفس ترميز التخطيط، وقواعد الجدوى، ودالة الهدف، والتهيئة، وجدول درجات الحرارة، والميزانية الحسابية مع الحالة التكيفية. كانت طريقة التلدين المحاكى القياسية هي المقارن الميتا-heuristic العددي الوحيد في هذه الدراسة، وبالتالي عملت كخط أساس مماثل لعملية الاستئصال (ablation-like baseline) لجدولة المقترحات المضافة وإعادة التسخين على مستوى سير العمل. لم تكن الخوارزميات الجينية، وتحسين سرب الجسيمات، وتحسين مستعمرة النمل، والمحسنات القائمة على التعلم جزءاً من التجربة؛ وبناءً على ذلك، اقتصرت ادعاءات الأداء على خط الأساس المطابق للتلدين المحاكى القياسي (standard-SA). وفي كل دورة تشغيل، تم تخزين البذرة العشوائية، والتكلفة المكانية الأولية، والتكلفة المكانية النهائية، ونسبة التحسن، وعدد التكرارات للوصول إلى الحل الأفضل، ووقت التشغيل، ومعدل القبول، وحالة الجدوى. وحُسبت نسبة التحسن باستخدام المعادلة التالية:
التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين
استُخدم نفس المخطط الأولي، وقيود الجدوى، ودرجة الحرارة الأولية، ومعامل التبريد، والحد الأقصى لعدد التكرارات، و30 بذرة عشوائية كما في حالة التلدين المحاكى القياسية. اختلف الخوارزم التكيفي فقط في احتمالات فئة النقل المعتمدة على المرحلة وقاعدة إعادة التسخين، مع الاحتفاظ بقاعدة قبول متروبوليس (Metropolis) القياسية للمخططات المرشحة القابلة للتنفيذ. تم تحديد أربع فئات لنقل المقترحات: الإزاحة المحلية (L)، وتبديل تسلسل المنطقة (S)، وتعديل عرض المسار (W)، وإعادة تحديد موقع عقدة التفاعل (N). خلال أول 40% من التكرارات، تم ضبط احتمالات فئة النقل على pL = 0.20، و pS = 0.35، و pW = 0.30، و pN = 0.15. أما خلال الـ 60% النهائية، فقد ضبطت على pL = 0.35، و pS = 0.15، و pW = 0.20، و pN = 0.30. أدى هذا التغيير في تكرار فئات النقل إلى تحويل عملية البحث من الاستكشاف الأوسع للتسلسل/المسار نحو التحسين المكاني المحلي وتعديل عقد التفاعل.
عند التكرار t، تم التعبير عن كثافة المقترح الكاملة كـ q(x′|x,t) = pm(t)qm(x′|x)، حيث تمثل m ∈ {L,S,W,N} فئة الحركة المختارة، بينما تمثل pm(t) احتمالية هذه الحركة الخاصة بالمرحلة. بالنسبة للإزاحة المحلية، تم اختيار واحدة من ست مناطق موضوعية بشكل موحد، وتم سحب اتجاه الإزاحة بشكل موحد على [0,2π)، وسحب مقدار الإزاحة بشكل موحد على [0.5,2.0] m؛ وبناءً عليه، كانت qL متناسبة مع (1/6)(1/2π)(1/1.5). وبالنسبة لتبديل تسلسل المناطق، تم اختيار واحد من 15 زوجاً من المناطق غير المرتبة بشكل موحد، مما يعطي qS = 1/15. أما بالنسبة لتعديل عرض المسار، فقد تم اختيار واحد من J من قطع المسارات القابلة للتعديل بشكل موحد، وسحب تغيير إشاري بشكل موحد من [−0.3,−0.1] ∪ [0.1,0.3] m، مما يعطي qW = (1/J)(1/0.4). وبالنسبة لإعادة تحديد موقع عقدة التفاعل، تم اختيار واحدة من K من عقد التفاعل الحالية بشكل موحد، وسحب اتجاه بشكل موحد على [0,2π)، وسحب مقدار إزاحة بشكل موحد على [0.5,1.5] m، مما يعطي qN متناسبة مع (1/K)(1/2π)(1/1.0). وقد رُفضت المقترحات التي تنتهك القيود واعتُبرت انتقالاً ذاتياً.
بالنسبة لكل حركة عكسية ممكنة في هذا التنفيذ، كان نواة الاقتراح الشرطية متماثلة: qm(x′|x) = qm(x|x′). وبما أن احتمال فئة الحركة المحددة للمرحلة pm(t) نفسه قد طُبق على الانتقال الأمامي والعكسي في تكرار معين، فإن q(x|x′,t)/q(x′|x,t) = 1. وبناءً على ذلك، يتقلص احتمال القبول إلى قاعدة متروبوليس القياسية للتلدين المحاكى، A(x→x′) = min{1, exp[−(C(x′)−C(x))/T]}. لم يتم تطبيق أي تصحيح "هاستينغز" غير بديهي؛ ولذلك تُسمى الطريقة بالتلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين بدلاً من عينة متروبوليس-هاستينغز25.
تم تطبيق إعادة التسخين عندما لم يتحسن أفضل تكلفة مكانية لمدة 150 تكراراً متتالياً، وبذلك تم التدخل عمداً قبل توقف الركود عند 20 تكرار المستخدم في التلدين المحاكى القياسي. تم زيادة درجة الحرارة الحالية بنسبة 10%، وكان مسموحاً بما يصل إلى 3 أحداث إعادة تسخين لكل عملية تشغيل. تم تخزين نفس متغيرات أداء الخوارزمية المستخدمة في حالة التلدين المحاكى القياسي. قيمت التجربة المزيج المكون من جدول المقترحات المعتمد على المرحلة بالإضافة إلى تكوين إعادة التسخين، وبالتالي لم يتم تقدير المساهمة السببية المستقلة لكل مكون. تم توفير كود برمجي زائف خطوي لتسلسل المقترح الدقيق، والجدوى، وقبول متروبوليس، وتحديث درجة الحرارة، وإعادة التسخين، وتخزين المخرجات في الملف التكميلي 3.
Treheated = 1.10Tcurrent
المخططات النهائية
تم اختيار مخطط نهائي واحد لكل حالة. استُخدم المخطط اليدوي الممكن للحالة اليدوية. أما في ظل ظروف التلدين المحاكى القياسية، فقد تم اختيار التشغيل الذي سجل أقل تكلفة مكانية نهائية من بين 30 عملية تشغيل. وبالنسبة لحالة التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين، فقد تم اختيار التشغيل الممكن الذي سجل أقل تكلفة مكانية نهائية من بين 30 عملية تشغيل. وقبل تصدير المخططات المختارة، أكد فحص نهائي للممكنية أن جميع المناطق كانت تقع داخل الحدود، وعدم وجود تداخل بين المناطق، وأن المسار كان مستمراً، وبقاء المدخل والمخرج دون تغيير، وأن الخلوص عند عقد التفاعل كان 1.2 m على الأقل، وبقاء الكثافة القصوى دون 1.50 persons/m2، وإمكانية الوصول إلى جميع المناطق الموضوعية من المسار الرئيسي.
مشاهد المعارض الافتراضية
تم بناء ثلاثة مشاهد لمعارض افتراضية في برنامج Unity 202.3.2f1 LTS (Unity Technologies) باستخدام XR Interaction Toolkit 2.5.4. عُرضت المشاهد من خلال جهاز عرض مثبت على الرأس Meta Quest 2 (Meta Platforms) باستخدام تتبع للرأس ووحدة التحكم بست درجات من الحرية. تم توحيد محتوى المعرض، والنمط البصري، ونماذج الكائنات، ونمط اللافتات، وأصول الإضاءة، والصوت المحيطي، وآلية التفاعل، وتعليمات التنقل في المشاهد الثلاثة، بينما اقتصر الاختلاف على الترتيب المكاني، وتسلسل المسار، وعرض الممرات، ومواقع نقاط التفاعل.
تم ضبط ارتفاع الكاميرا الافتراضية على 1.65 m، وضُبطت سرعة المشي على 1.2 m/s. تم تعطيل خاصية الانتقال الآني. استُخدم نفس مشغل البدء عند المدخل ونفس مشغل الإتمام عند المخرج. كما ضُبط نصف قطر مشغل عقدة التفاعل على 1.0 m. وتم تسجيل ما إذا كانت كل عقدة تفاعل قد تمت زيارتها أم لا.
استُخدمت المحتويات الموضوعية الست نفسها في جميع المشاهد. وتم تعيين كل موضوع للمنطقة المقابلة له، بغض النظر عن ظروف التخطيط. كما تم الحفاظ على ثبات ارتفاع الجدران، ونمط القواطع، وحجم شاشة الوسائط، وكثافة النص، ومقياس كائنات المعروضات. واعتُبرت بيئات الواقع الافتراضي مناسبة لهذا البروتوكول لأنها أتاحت فحص الحضور المكاني، ووضوح المسار، وتجربة الزائر في ظل ظروف تخطيط محكومة26.
تم إدراج الأجهزة والبرمجيات وأدوات الرصد البيئي وملفات الاستبيان/دليل الترميز وموارد التحليل اللازمة لإعادة تنفيذ البروتوكول في جدول المواد وتم تنظيمها في الملفات التكميلية 1-3. كما أُدرجت موارد البحث ذات معرفات موارد البحث المسجلة (RRIDs) بواسطة الـ RRID في جدول المواد.
جلسة المشارك
تم اختبار مشارك واحد في كل مرة. جلس المشارك لمدة 2 min قبل بدء الجلسة. تم تركيب شاشة العرض المثبتة على الرأس، وضبط المسافة بين الحدقتين وفقاً لراحة المشارك. تم توفير مشهد تدريبي لمدة 2 min لم يكن جزءاً من المعرض، حيث استُخدم المشهد التدريبي فقط لتعريف المشارك بكيفية الحركة والتفاعل.
بما أنه تم اختبار مشارك واحد في كل مرة، فقد تمثيل الازدحام في البروتوكول من خلال تقديرات الكثافة القائمة على النماذج بدلاً من حركة المجموعات المتزامنة والناشئة. وبناءً على ذلك، لم يتم محاكاة التواجد المشترك لمستخدمين متعددين، والتجنب بين الأشخاص، وتفاعلات الحشود الديناميكية بشكل مباشر، بل تم أخذها في الاعتبار عند تفسير النتائج المتعلقة بالحشود.
بعد التدريب، بدأت عملية محاكاة مشهد المعرض المخصص. وُجّه المشارك للدخول إلى المعرض، واتباع المسار بشكل طبيعي، والتفاعل مع العقد المحددة، والخروج بعد إكمال جميع المناطق الموضوعية الست. تم تقديم توجيهات إضافية للمسار فقط في حال تعذر تقدم المشارك لمدة تزيد عن 30 s. وسُجلت تلقائياً كل من مدة الإكمال، ووقت المكوث، ومسافة المشي، وعدد مرات التردد، وزيارات عقد التفاعل، وإحداثيات المسار.
انتهت الجلسة عندما وصل المشارك إلى محفز الخروج. تم نزع شاشة العرض المثبتة على الرأس، وسُمح للمشارك بالراحة لمدة 3 min. أكمل المشارك استبيان ما بعد التجربة فور انتهاء فترة الراحة.
