Visual comfort assessment through virtual reality : a new methodology to correlate quantitative fast-eye tracking methods and user's perception

It is well known that humans spend most of their lives in an indoor environment, so controlling those factors which improve the levels of well-being is essential. In a building operation and design phase several conditions need to be controlled (air temperature, illuminance, air velocity). One of these parameters is dealing with daylight, that if it is designed in a human-centred way, can affect the health and comfort of the users positively. Designing buildings with a high rate of comfort, which sympathetically reduces the energy used for artificial light, could improve the well-being of humans in terms of visual, psychological and physical comfort, as well as having a reduction in energy consumption, all leading to a more sustainable design approach. Thus, a proper daylight design should be done at the beginning phase of each project. Currently, the trend of realizing new buildings which are resilient, sustainable and energy efficient, which goes through the path of the zero energy building, is increasing. But this path is disregarding the important role of the user who lives in these buildings. Each user experience in buildings is different in both sensorial and physical ways, but a compromise between all those factors should be found in order to facilitate the design in a sustainable way from the user’s point of view, applying what is called holistic approach. The question of this investigation project is based on the questioning that illuminance and illuminance-based metrics are not fully reliable from the human perspective. Not all the metrics used today can evaluate correctly the subjective visual comfort. Thus, considering the subjective and personal factors and the perceived light in the field of view, it can compensate the gap between the designed visual comfort and the real experience, i.e., the post-occupancy expected and real behaviour. This research aims to study the correlation between the quantitative data and the subjective response of a predefined number of people participating in the experiment conducted by means of questionnaires regarding visual comfort. This last is designed for the purpose in order to record satisfaction, preference, comfort and discomfort in order then to be compared to quantitative data derived from simulation tools later. Firstly, the research focuses on the development of the immersive virtual reality space which reflects an office room. Four different lighting stimuli are created in order to reflect a normal office day but in a restricted experiment timing. Subsequently, a methodology of data analysis is proposed which counts on mode analysis of the surveys’ results, analysis of the physiological response and a statistical analysis of variables. A new methodology of correlation between qualitative and quantitative data is then proposed. The assessment of this experiment could improve further design phases in buildings not dealing just with daylight metrics but also considering a sample of future occupants improving visual comfort and reducing energy consumption.

È risaputo che gli esseri umani trascorrono la maggior parte della loro vita all’interno degli ambienti, quindi controllare quei fattori che migliorano i livelli di benessere è essenziale. In fase di utilizzo e di progettazione di un edificio è necessario controllare diverse condizioni (temperatura dell'aria, illuminamento, velocità dell'aria). Uno di questi parametri riguarda la luce diurna che, se progettata in modo centrato sull'uomo, può influire positivamente sulla salute e sul comfort degli utenti. Progettare edifici con elevati livelli di comfort, che riducano l'energia utilizzata per la luce artificiale, potrebbe migliorare il benessere dell'uomo in termini di comfort visivo, psicologico e fisico, oltre ad avere una riduzione del consumo energetico, il tutto protratto verso un approccio progettuale più sostenibile. Pertanto, una corretta progettazione della luce diurna dovrebbe essere punto cruciale nella fase iniziale di ogni progetto. Attualmente è in aumento la tendenza a realizzare nuovi edifici resilienti, sostenibili ed energeticamente efficienti, che tendono a raggiungere l’idea dell'edificio ad energia zero. Ma questo approccio prescinde dal ruolo importante dell'utente che vive in questi edifici. Ogni esperienza all’interno degli ambienti è diversa sia dal punto di vista sensoriale che fisico, ma è necessario trovare un compromesso tra tutti questi fattori per facilitare la progettazione in modo sostenibile considerando un approccio dal punto di vista dell’utente, applicando quello che viene chiamato approccio olistico. L’indagine di questa ricerca si basa sul dubbio che l'illuminamento e le metriche basate sull'illuminamento non siano realmente affidabili dal punto di vista umano. Non tutte le metriche utilizzate oggi possono riescono correttamente a valutare il comfort visivo individuale. Pertanto, considerando i fattori soggettivi e personali e la luce percepita nel campo visivo, è possibile compensare il divario tra il comfort visivo progettato e l'esperienza reale, ovvero il comportamento dell’utente previsto dopo l'occupazione. Lo scopo di questa ricerca è quello di studiare la correlazione tra i dati quantitativi e la risposta soggettiva di un numero di persone che hanno preso parte ad una campagna sperimentale caratterizzata da questionari riguardanti il comfort visivo. Questi ultimi sono stati progettati allo scopo di registrare la soddisfazione, la preferenza, il comfort e il disagio dell’utente per poi essere successivamente confrontati con dati quantitativi derivati da software di simulazione. In primo luogo, la ricerca si concentra sullo sviluppo dello spazio di realtà virtuale immersiva che riflette una stanza d’ufficio. A tal proposito, sono stati creati quattro diversi stimoli luminosi che riflettono la variazione di illuminamento di una normale giornata d'ufficio ma in un tempo di sperimentazione ristretto. Successivamente, viene proposta una metodologia di analisi dei dati che si l'analisi delle moda dei risultati dei sondaggi, l'analisi della risposta fisiologica e un'ulteriore analisi statistica delle variabili. Viene quindi proposta una nuova metodologia di correlazione tra dati qualitativi e quantitativi. L’approccio proposto in questa ricerca potrebbe migliorare ulteriormente le fasi di progettazione degli edifici non occupandosi solo delle metriche basate sulla luce diurna, ma anche considerando un campione di futuri occupanti migliorando il comfort visivo e riducendo il consumo energetico.