基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的兒童科普空間交互設(shè)計(jì)研究

易欣玥 祝冰謙 吳青霞 江 波

（1.廣西藝術(shù)學(xué)院,廣西南寧 530000;2.中南大學(xué),湖南長沙 410000;3.廈門大學(xué),福建廈門 361000）

一、引言

在現(xiàn)代教育改革的大背景下，人們對于兒童教育環(huán)境更加重視。出于對兒童教育環(huán)境發(fā)展的關(guān)注，根據(jù)現(xiàn)有可搜集數(shù)據(jù)文獻(xiàn)，了解到目前國內(nèi)外幼兒教育發(fā)展出現(xiàn)了以下問題：一是過度保護(hù)。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)把握好設(shè)施尺度與私密空間之間的平衡可引導(dǎo)兒童安全活動，才有利于促進(jìn)兒童行為習(xí)慣的發(fā)展。二是缺少感官引導(dǎo)。多數(shù)幼兒室內(nèi)空間依賴人工照明和人工展具，缺少對室內(nèi)外感官的流通感探索。三是忽視心理教育引導(dǎo)。展示空間中環(huán)境賦予的變化能夠激發(fā)幼兒通過身體和心理探知環(huán)境，但是如今幼兒科普空間在心理認(rèn)知培養(yǎng)方面不夠重視[1]。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀研究

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（簡稱：VR)是近年來應(yīng)用較為廣泛的一種技術(shù)，它將計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)等技術(shù)結(jié)合起來，在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建虛擬場景，模擬真實(shí)的現(xiàn)實(shí)世界，并進(jìn)行各種模擬，從而給人以環(huán)境沉浸感，實(shí)現(xiàn)生活在另一個(gè)世界的場景，逐漸在游戲、教育、醫(yī)療等領(lǐng)域得到應(yīng)用。高科技的發(fā)展為人們開拓了新型展示方式——創(chuàng)造實(shí)物虛化、虛物實(shí)化的方法。相較于一般的展示空間設(shè)計(jì)的展示方式不同，可以更好的提升空間的交互性、沉浸性和多樣化的體驗(yàn)感受?；谝陨蟽?yōu)勢，本文將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與兒童科普空間相結(jié)合，滿足以兒童為本的基礎(chǔ)上，從兒童的身體體驗(yàn)和心理需要出發(fā)來考慮科普展示空間的設(shè)計(jì)研究，旨在發(fā)展教育活動的同時(shí)促進(jìn)兒童科普與展示空間的和諧發(fā)展，為未來教育空間的發(fā)展提供參考[2]。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)針對兒童需求的融合

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以模擬現(xiàn)實(shí)生活中難以接觸或具有一定危險(xiǎn)性的場景，不僅節(jié)省了虛擬真實(shí)場景的成本，而且可以使兒童在低風(fēng)險(xiǎn)情境下完成一系列實(shí)驗(yàn)，不受時(shí)空、材料的限制。在現(xiàn)實(shí)空間教學(xué)中，一些兒童實(shí)驗(yàn)器材與材料由于價(jià)格昂貴而無法得以向孩子們展示科普，甚至有些兒童科學(xué)實(shí)驗(yàn)因時(shí)間較長而無法切實(shí)展開。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)室，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)則可以很好地克服這些限制，不僅節(jié)約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，打破了傳統(tǒng)陳舊的教學(xué)觀念，而且得以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)造能力?？梢姡摂M仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)對傳統(tǒng)的教學(xué)模式、教學(xué)方法和教學(xué)手段帶來了新的教育思路[3]。

交互式教育擴(kuò)展了已存教育方式的界限。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)把展示空間內(nèi)的教學(xué)變成一種可利用率極高的互動教學(xué)過程。交互式教育幾乎完全改變了傳統(tǒng)的教育空間模式，兒童們根據(jù)環(huán)境的變化產(chǎn)生不同的選擇。在互動式教學(xué)中，空間展示可以通過語言，甚至通過展品和多媒體設(shè)備，營造一種教學(xué)環(huán)境，讓學(xué)生結(jié)合自身感官去感受科學(xué)知識，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的興趣，提高科普教學(xué)效果?？破照故究臻g中，利用空間的虛擬場景引導(dǎo)兒童們做出自己的選擇，自發(fā)性的去融入空間環(huán)境，感受環(huán)境帶來的教育體驗(yàn)，并在其中通過觸覺、感覺、聽覺、嗅覺等方式探索周圍世界，從而構(gòu)成智力提升的途徑。通過兒童在虛擬環(huán)境中的主動性嘗試與操控，使孩子們更直觀地觀察認(rèn)知活動的過程，加速認(rèn)知過程，從而有效地提高孩子們的認(rèn)知能力。