النتائج السلوكية والبيئية ونتائج الاستبيان
عُرّف وقت الإكمال بأنه الوقت المنقضي من لحظة تفعيل محفز الدخول إلى لحظة تفعيل محفز الخروج. وعُرّف وقت المكوث بأنه إجمالي الوقت الذي قُضي داخل المناطق الموضوعية ومناطق عقد التفاعل. كما عُرّفت مسافة المشي بأنها طول المسار التراكمي المستخرج من إحداثيات المسار. وعُرّف عدد مرات التردد بأنه عدد التوقفات التي تتجاوز مدتها 3 s خارج مناطق عقد التفاعل. وحُسبت تغطية الخريطة الحرارية باستخدام:
تم تسجيل متوسط شدة الإضاءة باستخدام مقياس شدة الإضاءة Testo 540 (شركة Testo SE & Co. KGaA)، ومستوى ضغط الصوت باستخدام مقياس مستوى الصوت Testo 816-1 Class 2 (شركة Testo SE & Co. KGaA)، وتركيز ثاني أكسيد الكربون باستخدام جهاز قياس CO₂ طراز Testo 535 (شركة Testo SE & Co. KGaA)، ودرجة الحرارة المحيطة باستخدام مقياس الحرارة والرطوبة Testo 605i (شركة Testo SE & Co. KGaA). وقد استُخدمت مواقع المراقبة ذاتها في ظروف المشاهد الثلاثة. سُجلت شدة الإضاءة بوحدة lx، ومستوى ضغط الصوت بوحدة dB(A)، وثاني أكسيد الكربون بوحدة ppm، ودرجة الحرارة بوحدة °C.
تم قياس مجالات الحضور والحضور المكاني باستخدام هيكل تسجيل مكون من 7 نقاط كما هو محدد في بروتوكول الدراسة. وتم تفسير هذه البنى بالرجوع إلى إطار استبيان الحضور (PQ) المعتمد لـ Witmer و Singer وإطار استبيان الحضور لمجموعة Igroup (IPQ) لـ Schubert وآخرين27. تم الإبلاغ عن متغيرات الدراسة كدرجات على مستوى المجال بنظام 7 نقاط بدلاً من إجمالي درجات PQ أو IPQ القياسية. وبالنسبة لدوار المحاكي، تم استخدام إطار أعراض استبيان دوار المحاكي بالتزامن مع متغير ملخص الدراسة المحدد مسبقاً من 0 إلى 30؛ حيث تشير القيم الأعلى إلى زيادة الشعور بعدم الارتياح. وقد تم الإبلاغ عن هذا الملخص الدراسي (0–30) بشكل منفصل عن درجة إجمالي الشدة المرجحة القياسية لـ SSQ، بما يتوافق مع التمييز بين اتفاقيات قياس دوار المحاكي والإبلاغ عن دوار الفضاء السيبراني28. كما تم قياس جودة التفاعل، ووضوح تحديد المسار، والراحة البصرية، والراحة الصوتية، والراحة الحرارية، والازدحام الملحوظ، والحمل المعرفي، والرضا العام باستخدام مقاييس تقييم مكونة من عدة بنود وبنظام 7 نقاط خاصة بالدراسة. وقد وثق الملف التكميلي 2 مصدر البناء، ونطاق الدرجات، واتفاقية الإبلاغ لكل مجال.
نتائج الدراسة
تم تحديد النتيجة الخوارزمية الأساسية على أنها التكلفة المكانية النهائية. أما نتيجة تجربة الزائر الأساسية فقد تم تحديدها على أنها الرضا العام. وعُرِفت النتائج الخوارزمية الثانوية بأنها نسبة التحسن، وعدد التكرارات للوصول إلى الحل الأمثل، ووقت التشغيل، ومعدل القبول. وعُرِفت نتائج تجربة الزائر الثانوية بأنها الشعور بالحضور، والحضور المكاني، وجودة التفاعل، ووضوح تحديد المسار، والراحة البصرية، والراحة الصوتية، والراحة الحرارية، والازدحام الملموس، والعبء المعرفي، ودوار المحاكي، ووقت الإكمال، ووقت المكوث، ومسافة المشي، وعدد مرات التردد، وتغطية الخريطة الحرارية. وقد استُخدم وقت الإكمال ومسافة المشي لتقييم كفاءة المسار. واستُخدم عدد مرات التردد ووضوح تحديد المسار لتقييم جودة الملاحة. بينما استُخدم الشعور بالحضور والحضور المكاني وجودة التفاعل ووقت المكوث لتقييم التفاعل الغامر. كما استُخدم الازدحام الملموس والعبء المعرفي وتقييمات الراحة ودوار المحاكي لتقييم العبء التجريبي.
تنظيف البيانات ومراقبة الجودة
تم فحص جميع سجلات المشاركين قبل التحليل. وتم التأكد من أن كل سجل يحتوي على معرف مشارك واحد، وتسمية حالة واحدة، وسجلات سلوكية ودرجات استبيان كاملة، وعدم وجود معرفات مكررة. تم تقييد تقييمات الحضور، والحضور المكاني، وتجارب الدراسة المحددة ضمن نطاقاتها المحددة من 1–7. كما تم تقييد متغير ملخص دراسة دوار المحاكي ضمن نطاقه المحدد مسبقاً من 0–30. وتم فحص ملف الاستبيان/دليل الرموز للتأكد من توثيقه لمصدر البنية، ونطاق الاستجابة، وبناء المجال، وتعريفات الدرجات المستمدة المستخدمة في التحليل.
تم استبعاد سجل المشارك إذا لم تكتمل الجلسة، أو إذا كان وقت الإكمال أقل من 3 min أو أكثر من 25 min، أو إذا كانت تغطية الخريطة الحرارية أقل من 10%، أو إذا كان سجل المسار غير مكتمل أو غير صالح تقنيًا، أو إذا كانت مسافة المشي أقل من 20 m بالتزامن مع وجود سجل مسار غير مكتمل/غير صالح، أو إذا طلب المشارك إنهاء الجلسة مبكرًا. لم يتم تطبيق حد أقصى لمسافة المشي؛ حيث تم الاحتفاظ بمسافة المشي كمتغير نتيجة دراسة مستمر عبر نطاقه الملحوظ الصالح. كما تم استبعاد تشغيل الخوارزمية من اختيار المخطط إذا انتهك أيًا من قيود الجدوى. وقد تم الحفاظ على البذور العشوائية، وملفات المخطط، ومخرجات الخوارزمية، وملفات الاستبيان/كتاب الشفرات، ونصوص التحليل لضمان إمكانية التكرار. وكان الحفاظ على البذور العشوائية ضروريًا لأن مخرجات التحسين العشوائي قد تختلف باختلاف التهيئة وسلوك الاقتراح29.
أداء الخوارزمية
تم تحليل 30 تشغيلاً قياسياً للتلدين المحاكى و30 تشغيلاً للتلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين. وتم تلخيص التكلفة المكانية الأولية، والتكلفة المكانية النهائية، ونسبة التحسن، وعدد التكرارات للوصول إلى الحل الأمثل، ووقت التشغيل، ومعدل القبول في صورة المتوسط ± الانحراف المعياري (SD)، كما تم تسجيل فواصل الثقة 95% لمتوسطات المجموعات والفروق بين الخوارزميات.
تَمَّ تقييم التوزيع الطبيعي باستخدام مخططات التوزيع التكراري التراكمي (Q-Q plots) واختبار شابيرو-ويلك (Shapiro-Wilk test). كما تَمَّ تقييم تجانس التباين باستخدام اختبار ليفين (Levene's test). وقُورنت حالتا الخوارزمية باستخدام اختبارات t للعينات المستقلة عند استيفاء الافتراضات، بينما استُخدمت اختبارات مان-ويتني يو (Mann-Whitney U tests) في حال عدم استيفائها. وقد ذُكِرت قيم p ذات الجانبين، وفترات الثقة 95%، وأحجام التأثير. وحُسِب معامل كوهين d باستخدام المعادلة
حيث:
استُخدم الارتباط ثنائي التسلسلي لترتيب الرتب (Rank-biserial correlation) لإجراء المقارنات غير المعلمية. وأُجري تحليل الحساسية عن طريق تغيير وزن كل دالة هدف بنسبة ±10% بشكل فردي، مع إعادة تطبيع الأوزان الأربعة المتبقية تناسبيًا بحيث يظل المجموع الكلي 1.0. ثم أُعيد حساب التكلفة المكانية النهائية ونسبة التحسن لكل متجه أوزان بديل. واعتُبرت المقارنة الخوارزمية مستقرة عندما حافظت عملية التلدين المحاكى التكيفي مع شرط إعادة التسخين (adaptive simulated annealing with reheating condition) على تكلفة مكانية نهائية أقل عبر إعدادات الأوزان البديلة.
تحليل نتائج المشاركين
تم تحليل نتائج المشاركين عبر ظروف التنسيق الثلاثة باستخدام برنامج IBM SPSS Statistics 27.0 (IBM Corp.). تم تسجيل المتغيرات المستمرة كمتوسط ± SD، والمتغيرات الفئوية كأعداد ونسب مئوية. تم تقييم التوزيع الطبيعي باستخدام مخططات Q-Q واختبار Shapiro-Wilk. كما تم تقييم تجانس التباين باستخدام اختبار Levene. استُخدم تحليل التباين أحادي الاتجاه (ANOVA) للنتائج ذات التوزيع الطبيعي مع تجانس تباين مقبول. واستُخدم اختبار Welch's ANOVA عند انتهاك فرضية تجانس التباين. أما بالنسبة للنتائج غير الطبيعية، فقد استُخدمت اختبارات Kruskal-Wallis.
أُجريت مقارنات زوجية بين المخطط اليدوي، ومخطط التخمير المحاكى القياسي، ومخطط التخمير المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين. وتم تعديل المقارنات الزوجية الثلاث ضمن كل نتيجة باستخدام طريقة Holm. كما تم تسجيل فترات الثقة 95% إلى جانب قيم p المعدلة. وأُبلغ عن قيمة Eta-squared لتحليل التباين (ANOVA) القياسي، وقيمة omega-squared لتحليل التباين لـ Welch، وقيمة epsilon-squared لاختبارات Kruskal-Wallis، وفروق المتوسطات المعيارية للمقارنات الزوجية. وكتحليل إضافي لمتانة النتائج، حُسبت تباينات Welch الزوجية من متوسط المجموعة، والانحراف المعياري (SD)، و n = 60 لكل مجموعة. كما حُسبت درجات حرية Welch، وقيم p ثنائية الجانب، وقيم p المعدلة بطريقة Holm، وفترات الثقة 95% لفروق المتوسطات، وقيمة Hedges g. وقد استخدم هذا التحليل الإضافي الإحصائيات على مستوى المجموعة وعُرض في الجدول التكميلي 1.
تم التعامل مع المقارنة العشوائية بين المجموعات الثلاث بنسبة 1:1:1 كتحليل أساسي. وقد تم تسجيل الفئة العمرية، والجنس، والمستوى التعليمي، والخبرة السابقة في الواقع الافتراضي، وتكرار زيارة المتاحف/المعارض قبل التوزيع لتوصيف العينة وتحديد أي خلل واضح في التوازن. لم يتم تصميم التجربة أو تحديد قوتها الإحصائية لاختبارات التفاعل بين المجموعات الفرعية، ولم يتم إدراج نموذج وسيط محدد مسبقاً؛ وبناءً على ذلك، تم التعامل مع هذه الخصائص كمتغيرات سياقية بدلاً من كونها وسائط مُثبتة. وقد وفر التوزيع العشوائي تحكماً قائماً على التصميم في الخصائص الأساسية، في حين تم الإبقاء صراحةً على التأثير المتبقي للإلمام المسبق بالواقع الافتراضي كأحد محددات الدراسة. تم حساب قيمة إيتا تربيع (Eta-squared) باستخدام
تم حساب قيمة إبسيلون تربيع (Epsilon-squared) لاختبارات كروسكال-واليس كما يلي:
حيث يمثل H إحصائية اختبار كروكسال واليس، وk عدد المجموعات، وn الحجم الكلي للعينة.
تم إعطاء الأولوية في التفسير لكل من الرضا العام، والحضور، ووضوح تحديد المسارات، والازدحام الملحوظ، والعبء المعرفي، ووقت الإكمال، ومسافة المشي، وعدد مرات التردد، وتغطية الخريطة الحرارية، لأن هذه المتغيرات تعكس بشكل مباشر الكفاءة المكانية وتجربة الزائر الغامرة.
