自然交互界面在游戲領域的應用

杜 云 （清華大學美術學院 北京 100000）

自然交互界面在游戲領域的應用

杜 云 （清華大學美術學院 北京 100000）

本文通過對電子游戲交互方式的發展歷程進行回顧，并對游戲發展過程與計算機交互界面發展的節點進行分析，探討了電子游戲的交互形式在計算機技術發展的影響下走向回歸自然，更追求體驗感的趨勢。進一步提出自然用戶界面[1]在電子游戲應用中的重要意義和優勢，以及基于自然交互界面的游戲交互設計需注意的幾個方面。

自然交互；游戲設計；用戶界面

游戲自古就是人類生活中相當重要的部分，它幫助人們強健身體、開發智力。在漫長的歲月中，世界各地的人們發明出數以萬計的游戲形式，它們大致可分為兩類：桌面游戲（Table Game) 和場地游戲（Lawn Games)，圖1中的場景即為至今仍很受歡迎的網球游戲。

傳統游戲大致包含3個特點：1.多人參與，不論是棋牌類游戲還是肢體游戲，大多由二至多人參與，合作或對弈；2.同時性，參與游戲的人需要在同一時間同一地點一起進行游戲；3.直接接觸，參與人使用道具或作用于人，不需要語義轉化。

隨著科學技術的發展，電腦的出現使電子游戲逐漸滲透到人們的生活中。而游戲的人機交互形式往往比應用類產品先走一步。從1946年第一臺電子計算機問世，便開啟了人機交互（Human-Computer Interface）的時代。從由指示燈和機械開關組成的機械操作界面演變到由終端和鍵盤組成的字符作業控制語言及交互命令語言界面（Character User Interface, CUI）用了11年，直到1957年IBM公司推出FORTRAN機器語言[2]。圖形用戶界面（Graphic User Interface, GUI）最早出現在十九世紀70年代，由美國Xerox公司的Palo Alto研究中心研究員Alan Kay提出了Smalltalk面向對象程序設計等思想，并發明了重疊式多窗口系統[3]，見圖2。

真正商用是1980年 Three Rivers公司推出Perq圖形工作站開始的。而早在1962年麻省理工學院開發的世界上第一個電子游戲《太空大戰》（Space War）已完全采用圖形用戶操作界面，見圖3。這是一款兩人對戰游戲，而當時做對戰的原因只是因為它比編程做電腦AI角色容易很多。

圖2

圖3

圖4

如果說《太空大戰》只是學術研究，那么真正意義上商業化的電子游戲則是十年后雅達利（Atari）公司的《Pong》，見圖4，它開創了電子游戲商業化的先河。《Pong》通過兩個操縱桿的上下晃動來控制“球拍”的移動，將屏幕中到處反彈的光斑彈到對方那邊，接不到則失分。就是這樣一款簡單的游戲獲得了巨額的財富。

之后隨著計算機技術的飛速發展、個人電腦的普及，使用鼠標、鍵盤控制的游戲漸漸代替了純機械操作的街機、手柄游戲的主流位置。世界上第一款在市場上獲得巨大成功的PC圖形動作冒險游戲《波斯王子》是由Broderbund公司在1989年根據阿拉伯民族的古老傳說《一千零一夜》在APPLE平臺上制作的，它代表了當時電腦技術的最高水平。

電子游戲經過幾十年發展，最明顯的趨勢就是“自然化交互方式”的轉變。一方面隨著電腦的移動化程度提高，平板電腦、手機成為游戲的“新戰場”，通過多點觸摸代替鼠標點選、語音輸入、重力加速感應以及震動等反饋機制，使游戲的操作更加自然直接；另一方面wii的出現顛覆了“手柄”模式的操作，玩家只需要手拿著控制器在屏幕中指向和揮動即可完成復雜的操作。而Kinect則徹底拋棄了控制器，實現了通過全身動作的變化操作游戲。游戲的操作方式逐漸回歸到傳統游戲方式中，而在游戲內容方面提供了更多可能。

自然交互界面相對于單純的圖形交互界面在游戲應用中具有諸多優勢，主要體現在如下幾個方面：

首先，自然交互界面使人操作計算機的方式更接近于日常自然交流，大大降低了學習成本。

例如記住字母按鍵在鍵盤中的位置，在圖形交互界面中記住“按鈕”和普通圖片的區別、什么樣的文字是超鏈接，以及右鍵點擊鼠標會出現選項菜單等都需要一定的認知轉化過程，而自然交互界面往往采用日常交流中經常用到的方式，例如手勢、說話等，減輕記憶和認知轉化的負擔，使人與計算機的交流更加流暢。

在游戲中，自然交互界面避免了將游戲動作轉化為各種按鍵而產生的困惑，例如使用操作手柄時做一個抓取挪動動作需要先使用方向按鍵將光標移動到相應位置，按下定義為“抓取”的按鈕，再使用方向按鍵將光標移到目標位置按下“松開”按鈕；使用鼠標時也需要握著鼠標在桌面劃動使屏幕中的光標移到相應位置按下鼠標左鍵，拖動鼠標使光標移到目標位置放開左鍵；而使用自然交互方式中的手勢識別卻只需要將手放到需要移動的物體前做“抓取”的動作，移到目標位置“放開”即可。

