基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的大學(xué)生校園交通安全教育系統(tǒng)體驗(yàn)設(shè)計(jì)研究

宋鈺凱 陳旭

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);沉浸式;校園交通安全教育;體驗(yàn)設(shè)計(jì)

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，英文全稱(chēng)是Virtual Reality（簡(jiǎn)稱(chēng)VR），也稱(chēng)之為靈境技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造了一個(gè)有別于現(xiàn)實(shí)世界，可以體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真模擬系統(tǒng);它利用現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)生成一種模擬交互場(chǎng)景 [1]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、傳感技術(shù)、心理學(xué)、人類(lèi)工程學(xué)、設(shè)計(jì)學(xué)以及人工智能等學(xué)科領(lǐng)域的綜合技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所建立的模擬交互場(chǎng)景是一個(gè)三維空間的虛擬世界，它顛覆了傳統(tǒng)的人機(jī)交互手段，即打破了圖形界面（GUI）時(shí)期通過(guò)觸屏、點(diǎn)按的交互方式，而是通過(guò)視覺(jué)、動(dòng)作、語(yǔ)言、嗅覺(jué)等多模態(tài)的交互方式。相比于圖形界面（GUI）的交互方式，虛擬現(xiàn)實(shí)的多模態(tài)交互具有自然性和隱匿性，更加接近于未來(lái)的人機(jī)交互方式寧?kù)o技術(shù)（Calm Technology），弱化用戶(hù)對(duì)交互本身的注意力，使用戶(hù)有身臨其境的感受，更好地沉浸在虛擬場(chǎng)景當(dāng)中。

1994 年，Burdea 等在其出版的《Virtual Reality Technology》一書(shū)中總結(jié)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征：沉浸性、交互性、構(gòu)想性。沉浸性又稱(chēng)臨場(chǎng)感，是指用戶(hù)在虛擬環(huán)境當(dāng)中感受到的真實(shí)程度，用戶(hù)在虛擬的三維空間中與現(xiàn)實(shí)世界的感覺(jué)是一致的;交互性是用戶(hù)對(duì)模擬三維空間中物體的可操作程度，虛擬環(huán)境中對(duì)物體的操作遵循現(xiàn)實(shí)的尺度，這包括了自然性和無(wú)延遲性;構(gòu)想性是指用戶(hù)在虛擬環(huán)境中根據(jù)自身的認(rèn)知能力有想象力地隨意創(chuàng)建全新的、可與現(xiàn)實(shí)不同的環(huán)境[2]。由于這三種特征都是以英文字母I 開(kāi)頭，所以又被稱(chēng)為3I 特征。

2 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的大學(xué)生校園交通安全教育系統(tǒng)體驗(yàn)設(shè)計(jì)意義

校園交通安全事故的發(fā)生反映了現(xiàn)在大學(xué)生交通安全意識(shí)的淡薄。高校對(duì)交通安全教育的不夠重視、教育方式滯后也是很重要的原因。高校普遍還是采用傳統(tǒng)說(shuō)教模式去進(jìn)行灌輸式教育，教育形式單調(diào)、流于形式、內(nèi)容缺乏趣味性和系統(tǒng)性，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高[4]。同時(shí)學(xué)生缺少多形式的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情;高校也沒(méi)有將交通安全引入到課程體系中，缺乏專(zhuān)業(yè)的師資隊(duì)伍。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作虛擬的交通場(chǎng)景，調(diào)動(dòng)多種感官，以體驗(yàn)式的學(xué)習(xí)方式，得到多通道的反饋，建立心理深層的沉浸感，激發(fā)學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，增加參與感，并通過(guò)反思將具體的感知經(jīng)驗(yàn)生成抽象的概念，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下全身心體驗(yàn)式的學(xué)習(xí)方法必將得到良好的校園交通安全教育效果[5]。并且虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)成本代價(jià)相對(duì)較低，可以突破現(xiàn)實(shí)物理世界的局限，非常適合在班級(jí)中進(jìn)行教學(xué)。

3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的大學(xué)生校園交通安全教育系統(tǒng)體驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

3.1 界面設(shè)計(jì)