（一）全面交互設(shè)計(jì)與虛擬實(shí)驗(yàn)室

交互式教育擴(kuò)展了已存教育方式的界限，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)把展示空間內(nèi)的教學(xué)變成一種可利用率極高的互動教學(xué)過程。例如兒童接觸到虛擬空間中的物體，那么體驗(yàn)的兒童也能夠感受到虛擬空間中的物體，通過特定的儀器設(shè)備與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行互動，從而產(chǎn)生與真實(shí)環(huán)境相對應(yīng)的感受和體驗(yàn)。此技術(shù)中的交互性體驗(yàn)的原理主要是為兒童們創(chuàng)造相對與現(xiàn)實(shí)生活中較真實(shí)的場景，從而提高學(xué)生對抽象知識的理解[4]。展示空間設(shè)計(jì)能夠運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造設(shè)計(jì)專屬的虛擬工作室，是目前空間設(shè)計(jì)達(dá)到教育目的的常見方式。然而利用虛擬的空間技術(shù)，兒童可以進(jìn)一步利用虛擬的儀器或者技術(shù)進(jìn)行間接操作學(xué)習(xí)，從而達(dá)到從虛擬中實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)教育的同等效果，并且還可以避免不必要的空間危險(xiǎn)。

（二）敘事設(shè)計(jì)

敘事設(shè)計(jì)方法講求以兒童為本，讓孩子作為空間的主角，通過VR技術(shù)以情景游戲的方式實(shí)現(xiàn)對兒童們更好的發(fā)展成長。嘗試?yán)靡暵狊w驗(yàn)和交互多媒體裝置營造敘事環(huán)境，孩子們可以利用自己的行為舉動，包括姿勢、行為、動作和音量高低來控制虛擬場景的光線和畫面變化，從而創(chuàng)造屬于兒童自己的畫面作品，以此也可以作為參數(shù)化和視覺化體系的創(chuàng)造。為了讓孩子們有更多的體驗(yàn)，還可以和孩子一起創(chuàng)作兒童劇，讓他們扮演不同的角色，通過對角色的理解和演繹，將科普知識通過故事的形式內(nèi)化到孩子的心里[5]。VR游戲不僅能激發(fā)兒童的興趣，還能提高兒童的空間想象力，建立空間思維，達(dá)到手、眼、腦協(xié)調(diào)的目的。

（三）多感官設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)多感官體驗(yàn)空間，增加科普空間中可感知的因素，如不同材質(zhì)、顏色的材料；搭配光的明暗度、增加異形界面形式、設(shè)置私密空間如凹槽、凹室、神秘屋等，從而增加幼兒的多感官體驗(yàn)。同時(shí)，在空間內(nèi)設(shè)置植物、水體、沙土等元素，運(yùn)用現(xiàn)代電子虛擬技術(shù)展現(xiàn)，使得兒童可以通過對植物的認(rèn)知、栽培、種植來達(dá)到學(xué)習(xí)的作用，植物等自然元素可以通過多種方式刺激兒童，包括視覺、嗅覺和觸覺。這些設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)從根本上滿足了在展示科普空間中，兒童內(nèi)心的心理需求和游戲過程中的創(chuàng)造力。通過對空間的組織變化，營造和諧的室內(nèi)環(huán)境，達(dá)到視覺功能和心理功能的協(xié)調(diào)。

四、基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的兒童科普交互設(shè)計(jì)實(shí)踐研究

