自然導(dǎo)向的虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)計(jì)初探

趙穎+王峰

摘 要：為營(yíng)造更加自然的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，尋找可行性交互策略，本文介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)的交互特征，討論了虛擬現(xiàn)實(shí)的自然度衡量維度，最后從人體工學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)和環(huán)境心理學(xué)等角度提出了虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品交互設(shè)計(jì)策略，最后得出了自然導(dǎo)向的虛擬設(shè)計(jì)交互設(shè)計(jì)是發(fā)展趨勢(shì)這一結(jié)論。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；交互設(shè)計(jì)；人機(jī)交互；自然交互

2014年以來(lái)，Oculus、Gear VR、HTC Vive等虛擬現(xiàn)實(shí)娛樂(lè)設(shè)備的問(wèn)世使得VR技術(shù)開(kāi)始服務(wù)于普通消費(fèi)者，從而引爆了世界級(jí)的VR產(chǎn)業(yè)革命。人們進(jìn)入新的人機(jī)交互時(shí)代：計(jì)算機(jī)通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感知模擬技術(shù)為使用者構(gòu)造一個(gè)可以直接使用感官交互的如同真實(shí)的立體世界，使用者不再是孤立的個(gè)體，而是成為虛擬環(huán)境的一部分，人與機(jī)器之間建立起自然的聯(lián)系。這種自然交互屬性使得基于屏幕的二維設(shè)計(jì)法則失靈，設(shè)計(jì)師必須尋求合理的交互設(shè)計(jì)方法來(lái)消除人與計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境之間的隔閡，營(yíng)造更自然的VR體驗(yàn)。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)的交互特征

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱“VR”）技術(shù)是使用感官組織仿真設(shè)備和真實(shí)或虛幻環(huán)境的動(dòng)態(tài)模型生成或創(chuàng)造出人能夠感知的環(huán)境或現(xiàn)實(shí)，使人能夠憑借直覺(jué)作用于計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的三維仿真模型的虛擬環(huán)境。[1]它突破了時(shí)間、空間、成本和安全性的限制，提供了無(wú)限的可能性和巨大的創(chuàng)作空間，也為許多問(wèn)題提供了新的解決方案。

1.1 2D到3D的空間變化

虛擬現(xiàn)實(shí)將人機(jī)界面從二維升到了三維，創(chuàng)建了一個(gè)綜合環(huán)境，包括光照、植被、噪音、建筑設(shè)計(jì)等，并且能模擬其在真實(shí)世界中的運(yùn)行軌跡和自然規(guī)律。因此，設(shè)計(jì)師的工作不再是單純的界面設(shè)計(jì)，而更多地要考慮環(huán)境會(huì)對(duì)人的行為產(chǎn)生的影響。

1.2 單通道向多通道的感知變化

傳統(tǒng)的人機(jī)交互過(guò)程中，用戶只能通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)或傳感設(shè)備來(lái)操控機(jī)器，是靜態(tài)的、單向的。而虛擬現(xiàn)實(shí)充分調(diào)動(dòng)了眼、耳、口、手的能動(dòng)性，根據(jù)使用者的五官感受及運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)整呈現(xiàn)出來(lái)的圖像和聲音，使用者可以根據(jù)自身的需求、自然技能和感官對(duì)虛擬環(huán)境中的事物同時(shí)進(jìn)行感知和操控，即實(shí)時(shí)的、雙向的感知方式。

1.3 存在限制和沖突

位置追蹤設(shè)備讓VR玩家可以在虛擬世界中自由移動(dòng)，但這種自由度是有限的。真實(shí)空間的大小限制了可追蹤范圍且還可能存在障礙物，進(jìn)一步限制了可玩范圍。