虛擬交通安全教育系統(tǒng)中圖形界面設(shè)計(jì)包括了開(kāi)始的導(dǎo)航、菜單、信息反饋、提示、數(shù)據(jù)管理、新手引導(dǎo)等，界面中影響用戶(hù)體驗(yàn)主要包括四個(gè)方面：信息內(nèi)容、文字字體、圖形、顏色。界面的信息主要顯示關(guān)鍵的信息內(nèi)容，易于識(shí)別，不重要的信息盡量排除，減少用戶(hù)的認(rèn)知負(fù)荷和速度，根據(jù)席克定律，選擇信息數(shù)量越多，選擇時(shí)間越長(zhǎng)，當(dāng)信息數(shù)量無(wú)限增大時(shí)，選擇時(shí)長(zhǎng)維持在一個(gè)恒定的值，選擇的目標(biāo)卻越來(lái)越不精準(zhǔn)。虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備是三維的虛擬空間，文字設(shè)計(jì)時(shí)與二維平面文字有區(qū)別，三維空間是立體的，所以文字是有深度的，根據(jù)近大遠(yuǎn)小的原理，虛擬現(xiàn)實(shí)的文字像素大小隨著深度變化而變化?，F(xiàn)階段的虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器分辨率較低，圖形界面會(huì)看起來(lái)像素化，文字是難以閱讀的，所以設(shè)計(jì)時(shí)文字不能過(guò)小，盡量避免出現(xiàn)大段的文字。文字對(duì)比度不能太高否則會(huì)出現(xiàn)鋸齒，盡量選擇無(wú)襯線字體，筆畫(huà)更加順滑，不影響視覺(jué)感受。圖形設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用隱喻的設(shè)計(jì)手法，使二維圖形代表的功能與現(xiàn)實(shí)中的物體功能相對(duì)應(yīng)，使用戶(hù)產(chǎn)生情感化的共鳴，更容易感知界面中的功能。

3.2 虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)

虛擬場(chǎng)景主要用3D MAX 或MAYA 三維軟件制作的場(chǎng)景物體如道路、建筑物、虛擬路人、交通標(biāo)志、車(chē)輛、天空背景等物體，創(chuàng)造出逼真的虛擬交通場(chǎng)景。虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)主要遵循真實(shí)性原則，提供逼真的情景，具有觀賞度，激發(fā)學(xué)習(xí)者的動(dòng)力。注重人與虛擬物體對(duì)象和虛擬環(huán)境的比例關(guān)系，如果用戶(hù)自身比例被放大會(huì)感到自信高大，如果用戶(hù)自身比例被縮小就會(huì)有渺小壓抑的感覺(jué)。場(chǎng)景的布局要有空間層次感，能夠交代劇情發(fā)生的地點(diǎn)、時(shí)間和環(huán)境位置。場(chǎng)景動(dòng)畫(huà)要穩(wěn)定流暢，畫(huà)面精美，視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)需要同步。同時(shí)要讓用戶(hù)要在小地圖功能中找到自己的方位，否則會(huì)在虛擬環(huán)境中迷失方向。

3.3 交互設(shè)計(jì)

交互設(shè)計(jì)是虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)體驗(yàn)的重要一環(huán)，體現(xiàn)了沉浸性和交互性，大學(xué)生校園交通安全教育系統(tǒng)體驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮遵循以下交互原則：

1） 匹配性：保證現(xiàn)實(shí)與虛擬環(huán)境中交互方式的一致。優(yōu)秀的虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足人體最自然和本能的動(dòng)作習(xí)慣，符合現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的互動(dòng)規(guī)律，例如在虛擬交通安全教育系統(tǒng)中，行人遇見(jiàn)迎面而來(lái)的疾駛車(chē)輛會(huì)下意識(shí)地躲避并保護(hù)自己。

2） 容錯(cuò)性：允許用戶(hù)犯錯(cuò)，不要責(zé)怪用戶(hù)[6]。對(duì)新手用戶(hù)應(yīng)該是友好的、鼓舞的，用戶(hù)能夠理解虛擬環(huán)境中發(fā)生的情況，理解自身錯(cuò)誤的原因，并能恢復(fù)正常狀態(tài)。虛擬系統(tǒng)應(yīng)給用戶(hù)多次參與的機(jī)會(huì)，建立用戶(hù)對(duì)虛擬環(huán)境的認(rèn)知能力，對(duì)事故的理解能力和心理承受能力。給用戶(hù)時(shí)間熟悉環(huán)境，不要嚇跑用戶(hù)，更不能讓用戶(hù)懷疑自己的能力，從而保證用戶(hù)能夠持續(xù)地參與虛擬交通安全教育系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。