النتائج
تدفق المشاركين واكتمال البيانات
أكمل ما مجموعه 180 مشاركاً تجربة المعرض الغامرة وتم إدراجهم في التحليل النهائي. كانت ظروف التخطيط الثلاثة متوازنة، حيث تم تعيين 60 مشاركاً للتخطيط اليدوي، و60 للتخطيط القياسي بالتلدين المحاكى، و60 للتخطيط بالتلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين. لم يتم استبعاد أي سجل مشارك بعد مراقبة جودة البيانات. كانت جميع السجلات السلوكية ودرجات استبيان ما بعد التجربة مكتملة. سُجلت القياسات البيئية كضوابط تحقق تجريبية بدلاً من نتائج للمشاركين؛ حيث استُخدمت نفس مواضع المراقبة والنطاقات المستهدفة المحددة مسبقاً عبر ظروف المشهد الثلاثة جميعها، ولم تُدرج هذه المتغيرات في التحليل الاستنتاجي بين الظروف.
تضمن التحليل النهائي 180 سجلاً لجلسات المشاركين و60 عملية تشغيل للخوارزمية من حالتي التحسين. وقد استُخدم التخطيط اليدوي كخط أساس غير مُحسَّن. وشملت كل من حالتي التلدين المحاكى القياسي والتلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين 30 عملية تحسين مستقلة. وتلخص Table 2 النتائج الخوارزمية والسلوكية ونتائج الاستبيان الرئيسية.
موثوقية الاستبيان وتوزيع الدرجات
قبل مقارنة ظروف التخطيط، تم فحص الاتساق الداخلي لمجالات الاستبيان متعدد العناصر. وأظهرت مجالات الاستبيان موثوقية تتراوح بين المقبولة والجيدة، حيث تراوحت قيم معامل ألفا كرونباخ (Cronbach’s alpha) بين 0.78 و0.91. وقد استوفت جميع المجالات عتبة الموثوقية المحددة مسبقاً وهي 0.70، وشمل ذلك الحضور، والحضور المكاني، وجودة التفاعل، ووضوح تحديد المسار، والتقييمات المتعلقة بالراحة، والعبء المعرفي، والرضا العام.
تمت مراجعة توزيعات الدرجات أيضًا قبل إجراء المقارنة بين المجموعات. ولم يُلاحظ وجود تأثير سقف (ceiling effect) أو تأثير أرضية (floor effect) جوهري بالنسبة للنتيجة الأساسية لتجربة الزائر. وأظهر كل من الرضا العام، والحضور، ووضوح تحديد المسار، والحمل المعرفي تباينًا كافيًا عبر ظروف التخطيط الثلاثة. كانت درجات دوار المحاكاة ملتوية نحو اليمين، كما هو متوقع في حالات التعرض للواقع الافتراضي لفترات قصيرة، ولذلك تم تفسيرها جنبًا إلى جنب مع فحوصات التوزيع واختبارات الحساسية غير المعلمية.
أداء الخوارزمية
أنتجت خوارزمية التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين تكلفة مكانية نهائية أقل من التلدين المحاكى القياسي. فقد بلغ متوسط التكلفة المكانية النهائية 0.475 ± 0.019 (95% CI, 0.468–0.482) للتلدين المحاكى القياسي، و 0.424 ± 0.016 (95% CI, 0.418–0.430) لـ Adaptive SA-R. وكان متوسط الفرق بين الخوارزميتين (التكيفية − القياسية) هو −0.051 (95% CI, −0.060 to −0.042)، مع Welch t = 1.25، و p < 0.001، و Cohen's d = 2.90.
كانت نسبة التحسن أعلى في حالة الخوارزمية التكيفية: 24.91% ± 3.22% للتلدين المحاكى القياسي و 32.54% ± 3.29% لخوارزمية Adaptive SA-R، بمتوسط فرق قدره +7.63 نقطة مئوية (95% CI, 5.95–9.31; Welch t = 9.07; p < 0.01; d = 2.34). وقد وصلت خوارزمية Adaptive SA-R إلى الحل الأمثل في 72.20 ± 90.19 تكراراً مقابل 925.47 ± 86.38 للتلدين المحاكى القياسي، بفارق قدره −203.27 تكراراً (95% CI, −248.91 to −157.63; Welch t = 8.92; p < 0.01; d = 2.30).
كان وقت التشغيل أطول قليلاً بالنسبة لـ Adaptive SA-R؛ حيث زاد متوسط وقت التشغيل من 47.83 ± 9.42 s إلى 5.86 ± 9.49 s، بزيادة متوسطة قدرها 8.03 s (95% CI, 3.14–12.92; Welch t = 3.29; p = 0.002; d = 0.85)، وهو ما يعادل زيادة نسبية قدرها 16.8%. كما ارتفع معدل القبول من 0.294 ± 0.045 إلى 0.372 ± 0.054، بفرق متوسط قدره +0.078 (95% CI, 0.052–0.104; Welch t = 6.08; p < 0.001; d = 1.57). وفي المقابل، انخفض متوسط التكلفة المكانية النهائية بنسبة 10.7%، وانخفض عدد التكرارات للوصول إلى أفضل حل بنسبة 2.0%. ويُفسَّر ذلك على أنه تكلفة حوسبية طفيفة ضمن حجم المشكلة المختبرة، وليس كدليل على تفوق حوسبي مطلق.
أظهرت منحنيات التقارب أن خوارزمية التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين قللت من التكلفة المكانية بشكل أسرع خلال مرحلة البحث المبكرة، وحافظت على مسار تكلفة أقل خلال التكرارات اللاحقة. وعبر التشغيلات المستقلة، أظهرت الخوارزمية التكيفية تباينًا أقل عدديًا في التكلفة المكانية النهائية؛ ولم يخضع هذا الفرق الوصفي لاختبار تباين رسمي منفصل. وتظهر نتائج أداء الخوارزمية، بما في ذلك التكلفة المكانية النهائية، ونسبة التحسن، وعدد التكرارات للوصول إلى الحل الأمثل، ووقت التشغيل، ومعدل القبول، ومنحنيات التقارب التمثيلية، في الشكل 2.
نتائج تجربة الزائر
اختلفت درجة الرضا العام عبر ظروف التخطيط الثلاثة. فقد سجل المشاركون في حالة التخطيط اليدوي متوسطاً قدره 3.59 ± 0.45 (95% CI, 3.47–3.71)، بينما سجلت حالة تخطيط التلدين المحاكى القياسي متوسطاً قدره 3.96 ± 0.4 (95% CI, 3.85–4.07)، وسجلت حالة التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين متوسطاً قدره 4.37 ± 0.31 (95% CI, 4.29–4.45). وكان التأثير بين الظروف كبيراً. لم يكن الرضا العام جزءاً من دالة التكلفة المكانية، وبالتالي، لا يتم تحسينه مباشرة بواسطة الخوارزمية.
تبع الحضور والحضور المكاني النمط ذاته. فقد ارتفع الحضور من 3.7 ± 0.56 في حالة التخطيط اليدوي إلى 3.9 ± 0.5 في حالة التلدين المحاكى القياسي، و4.28 ± 0.42 في حالة التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين. كما ارتفع الحضور المكاني من 3.75 ± 0.64 إلى 3.96 ± 0.63 و4.27 ± 0.47 عبر الحالات الثلاث ذاتها.
كما تحسنت جودة التفاعل ووضوح تحديد المسار في ظل التخطيطات المُحسّنة. حيث ارتفعت جودة التفاعل من 3.74 ± 0.56 في حالة التخطيط اليدوي إلى 4.0 ± 0.57 في حالة التلدين المحاكى القياسي و4.24 ± 0.57 في حالة التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين. وزاد وضوح تحديد المسار من 3.61 ± 0.58 إلى 3.90 ± 0.57 و4.17 ± 0.48، على التوالي.
أدت التخطيطات المُحسَّنة إلى تقليل مؤشرات التجربة السلبية. فقد انخفض الشعور بالتزاحم من 3.01 ± 0.49 في حالة التخطيط اليدوي إلى 2.75 ± 0.5 في حالة التلدين المحاكى القياسي، وإلى 2.56 ± 0.45 في حالة التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين. كما انخفض الحمل المعرفي من 3.21 ± 0.48 إلى 2.87 ± 0.52 و 2.73 ± 0.4. وكان دوار المحاكي في أدنى مستوياته في حالة التخطيط التكيفي، حيث انخفض من 2.52 ± 0.5 في حالة التخطيط اليدوي إلى 2.4 ± 0.58 في حالة التلدين المحاكى القياسي و 2.12 ± 0.56 في حالة التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين.
أظهرت تقييمات الراحة تحسناً مستمراً ولكنه كان أكثر اعتدالاً. فقد ارتفعت الراحة البصرية من 3.67 ± 0.4 في حالة التخطيط اليدوي إلى 3.87 ± 0.4 في حالة التلدين المحاكى القياسي و4.07 ± 0.45 في حالة التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين. وزادت الراحة الصوتية من 3.64 ± 0.52 إلى 3.75 ± 0.42 و3.97 ± 0.44. كما ارتفعت الراحة الحرارية من 3.69 ± 0.46 إلى 3.79 ± 0.32 و3.94 ± 0.44. وتظهر النتائج الرئيسية لتجربة الزائر والمخرجات السلوكية في الشكل 3.
النتائج السلوكية
دعمت بيانات المسار السلوكي النتائج التي تم الحصول عليها من الاستبيان؛ حيث انخفض وقت الإكمال عبر ظروف التخطيط الثلاثة. فقد استغرق المشاركون في شرط التخطيط اليدوي 19.1 ± 2.63 min لإكمال المعرض، مقارنة بـ 17.42 ± 2.77 min في شرط التلدين المحاكى القياسي، و 14.93 ± 2.32 min في شرط التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين.
أظهرت مسافة المشي انخفاضًا مماثلاً؛ حيث كان متوسط مسافة المشي 234.8 ± 24.34 m في حالة التخطيط اليدوي، و217.95 ± 24.3 m في حالة التلدين المحاكى القياسي، و201.86 ± 23.47 m في حالة التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين. كما انخفض عدد مرات التردد، من 7.10 ± 1.80 في حالة التخطيط اليدوي إلى 5.51 ± 1.79 في حالة التلدين المحاكى القياسي و4.07 ± 1.9 في حالة التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين.
زادت مدة المكوث وتغطية الخريطة الحرارية في ظل المخططات المحسّنة. حيث ارتفعت مدة المكوث من 1.17 ± 2.03 min في حالة المخطط اليدوي إلى 12.24 ± 2.04 min في حالة التلدين المحاكى القياسي، و13.39 ± 2.28 min في حالة التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين. كما زادت تغطية الخريطة الحرارية من 6.18% ± 9.40% إلى 74.14% ± 7.93% و 84.40% ± 9.47%، على التوالي.
تشير هذه النتائج إلى أن التخطيط التكيفي لم يكتفِ بتقصير المسار فحسب، بل قلل من الحركة غير الفعالة والتردد مع زيادة وقت المكوث والتغطية المكانية.
المخطط المكاني وتوزيع المسارات
أظهرت المخططات المحسنة فروقاً ملحوظة في تنظيم المسارات والتغطية المكانية. وبالمقارنة مع المخطط اليدوي، قلل مخطط التلدين المحاكى القياسي من الانعطافات غير الضرورية في المسار وحسّن الاستمرارية بين المناطق الموضوعية. كما أنتج مخطط التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين توزيعاً أكثر توازناً لمناطق العرض ونقاط التفاعل، مع تراجع نقاط الازدحام المحلية على طول المسار الرئيسي.
أظهرت الخرائط الحرارية للمسارات أن المشاركين في حالة التخطيط التكيفي قد غطوا نسبة أكبر من قاعة المعرض مع الحفاظ على مسافات مشي أقصر وحالات تردد أقل. أما في حالة التخطيط اليدوي، فقد كانت المسارات أكثر تركيزاً حول عدة نقاط دوران ومناطق انتقال. وفي ظل ظروف التلدين المحاكى القياسية، أصبح توزيع المسارات أكثر استمرارية ولكن لا يزال يظهر عدة مناطق محلية من الحركة المتكررة. وفي حالة التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين، كان نمط المسار أوسع وموزعاً بشكل أكثر توازناً عبر مساحة المعرض. تظهر التخطيطات المكانية والخرائط الحرارية لمسارات الزوار في الشكل 4.
