交互式動畫在移動端三維用戶界面中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

張紓菡 楊 喆 （中國地質(zhì)大學(xué)（武漢） 430074）

隨著我國綜合國力的不斷提高，科學(xué)技術(shù)也在突飛猛進(jìn)地發(fā)展，移動終端成為人類生活不可或缺的重要一部分。用戶界面一直以來就是連接人與物品的重要溝通方式，在這場巨大的變革中也同樣發(fā)生著巨大的革新，從一開始的簡單文字進(jìn)化成為簡單易懂的圖形，產(chǎn)生著顯著的進(jìn)步。在虛擬環(huán)境下，操作平臺已不再是我們熟悉的平面方式，面對新興的仿真技術(shù)架構(gòu)起來的龐大的交互系統(tǒng)，二維形式的用戶界面早已不能滿足引導(dǎo)用戶的功能并且還會產(chǎn)生脫離界面的可能，這時候，交互式動畫作為一種能提高交互效率的技術(shù)被運用在移動設(shè)備的三維界面中，使用戶界面更具生命力和活力。在虛擬環(huán)境下，移動終端設(shè)備的互動性為其主要特征，基于這一特性，交互動畫呈現(xiàn)出的明顯相似性和共通性，使其在三維用戶界面的開發(fā)過程中廣泛應(yīng)用變得水到渠成。在交互式動畫的開發(fā)上，充分挖掘其文化特性和體現(xiàn)其藝術(shù)特性，并突出移動終端的互動性特征。本文根據(jù)交互式動畫的特點，結(jié)合交互界面的交互特性和人機(jī)界面設(shè)計原則，對交互式動畫在移動端三維用戶界面中的應(yīng)用研究國內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對其發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討，旨在為移動三維界面的交互方式設(shè)計提供參考依據(jù)。

一、交互式動畫在移動端三維用戶界面中的作用

從用戶界面演變的歷史來看，三維環(huán)境下的用戶界面將是未來發(fā)展的必然趨勢。而交互式動畫作為一種新的指導(dǎo)和提高三維交互形式的方法，利用信息技術(shù)整合了影像、聲效、動畫等多種不同的藝術(shù)呈現(xiàn)形式，將藝術(shù)設(shè)計和軟硬件相結(jié)合，使得動畫設(shè)計更有具有代表性。

移動設(shè)備的屏幕小，顯示內(nèi)容有限，二維界面的表現(xiàn)力不足，無法清晰表達(dá)出多個界面之間的多維關(guān)系。因此，要充分利用三維用戶界面的優(yōu)勢。三維用戶界面直觀地展示某些領(lǐng)域的信息，和真實世界的對象更為接近，用戶很容易感知。三維虛擬界面的交互方式使用模擬真實世界人和物的交互行為，這種方式自然，更容易被用戶接受和掌握，交互系統(tǒng)也容易設(shè)計和實現(xiàn)。

二、三維界面的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

（一）三維界面的國外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

人機(jī)交互史上出現(xiàn)的最早的界面是命令語言用戶界面（UI）。這種界面的主要功能只是讓人可以跟計算機(jī)進(jìn)行對話，甚至還需要人來主動“適應(yīng)”計算機(jī)。

1962 年，美國 MIT 的L.E.Sutherland發(fā)表了一篇題為“圖板：一個人機(jī)圖形通信系統(tǒng)”的論文，他在論文中首次使用了“Computer Graphics”這個術(shù)語。這個圖形通信系統(tǒng)是一個功能相當(dāng)完善的交互式圖形系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生直線、圓、圓弧等圖形，并有一定的交互功能。同年，Ivan Sutherland提出的 Sketchpad 系統(tǒng)展現(xiàn)出了圖形用戶界面 （GUI）的特質(zhì)，隨后，美國的各大公司及院校對計算機(jī)圖形技術(shù)展開了大規(guī)模的研究。