1.4 無(wú)固定交互范式

VR交互分為兩類(lèi)。一類(lèi)是由人主導(dǎo)的交互，目前主流的是基于觸覺(jué)反饋的六自由度手柄，適合一些高度特化的游戲應(yīng)用。手勢(shì)識(shí)別則更符合人的本能，應(yīng)用的場(chǎng)景也更為廣泛，但缺乏精度和反饋。還有一些基于語(yǔ)音、腦電、肌電等方面的嘗試。第二類(lèi)是由機(jī)器主導(dǎo)的交互，計(jì)算機(jī)可以主動(dòng)感知使用者的動(dòng)態(tài)，如眼動(dòng)追蹤、頭部跟蹤、位置追蹤等。

到目前為止，VR領(lǐng)域還沒(méi)有一個(gè)成熟的具有普適性的交互范式，形成了多種交互方式并存的局面。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)自然度的衡量維度

本文所指的自然是指虛擬現(xiàn)實(shí)交互情境下的自然，包括了兩個(gè)方面：一是以貼近自然的方式去操控計(jì)算機(jī)；二是指讓用戶盡可能融入場(chǎng)景，交互過(guò)程中始終保持自然沉浸。

2.1 自然交互

虛擬現(xiàn)實(shí)中的自然交互指的是用戶可以很快適應(yīng)并信任虛擬環(huán)境，憑借直覺(jué)就能無(wú)障礙地與系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)話。

直覺(jué)產(chǎn)生的通常是無(wú)意識(shí)或下意識(shí)的舉動(dòng)，它的來(lái)源有兩種：一種是天生具有的能力，如人可以看到物體的形狀和顏色，感受光線明暗的變化；還有一種是后天習(xí)得的經(jīng)驗(yàn)，由于每個(gè)人擁有不同的生活經(jīng)歷和知識(shí)水平，大家已有的經(jīng)驗(yàn)是各有差異的。

2.2 自然沉浸

虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸感來(lái)自感官反饋，虛實(shí)環(huán)境的感官落差越大，沉浸感也就越低，反之亦然。

第一，視覺(jué)沉浸。人眼的視場(chǎng)視覺(jué)角度是200°左右，視場(chǎng)越大，沉浸感越好。[2]場(chǎng)景中模型的精細(xì)程度和渲染效果也能增強(qiáng)立體感。

第二，聽(tīng)覺(jué)沉浸?，F(xiàn)實(shí)生活中，單一的音源經(jīng)過(guò)環(huán)境折射轉(zhuǎn)化成立體聲，聽(tīng)眾處于不同位置和空間，聽(tīng)到的聲音也有所變化。三維立體音效模擬了這種聲音轉(zhuǎn)換方式，讓人仿佛感覺(jué)到聲音的確切位置，增加了聲音的立體感。

第三，觸覺(jué)沉浸。由于虛擬物體沒(méi)有真實(shí)的觸感，必須借助力反饋系統(tǒng)等特殊設(shè)備實(shí)現(xiàn)其觸覺(jué)感受。例如，在虛擬裝配系統(tǒng)中，當(dāng)用戶嘗試扭緊一個(gè)虛擬螺絲時(shí)能通過(guò)力反饋感受到不斷增加的阻力。[3]

3 自然導(dǎo)向的虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品交互設(shè)計(jì)策略

3.1 減少不必要的UI元素，利用功能可供性留下邏輯線索

功能可供性（Affordance）認(rèn)為人知覺(jué)到的內(nèi)容是事物提供的行為可能而不是事物的性質(zhì)，能事物提供的這種行為可能就被稱為可供性。

在VR環(huán)境中，UI元素的頻繁使用會(huì)打破沉浸式體驗(yàn)，因此可以運(yùn)用可供性在環(huán)境中留下線索來(lái)引導(dǎo)人們的行為。這種線索可以是環(huán)境或物體帶有的直觀特征，如顏色、形狀、光線等；也可以是活動(dòng)留下的痕跡，是一種內(nèi)隱的信號(hào)，能起到無(wú)需打斷甚至在不需專(zhuān)門(mén)注意就可以傳遞信息的作用，如房間里余留的煙味。