المقارنة الإحصائية لنتائج المشاركين
أظهرت مقارنات المجموعات فروقاً واضحة بين الظروف التجريبية في النتائج الأولية والثانوية الرئيسية. وقد اختلف الرضا العام بشكل ملحوظ عبر الظروف، حيث سُجلت أعلى درجة في حالة التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين. كما أظهرت تغطية الخريطة الحرارية، ووقت الإكمال، وعدد مرات التردد، ومسافة المشي، ووضوح تحديد المسار، والحضور، تأثيرات قوية بين الظروف التجريبية.
لوحظت أكبر التأثيرات في تغطية الخريطة الحرارية، والرضا العام، وعدد مرات التردد، ووقت الإكمال. أظهرت تغطية الخريطة الحرارية تأثيراً كبيراً بين الظروف، حيث كانت قيمة η2 = 0.413. كما أظهر الرضا العام تأثيراً كبيراً، حيث كانت قيمة η2 = 0.386. وأظهر كل من عدد مرات التردد ووقت الإكمال تأثيرات كبيرة، بقيمة η2 = 0.31 و η2 = 0.31 على التوالي. أما مسافة المشي فقد أظهرت تأثيراً يتراوح ما بين المتوسط والكبير، بقيمة η2 = 0.242.
دعمت تحليلات الحساسية الزوجية المقارنات الرئيسية بين المجموعات الثلاث. فمقارنةً بالتلدين المحاكى القياسي (standard simulated annealing)، أدى Adaptive SA-R إلى زيادة الرضا العام بمقدار 0.41 نقطة (95% CI, 0.272–0.548; p المعدلة وفق طريقة Holm < 0.001; Hedges g = 1.07)، وزيادة الشعور بالحضور بمقدار 0.29 (95% CI, 0.13–0.467; p المعدلة = 0.03; g = 0.59)، وزيادة وضوح تحديد المسار بمقدار 0.27 (95% CI, 0.079–0.461; p المعدلة = 0.012; g = 0.51). كما قلل من وقت الإكمال بمقدار 2.49 min (95% CI, −3.414 to −1.566; p المعدلة < 0.01; g = −0.97)، ومسافة المشي بمقدار 16.09 m (95% CI, −24.73 to −7.48; p المعدلة < 0.001; g = −0.67)، وعدد مرات التردد بمقدار 1.4 (95% CI, −2.124 to −0.756; p المعدلة < 0.01; g = −0.76)، بينما زاد من تغطية الخريطة الحرارية بمقدار 10.26 نقطة مئوية (95% CI, 7.101–13.419; p المعدلة < 0.001; g = 1.17). وكان الازدحام المدرك أقل بمقدار 0.19 نقطة (95% CI, −0.372 to −0.08; p المعدلة = 0.041; g = −0.38)، كما كان ملخص دراسة دوار المحاكي 0–30 أقل بمقدار 0.32 نقطة (95% CI, −0.526 to −0.14; p المعدلة = 0.05; g = −0.56). وردت النتائج الكاملة للمقارنات الثلاث لجميع مخرجات المشاركين في الجدول التكميلي 1.
تم تقييم افتراضات التوزيع والتباين باستخدام مخططات Q-Q، واختبارات Shapiro-Wilk، واختبارات Levene قبل اختيار الاختبارات البارامترية المحددة مسبقاً أو البدائل القوية. واستُخدم اختبار الحساسية غير البارامتري للنتائج التي كانت غير طبيعية بشكل واضح. كما تم تعديل المقارنات الزوجية باستخدام طريقة Holm، وتم تسجيل فترات ثقة 95% لمتوسطات المجموعات الرئيسية، والفروق الخوارزمية بين المجموعات، وأشرطة الخطأ في الأشكال، والتباينات الزوجية للإحصاءات الملخصة التكميلية. ولم يتم استنتاج أي تأثيرات للمجموعات الفرعية أو المتغيرات المعدِّلة من المتغيرات المصاحبة السياقية لأن هذه التحليلات لم تكن محددة مسبقاً أو مدعومة بقوة إحصائية كافية.
توفر العديد من النتائج على مستوى المشاركين تحققاً تقاربياً يتجاوز المتغيرات التي يتم تقليلها مباشرة بواسطة دالة التكلفة المكانية. إن الرضا العام، والحضور، والحمل المعرفي، ودوار المحاكي، ووقت المكوث، وتغطية الخريطة الحرارية ليست مصطلحات صريحة في الدالة الهدف. وبناءً على ذلك، فإن الاختلافات بين المخططات في هذه النتائج توسع نطاق التقييم ليتجاوز مجرد إعادة التعبير عن طول المسار أو غرامات الازدحام، على الرغم من أنها تظل مقاسة ضمن نفس تجربة الواقع الافتراضي المضبوطة ولا ينبغي تفسيرها على أنها تحقق مستقل تماماً في العالم الحقيقي.
تحليل الحساسية
قام تحليل الحساسية بتغيير وزن كل دالة هدف بنسبة ±10% بشكل فردي، مع إعادة تطبيع الأوزان المتبقية تناسبيًا للحفاظ على وزن إجمالي قدره 1.0. وعبر إعدادات الأوزان البديلة، احتفظت طريقة التلدين المحاكى التكيفي مع حالة إعادة التسخين بأقل متوسط تكلفة مكانية نهائية. وظل اتجاه المقارنة دون تغيير بالنسبة للتكلفة المكانية النهائية، ونسبة التحسن، وعدد التكرارات للوصول إلى الحل الأمثل. وتدعم هذه النتائج المتانة المحلية تجاه الاضطرابات المتوسطة في الأوزان، ولكنها لا تثبت أن متجه الأوزان نفسه مناسب لأنواع أخرى من المعارض.
يشير تحليل الاستقرار إلى أن الخوارزمية التكيفية لم تكن تعتمد فقط على تكوين واحد للأوزان الاسمية. كما كان نمط تجربة الزائر متوافقاً مع النتائج الخوارزمية: حيث أظهر المخطط ذو التكلفة المكانية الأدنى أعلى مستويات الرضا، وحضوراً أقوى، وتحديداً أوضح للمسارات، وتغطية أوسع للخريطة الحرارية.
يعتمد التنفيذ على المعلمات بدلاً من أن يكون مبرمجاً بشكل ثابت لمخطط أرضية واحد؛ حيث تُعد حدود القاعة، ودقة الشبكة، ورقم المنطقة والمساحة المسموح بها، ونطاق عرض الممر، وسقف الكثافة، وعدد عقد التفاعل، والأهداف البيئية، وأوزان الأهداف، قيم تكوين خارجية. ويمكن استبدال هذه المدخلات دون تغيير منطق البحث الخاص بالاقتراح/القبول/إعادة التسخين، مما يوفر إمكانية نقل هيكلية إلى تخطيطات أخرى مشفرة. وتُعد هذه الخاصية من خصائص بنية البرمجيات، وليست دليلاً تجريبياً على التعميم؛ حيث تم إثبات الأداء فقط في السيناريو الحالي لأرضية واحدة مستطيلة بمساحة 36 m x 24 m.
ملخص النتائج
ضمن سيناريو المعرض ذي الطابق الواحد بمساحة 36 m x 24 m الذي تم اختباره، حققت طريقة التلدين المحاكي التكيفي مع إعادة التسخين (adaptive simulated annealing with reheating) أدنى تكلفة مكانية، وأعلى نسبة تحسين، والملف الأكثر إيجابية لتجربة المشاركين من بين ظروف التخطيط الثلاث التي تم تقييمها. وبالمقارنة مع التخطيط اليدوي، حقق التخطيط التكيفي مستوى رضا أعلى، وشعوراً أقوى بالحضور، وتوجيهاً أوضح للمسارات، وانخفاضاً في الازدحام والحمل المعرفي، ووقت إكمال ومسافة مشي أقصر، وأحداث تردد أقل، ووقت بقاء أطول، وتغطية أوسع في الخريطة الحرارية. تصف هذه النتائج الأداء في ظل دالة الهدف المحددة مسبقاً والظروف التجريبية، ولا ينبغي تفسيرها كدليل على وجود تخطيط معرض مثالي عالمياً. وبالمقارنة مع التلدين المحاكي القياسي، أظهرت الخوارزمية التكيفية أداءً أقوى في التحسين ونتائج أفضل على مستوى المشاركين، وإن كان ذلك مقابل زيادة طفيفة في وقت التشغيل. وتدعم النتائج المجتمعة للخوارزمية والسلوك والاستبيان والخريطة الحرارية للمسارات سير عمل تحسين التخطيط المقترح للتصميم البيئي لمساحات المعارض الغامرة.