3） 可預(yù)見(jiàn)性：用戶(hù)可以感知功能，降低用戶(hù)的學(xué)習(xí)成本。功能和物體設(shè)計(jì)時(shí)要從用戶(hù)角度出發(fā)，能夠讓用戶(hù)容易理解使用，并且十分顯眼，容易被發(fā)現(xiàn)，用戶(hù)能夠快速上手操作并且和預(yù)期理解一致。

4） 一致性：功能元素的交互響應(yīng)效果與用戶(hù)對(duì)其認(rèn)知一致。用戶(hù)操作交互功能要和其表達(dá)效果之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，系統(tǒng)中各元素能夠正確映射其效果，并保持用戶(hù)對(duì)其預(yù)測(cè)結(jié)果是相同的。系統(tǒng)內(nèi)同樣的功能和物體元素在視覺(jué)、交互行為上也要保持一致。

5） 目標(biāo)導(dǎo)向性：賦予用戶(hù)明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)。虛擬系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)時(shí)要確定學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)向，讓用戶(hù)學(xué)到哪些交通安全知識(shí)和掌握哪些必備的技能，這些都要規(guī)劃到其中。用戶(hù)進(jìn)入系統(tǒng)選擇合適的任務(wù)，完成之后會(huì)有成就感，用戶(hù)在做目標(biāo)任務(wù)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)提供適當(dāng)?shù)奶崾荆瑤椭脩?hù)理解如何達(dá)成目標(biāo)，確保能夠順利進(jìn)行。

6） 反饋性：根據(jù)用戶(hù)需求，必要的情況下提供重要信息提示和正向反饋。用戶(hù)完成操作時(shí)，應(yīng)得到及時(shí)、準(zhǔn)確的系統(tǒng)反饋，可以通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)多種感官給予用戶(hù)有趣的互動(dòng)和正面的反饋，例如，用戶(hù)遵守交通規(guī)則并正確完成任務(wù)時(shí)應(yīng)不加吝嗇地表?yè)P(yáng)用戶(hù)并發(fā)放獎(jiǎng)勵(lì)，讓用戶(hù)產(chǎn)生強(qiáng)烈的內(nèi)在動(dòng)力和沉浸感?？梢暬年P(guān)鍵信息提示也必不可少，讓用戶(hù)知道當(dāng)前的任務(wù)進(jìn)度，自如地進(jìn)行活動(dòng)，但要注意信息量不要過(guò)多，否則容易對(duì)用戶(hù)造成干擾。

7） 適度性：根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，調(diào)查和研究大學(xué)生用戶(hù)群體，學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計(jì)不要讓用戶(hù)感覺(jué)太難而放棄，也不要讓用戶(hù)感覺(jué)太容易而無(wú)聊，與用戶(hù)的認(rèn)知能力水平相當(dāng)最容易產(chǎn)生注意力。任務(wù)難度設(shè)計(jì)具有自主選擇性，用戶(hù)可根據(jù)自身需求切換不同難度并任務(wù)完成學(xué)習(xí)。

8） 反思性：設(shè)置反思及驗(yàn)證情境，加深用戶(hù)對(duì)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的理解和感悟。在虛擬學(xué)習(xí)場(chǎng)景中用戶(hù)完成任務(wù)時(shí)設(shè)置一些問(wèn)題和練習(xí)測(cè)試，增進(jìn)用戶(hù)在學(xué)習(xí)過(guò)程中的思考和回憶，更好地掌握交通安全知識(shí)和技能，對(duì)道路交通行為規(guī)范有更深刻地理解，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)應(yīng)用于大學(xué)校園交通安全教育領(lǐng)域中具有真實(shí)性、沉浸感、自主性等優(yōu)勢(shì)特征，此學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)應(yīng)遵循體驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則、策略以及方法，它能使用戶(hù)以第一人稱(chēng)的角度體驗(yàn)，讓學(xué)習(xí)者身臨其境的學(xué)習(xí)交通安全知識(shí)，且充滿(mǎn)趣味和探索精神。在5G 技術(shù)以及智能硬件高速發(fā)展的背景下，為基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的大學(xué)生校園交通安全教育體驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，從而給大學(xué)生交通安全教育帶來(lái)良好的效果。