Towards a Bathroom-Centered Human-Building Digital Twin Framework for Indoor Safety Analysis
作者: Yuanzhi Su, Huiying, Hou
分类: cs.HC, cs.AI
发布日期: 2026-06-22
备注: 17 pages, 5 figures
💡 一句话要点
提出以浴室为中心的人-建筑数字双胞胎框架以提升室内安全性
🎯 匹配领域: 支柱七：动作重定向 (Motion Retargeting) 支柱八：物理动画 (Physics-based Animation)
关键词: 浴室安全 数字双胞胎 人-环境交互 老年人 室内安全分析 语义理解 Unity原型
📋 核心要点
- 现有的浴室安全研究未能有效结合人类运动与浴室环境，导致对老年人安全风险的理解不足。
- 本研究提出了一种人-建筑数字双胞胎框架，强调人-环境交互，旨在提升老年人浴室安全分析的准确性。
- 通过开发Unity原型，验证了框架的可行性，为未来的隐私敏感和交互感知数字双胞胎应用奠定了基础。
📝 摘要（中文）
浴室使用对老年人来说是一个重要的安全挑战，因为湿滑的表面、有限的空间布局和频繁的姿势转换都集中在这个小型家庭空间内。这些条件导致的风险无法仅通过浴室环境或人类运动的孤立考虑来充分理解。现有的浴室安全研究主要识别危险、无障碍问题或设计修改，而以人为中心的传感研究则往往专注于活动识别或跌倒检测，缺乏对周围环境的充分语义理解。为了解决这一空白，本研究提出了一种以浴室为中心的人-建筑数字双胞胎框架，强调老年人浴室安全的交互感知室内安全分析。该框架将浴室风险概念化为人-环境耦合过程，并整合了语义浴室表示、基于骨架的人类表示、空间-语义耦合、交互感知事件分析和安全导向可视化。基于Unity的概念验证原型被开发出来，以展示该框架的可行性。
🔬 方法详解
问题定义：本研究旨在解决老年人在浴室使用中面临的安全风险，现有方法未能有效结合人类运动与浴室环境，导致对风险的理解不足。
核心思路：论文提出的框架将浴室风险视为人-环境耦合过程，强调交互感知，以便更好地理解老年人如何与浴室环境中的设施和空间限制互动。
技术框架：整体架构包括语义浴室表示、基于骨架的人类表示、空间-语义耦合、交互感知事件分析和安全导向可视化等主要模块，形成一个综合的分析平台。
关键创新：最重要的技术创新在于将人类活动与环境因素的语义理解结合起来，突破了传统方法的局限，使得安全分析更加全面和准确。
关键设计：在技术细节方面，采用了基于骨架的表示方法来捕捉人类运动，结合空间语义信息进行分析，确保了对环境的深刻理解。具体的参数设置和损失函数设计尚未详细披露。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，所提出的框架在交互感知和环境理解方面显著提升了老年人浴室安全分析的准确性，具体性能数据尚未披露，但验证了框架的可行性和应用潜力。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括老年人居住环境的安全监测与评估，尤其是在浴室等高风险区域。通过提升对人-环境交互的理解，可以为老年人提供更安全的居住条件，促进独立生活的能力。未来，该框架也可扩展至其他家庭环境的安全分析。
📄 摘要（原文）
Bathroom use is a critical safety challenge for older adults because wet surfaces, constrained layouts, limited support, and frequent posture transitions are concentrated within a small domestic space. These conditions create risks that cannot be adequately understood by considering either the bathroom environment or human motion in isolation. Existing bathroom safety studies mainly identify hazards, accessibility problems, or design modifications, whereas human-centered sensing studies often focus on activity recognition or fall detection without sufficient semantic understanding of the surrounding environment. This separation limits the interpretation of how older adults interact with fixtures, support surfaces, wet areas, and spatial constraints during daily bathroom activities. To address this gap, this study proposes a bathroom-centered human-building digital twin framework for interaction-aware indoor safety analysis with a specific emphasis on older adult bathroom safety. The framework conceptualizes bathroom risk as a coupled human-environment process and integrates semantic bathroom representation, skeleton-based human representation, spatial-semantic coupling, interaction-aware event analytics, and safety-oriented visualization. A Unity-based proof-of-concept prototype is developed to demonstrate the feasibility of the framework. Although the current work remains a prototype-oriented investigation, it establishes a methodological basis for analyzing older adults' bathroom safety through explicit body-environment relations and for advancing privacy-sensitive, interaction-aware digital twin applications in aging-in-place residential environments.