توافر البيانات
تتوفر مواد البيانات المصدرية المرتبطة بالدراسة الحالية على Figshare: Zhang, Guangping; Hui, Xianghui; Wang, Hanye (2026). Optimizing Immersive Exhibition Space Design Using Adaptive Simulated Annealing with Reheating and Virtual Reality Evaluation. figshare. Dataset. https://doi.org/10.6084/m9.figshare.31361.v1
الشكل 1: سير عمل تحسين تخطيط مساحة العرض الغامرة والتقييم باستخدام الواقع الافتراضي. يتضمن سير العمل بناء نموذج لمساحة العرض، وتحديد متغيرات التخطيط وقيود الجدوى، وتوليد التخطيط يدويًا، والتحسين باستخدام التلدين المحاكى القياسي، والتحسين باستخدام التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين، واختيار التخطيط النهائي، وبناء المشهد الافتراضي، واختبار المشاركين، وجمع بيانات السلوك والاستبيانات، والتحليل الإحصائي. يلخص الشكل التسلسل المنهجي الكامل المستخدم لربط تحسين التصميم المكاني بتقييم التجربة الغامرة. لا يوجد تقسيم للألواح أو تدوين إحصائي في هذا الشكل. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 2: أداء الخوارزمية للتخمير المحاكى القياسي والتخمير المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين. (A) التكلفة المكانية النهائية عبر عمليات تحسين مستقلة. (B) نسبة التحسن من التكلفة المكانية الأولية إلى النهائية. (C) عدد التكرارات المطلوبة للوصول إلى أفضل حل. (D) وقت التشغيل بالثواني. (E) معدل القبول خلال عملية البحث. (F) منحنيات تقارب تمثيلية توضح التكلفة المكانية عبر التكرارات. يشير Standard SA إلى التخمير المحاكى القياسي؛ ويشير Adaptive SA-R إلى التخمير المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين. تتضمن اللوحات A-E عدد n = 30 عملية تحسين مستقلة لكل حالة خوارزمية. تمثل العلامات/الأعمدة المركزية متوسطات المجموعات، وتمثل أشرطة الخطأ فترات الثقة 95% للمتوسط؛ ولم يتم عرض نقاط التشتت على مستوى التشغيل الفردي. تم إدراج المقارنات الاستنتاجية بين الخوارزميات في الجدول 2 مع قيم p الدقيقة وأحجام تأثير Cohen’s d. تعرض اللوحة F مسارات تقارب تمثيلية وهي وصفية وليست اختباراً استنتاجياً إضافياً. الاختصارات: CI = فترة الثقة؛ SA = التخمير المحاكى؛ SA-R = التخمير المحاكى مع إعادة التسخين. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 3: نتائج تجربة الزوار والمخرجات السلوكية عبر ظروف التخطيط الثلاثة. (A) الرضا العام. (B) الشعور بالحضور. (C) وضوح استكشاف الطريق. (D) الازدحام المدرك. (E) الحمل المعرفي. (F) وقت الإكمال. (G) مسافة المشي. (H) عدد مرات التردد. (I) تغطية الخريطة الحرارية. المجموعات هي التخطيط اليدوي (Manual layout)، والتلدين المحاكى القياسي (Standard SA)، والتلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين (Adaptive SA-R)، حيث بلغ عدد المشاركين n = 60 مشاركاً لكل مجموعة. تمثل العلامات السوداء متوسطات المجموعات، وتمثل أشرطة الخطأ الرأسية فترات الثقة 95% للمتوسط؛ ولم يتم عرض تشتت البيانات على مستوى المشاركين الأفراد. تمت مقارنة النتائج عبر المجموعات الثلاث باستخدام إطار عمل ANOVA/البديل القوي المحدد مسبقاً والموصوف في البروتوكول؛ وتتوفر قيم p الدقيقة وأحجام التأثير في الجدول 2. الاختصارات: CI = فترة الثقة؛ ANOVA = تحليل التباين؛ SA = التلدين المحاكى؛ SA-R = التلدين المحاكى مع إعادة التسخين. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 4: المخططات المكانية والخرائط الحرارية لمسارات الزوار عبر حالات التخطيط الثلاث. (A) تخطيط المعرض اليدوي. (B) تخطيط التلدين المحاكى القياسي. (C) تخطيط التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين. (D) الخريطة الحرارية لمسار الزوار في حالة التخطيط اليدوي. (E) الخريطة الحرارية لمسار الزوار في حالة التلدين المحاكى القياسي. (F) الخريطة الحرارية لمسار الزوار في حالة التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين. تشير الرموز التخطيطية إلى المدخل، والمخرج، والمناطق الموضوعية، ومنطقة الاستراحة، وعُقد التفاعل، والمسار الرئيسي كما هو موضح في مفتاح الشكل المدمج. يتراوح مقياس الكثافة في اللوحات D–F من كثافة مسار منخفضة إلى عالية، وتلخص كل خريطة حرارية للمسارات n = 60 جلسة مشارك في الحالة المقابلة. اللوحات A–C هي مخططات للتصميم، واللوحات D–F هي تصورات وصفية للمسارات؛ لا توجد أشرطة خطأ أو دلالات إحصائية مستخدمة في هذا الشكل. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
| فئة المعلمة | مَعْلَمَة | القيمة / الإعداد | الدور في البروتوكول |
| مساحة العرض | حجم القاعة | ٣٦ م × ٢٤ مترًا | حدود مكانية ثابتة |
| مساحة العرض | إجمالي مساحة الأرضية | ٨٦٤ م² | منطقة النموذج الأساسي |
| مساحة العرض | ارتفاع السقف | ٤.٥ م | معلمة المشهد الافتراضي |
| نقاط الوصول | عرض المدخل | ٣.٠ م | نقطة وصول ثابتة |
| نقاط الوصول | عرض المخرج | ٣.٠ م | نقطة وصول ثابتة |
| التقسيم الوظيفي للمناطق | عدد المناطق الموضوعية | 6 | كائنات التنسيق الرئيسية |
| التنطيق الوظيفي | نطاق منطقة المنطقة الموضوعية | 80-130 م² | قيد الجدوى |
| التقسيم الوظيفي للمناطق | ممرات الانتقال | 2 | عناصر توصيل المسارات |
| التوزيع الوظيفي للمناطق | منطقة استراحة | ٤٠ مترًا² | فضاء وظيفي ثابت |
| الدورة الدموية | عرض المسار الرئيسي | ١.٨-٣.٥ م | متغير التحسين |
| الدورة الدموية | عرض المسار اليدوي الأولي | 2.2 م | ضبط تخطيط المرجعية الأساسية |
| الدورة الدموية | أقصى طول لمسار المرجع | ١٢٠ م | قيمة التطبيع لتكلفة مسافة المشي |
| التفاعل | عُقد التفاعل | 8–12 | متغير التحسين |
| تفاعل | نصف قطر تحفيز عقدة التفاعل | ١.٠ متر | إعداد التفاعل في الواقع الافتراضي |
| التفاعل | نصف قطر خلوص عقدة التفاعل | ≥1.2 م | قيد الجدوى |
| التحليل المكاني | حجم الشبكة | 0.5 م × ٠.٥ متر | حساب الرؤية والخريطة الحرارية والكثافة |
| تحليل الرؤية | فاصل الأشعة في خط البصر | 0.5 م | حساب إمكانية الوصول البصري |
| الازدحام الجزيئي | عتبة الكثافة المحلية | ≤1.50 شخص/متر² | قيد الجدوى ومرجع تكلفة الازدحام |
| الراحة البيئية | شدة الإضاءة المستهدفة | 30-50 لوكس | مكوّن جزاء الراحة البيئية |
| الراحة البيئية | مستوى ضغط الصوت المستهدف | 45–60 ديسيبل (أ) | مكون غرامة الراحة البيئية |
| الراحة البيئية | ثاني أكسيد الكربون المستهدف | <90 جزء في المليون | مكون جزاء الراحة البيئية |
| الراحة البيئية | درجة الحرارة المستهدفة | 22–25 °C | مكون جزاء الراحة البيئية |
| دالة الهدف | وزن تكلفة مسافة المشي | 0.25 | مكوّن كفاءة المسار |
| دالة الهدف | وزن تكلفة إمكانية الوصول المرئي | 0.2 | مكون إمكانية الوصول البصري |
| دالة الهدف | وزن تكلفة الازدحام | 0.25 | مكون التحكم في الازدحام |
| دالة الهدف | وزن جزاء الراحة البيئية | 0.15 | مكوّن الراحة البيئية |
| دالة الهدف | وزن جزاء توازن التفاعل | 0.15 | مكون توزيع التفاعل |
| التلدين المحاكى القياسي | درجة الحرارة الأولية | 100 | درجة حرارة بدء البحث |
| التلدين المحاكي القياسي | معامل التبريد | 0.95 | قاعدة خفض درجة الحرارة |
| التلدين المحاكى القياسي | الحد الأقصى للتكرارات | 1500 | قاعدة الإيقاف |
| التخمير المحاكى القياسي | عتبة الركود | ٢٠ تكرار | قاعدة الإيقاف المبكر |
| التلدين المحاكى القياسي | مقترحات تخطيط التحركات | تحريك المنطقة؛ تبديل تسلسل المناطق؛ ضبط عرض المسار؛ تحريك عقدة التفاعل | توليد الحلول المجاورة |
| التخمير المحاكى القياسي | نطاق حركة المنطقة | 0.5–2.0 م | إعدادات نقل المقترح |
| التلدين المحاكي القياسي | نطاق ضبط عرض المسار | ٠.١-٠.٣ م | إعدادات نقل المقترح |
| التلدين المحاكي القياسي | نطاق حركة عقدة التفاعل | ٠.٥-١.٥ م | إعدادات نقل المقترح |
| SA-R التكيفي | نطاق تكرار المرحلة الأولى | أول ٤٠٪ من التكرارات | مرحلة الاستكشاف الشامل |
| الـ SA-R التكيفي | احتمالات مقترحات المرحلة الأولى | الإزاحة المحلية 0.20؛ تبديل تسلسل النطاق 0.35؛ ضبط عرض المسار 0.30؛ إعادة تحديد موقع عقدة التفاعل 0.15 | توزيع المقترح التكيفي |
| نظام SA-R التكيفي | نطاق تكرار المرحلة الثانية | الـ 60% الأخيرة من التكرارات | مرحلة الصقل المحلي |
| الرنين المغناطيسي التكيفي (Adaptive SA-R) | احتمالات مقترحات المرحلة الثانية | الإزاحة الموضعية 0.35؛ تبديل تسلسل المنطقة 0.15؛ ضبط عرض المسار 0.20؛ إعادة تحديد موقع عقدة التفاعل 0.30 | توزيع الاقتراح التكيفي |
| SA-R التكيفي | عتبة إعادة التسخين | 150 تكراراً دون تحسن | التحكم في التقارب المبتسر |
| SA-R التكيفي | مقدار إعادة التسخين | زيادة بنسبة 10% في درجة الحرارة الحالية | قاعدة إعادة التسخين التكيفية |
| التحليل التكيفي لـ SA-R | أقصى عدد من عمليات إعادة التسخين | 3 لكل تشغيل | قاعدة استقرار البحث |
| تقييم الخوارزمية | بذور عشوائية مستقلة | 30 لكل حالة خوارزمية | تقدير أداء الخوارزمية |
| مشهد واقع افتراضي | ارتفاع الكاميرا | ١.٦٥ م | الارتفاع التقريبي لمستوى العين عند الوقوف |
| مشهد الواقع الافتراضي | سرعة المشي | ١.٢ م/ث | إعدادات الملاحة الموحدة |
| مشهد واقع افتراضي | الانتقال الآني | مُعطّل | تسجيل المسار الموحد |
| جلسة المشارك | مدة مشهد التدريب | دقيقتان | التعريف بالإجراءات قبل مشهد الاختبار |
| جلسة المشارك | راحة الجلوس قبل الجلسة | ٢ دقيقة | تجهيز الخط المرجعي |
| جلسة المشارك | الراحة بعد الجلسة | ٣ دقائق | الاستشفاء قبل الاستبيان |
| جلسة المشارك | عتبة المساعدة في التوجيه | >30 ثانية، تعذر المتابعة | قاعدة المساعدة الموحدة |
| تصميم الدراسة | شروط التخطيط | 3 | المخطط اليدوي؛ مخطط التخمير المحاكى القياسي؛ مخطط التخمير المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين |
| تصميم الدراسة | عدد المشاركين لكل حالة | 60 | التخصيص بين المبحوثين |
| تصميم الدراسة | إجمالي المشاركين | 180 | عينة الدراسة الكاملة |
| النتيجة الخوارزمية الأساسية | التكلفة المكانية النهائية | مستمر | النتيجة الرئيسية لتحسين الظروف |
| النتيجة الأولية لتجربة الزائر | الرضا العام | مقياس من 1 إلى 7 | النتيجة الرئيسية المبلغ عنها من قبل المشاركين |
| النتائج الخوارزمية الثانوية | نسبة التحسن؛ عدد التكرارات للوصول إلى الحل الأمثل؛ وقت التشغيل؛ معدل القبول | مستمر | تقييم أداء الخوارزمية |
| مخرجات تجربة الزوار الثانوية | الحضور؛ الحضور المكاني؛ جودة التفاعل؛ وضوح تحديد المسار؛ الراحة البصرية؛ الراحة السمعية؛ الراحة الحرارية؛ الازدحام المدرك؛ الحمل المعرفي؛ دوار المحاكاة | مستمر | تقييم التجربة |
| النتائج السلوكية الثانوية | وقت الإكمال؛ وقت المكوث؛ مسافة المشي؛ عدد مرات التردد؛ تغطية الخريطة الحرارية | مستمر | تقييم المسار وسلوك الطريق |
| قاعدة الاستبعاد | وقت الإكمال | <٣ دقائق أو >٢٥ دقيقة | معيار استبعاد سجلات المشاركين |
| قاعدة الاستبعاد | مسافة المشي | لا يوجد حد أقصى؛ السجلات <اعتُبرت الـ 20 متراً غير صالحة فقط عندما تكون مرتبطة بمسار غير مكتمل أو غير صالح. | قاعدة سلامة البيانات |
| قاعدة الاستبعاد | تغطية الخريطة الحرارية | <10% | معيار استبعاد سجلات المشاركين |
| التحكم في المقارنات المتعددة | تعديل المقارنات الزوجية | طريقة هولم | التحكم في خطأ النوع الأول |
| تحليل الحساسية | تغيير وزن دالة الهدف | ±١٠٪، مع الحفاظ على الوزن الإجمالي عند ١.٠ | فحص الاستقرار |
الجدول 1: متغيرات التصميم المكاني، ومعاملات التحسين، وقيود الجدوى، وتعاريف المخرجات.يلخص هذا الجدول معاملات مساحة العرض الثابتة، وعناصر التصميم المتغيرة، وقيود الجدوى، وإعدادات دالة الهدف ومسوغاتها، ومعاملات التلدين المحاكى القياسية، وإعدادات التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين، ومعاملات مشهد الواقع الافتراضي، وإجراءات جلسات المشاركين، وقواعد استبعاد سلامة البيانات، والمخرجات الأولية والثانوية المستخدمة في البروتوكول. SA = التلدين المحاكى؛ SA-R = التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين؛ VR = الواقع الافتراضي.
