3D geovisualizations in human-centered quality assessments of urban and green spaces — from point clouds to nonabsolute spaces

Abstract

Through technological advancement, vertical, three-dimensional (3D) geoinformation has been designated to fulfil the horizontal, two-dimensional data resources and viewpoint of the environment. However, 3D geovisualizations are still divergent and unstandardized. This also applies to our understanding of their impact on society—their ability to imitate their physical counterparts as a lived environment and places as a social entity. While a range of studies presents solutions and applications for 3D geovisualizations, fewer focus on their critical examination in human-centered urban and green space assessments in an interdisciplinary way. This dissertation contributed to filling this gap by presenting three case studies conducted with 3D geovisualizations. First, the role of 3D point cloud data acquisition was tested for objective-deductive urban green assessments with a green factor framework. Second, the applicability of 3D geovisualizations was tested for subjective-inductive assessments in terms of perceived affordances of an urban park deck, using in-situ-based interview data as a reference in the analysis of the virtual reality-based interview data. Third, the role of subjective place relations with perceived realism (i.e., sense of presence) and subjective place meanings (i.e., sense of place) in subjective-inductive assessments with 3D geovisualizations was demonstrated. Finally, a framework presenting distinct knowledge approaches with 3D geovisualizations was reconciled.The results show that design for data capture is an interplay of the respective framework, individual characteristics of the physical properties, measurement devices, and additional information sources available. Future frameworks for assessment tasks, such as green efficiency in cities, should be designed to include the possibilities of vertical strata and volume. Further, the results show that most of the dimensions of green space affordances were at least to some extent perceivable in a subjective-inductive assessment through 3D geovisualization. Compared to the in-situ interview data, challenges with 3D geovisualization were linked to the weaker perception of surroundings outside the park deck, lack of social clues, and deficits in visual detail and coherency. The results underline the perception-altering role of prior familiarity with the geovisualized place both for the sense of presence and sense of place. Visual realism and spatial presence can enforce the communicative effectiveness of 3D geovisualizations, but so can prior familiarity with the place. The results demonstrate that, apart from objective-deductive methods, urban and green space planning can benefit from subjective-inductive assessments with 3D geovisualizations. A central outcome is that 3D geovisualization possesses possibilities for distinct knowledge approaches that contribute to each other in a co-productive manner.

Teknologiakehityksen myötä vertikaalista ja kolmiulotteista (3D) geoinformaatiota voidaan hyödyntää täydentämään perinteistä horisontaalista ja kaksiulotteista paikkatietoa. Niin kutsuttujen 3D-geovisualisointien käyttö on kuitenkin vielä jäsentymätöntä ja ymmärrys niiden yhteiskunnallisesta merkityksestä on vajavaista; erityisesti niiden kyky imitoida elettyä ympäristöä ja paikkojen sosiaalista ulottuvuutta on vielä kyseenalaista. Vaikka useat tutkimukset ovat esittäneet sovelluksia 3D-geovisualisointien käyttöä koskien, harvempi tutkimus keskittyy 3D-geovisualisointien avulla tehtävän ihmiskeskeisen kaupunki- ja viherympäristön arvioinnin kriittiseen tarkasteluun monitieteisellä otteella.Väitöskirja pureutuu tähän haasteeseen esittämällä kolme tutkimustapausta. Ensimmäinen osatutkimus käsittelee 3D-pistepilviaineiston hankinnan roolia viherkertoimeen perustuvassa objektiivis-deduktiivisessa ympäristön arvioinnissa. Toinen osatutkimus testaa 3D-geovisualisaatioiden soveltuvuutta subjektiivis-induktiivisiin arviointeihin vertailemalla puistokannen koettuja tarjoumia in situ- ja VR-haastatteluaineistoissa. Kolmas osatutkimus käsittelee subjektiivisten paikkasuhteiden merkitystä 3D-geovisualisointien avulla toteutetuissa subjektiivis-induktiivisissa kaupunkiympäristön arvioinneissa. Osatutkimusten synteesinä tutkielma esittelee 3D-geovisualisointien tiedontuotannollisen viitekehyksen. Tutkimuksen keskeisenä päätelmänä on, että 3D-pistepilviaineiston tehokas hyödyntäminen objektiivis-deduktiivisissa arvioinneissa huomioi hyödynnettävän viitekehyksen, mitattavan ympäristön fyysiset ominaisuudet, mittauslaitteet ja käytettävissä olevat muut tietolähteet. Arvioinnin viitekehys, kuten vihertehokkuuden mittarit, tulisi suunnitella ottamaan huomioon myös ympäristön vertikaalisen ulottuvuuden parametrit. Toinen tutkimustapaus osoittaa, että suurin osa puistokannen tarjoumista oli havaittavissa subjektiivis-induktiivisissa arvioinneissa 3D-geovisualisoinnin avulla. In situ -haastatteluaineistoon verrattuna 3D-geovisualisoinnin haasteet liittyivät puistokannen ulkopuolisen ympäristön heikompaan välittymiseen, sosiaalisten vihjeiden puutteeseen ja visuaaliseen epätasalaatuisuuteen. Kolmannen osatutkimuksen tulokset korostavat paikan ennakkotuntemuksen merkitystä 3D-geovisualisointien kokemiseen vaikuttavana seikkana, niin välittyneen läsnäolotunteen kuin paikkatunteen kannalta. Visuaalinen realismi voi vahvistaa 3D-geovisualisointien viestinnällistä tehokkuutta, mutta myös paikan aiemmalla tuntemisella voi olla samankaltainen vaikutus. Tulokset osoittavat, että 3D-geovisualisointeihin perustuvien objektiivis-deduktiivisten menetelmien lisäksi kaupunki- ja viherympäristöjen suunnittelussa voidaan hyödyntää subjektiivis-induktiivisia arviointeja 3D-geovisualisointien avulla. Keskeinen huomio on, että 3D-geovisualisointeihin perustuvat arviointimenetelmät ovat tiedontuotannon mahdollisuuksiltaan erilaisia, mutta erilaiset menetelmät tukevat toinen toisiaan.