其次，豐富的輸入方式不但提供了更多操作的可能，而且增加游戲趣味性、增強游戲玩家的參與感。

自然交互界面是一個多學科交叉的研究領域。它包括多點觸摸（MultiTouch） 、體感手勢識別（Gesture Recognition）、語音識別（Voice Recognition）、重力加速感應（Gravity Acceleration ）、腦電波識別（Brain-Computer Interface）[4]等多種技術形式。

將這些新技術應用到游戲領域改變了單一的操作方式，給玩家更多發揮的空間。例如之前玩舞蹈類游戲，玩家只能通過按鍵盤的上下左右四鍵來控制角色的動作，幾乎沒有“參與性”可言；之后可以通過購買跳舞毯連接電腦，用腳踩跳舞毯上的4個箭頭實現控制，玩家已可以真正通過“跳舞”來參與游戲了，但玩家卻無法真正關注到舞蹈動作，只是踩對箭頭；帶有紅外感應的“手舞足蹈”跳舞機出現之后很大程度上調動了玩家的雙手；Kinect推出舞蹈游戲之后，通過攝像頭直接拍攝玩家的動作，玩家需要在音樂節點時卡上規定的姿勢，這不但保持了本身的游戲性，更大大增強了玩家的參與感。

再次，多種輸出形式以及高質量的反饋機制提供了更加真實、多維度的感官體驗。

例如3D場景、佩戴式3D眼睛中顯示的浸入式場景為玩家提供了“身臨其境”的感覺，游戲體驗更加真實；大尺寸屏幕或投影、立體聲取代了曾經的21寸電視機使感官得到更強烈的震撼效果；最重要的時高精度的識別反饋機制，例如強大的運算能力能夠快速準確的識別語音并給予及時恰當的反饋，手勢操作時即使不能真實的拿到某個物體，屏幕中的虛擬物體也會牢牢的被“掌握”，體感識別能在屏幕中實時看到自己的動作與游戲角色間的強烈聯系等。

作為交互設計師，我們不但要充分發揮自然交互界面的優勢，同時需要著重注意游戲自然交互界面設計過程中如下幾個問題：

第一，保護游戲玩家的操控感

游戲交互界面必須確保玩家的操作行為及結果與現實世界匹配。 例如當用戶在空中放下一個虛擬物品時，如果不是在太空類的失重環境下，它應該向地心引力所吸引的方向移動，如果物品沒有受到任何力的吸引而向其他方向移動的話，則違背了現實世界的規律，與玩家的認知產生分歧，那么必定造成困擾影響操控感。

及時、準確的反饋對于操控感來講同樣重要，例如玩家對目標角色說了一句話，其沒有任何反應、延遲反應或者錯誤反應，玩家會產生挫敗感，次數多了之后玩家便會選擇拒絕嘗試。因此在設計交互界面時應盡量避免使用戶產生挫敗感的情況出現。

第二，減輕游戲玩家的記憶負擔

過多的操作方式、語義容易造成玩家的記憶負擔。例如Ipad文檔編輯軟件中微調元素的操作方式是“用一根手指碰觸并按住一個對象，然后用另一根手指在你想要的方向上敲擊即可”。這是一個生活中很難見到的復雜手勢，逼迫用戶記憶繁縟、不自然的操作方式恰恰違背了自然交互界面降低學習成本的特點。另外讓用戶迷惑哪些動作可以用，哪些不可以用也是一種記憶負擔，例如Android手機用手指長按屏幕有時可以激活選項菜單，而有的時候不可以，這就使用戶產生迷惑，逼迫用戶做情景記憶。

第三，避免過于繁雜的配件

自然交互技術發明至今已有幾十年了，但至今仍未被廣泛應用的很重要一個原因是往往需要跟多硬件附件作為輔助，甚至需要用戶專門佩戴特定的“裝備”，例如前幾年轟動整個人機交互領域的“第六感”（見圖5）需要在身上掛一個奇怪的裝置才可使用，很多手勢識別需要戴手套，腦電波識別需要在腦袋上戴個連了好多線的帽子等，注定了它們只是實驗室里“高新技術”的產物。微軟的Kinect之所以獲得商業上的巨大成功，恰是因為其擺脫了所有可能裝置在玩家身上的配件，任其自由掌控。作為游戲設計師，我們要盡量避免過于追求硬件的多樣化，而要更多的考慮怎樣把高明的技術隱藏在有意義的交互行為之后。

計算機技術的發展過程中，游戲的界面以及操作方式一直先進于應用工具，因此研究游戲的交互方式對于未來用戶交互界面有著十分深遠的意義。時至今日游戲的交互方式已回歸到自然的狀態，相信不久的將來人機交互的形式會更加優化，自然交互界面是未來發展的趨勢，人類終將擺脫蜷縮在電腦屏幕前工作的狀態。作為設計師，我們應最大限度的發揮自然交互界面的優勢，設計出更加友好、易用、人性化的交互界面。

圖5

注釋：

[1](美)Jennifer Preece.Yvonne Rogers .Helen Sharp:《交互設計——超越人機交互》,劉曉暉、張景等 譯,電子工業出版社,北京, 2003。

[2]Allen, F.E."A History of Language Processor Technology in IBM".IBM Journal of Research and Development (IBM) 25 (5), September 1981.

[3]Brad A.Myers.“A brief history of human-computer interaction technology”.Interactions Volume 5 Issue 2, March/April 1998.

[4]Vidal, JJ."Toward direct brain-computer communication".Annual review of biophysics and bioengineering, 1973.