| الفئة | النتيجة | التخطيط اليدوي | المعيار SA | تقنية SA-R التكيفية | الاختبار الإحصائي / فرق المتوسطات | القيمة الاحتمالية (p-value) | حجم التأثير |
| نتائج أداء الخوارزمية | التكلفة المكانية النهائية | — | 0.475 ± 0.019 (فاصل ثقة 95%، 0.468–0.482) | 0.424 ± 0.016 (فاصل ثقة 95%، 0.418–0.430) | اختبار Welch t = 1.25؛ فرق المتوسطات = −0.051 (فاصل ثقة 95%، من −0.060 إلى −0.042) | <0.001 | قيمة d لكوهين = 2.90 |
| نسبة التحسن (%) | — | 24.91 ± 3.2 (فاصل ثقة 95%، 23.708–26.12) | 32.54 ± 3.29 (فاصل ثقة 95%، 31.31-3.769) | اختبار Welch t = 9.07؛ فرق المتوسطات = +7.63 (فاصل ثقة 95%، من 5.95 إلى 9.31) | <0.001 | قيمة d لكوهين = 2.34 | |
| التكرارات للوصول إلى الحل الأمثل | — | 925.47 ± 86.38 (فاصل ثقة 95%، 893.215–957.725) | 722.20 ± 90.19 (فاصل ثقة 95%، 68.523-75.87) | اختبار ويلش t = 8.92؛ فرق المتوسطات = −203.27 (فاصل ثقة 95%، من −248.91 إلى −157.63) | <0.001 | معامل كوهين d = 2.30 | |
| وقت التشغيل (ث) | — | 47.83 ± 9.42 (فاصل ثقة 95٪، 44.313-51.347) | 55.86 ± 9.49 (فاصل ثقة 95%، 52.316-59.404) | اختبار ويلش t = 3.29؛ فرق المتوسطات = +8.03 (فاصل ثقة 95%، من 3.14 إلى 12.92) | 0.002 | قيمة d لكوهين = 0.85 | |
| معدل القبول | — | 0.294 ± 0.045 (فاصل ثقة 95%، 0.27-0.31) | 0.372 ± 0.054 (فاصل ثقة 95%، 0.352-0.392) | قيمة اختبار t لـ Welch = 6.08؛ فرق المتوسطات = +0.078 (فاصل ثقة 95%، من 0.052 إلى 0.104) | <0.001 | قيمة d لكوهين = 1.57 | |
| نتائج تجربة الزائر | وجود | 3.77 ± 0.56 (فاصل ثقة 95%، 3.625–3.915) | 3.99 ± 0.5 (فاصل ثقة 95%، 3.848–4.132) | 4.28 ± 0.42 (فاصل ثقة 95%، 4.172–4.38) | تحليل التباين ANOVA، قيمة F = 14.86 | <0.001 | η² = 0.144 |
| الحضور المكاني | 3.75 ± 0.64 (فاصل ثقة 95%، 3.585–3.915) | 3.96 ± 0.63 (فاصل ثقة 95%، 3.797–4.123) | 4.27 ± 0.47 (فاصل ثقة 95%، 4.149-4.391) | تحليل التباين (ANOVA) قيمة F = 1.99 | <0.001 | η² = 0.119 | |
| جودة التفاعل | 3.74 ± 0.56 (فاصل ثقة 95%، 3.595-3.85) | 4.00 ± 0.57 (فاصل ثقة 95%، 3.853–4.147) | 4.24 ± 0.57 (فاصل ثقة 95%، 4.093–4.387) | تحليل التباين ANOVA، قيمة F = 1.68 | <0.001 | η² = 0.117 | |
| وضوح التوجيه المكاني | 3.61 ± 0.58 (فاصل ثقة 95%، 3.460–3.760) | 3.90 ± 0.57 (فاصل ثقة 95%، 3.753-4.047) | 4.17 ± 0.48 (فاصل ثقة 95%، 4.046–4.294) | تحليل التباين ANOVA F = 15.83 | <0.001 | η² = 0.152 | |
| الراحة البصرية | 3.67 ± 0.4 (فاصل ثقة 95%، 3.56–3.784) | 3.87 ± 0.4 (فاصل ثقة 95%، 3.756–3.984) | 4.07 ± 0.45 (فاصل ثقة 95%، 3.954-4.186) | تحليل التباين (ANOVA) قيمة F = 12.21 | <0.001 | η² = 0.121 | |
| الراحة الصوتية | 3.64 ± 0.52 (فاصل ثقة 95%، 3.506-3.774) | 3.75 ± 0.42 (فاصل ثقة 95%، 3.642–3.858) | 3.97 ± 0.4 (فاصل ثقة 95%، 3.856–4.084) | تحليل التباين (ANOVA) قيمة F = 7.94 | <0.001 | η² = 0.082 | |
| الراحة الحرارية | 3.69 ± 0.46 (فاصل ثقة 95%، 3.571–3.809) | 3.79 ± 0.32 (فاصل ثقة 95%، 3.707–3.873) | 3.94 ± 0.4 (فاصل ثقة 95%، 3.826–4.054) | تحليل التباين (ANOVA) قيمة F = 5.61 | 0.004 | η² = 0.060 | |
| الازدحام المُدرَك | 3.01 ± 0.49 (فاصل ثقة 95%، 2.83–3.137) | 2.75 ± 0.5 (فاصل ثقة 95%، 2.608–2.892) | 2.56 ± 0.45 (فاصل ثقة 95%، 2.44-2.676) | تحليل التباين ANOVA F = 12.33 | <0.001 | η² = 0.122 | |
| الحمل المعرفي | 3.21 ± 0.48 (فاصل ثقة 95%، 3.086–3.34) | 2.87 ± 0.52 (فاصل ثقة 95%، 2.736–3.04) | 2.73 ± 0.4 (فاصل ثقة 95%، 2.616–2.84) | تحليل التباين ANOVA F = 15.79 | <0.001 | η² = 0.151 | |
| الرضا العام | 3.59 ± 0.45 (فاصل ثقة 95%، 3.474–3.706) | 3.96 ± 0.4 (فاصل ثقة 95%، 3.846–4.074) | 4.37 ± 0.31 (فاصل ثقة 95%، 4.290-4.450) | تحليل التباين (ANOVA) قيمة F = 5.67 | <0.001 | η² = 0.386 | |
| دوار المحاكاة | 2.52 ± 0.5 (فاصل ثقة 95%، 2.378–2.62) | 2.44 ± 0.58 (فاصل ثقة 95%، 2.290–2.590) | 2.12 ± 0.56 (فاصل ثقة 95%، 1.975–2.265) | تحليل التباين (ANOVA) F = 8.47 | <0.001 | η² = 0.087 | |
| نتائج مسار السلوك | وقت الإكمال (دقيقة) | 19.11 ± 2.63 (فاصل ثقة 95٪، 18.431–19.789) | 17.42 ± 2.7 (فاصل ثقة 95%، 16.704–18.136) | 14.93 ± 2.32 (فاصل ثقة 95%، 14.31–15.529) | تحليل التباين (ANOVA) قيمة F = 39.85 | <0.001 | η² = 0.311 |
| زمن المكوث (دقيقة) | 11.17 ± 2.03 (فاصل ثقة 95%، 10.646–11.694) | 12.24 ± 2.04 (فاصل ثقة 95%، 1.713–12.767) | 13.39 ± 2.28 (فاصل ثقة 95%، 12.801–13.979) | تحليل التباين (ANOVA) قيمة F = 16.46 | <0.001 | η² = 0.157 | |
| مسافة المشي (متر) | 234.88 ± 24.34 (فاصل ثقة 95%، 28.592–241.168) | 217.95 ± 24.3 (فاصل ثقة 95%، 21.65–24.235) | 201.86 ± 23.47 (فاصل ثقة 95%، 195.797–207.923) | تحليل التباين (ANOVA) قيمة F = 28.28 | <0.001 | η² = 0.242 | |
| عدد مرات التردد | 7.10 ± 1.80 (فاصل ثقة 95%، 6.635–7.565) | 5.51 ± 1.79 (فاصل ثقة 95%، 5.048–5.972) | 4.07 ± 1.9 (فاصل ثقة 95%، 3.56–4.584) | تحليل التباين (ANOVA) F = 39.74 | <0.001 | η² = 0.310 | |
| تغطية الخريطة الحرارية (%) | 66.18 ± 9.40 (فاصل ثقة 95%، 63.752–68.608) | 74.14 ± 7.93 (فاصل ثقة 95%، 72.091–76.189) | 84.40 ± 9.47 (فاصل ثقة 95%، 81.954-86.846) | تحليل التباين ANOVA F = 62.3 | <0.001 | η² = 0.413 |
الجدول 2: النتائج على مستوى الخوارزمية والمشاركين عبر ظروف التخطيط الثلاثة. يعرض هذا الجدول نتائج أداء الخوارزمية، ونتائج تجربة الزائر، ونتائج مسار السلوك عبر ظروف التخطيط اليدوي (Manual)، والتلدين المحاكى القياسي (Standard SA)، والتلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين (Adaptive SA-R). تستند مقارنات أداء الخوارزمية إلى n = 30 عملية تحسين مستقلة لكل حالة خوارزمية. وتستند المقارنات على مستوى المشاركين إلى n = 60 مشاركاً لكل حالة تخطيط. يتم تسجيل القيم كمتوسط ± الانحراف المعياري (SD) مع فواصل ثقة 95% للمتوسط. وبالنسبة لنتائج الخوارزمية، يسجل عمود الاختبار الإحصائي أيضاً متوسط الفرق بين الخوارزميات وفاصل الثقة 95% الخاص به. ويوفر عمود القيمة الاحتمالية (p-value) وحجم التأثير (Effect Size) النتيجة الاستدلالية المقابلة. تتوفر تباينات حساسية المشاركين الزوجية المفصلة في الجدول التكميلي S1. SD = الانحراف المعياري؛ CI = فاصل الثقة؛ ANOVA = تحليل التباين؛ SA = التلدين المحاكى؛ SA-R = التلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين؛ η2 = مربع إيتا؛ d = معامل كوهين d.
الملف التكميلي 1. موارد الأجهزة والبرامج ومراقبة البيئة. تُستخدم موارد الأجهزة والبرامج ومراقبة البيئة في تجارب التحسين المكاني والواقع الافتراضي. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف.
الملف التكميلي 2. إطار فحص المشاركين والاستبيان/دفتر الرموز. معايير فحص المشاركين ومعلومات الاستبيان/دفتر الرموز، بما في ذلك مجالات الدراسة، ونطاقات تسجيل الدرجات، واتفاقيات إعداد التقارير المستخدمة لنتائج المشاركين. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف.
الملف التكميلي 3. الكود الزائف لمبدأ SA-R التكيفي وموارد التحليل. الكود الزائف لسير عمل SA-R التكيفي، بما في ذلك نوى الاقتراح الأربعة، إلى جانب التبعيات البرمجية، وتعريفات المتغيرات، وأوصاف ملفات مصدر الأشكال. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف.
الجدول التكميلي 1. مقارنات الحساسية الزوجية لنتائج المشاركين. تم حساب مقارنات الحساسية الزوجية باستخدام المتوسطات الحسابية للمجموعات، والانحرافات المعيارية، وأحجام العينات. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف.
