針對碑林書法藝術(shù)虛擬體驗(yàn)的自然交互設(shè)計(jì)研究

王育行 張文莉

引言

隨著現(xiàn)在信息技術(shù)的飛速發(fā)展和HTC Vive、Oculus等虛擬現(xiàn)實(shí)穿戴設(shè)備的普及，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸為普通消費(fèi)者所熟知，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)賦予了人機(jī)交互以新的內(nèi)涵：體驗(yàn)者可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備建立的視覺、聽覺、觸覺等模擬感知，感受到一個能夠直接使用感官來交互的虛擬世界，體驗(yàn)者會融入虛擬環(huán)境成為其中的一部分，人機(jī)關(guān)系更加自然融洽。傳統(tǒng)的基于屏幕的二維設(shè)計(jì)法則不再適用于這種新的自然交互層陸，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)尋求更加合理的交互設(shè)計(jì)原則與方法來改善和優(yōu)化人與計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境之間的關(guān)系，讓體驗(yàn)者沉浸在虛擬世界當(dāng)中，獲得更加真實(shí)、親切和輕松的虛擬體驗(yàn)。

鎮(zhèn)江的焦山碑林是與西安碑林、曲阜孔廟碑林并稱的中國三大碑林之一，是我國傳統(tǒng)書法藝術(shù)的瑰寶、民族的驕傲。然而，從古至今對鎮(zhèn)江焦山碑林書法只有片言只語的評論，缺乏系統(tǒng)、深入的研究，令人深為遺憾。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互設(shè)計(jì)也成為子一項(xiàng)傳播和推廣碑林書法文化的新方式。文章選取“焦山碑林書法藝術(shù)虛擬體驗(yàn)”作為案例進(jìn)行研究，該虛擬體驗(yàn)再現(xiàn)了焦山碑林的整體環(huán)境，以非線性沉浸交互方式，在虛擬導(dǎo)游模式下游覽碑林陳列入口、碑刻博物館、御碑亭、瘞鶴銘等重點(diǎn)展區(qū)。下文在探討虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互的內(nèi)涵及設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對“焦山碑林書法藝術(shù)虛擬體驗(yàn)”中的自然交互設(shè)計(jì)進(jìn)行研究和探討，提出解決方案，為虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互設(shè)計(jì)的研究提供啟示和幫助。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互設(shè)計(jì)的內(nèi)涵及設(shè)計(jì)原則

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互設(shè)計(jì)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將傳統(tǒng)的二維人機(jī)界面升至三維，創(chuàng)建了一個可以模擬真實(shí)世界自然規(guī)律和物體形態(tài)的綜合環(huán)境。體驗(yàn)者在使用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)時，可以使用多種交互方式來改變系統(tǒng)中的事物以及事物的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)多形式、多模態(tài)的交互。隨著計(jì)算機(jī)圖像分析與識別技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)等的發(fā)展，涌現(xiàn)出許多新的人機(jī)交互方法。當(dāng)前的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要是基于人和系統(tǒng)之間的交互，開發(fā)者通過對視覺和交互方面的設(shè)計(jì)可以提高系統(tǒng)的性能水平和整體系統(tǒng)的流暢程度。

虛擬現(xiàn)實(shí)的自然交互設(shè)計(jì)融合了自然交互、用戶體驗(yàn)和情感化設(shè)計(jì)理論。自然交互理念奠定了虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互理念的基礎(chǔ);用戶體驗(yàn)理論促進(jìn)了虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互的用戶體驗(yàn)概念的形成;情感化設(shè)計(jì)理論為虛擬現(xiàn)實(shí)中的用戶體驗(yàn)（包括情感、喜好、認(rèn)知、生理和心理反應(yīng)、行為等）的研究與分析提供了理論依據(jù)。

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互設(shè)計(jì)的概念可闡述如下：虛擬現(xiàn)實(shí)的自然交互利用體驗(yàn)者的行為特性和情感需求，以并行、互補(bǔ)的方式與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行交互;通過對音效、物品、環(huán)境、光線等視覺要素進(jìn)行設(shè)計(jì)，營造更加豐富逼真的虛擬環(huán)境，給體驗(yàn)者以身臨其境的感覺;體驗(yàn)者通過隱式交互以及直覺操作與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行溝通交流，可以自然有效地獲取展示內(nèi)容和操作流程等信息，從而全身心地沉浸到虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中去。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則

隨著人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的可用性日益受到人們重視?？捎眯允且粋€綜合性的評測指標(biāo)，它既考慮產(chǎn)品實(shí)用性和適用性，也考慮用戶在使用過程中的心理體驗(yàn)和主觀感受。目前，自然交互設(shè)計(jì)也存在著一些可用性問題：①使用場景：當(dāng)前自然交互設(shè)計(jì)應(yīng)用的領(lǐng)域一般是娛樂性、游戲性的產(chǎn)品，而工業(yè)生產(chǎn)、科研實(shí)驗(yàn)、裝備制造等需要嚴(yán)謹(jǐn)性、高精度的專業(yè)類使用場景都不適用于自然交互設(shè)計(jì)。②認(rèn)知差異：不同文化的背景、不同的交互方式會讓用戶產(chǎn)生認(rèn)知偏差，增加了學(xué)習(xí)時間與成本。③技術(shù)限制：系統(tǒng)在交互的過程中有承擔(dān)了部分用戶工作的功能，系統(tǒng)如果無法對體驗(yàn)者的操作進(jìn)行有效識別和糾正，感知到用戶正確的操作意圖，就不能給出正確的反饋，最終會降低用戶體驗(yàn)的整體水平。

虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互設(shè)計(jì)作為一種“以人為中心”的新的交互設(shè)計(jì)方式.與“可用性”設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中考慮用戶在使用過程中的心理體驗(yàn)和主觀感受的目標(biāo)相吻合。因此，應(yīng)遵循“可用性”的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來制定虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則：

1.交互方式、交互流程的設(shè)定需要根據(jù)具體的產(chǎn)品內(nèi)容而定。

2.自然交互的各個方面需要參照真實(shí)場景中的用戶行為，符合人類的自然習(xí)慣。因?yàn)榉先祟惲?xí)慣的交互讓體驗(yàn)者產(chǎn)生自然而然的親切感和熟悉感，減少來自系統(tǒng)界面的干擾，從而將注意力一直集中在展示內(nèi)容上。

3.外觀是界面提供給體驗(yàn)者的直觀視覺感受，顏色搭配、風(fēng)格、內(nèi)容、場景、導(dǎo)航等方面需要做到視覺上的統(tǒng)一，用戶進(jìn)行操作的方式也需要基本一致。

4.系統(tǒng)中關(guān)于操作、視覺相關(guān)的組件應(yīng)具有易視性，在系統(tǒng)中顯而易見。人們往往依賴于具體感知的信息作出判斷，而自然交互利用實(shí)物減少了對體驗(yàn)者記憶的需求，創(chuàng)建出真實(shí)逼真的體驗(yàn)環(huán)境。

5.虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互系統(tǒng)的建立需要有對應(yīng)的技術(shù)支持，且這些技術(shù)的難度和成本需要符合項(xiàng)目的實(shí)際情況。

二、基子焦山碑林書法藝術(shù)虛擬體驗(yàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互界面設(shè)計(jì)

以虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互的設(shè)計(jì)理念為指導(dǎo)，遵循虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互界面設(shè)計(jì)原則，文章選取“焦山碑林書法藝術(shù)虛擬體驗(yàn)”為案例進(jìn)行自然交互設(shè)計(jì)。虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互設(shè)計(jì)需要針對虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中充分考慮用戶心理感受和行為特性，對系統(tǒng)界面、展示內(nèi)容、交互方式等方面進(jìn)行全面設(shè)計(jì)。

（一）導(dǎo)航設(shè)計(jì)

合理的導(dǎo)航設(shè)計(jì)能夠有效地引導(dǎo)體驗(yàn)者進(jìn)入交互流程。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)提供完整的導(dǎo)航界面，導(dǎo)航界面中需要設(shè)置直觀形象的視覺元素，是體驗(yàn)者能夠用豐富的交互形式對導(dǎo)航界面進(jìn)行交互。展示內(nèi)容應(yīng)以非線性敘事的形式進(jìn)行組織，使體驗(yàn)者在整體流程中能夠自由地在各個部分之間切換或跳過。（如圖1）是“碑林書法藝術(shù)虛擬體驗(yàn)”的導(dǎo)航界面，包括碑林入口、碑刻博物館、御碑亭、痙鶴銘及返回主頁。

自然交互的界面設(shè)計(jì)原則可應(yīng)用在“焦山碑林虛擬體驗(yàn)”的導(dǎo)航界面設(shè)計(jì)上。體驗(yàn)者可以點(diǎn)擊（如圖1）左側(cè)圖標(biāo)進(jìn)入不同的場景。背景場景會隨著體驗(yàn)者的頭部移動或轉(zhuǎn)動而顯示極為真實(shí)的環(huán)境，展現(xiàn)出3D的效果。單擊選中圖標(biāo)會有動畫播放，視覺效果豐富多彩.能夠帶給體驗(yàn)者強(qiáng)烈的感官感受，體現(xiàn)出虛擬現(xiàn)實(shí)獨(dú)有的沉浸感、交互感，激發(fā)體驗(yàn)者的興趣，促進(jìn)人機(jī)之間形成自然匹配，從而使交互自然、高效地進(jìn)行。

（二）虛擬場景設(shè)計(jì)

虛擬場景是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)環(huán)境，主要包括整體自然環(huán)境和交互載體兩部分：整體環(huán)境是指建筑、地形、房間、植被等與虛擬現(xiàn)實(shí)交互操作無直接相關(guān)的事物，營造環(huán)境真實(shí)感從而提升體驗(yàn)者的沉浸感受;交互載體是指體驗(yàn)過程中所用的碑刻、毛筆等交互媒介，在設(shè)計(jì)時需要考慮整體場景中物體的建模、位置擺放、體驗(yàn)者的視角與觀察角度等問題，使整體場景更加和諧統(tǒng)一。