多媒體用戶界面的誕生則是由于多媒體技術(shù)被提出，界面設(shè)計引進(jìn)多種媒體元素，如聲音、視頻、動畫。用戶可以體驗豐富的信息表現(xiàn)形式，發(fā)揮用戶感知信息的效率，增強了人對信息表現(xiàn)形式的選擇和控制能力，擴(kuò)展了人類的信息處理能力，提高了人機(jī)交互的效率和用戶界面的可用性。

20 世紀(jì) 80 年代后期以來，多通道用戶界面交互設(shè)計成為人機(jī)交互技術(shù)研究的嶄新領(lǐng)域。多通道用戶界面的研究正是為了消除當(dāng)前 GUIWIMP界面（即窗口Windows、圖標(biāo)Icons、菜單Menus和鼠標(biāo)指針Pointer）和多媒體用戶界面的輸入輸出通信帶寬不平衡的瓶頸，采用視線、語音、手勢等新的交互通道、交互設(shè)備和交互方式，使用戶可以同時利用多個通道進(jìn)行交互和感知。多通道用戶界面進(jìn)一步提高了交互的效率和自然性，用戶界面的三維感受更加強烈，使得更多不同人群的用戶都可以使用計算機(jī)技術(shù)，以吸取更多的信息。

三維（3D）交互的研究開始于 20 世紀(jì) 60 年代，由 Ivan Sutherland 等人開創(chuàng)。其中，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實是新一代人機(jī)交互技術(shù)中三維用戶界面技術(shù)的典型代表。1991年，在Mark Weiser的“普適計算”概念下，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)下的實物用戶界面 （TUI）被提出。這種界面采用的是增強現(xiàn)實的技術(shù)（AR），增強現(xiàn)實技術(shù)是虛擬現(xiàn)實（VR）的一個分支，延伸了虛擬現(xiàn)實的概念并且更加要求和現(xiàn)實結(jié)合。而TUI是由于直接將人們在現(xiàn)實生活中和物體、環(huán)境的交互動作映射為與信息空間的交互過程的用戶界面，強調(diào)把直接抓取實物作為輸入手段，試圖摒棄 GUI 界面范式，使物理環(huán)境成為界面本身，實現(xiàn)物理世界和信息世界無縫融合，這同以物理環(huán)境為交互環(huán)境的 AR技術(shù)有著密切的聯(lián)系。

二十一世紀(jì)初，美國學(xué)者Doug A. Bowman等人對涉及3D UI技術(shù)、設(shè)計和評估的各個方面進(jìn)行了研究，出版了一本囊括三維用戶界面理論和實踐的著作，書中包含的內(nèi)容有三維界面的輸出和輸入設(shè)備有哪些，它們都是如何使用的；面向通用任務(wù)的三維交互技術(shù)，如選擇、操作、導(dǎo)航以及系統(tǒng)控制等任務(wù)；有關(guān)三維界面設(shè)計和開發(fā)的指南及其評估技術(shù)；三維界面的未來，包括增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實交互技術(shù)以及影響三維界面未來發(fā)展的相關(guān)課題。Doug A. Bowman等人還在出版的著作中總結(jié)了大量的有建設(shè)性的例子和方案，這些研究是三維用戶界面最早也是最系統(tǒng)的理論和實踐。

（二） 三維界面的國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

我國的計算機(jī)圖形技術(shù)研究從 70 年代起步，在緊跟國際新技術(shù)的同時，取得了不少創(chuàng)新成果，已在電子、機(jī)械、航空航天、建筑、造船、輕紡、影視等部門的產(chǎn)品設(shè)計、工程設(shè)計和廣告影視制作中得到了廣泛應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