المناقشة
قامت الدراسة الحالية بتقييم سير عمل قابل للتكرار لتخطيط المعارض يجمع بين نموذج تكلفة مكانية مرجح، والتلدين المحاكي التكيفي مع إعادة التسخين، واختبار المشاركين في الواقع الافتراضي. وضمن السيناريو المحدد مسبقاً بمساحة 36 m x 24 m، حقق التخطيط التكيفي تكلفة مكانية أقل من التلدين المحاكي القياسي، وارتبط بمستوى رضا أعلى، وشعور أقوى بالحضور، وتوجيه أكثر وضوحاً، ومسارات أقصر، وترددات أقل، وتغطية مكانية أوسع. ويُستخدم مصطلح "مُحسَّن" هنا بالمعنى الرياضي المحدود المتمثل في الحصول على قيمة أقل لدالة التكلفة المحددة في ظل القيود المذكورة؛ ولا يعني ذلك أن التخطيط هو الأمثل عالمياً من حيث الجودة الجمالية، أو الاستجابة العاطفية، أو التسلسل السردي، أو كل هدف ممكن من أهداف المعرض. يمكن للتكوين المكاني أن يشكل الحركة والرؤية وإمكانية الوصول المعرفي30,31، إلا أن جودة التصميم تظل حكماً متعدد المعايير متمحوراً حول الإنسان.
تضيف نتائج المشاركين طبقة مفيدة من التحقق، وإن كانت لا تزال محدودة، لأن العديد من المخرجات لم تكن بنوداً مباشرة في الدالة الهدف. فقد تم قياس الرضا العام، والحضور، والحمل المعرفي، ودوار المحاكي، ووقت المكوث، وتغطية الخريطة الحرارية بعد توليد المخطط وليس تقليلها أثناء عملية البحث. وبناءً على ذلك، يشير اتجاه هذه النتائج إلى أن المخطط ذو التكلفة المنخفضة لم يكن مجرد نتاج رياضي لتقليل مسافة المشي32. وفي الوقت ذاته، ظل التحقق ضمن بيئة افتراضية لمستخدم واحد. يمكن أن تؤثر الألفة السابقة بالواقع الافتراضي على الراحة والأداء في التنقل، ورغم تسجيلها كمتغير سياقي، فإن الدراسة الحالية لم تكن مجهزة إحصائياً لتقدير التأثيرات الخاصة بالمجموعات الفرعية أو تأثيرات التفاعل. لذا، يجب تفسير النتائج على أنها مقارنات عشوائية بين المخططات بدلاً من كونها دليلاً على أن العوامل الديموغرافية أو العوامل المرتبطة بالخبرة ليس لها تأثير33,34.
يجب بدوره تفسير المقارنة الخوارزمية بشكل متحفظ. ويظهر الاشتقاق الرسمي لنوى المقترحات الأربعة أن كثافات المقترحات الشرطية الأمامية والعكسية متماثلة بالنسبة للتحركات الممكنة العكوسة؛ وبناءً على ذلك، تكون نسبة Hastings مساوية لـ 1، وتكون قاعدة القبول المطبقة هي قاعدة Metropolis القياسية ضمن التلدين المحاكى (simulated annealing). لذا، فإن المساهمة ليست خوارزمية Metropolis-Hastings جديدة، بل هي تكوين خاص بمجال معين لاختيار التحركات المعتمدة على المرحلة، وإعادة التسخين، وقيود الجدوى الصريحة، والتحقق من صحة البيئة الافتراضية القابلة للتكرار. ويعد التلدين المحاكى القياسي مقارناً مضبوطاً لأنه يشترك في نفس الترميز، والهدف، والقيود، والتهيئة، وجدول التبريد، وميزانية التشغيل الاسمية. لم تتضمن التجربة الحالية عمليات تشغيل مرجعية عددية باستخدام GA أو PSO أو ACO أو النماذج القائمة على التعلم؛ لذا تقتصر الادعاءات على خط الأساس المطابق للتلدين المحاكى القياسي (standard-SA). كما أن التكوين المدمج لا يعزل التأثيرات المنفصلة لجدولة المقترحات وإعادة التسخين.
كانت المقايضة العملية مواتية لحجم المشكلة المختبرة، ولكن لا ينبغي تعميمها دون إجراء اختبارات قياسية إضافية. وبالمقارنة مع التلدين المحاكى القياسي، زاد وقت التشغيل بنسبة 16.8%، في حين انخفضت التكلفة المكانية النهائية بنسبة 10.7%، وانخفض عدد التكرارات للوصول إلى الحل الأمثل بنسبة 2.0%. يشير هذا إلى أن التحكم التكيفي المضاف كان ميسوراً من الناحية الحسابية في نموذج الطابق الواحد الحالي. كما ظلت أوزان الهدف متماسكة توجيهياً تجاه الاضطرابات بنسبة ±10%، غير أن الأوزان كانت محددة عمداً وفقاً للسيناريو: حيث تم إعطاء الأولوية لكفاءة المسار والازدحام على حساب الراحة البيئية وتوازن التفاعل. وقد تستخدم المعارض الفنية أو التاريخية أو العلمية أو التجارية أولويات مختلفة بشكل منطقي، بما في ذلك الدوران غير الخطي والانتقالات السردية التي قد تعاقبها دالة التكلفة التي تركز على كفاءة المسار. لذا، يجب استخدام التحسين كطبقة لدعم القرار تجعل المقايضات صريحة، وليس كبديل للتقدير التقييمي أو المعماري35.
تحدد عدة قيود نطاق الاستنتاجات الحالية. أولاً، استخدم التحقق من الصحة معرضاً افتراضياً واحداً مستطيلاً مكوناً من طابق واحد ومشاركاً واحداً في المرة الواحدة؛ ولم يتم اختبار القاعات الأكبر، أو الأشكال الهندسية غير المنتظمة، أو التنقل بين طوابق متعددة، أو حركة المجموعات المتزامنة، أو التجنب بين الأشخاص، أو الازدحام الديناميكي، أو الإجهاد البدني، أو المشتتات البيئية في العالم الحقيقي. ثانياً، لم تتضمن مجموعة المقارنة محسّنات تمثيلية تعتمد على التطور، أو ذكاء السرب، أو التعلم، كما لم يتم إجراء تجربة استئصال للمكونات لفصل تأثيرات احتمالات الاقتراح المعتمدة على المرحلة عن إعادة التسخين. ثالثاً، تظل تقييمات المشاركين ذاتية جزئياً، وقد تؤثر الخبرة السابقة في الواقع الافتراضي على الملاحة والراحة حتى في ظل التخصيص العشوائي؛ ولم تُصمم الدراسة لإجراء تحليل للمجموعات الفرعية أو تحليل وسيط. رابعاً، على الرغم من أن الرضا، والحضور، والحمل المعرفي، ودوار المحاكاة، ووقت المكوث، وتغطية الخريطة الحرارية ليست مصطلحات صريحة للتكلفة المكانية، إلا أن الدراسة لم تجمع نقاط نهاية مستقلة للانتباه، أو الاستجابة العاطفية، أو فعالية التعلم، أو الذاكرة طويلة المدى. خامساً، لا يمكن لدالة التكلفة المكانية أن تمثل مباشرة الأبعاد النوعية مثل الاستجابة العاطفية، أو السرد التقييمي، أو المفاجأة، أو تكوين المعنى، أو الذاكرة طويلة المدى. سادساً، قد يؤدي التعرض القصير للواقع الافتراضي إلى تقدير أقل من الواقع للانزعاج الذي يظهر خلال الجلسات الأطول36,37. وتعني هذه القيود وجوب النظر إلى هذا الإطار كإثبات قابل للتكرار لسير العمل للسيناريو المختبر، وليس كمحسن تم التحقق من صحته بشكل عام لجميع بيئات المعارض.
يجب أن تختبر الأعمال المستقبلية هذا الإطار عبر مساحات أكبر وغير منتظمة ومتعددة الطوابق؛ وأن تشمل محاكاة الحشود متعددة المستخدمين والتحقق المادي أو التحقق عبر الواقع المختلط؛ وإضافة نقاط نهاية موضوعية للانتباه، والاستجابة العاطفية، والتعلم، والذاكرة المؤجلة؛ وإجراء استئصال جزئي للمكونات (ablation) لجدولة الاقتراحات المعتمدة على المرحلة وعملية إعادة التسخين. كما ينبغي اختبار التنافسية الخوارزمية ضمن ميزانيات حوسبية متكافئة مقابل بدائل تمثيلية مثل NSGA-II38، وتحسين سرب الجسيمات (particle swarm optimization)39، ونظام النمل/تحسين مستعمرة النمل (Ant System/ant-colony optimization)40، مع تقديم تقارير شفافة حول ضبط المعاملات الخاص بكل طريقة. ويمكن أيضاً لاستقصاء التفضيلات الخاصة بالمعرض أن يعيد معايرة أوزان الأهداف عندما يختلف تسلسل السرد، أو سهولة الوصول، أو الفعالية التعليمية، أو التفاعل العاطفي، أو أهداف وقت المكوث عن السيناريو الحالي. ومن شأن هذه التوسعات أن تقيم القابلية للتوسع، والقابلية للنقل، والتنافسية الخوارزمية دون افتراض أن دالة تكلفة ثابتة واحدة تحدد أفضل تجربة معرض.
الإفصاحات
يصرح المؤلفون بعدم وجود أي تضارب في المصالح المالية.