（一）兒童科普交互設(shè)計(jì)策略

服務(wù)系統(tǒng)由線上小程序和線下場館服務(wù)組成，線上小程序包括活動預(yù)約、記錄、科普咨詢推廣，社群服務(wù)及安全保障服務(wù)。線下場館服務(wù)包括VR科普體驗(yàn)服務(wù)，參觀游覽服務(wù)，親子主題活動、積分兌換服務(wù)及VR體驗(yàn)館。為了進(jìn)一步明確參與兒童科普服務(wù)的整個(gè)流程，對用戶的整個(gè)游覽旅程進(jìn)行梳理如圖4所示。以兒童為中心的敘事設(shè)計(jì)方法，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓兒童在空間中發(fā)揮主導(dǎo)作用，實(shí)現(xiàn)兒童在情境游戲中更好的發(fā)展和成長。嘗試通過視聽體驗(yàn)和互動多媒體設(shè)備創(chuàng)造一個(gè)敘事環(huán)境，讓孩子們可以使用他們的行為動作，包括姿勢、行為、動作和音量，來控制虛擬場景中光線和圖像的變化，創(chuàng)造自己的圖像。它還可以用于創(chuàng)建參數(shù)化和可視化系統(tǒng)。具體來說，用戶首先在線上小程序進(jìn)行活動預(yù)約，并且選擇自駕前往或者預(yù)約接送服務(wù)，在指定時(shí)間到達(dá)場館并進(jìn)行身份驗(yàn)證后進(jìn)入場館。隨后參與到相應(yīng)活動中，包括簽到、領(lǐng)取勛章，進(jìn)行游覽和參與對應(yīng)活動的小講堂，最后進(jìn)行獎勵兌換和形成個(gè)性化的活動記錄，并形成相應(yīng)的社群。

基于以上設(shè)計(jì)思考，對兒童科普服務(wù)體驗(yàn)館進(jìn)行設(shè)計(jì)，以自然知識科普為例，在設(shè)計(jì)過程中遵循以下幾種設(shè)計(jì)策略：

1.多媒體自然交互

設(shè)計(jì)中考慮運(yùn)用身臨其境的環(huán)境，去詮釋一個(gè)自然生態(tài)系統(tǒng)，邀請兒童通過創(chuàng)建自己的視聽節(jié)目來參與體驗(yàn)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建一個(gè)智能的數(shù)據(jù)環(huán)境空間，可以動態(tài)地表達(dá)不同形式的信息，將觀眾帶入虛擬現(xiàn)實(shí)空間中，提高兒童對物理空間的感知，在環(huán)境中提供不同程度的沉浸感。所有的內(nèi)容都被實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)，就像在自然的展示空間中創(chuàng)造出一個(gè)系列的互動隨機(jī)變化的過程。帶領(lǐng)觀眾到環(huán)境的中心去感受微妙的變幻。

2.多樣化展教方式

多樣化展教方式能夠同整個(gè)展示空間或者其中某個(gè)互動項(xiàng)目進(jìn)行交流互動，即在展出示意的時(shí)候或者前期邀請受眾兒童加入創(chuàng)作，利用將展示空間與孩子們之間的互動溝通作為橋梁，進(jìn)行展示空間的策劃、展品挑選、展覽細(xì)節(jié)等前期工作，在整個(gè)互動過程中進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而完成更好的空間展示設(shè)計(jì)。

在空間設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過娛樂等方式模擬教育時(shí)候的互動游戲和情景展現(xiàn)，例如讓孩子們找出展品與文化知識之間的關(guān)系連接，可以更好的提高在展示空間的互動性、參與感和趣味性，為展示空間設(shè)計(jì)增添一些不一樣的趣味。現(xiàn)在科技技術(shù)在戰(zhàn)士科普空間主要以傳播文化理念和歷史內(nèi)容為主，更多以時(shí)間線為主線，讓孩子們在空間中順著時(shí)間線的空間設(shè)計(jì)隨著空間的轉(zhuǎn)換經(jīng)歷深刻的變化，從而創(chuàng)造形成全新的展示理念。

3.可多變場景設(shè)計(jì)

可多變場景設(shè)計(jì)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的一個(gè)重要概念。在這個(gè)多元化和快速變化的時(shí)代，設(shè)計(jì)師需要考慮到不同場景下的使用情況，以便創(chuàng)造出更加靈活和實(shí)用的設(shè)計(jì)方案?？啥嘧儓鼍霸O(shè)計(jì)可以增加幼兒探索空間，與空間互動的機(jī)會，增強(qiáng)幼兒對空間的感知力，同時(shí)讓幼兒之間有更多的交流互動，如游戲、交流、學(xué)習(xí)等。整體空間以少量墻體分隔空間，只要通過隔斷、高差與光線等軟裝來豐富空間層次。在設(shè)計(jì)場景時(shí)，參觀者只需要佩戴專用的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，就可以看到每個(gè)展覽的詳細(xì)描述，包括圖像、文本演示、視頻等。設(shè)計(jì)師應(yīng)該考慮到不同場景下的使用情況，以創(chuàng)造出更加靈活和實(shí)用的設(shè)計(jì)方案。通過使用響應(yīng)式設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)和云技術(shù)，設(shè)計(jì)師可以實(shí)現(xiàn)這種多變性，為用戶提供更好的體驗(yàn)和更高的可用性。