Firewatch是一款第一人稱視角的單人探秘游戲，背景設(shè)在懷俄明州的荒野中。玩家擁有360°的視野時(shí)注意力是不固定的，不使用UI元素的話很難為玩家導(dǎo)航，但如果使用了UI元素又會(huì)打破沉浸感。于是，設(shè)計(jì)師采用了一種巧妙的方式：在種滿紅花的地面上空出了一條路徑提示用戶正確的前進(jìn)方向，這樣既吸引了用戶的注意，又不顯得突兀。

3.2 通過(guò)環(huán)境設(shè)計(jì)營(yíng)造沉浸感

不同的環(huán)境會(huì)對(duì)人的心理產(chǎn)生不同的作用，如開(kāi)闊廣袤的環(huán)境會(huì)讓人感到渺小甚至卑微，黑暗的環(huán)境會(huì)讓人產(chǎn)生恐懼和不適。通過(guò)對(duì)光線、建筑、地形、色彩等進(jìn)行綜合運(yùn)用，可以營(yíng)造不同的環(huán)境氛圍，激發(fā)人的情緒共鳴，增強(qiáng)沉浸感。

3.3 靈活運(yùn)用自然的輸入交互方式

手柄適用于游戲，但并不是適用于所有情況。在很多場(chǎng)景下，視線、手勢(shì)和語(yǔ)音發(fā)揮了更大優(yōu)勢(shì)。比如“失明筆記”這種劇情類(lèi)作品，利用視線凝視啟動(dòng)劇情，更加貼近人的本能，不會(huì)干擾劇情的發(fā)展。

3.4 無(wú)阻礙的移動(dòng)方式，削弱虛實(shí)空間差異

虛擬環(huán)境突破了物理的界限，可以是單個(gè)空間，也可以是多個(gè)空間的聚合。但使用者在真實(shí)空間中的可移動(dòng)范圍會(huì)受到限制，一比一的全程移動(dòng)是不可能的，所以必須在邊界處設(shè)立標(biāo)志告知玩家不可繼續(xù)向前，以保證其安全，而傳送移動(dòng)可以瞬間讓用戶抵達(dá)目的地，提高了移動(dòng)的效率。超重度交互的虛擬現(xiàn)實(shí)公園The Void則造出了完全還原虛擬世界的真實(shí)場(chǎng)地，使用者可以感受周遭物體并使用真實(shí)道具，實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)空間的無(wú)縫融合。

3.5 給予明顯的感官反饋

交互是雙向的動(dòng)作，必須給予使用者明確自然的反饋。如The Lab中的射箭游戲，當(dāng)玩家拉弓是能感覺(jué)到弓弦的阻力變化的，當(dāng)拉不動(dòng)時(shí)說(shuō)明弓弦已經(jīng)拉到極限了，可以進(jìn)行瞄準(zhǔn)放箭的操作。

3.6 符合感官舒適度，避免暈眩和疲勞感

人眼的視覺(jué)分布并不是均勻的，而是聚焦式的。人眼左右各30°、向上20°、向下10°的信息范圍均屬于舒適區(qū)域。重要的信息應(yīng)該放置在視覺(jué)中心，并保持合適的距離，避免頭部的頻繁轉(zhuǎn)動(dòng)和長(zhǎng)時(shí)間低頭引起的疲勞感。此外，為了避免造成暈眩，還需要對(duì)虛擬場(chǎng)景中的運(yùn)動(dòng)加速度加以控制。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭宇承，谷學(xué)靜，石琳.虛擬現(xiàn)實(shí)與交互設(shè)計(jì)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2012.

[2] 給你一幅中國(guó)VR產(chǎn)業(yè)全景[EB/OL].極客公園，http：//www.geekpark.net/topics/214981.

[3] 陳雅茜，雷開(kāi)彬.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2015.