虛擬場景的環(huán)境、交互載體模型的色彩設(shè)計(jì)以及環(huán)境布置等要以真實(shí)焦山碑林環(huán)境為基礎(chǔ)進(jìn)行仿真再現(xiàn)，為體驗(yàn)者創(chuàng)造一個近乎真實(shí)的虛擬場景，有助于體驗(yàn)者運(yùn)用已有的認(rèn)知使用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。

（如圖2）是“碑林書法藝術(shù)虛擬體驗(yàn)”的虛擬場景。整體環(huán)境由建筑、天空、道路、碑刻、植物等組成，構(gòu)造出具有情境性的三維虛擬場景。交互載體包括碑刻、字帖、毛筆、紙扇、放大鏡等。所有模型的色彩、外形、比例、材質(zhì)與真實(shí)場景中的實(shí)物基本相同，并目都可以通過點(diǎn)擊和觸碰激光線等進(jìn)行交互，體現(xiàn)出良好的真實(shí)性和互動陸。例如：激光線可以實(shí)現(xiàn)桌門的開閉、放大鏡可以放大遠(yuǎn)處的場景等。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的信息輸出形式是多樣的，與體驗(yàn)者交互的形式也是多樣化的，因此，可根據(jù)虛擬場景中物品材質(zhì)的不同添加對應(yīng)的聲音，創(chuàng)設(shè)更為真實(shí)的虛擬環(huán)境。例如：碑刻的擺放，門的閉合和開啟，紙扇的打開與折疊等。

（三）交互載體提示設(shè)計(jì)

提示是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的重要構(gòu)成元素，在操作過程中隨處可見，其主要功能體現(xiàn)為對交互操作信息的提示和操作步驟的指導(dǎo)，既能減少對操作者記憶的需求，又能給操作者帶來明確的方向感。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中設(shè)置了多種提示標(biāo)志，系通過通過語音播報(bào)和圖像變換兩種方式，對剛進(jìn)入系統(tǒng)的體驗(yàn)者進(jìn)行初步介紹并提供基本的有關(guān)信息。提示標(biāo)志將會全程伴隨體驗(yàn)者完成操作，并在體驗(yàn)的過程中提供操作指導(dǎo)，使體驗(yàn)者在不受打擾的情況下獲取提示信息，幫助體驗(yàn)者簡單有效地完成交互行為和信息獲取（如圖3）所示。

（四）交互載體反饋設(shè)計(jì)

在以往的虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)會不斷地彈出對話框等提示信號用于反饋，這些反饋信號能夠吸引體驗(yàn)者的注意力，但是在交互流程中信號反復(fù)出現(xiàn)這樣的提示信號容易使體驗(yàn)者產(chǎn)生厭煩情緒，影響整體的體驗(yàn)效果。在虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互設(shè)計(jì)中，可以通過色彩、聲音、振動反饋給予體驗(yàn)者適當(dāng)?shù)陌凳荆岓w驗(yàn)者能夠自然地從系統(tǒng)中獲取信息（如圖4）所示。

例如：當(dāng)體驗(yàn)者進(jìn)入書法臨摹體驗(yàn)區(qū)時，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)會模擬真實(shí)的情景中的情況，模擬出書頁翻頁和毛筆與宣紙接觸的聲音。當(dāng)體驗(yàn)者將激光線移動至?xí)撋蠒r，書頁會高亮顯示，體驗(yàn)者可以點(diǎn)擊書頁進(jìn)行翻頁操作，毛筆接觸硯臺時可以更換宣紙重新開始臨摹。這種模擬真實(shí)情景的反饋，可以讓體驗(yàn)者感受到與真實(shí)情景相似的體驗(yàn)，有利于完善體驗(yàn)者的交互體驗(yàn)。

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)自然交互設(shè)計(jì)滿足了體驗(yàn)者的感官體驗(yàn)，并有效融入了碑林書法本身承載的文化內(nèi)涵，具體體現(xiàn)在：通過對系統(tǒng)視覺、聽覺等感官方面的設(shè)計(jì)給予體驗(yàn)者豐富的感官體驗(yàn)，激發(fā)體驗(yàn)者的探索興趣，使體驗(yàn)者能夠積極地參與交互;通過及時準(zhǔn)確、人性化的提示和自然的反饋設(shè)計(jì)使體驗(yàn)者在體驗(yàn)過程中能夠?qū)⒆⒁饬杏谡故緝?nèi)容上，自然完成體驗(yàn)。

結(jié)論

傳播和推廣傳統(tǒng)書法文化的方式隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已上升到一個新的高度，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為傳統(tǒng)書法文化的傳播提供了先進(jìn)的方法，使得焦山碑林書法藝術(shù)虛擬體驗(yàn)成為可能，具有較好的應(yīng)用前景。大力加強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，是傳統(tǒng)書法文化領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展的重要工作。