شكر وتقدير
يتوجه المؤلفون بالشكر للمشاركين الذين ساهموا في تقييم معرض الواقع الافتراضي. كما يقر المؤلفون بتقديرهم لكل من مدرسة الفنون والتصميم وكلية علوم المعلومات والإدارة في جامعة هنان الزراعية لدعمهما في تطوير وتقييم سير عمل تصميم مساحة المعرض الغامرة. لم تتلق الدراسة أي تمويل خارجي، بل تم دعم هذا العمل من خلال الموارد الخاصة بالمؤلفين والمرافق المؤسسية الروتينية في جامعة هنان الزراعية.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| برنامج نمذجة ثلاثية الأبعاد | مؤسسة Blender | لا ينطبق | Blender 4.0.2؛ استُخدم لإنشاء هندسة مساحة العرض، والمناطق الموضوعية، والقواطع، والأصول المكانية. RRID:SCR_08606 |
| برمجيات التحليل | نصوص بحثية مخصصة | بما أن النص المصدر غير متوفر (N/A)، يرجى تزويدي بالنص المراد ترجمته من الإنجليزية إلى العربية، وسأقوم بترجمته بدقة وفقاً للمعايير العلمية والأكاديمية المحددة. | الإصدار 1.0؛ استُخدم في التحليل الإحصائي، وتحليل الحساسية، وحسابات فترات الثقة، وإعداد بيانات الأشكال التوضيحية. |
| جهاز مراقبة ثاني أكسيد الكربون | Testo SE & شركة مساهمة ذات مسؤولية محدودة (Co. KGaA) | testo 535؛ 0563 0535 | ثاني أكسيد الكربون الرقمي2 مقياس؛ نطاق القياس 0–10,00 جزء في المليون؛ تُستخدم كفحص ضابط للبروتوكول للتحقق من تركيز ثاني أكسيد الكربون في ظل الهدف البيئي المحدد مسبقاً. |
| محطة عمل مكتبية | Dell Technologies | Precision 360 Tower | ذاكرة وصول عشوائي (RAM) بسعة 32 جيجابايت؛ تُستخدم لتصيير المشاهد الافتراضية، ومحاكاة التخطيط، وتنفيذ الخوارزميات، وتسجيل جلسات المشاركين. |
| برامج إنشاء الأشكال التوضيحية | نصوص بحثية مخصصة | لا يوجد | الإصدار 1.0؛ يُستخدم لإنشاء مخططات أداء الخوارزمية، ومخططات نتائج الزوار، والخرائط الحرارية للمسارات. |
| محرك ألعاب / منصة واقع افتراضي | Unity Technologies | لم يتوفر نص | Unity 202.3.2f1 LTS؛ استُخدم لبناء وتشغيل مشاهد المعرض الافتراضي. |
| شاشة عرض مثبتة على الرأس | شركة Meta Platforms, Inc. | Meta Quest 2 (128 جيجابايت) | جهاز عرض رأس مثبت (HMD) مستقل بـ 6 درجات من الحرية؛ 1832 × 1920 بكسل لكل عين؛ معدل تحديث للجلسة يبلغ 90 هرتز؛ استُخدمت لتقديم مشهد الواقع الافتراضي الغامر وتتبع حركة المشاركين. |
| مقياس شدة الاستضاءة | Testo SE & شركة كيج آيه (Co. KGaA) | testo 540; 0560 0540 | مقياس لوكس رقمي؛ نطاق القياس 0–9,99 لوكس؛ تُستخدم كفحص ضابط للبروتوكول لقياس شدة الإضاءة في ظل الهدف البيئي المحدد مسبقاً. |
| NumPy | مطورو NumPy | لا ينطبق | الإصدار 1.26.4؛ استُخدم لعمليات المصفوفات العددية وتحضير البيانات. RRID:SCR_0863 |
| نص برمجي للتحسين | سيناريو بحثي مخصص | نظرًا لعدم توفر نص مصدر، يرجى تقديم المحتوى الذي ترغب في ترجمته. | Python 3.1، الإصدار 1.0؛ ينفذ خوارزمية التلدين المحاكى القياسية (Standard SA) والتلدين المحاكى التكيفي مع إعادة التسخين (Adaptive SA-R)، بما في ذلك اختيار المقترح المعتمد على المرحلة، وقبول متروبوليس (Metropolis acceptance)، وإعادة التسخين. |
| بانداز (pandas) | فريق تطوير pandas | نظرًا لعدم توفر نص مصدر للترجمة، يرجى تزويدي بالمحتوى الذي ترغب في ترجمته إلى اللغة العربية وفقًا للمعايير العلمية والأكاديمية المذكورة. | الإصدار 2.1.4؛ استُخدم لتنظيف مجموعة البيانات، وجدولتها، وتجهيز البيانات لتكون جاهزة للتمثيل البياني. RRID:SCR_018214 |
| نموذج فحص المشاركين | نموذج بحث مخصص | لا ينطبق | الإصدار 1.0؛ استُخدم لتسجيل الأهلية، والمتغيرات الديموغرافية، والخبرة السابقة في الواقع الافتراضي، ومعدل تكرار زيارة المتاحف/المعارض. |
| استبيان تقييم ما بعد التجربة | نموذج بحث مخصص | لم يتم توفير نص للترجمة. يرجى تزويدي بالنص الإنجليزي الذي ترغب في ترجمته إلى اللغة العربية. | الإصدار 1.0؛ مقاييس استجابة مكونة من 7 نقاط؛ تُستخدم لتقييم جودة التفاعل، ووضوح الاستدلال المكاني، والراحة البصرية/السمعية/الحرارية، والازدحام المدرك، والعبء المعرفي، والرضا العام. |
| نموذج تقييم الحضور والحضور المكاني | نموذج بحث مخصص | لا يوجد نص متاح للترجمة. يرجى تزويدي بالنص الإنجليزي الذي ترغب في ترجمته. | الإصدار 1.0؛ تم تفسير درجات النطاق المكونة من 7 نقاط والخاصة بالدراسة بالرجوع إلى أطر عمل PQ/IPQ؛ ولم يتم الإبلاغ عن إجمالي درجات PQ أو IPQ القياسية. |
| لغة البرمجة بايثون (Python) | مؤسسة برمجيات بايثون (Python Software Foundation) | لا ينطبق | الإصدار 3.1؛ استُخدم لتنفيذ الخوارزمية، وحساب دالة التكلفة، ومعالجة البيانات، وتحليل الحساسية. RRID:SCR_08394 |
| SciPy | مجتمع SciPy | لم تتوفر بيانات. | الإصدار 1.1.4؛ استُخدم لإجراء الاختبارات الإحصائية والتحليلات العددية الداعمة. RRID:SCR_08058 |
| نموذج تقييم دوار المحاكاة | نموذج بحث مخصص | لا ينطبق | الإصدار 1.0؛ محدد مسبقاً 0–ملخص لـ 30 دراسة بناءً على إطار أعراض استبيان الأعراض الذاتي (SSQ)؛ وهو يختلف عن درجة الشدة الإجمالية المرجحة القياسية لاستبيان الأعراض الذاتي (SSQ Total Severity score). |
| مقياس مستوى الصوت | Testo SE & شركة مساهمة محدودة بالأسهم (Co. KGaA) | testo 816-1; 0563 8170 | المعيار IEC 61672-1 الفئة 2؛ 30–130 ديسيبل؛ ترجيح التردد A/C؛ يُستخدم كفحص تحكم في البروتوكول لمستوى ضغط الصوت بموجب الهدف البيئي المحدد مسبقاً. |
| برمجيات الجداول الحسابية | Microsoft | لا يوجد نص متاح للترجمة. يرجى تزويدي بالنص المصدر باللغة الإنجليزية للبدء في عملية الترجمة العلمية. | Microsoft Excel 2021؛ استُخدم لتنظيم مجموعة البيانات، وإعداد دليل الترميز، وملفات جداول البيانات التكميلية. RRID:SCR_016137 |
| برمجيات إحصائية | IBM | لا يوجد | IBM SPSS Statistics 27.0؛ استُخدم في تحليل التباين (ANOVA)، واختبارات ويلش (Welch tests)، والتحقق من الفرضيات، والتحقق الإحصائي التكميلي. RRID:SCR_02865 |
| جهاز مراقبة درجة الحرارة | Testo SE & شركة كيج آيه آيه (Co. KGaA) | testo 605i; 0560 2605 03 | مقياس الحرارة والرطوبة؛ نطاق درجة الحرارة −من 20 إلى +60 °C; 0.1 °C الدقة؛ تُستخدم كفحص رقابي للبروتوكول للتأكد من درجة الحرارة المحيطة تحت الهدف البيئي المحدد مسبقاً. |
| حزمة تكامل الواقع الافتراضي | Unity Technologies | بما أنه لم يتم توفير نص مصدري للترجمة، يرجى تزويدي بالنص الذي ترغب في ترجمته من الإنجليزية إلى العربية وفقاً للمعايير المهنية والعلمية المحددة. | XR Interaction Toolkit 2.5.4؛ استُخدم للتفاعل في الواقع الافتراضي، والتحكم في الحركة، وأحداث التشغيل، وتسجيل المسارات. |
| ملاحظة: لم تُستخدم موارد بيولوجية في هذه الدراسة. تم توفير معرفات الموارد البحثية (RRIDs) للموارد البحثية المعمول بها. |
المراجع
- Falk JH, Dierking LD. The museum experience revisited. Left Coast Press; Walnut Creek, CA; 2013.
- Hillier B, Hanson J. The social logic of space. Cambridge University Press; Cambridge; 1984.
- Turner A, Doxa M, O'Sullivan D, Penn A. From isovists to visibility graphs: a methodology for the analysis of architectural space. Environ Plan B Plan Des. 2001;28:103-21.
- Kuliga SF, Thrash T, Dalton RC, Hölscher C. Virtual reality as an empirical research tool: exploring user experience in a real building and a corresponding virtual model. Comput Environ Urban Syst. 2015;54:363-75.
- Radianti J, et al. A systematic review of immersive virtual reality applications for higher education: design elements, lessons learned, and research agenda. Comput Educ. 2020;147:103778.
- Cummings JJ, Bailenson JN. How immersive is enough? A meta-analysis of the effect of immersive technology on user presence. Media Psychol. 2016;19:272-309.
- Witmer BG, Singer MJ. Measuring presence in virtual environments: a presence questionnaire. Presence-Teleop Virt. 1998;7:225-40.
- Makransky G, Petersen GB. The Cognitive Affective Model of Immersive Learning: a theoretical research-based model of learning in immersive virtual reality. Educ Psychol Rev. 2021;33:937-58.
- Kennedy RS, Lane NE, Berbaum KS, Lilienthal MG. Simulator Sickness Questionnaire: an enhanced method for quantifying simulator sickness. Int J Aviat Psychol. 1993;3:203-20.
- Kirkpatrick S, Gelatt CD Jr, Vecchi MP. Optimization by simulated annealing. Science. 1983;220:671-80.
- Metropolis N, et al. Equation of state calculations by fast computing machines. J Chem Phys. 1953;21:1087-92.
- Hastings WK. Monte Carlo sampling methods using Markov chains and their applications. Biometrika. 1970;57:97-109.
- Aarts EHL, Korst JHM. Simulated annealing and Boltzmann machines: a stochastic approach to combinatorial optimization and neural computing. John Wiley & Sons; Chichester; 1989.
- Van Laarhoven PJM, Aarts EHL. Simulated annealing: theory and applications. D. Reidel Publishing Company; Dordrecht; 1987.
- Bertsimas D, Tsitsiklis J. Simulated annealing. Stat Sci. 1993;8:10-5.
- Talbi EG. Metaheuristics: from design to implementation. John Wiley & Sons; Hoboken, NJ; 2009.
- Sörensen K. Metaheuristics: the metaphor exposed. Int Trans Oper Res. 2015;22:3-18.
- Hillier B. Space is the machine: a configurational theory of architecture. Cambridge University Press; Cambridge; 1996.
- Lolli F, et al. Post-Occupancy Evaluation's (POE) applications for improving indoor environment quality (IEQ). Toxics. 2022;10:626.
- Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People's Republic of China, State Administration for Market Regulation. GB/T 50034-2024 Standard for lighting design of buildings. Beijing; 2024.
- State Administration for Market Regulation, Standardization Administration of China. GB/T 23863-2024 Specification for lighting design of museum. Beijing; 2024.
- State Administration for Market Regulation, Standardization Administration of China. GB/T 18883-2022 Standards for indoor air quality. Beijing; 2022.
- Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People's Republic of China, General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine. GB/T 50785-2012 Evaluation standard for indoor thermal environment in civil buildings. Beijing; 2012.
- Ministry of Environmental Protection of the People's Republic of China, General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine. GB 3096-2008 Environmental quality standard for noise. Beijing; 2008.
- Chib S, Greenberg E. Understanding the Metropolis-Hastings algorithm. Am Stat. 1995;49:327-35.
- Slater M, Sanchez-Vives MV. Enhancing our lives with immersive virtual reality. Front Robot AI. 2016;3:74.
- Schubert T, Friedmann F, Regenbrecht H. The experience of presence: factor analytic insights. Presence-Teleop Virt. 2001;10:266-81.
- Stanney KM, Kennedy RS, Drexler JM. Cybersickness is not simulator sickness. Proc Hum Factors Ergon Soc Annu Meet. 1997;41:1138-42.
- Blum C, Roli A. Metaheuristics in combinatorial optimization: overview and conceptual comparison. ACM Comput Surv. 2003;35:268-308.
- Benedikt ML. To take hold of space: isovists and isovist fields. Environ Plan B Plan Des. 1979;6:47-65.
- Penn A. Space syntax and spatial cognition: or why the axial line? Environ Behav. 2003;35:30-65.
- Sherman WR, Craig AB. Understanding virtual reality: interface, application, and design. Morgan Kaufmann; San Francisco, CA; 2003.
- Slater M. Place illusion and plausibility can lead to realistic behaviour in immersive virtual environments. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2009;364:3549-57.
- Sweller J. Cognitive load during problem solving: effects on learning. Cogn Sci. 1988;12:257-85.
- Heydarian A, Carneiro JP, Gerber D, Becerik-Gerber B. Immersive virtual environments versus physical built environments: a benchmarking study for building design and user-built environment explorations. Autom Constr. 2015;54:116-26.
- Rebenitsch L, Owen C. Review on cybersickness in applications and visual displays. Virtual Real. 2016;20:101-25.
- Clay V, König P, König SU. Eye tracking in virtual reality. J Eye Mov Res. 2019;12:3.
- Deb K, Pratap A, Agarwal S, Meyarivan T. A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II. IEEE Trans Evol Comput. 2002;6:182-97.
- Kennedy J, Eberhart RC. Particle Swarm Optimization. Proc IEEE Int Conf Neural Netw. 4, 1942-1948.
- Dorigo M, Maniezzo V, Colorni A. Ant system: optimization by a colony of cooperating agents. IEEE Trans Syst Man Cybern B Cybern. 1996;26:29-41.