（二）兒童科普空間設(shè)計(jì)

見圖1，科普展示空間包含的元素主要關(guān)懷性、互動性、教育性有關(guān)。兒童科普展示空間展示了空間設(shè)計(jì)元素，結(jié)合了身體、情境、生成和動態(tài)認(rèn)知的理論特征，探索了兒童對科學(xué)的需求體現(xiàn)在物理感知、行為、互動和意義交換三個(gè)方面。通過使用生動的視覺表達(dá)來豐富生活生活感情色彩、直覺，將抽象的科普知識轉(zhuǎn)化在特定具體的場景中，讓孩子們充分沉浸在科學(xué)的內(nèi)涵中，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化認(rèn)知的增強(qiáng)，促進(jìn)孩子們對科學(xué)的理解，獲得智力延伸。虛擬信息空間和真實(shí)物理空間的結(jié)合，在多維情境空間中創(chuàng)造了身臨其境的時(shí)空環(huán)境。對于科普展示空間情景性設(shè)計(jì)，光線、材料等所營造的視覺要素尤為重要。探索和提高科學(xué)內(nèi)容，確?？茖W(xué)展品與情景信息相匹配，強(qiáng)調(diào)明亮的光線與展覽環(huán)境中的材料和顏色之間的緊密聯(lián)系，創(chuàng)造視覺和情感體驗(yàn)?？破照故究臻g應(yīng)注重兒童的身體參與和互動，讓他們享受科普展示和學(xué)習(xí)[6]。

圖1 兒童科普體驗(yàn)館示例

（三）兒童科普交互界面設(shè)計(jì)

兒童科普服務(wù)小程序分為首頁、圈子和我的三個(gè)板塊。在首頁中頂部提供近期的科普活動介紹banner，可通過左右滑動查看更多信息，在兒童科普特色主題活動中羅列近期開展的活動，明確各個(gè)活動的主題，并提供詳情入口，在各主題活動的詳情頁中，有詳細(xì)的活動內(nèi)容和流程介紹，并在頂部活動介紹圖片中提供“立即參與”的入口。在首頁左側(cè)懸浮提供在線客服的按鈕，確保用戶隨時(shí)有問題都能夠得到到解答。在圈子中根據(jù)參與的活動記錄提供可能感興趣的社區(qū)入口，也可以在頂部進(jìn)行篩選查找符合自己預(yù)期的社群。在該頁面的下部分則提供參與的活動相冊（系統(tǒng)智能識別上傳），在底部則提供一些家長的話題和一些科普的資訊，可直接進(jìn)行交流和溝通。在我的板塊中，主要是個(gè)人信息和設(shè)置，個(gè)人信息包括該服務(wù)系統(tǒng)中積分的累積，參與活動的記錄，發(fā)的帖子以及加入的圈子。在最下方則是自己上傳的孩子的成長相冊。并且在我的頁面中提供孩子信息編輯的入口。孩子信息的編輯主要包括基本信息、家庭信息、興趣愛好和個(gè)性標(biāo)簽。三個(gè)板塊形成完整的線上服務(wù)，包括活動的預(yù)約，問題的解答以及相應(yīng)社群的建立和溝通，以及信息的及時(shí)更新和維護(hù)，提高用戶黏性。

結(jié)語

針對兒童科普的展示空間是引導(dǎo)兒童擁有主動探索能力的集中學(xué)習(xí)場所，需要符合兒童發(fā)展的特點(diǎn)。如何合理利用現(xiàn)代科技中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)出符合兒童生理、心理、行為特點(diǎn)的科普展示空間，是設(shè)計(jì)并發(fā)揮空間可持續(xù)教育的關(guān)鍵所在。文章從兒童角度分析，圍繞現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，提出針對兒童行為活動與心理活動兩個(gè)方面的空間設(shè)計(jì)點(diǎn)，并由此展開提升兒童空間學(xué)習(xí)認(rèn)知的探討，提出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的互動展示形式對兒童的學(xué)習(xí)進(jìn)行多樣化的認(rèn)知引導(dǎo)，給展示空間創(chuàng)造更多的發(fā)展可能性。