虛擬現(xiàn)實的研究在國內(nèi)起步較晚。據(jù)資料調(diào)研，上海龍華博物館與新加坡合作，利用 QTVR技術(shù)（即QuickTime Virtual Reality）建立了一個虛擬博物館，用戶可在計算機(jī)前參觀博物館中的各個展館，每一個參觀點都可以在空間 360 度范圍內(nèi)觀察，對于感興趣的物體，用戶還可將它拿起來，對它進(jìn)行轉(zhuǎn)動參觀，就像圍繞展品參觀一樣，在觀察過程中，用戶還可以向前或向后，可獲得視角大小不同的效果。其他主要的研究成果都圍繞 AR 的顯示技術(shù)、攝像機(jī)校準(zhǔn)算法、虛擬對象的投影配準(zhǔn)算法等具體技術(shù)上，對增強現(xiàn)實系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)研究并取得了一定成果。北京航空航天大學(xué)相關(guān)研究實現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，提供虛擬現(xiàn)實演示環(huán)境，設(shè)計出用于飛行員訓(xùn)練的虛擬仿真系統(tǒng)。清華大學(xué)的一個研究成果可以實現(xiàn)實際拍攝效果中振動的消除，使得實拍場景中前景虛化，類似透視拍攝的效果。國防科技大學(xué)研究的超文本視頻系統(tǒng)，可實現(xiàn)不同實景之間的切換，在觀察實景時，可實現(xiàn)導(dǎo)航式瀏覽。浙江大學(xué)計算機(jī)輔助與圖形學(xué)國家重點實驗室開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了層面迭加的繪制技術(shù)和預(yù)消隱技術(shù)，實現(xiàn)了立體視覺，同時還提供了方便的交互工具，使整個系統(tǒng)的實時性和畫面的真實感都達(dá)到了較高的水平。

隨著虛擬技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)意義上的圖形用戶界面已經(jīng)不能滿足人們的需求。傳統(tǒng)的平面界面已經(jīng)陷入了“瓶頸”，作為和交互產(chǎn)品溝通的重要的途徑，尤其是在虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實等技術(shù)快速進(jìn)入生活的同時，普通的圖形界面依然不能夠成為一種高效的、自然的、更便于用戶理解的交互形式。有學(xué)者總結(jié)了尚未有明確定義和分界的三維用戶界面，將其分為三類，即技術(shù)驅(qū)動型、任務(wù)驅(qū)動型和用戶驅(qū)動型。明確了3D UI在普適計算背景下呈現(xiàn)出的自然化、人性化、智能化的趨勢。最后提出了設(shè)計3D UI應(yīng)該遵循的方法，為后人做出了確切的指導(dǎo)。三維界面的時代即將到來，3D UI已經(jīng)作為一門學(xué)科被廣泛研究，但虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究多對三維交互界面設(shè)計的指導(dǎo)作用還不夠深入。

三、交互式動畫的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

（一）交互式動畫的國外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

早在舊石器時代的石洞壁畫上，就有了動畫的雛形，雖然日后在十六世紀(jì)出現(xiàn)了手翻書，以及中國早期的西洋鏡。19世紀(jì)電影技術(shù)逐漸發(fā)展起來，一些電影人們對電影技法的實驗推動了日后動畫的技術(shù)。

1962年，摩登·海利希首先提出了“體驗劇院”，成為“最早具有交互式影片意識”的人，摩登·海利希嘗試使這個體驗式的影院能讓觀眾在觀看影片的過程中可以有“身臨其境”的感覺，但是他始終沒有成功的做到交互性。1999年出現(xiàn)的一部叫《現(xiàn)場》網(wǎng)劇，真正讓觀眾身臨其境的參與到了影片的劇情中去和主人公們做朋友，可以幫助主人公們選擇自己希望的結(jié)局。盡管如此，摩登·海利希的觀點還是提供了一個電影的新走向，讓更多的人去實踐。

（二）交互式動畫的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

2003年，世界動畫學(xué)會理事、中國動畫學(xué)會常務(wù)副秘書長李中秋先生提出了“泛動畫”這一概念，在國內(nèi)外引起了強烈的響應(yīng)。這表明傳統(tǒng)動畫已經(jīng)開始朝著多元化的方向發(fā)展。隨后有國內(nèi)學(xué)者梅克冰闡述交互式動畫產(chǎn)生的根本原因是觀眾更傾向于“直接參與”動畫的意愿，并不是作為一個旁觀者，被動的接受影片的情節(jié)和發(fā)展。并提出了交互式動畫對早教的啟示。國內(nèi)的動畫人們一開始大多是挖掘Flash這種技術(shù)用來實現(xiàn)其動畫的交互性。第一部真正的交互式動畫是由網(wǎng)絡(luò)動畫制作人—皮三來完成的《套子里面的人》。該作品不局限于傳統(tǒng)的灌輸形播放形式，采用按鍵的方式讓觀眾可以自主的參與進(jìn)來，決定影片的走向，使Flash動畫作為一項最常用的手段被運用在交互式動畫中。

隨著科技的發(fā)展和交互設(shè)計理念的形成，由于計算機(jī)技術(shù)大大的拓寬了動畫的創(chuàng)作形式，使得動畫中的交互式體驗變得不再困難。交互式動畫的產(chǎn)生和目的始終是為了更好的情感表達(dá)和更豐富的用戶體驗，這也就決定了交互式動畫會被廣泛運用在各個領(lǐng)域，使得它具有了交叉學(xué)科的性質(zhì)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)國內(nèi)研究交互式動畫的論文大概分為三類：第一類是探討在新技術(shù)或新平臺下為交互式動畫提供的可能和前景。比如《套子里面的人》，探討了Flash技術(shù)為交互式動畫提供的新思路。第二類則是創(chuàng)作一個基于特定平臺的交互式動畫設(shè)計。這類文章有的提供技術(shù)上的革新，有的設(shè)計了新的編輯交互式動畫工具。第三類是研究交互式動畫在其他領(lǐng)域的運用。如分析研究網(wǎng)絡(luò)廣告中的交互式動畫的應(yīng)用，通過c語言實現(xiàn)交互式動卷積技術(shù)，并運用在計算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）課件中。

筆者通過分析將現(xiàn)階段的交互式動畫產(chǎn)品，大致可分為兩種情況，一是始終保持電影特質(zhì)的交互式動畫。這種交互式動畫有著完整的電影的特點，卻融合了交互的特性，這也使其跟游戲的界限越發(fā)的模糊；二是為了服務(wù)其他領(lǐng)域簡化而成的一種技術(shù)型的交互式動畫。早在喬布斯第一次介紹iPhone的時候，我們驚嘆其實中一個小小的操作簡直如同魔法一般，這全部的得益于交互式動畫的作用。

四、結(jié)語

隨著虛擬技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)意義上的用戶界面（GUI）已經(jīng)不能滿足人們的需求。作為和交互產(chǎn)品溝通的重要的途徑，尤其是在虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實等技術(shù)快速進(jìn)入生活的同時，普通的圖形界面依然不能夠成為一種高效的、自然的、更便于用戶理解的交互形式。三維用戶界面在普適計算的背景下呈現(xiàn)出的自然化、人性化、智能化的趨勢。

交互式動畫作為交叉學(xué)科后的產(chǎn)物，即融合了交互的特性，又增強了用戶界面自然化、人性化、智能化特性，是三維用戶界面的發(fā)展中必不可少的圖形技術(shù)，代表著三維用戶界面新動態(tài)與技術(shù)發(fā)展著趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]李雨濛. 挖掘用戶的隱性需求——互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的差異化設(shè)計和推廣[D]. 北京印刷學(xué)院， 2015.

[2]Hoober S， Berkman E. Designing Mobile Interfaces[M]. O'Reilly Vlg. GmbH & Co. 2012.

[3]陳志剛， 李世國. 虛擬環(huán)境中的三維用戶界面研究[J]. 包裝工程， 2010（2）：37-40.

[4]趙曉倩， 王晨升， 陳亮，等. 移動端三維界面兩種交互方式的比較研究[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇， 2012（15）：80-81.

[5]DOUG A.BOWMAN. 三維用戶界面：理論與實踐[M]. 電子工業(yè)出版社， 2006.