自然導向的虛擬現實交互設計初探

趙穎+王峰

摘 要：為營造更加自然的虛擬現實體驗，尋找可行性交互策略，本文介紹了虛擬現實的交互特征，討論了虛擬現實的自然度衡量維度，最后從人體工學、認知心理學和環境心理學等角度提出了虛擬現實產品交互設計策略，最后得出了自然導向的虛擬設計交互設計是發展趨勢這一結論。

關鍵詞：虛擬現實；交互設計；人機交互；自然交互

2014年以來，Oculus、Gear VR、HTC Vive等虛擬現實娛樂設備的問世使得VR技術開始服務于普通消費者，從而引爆了世界級的VR產業革命。人們進入新的人機交互時代：計算機通過視覺、聽覺、觸覺等感知模擬技術為使用者構造一個可以直接使用感官交互的如同真實的立體世界，使用者不再是孤立的個體，而是成為虛擬環境的一部分，人與機器之間建立起自然的聯系。這種自然交互屬性使得基于屏幕的二維設計法則失靈，設計師必須尋求合理的交互設計方法來消除人與計算機虛擬環境之間的隔閡，營造更自然的VR體驗。

1 虛擬現實的交互特征

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱“VR”）技術是使用感官組織仿真設備和真實或虛幻環境的動態模型生成或創造出人能夠感知的環境或現實，使人能夠憑借直覺作用于計算機產生的三維仿真模型的虛擬環境。[1]它突破了時間、空間、成本和安全性的限制，提供了無限的可能性和巨大的創作空間，也為許多問題提供了新的解決方案。

1.1 2D到3D的空間變化

虛擬現實將人機界面從二維升到了三維，創建了一個綜合環境，包括光照、植被、噪音、建筑設計等，并且能模擬其在真實世界中的運行軌跡和自然規律。因此，設計師的工作不再是單純的界面設計，而更多地要考慮環境會對人的行為產生的影響。

1.2 單通道向多通道的感知變化

傳統的人機交互過程中，用戶只能通過鼠標、鍵盤或傳感設備來操控機器，是靜態的、單向的。而虛擬現實充分調動了眼、耳、口、手的能動性，根據使用者的五官感受及運動來調整呈現出來的圖像和聲音，使用者可以根據自身的需求、自然技能和感官對虛擬環境中的事物同時進行感知和操控，即實時的、雙向的感知方式。

1.3 存在限制和沖突

位置追蹤設備讓VR玩家可以在虛擬世界中自由移動，但這種自由度是有限的。真實空間的大小限制了可追蹤范圍且還可能存在障礙物，進一步限制了可玩范圍。

1.4 無固定交互范式

VR交互分為兩類。一類是由人主導的交互，目前主流的是基于觸覺反饋的六自由度手柄，適合一些高度特化的游戲應用。手勢識別則更符合人的本能，應用的場景也更為廣泛，但缺乏精度和反饋。還有一些基于語音、腦電、肌電等方面的嘗試。第二類是由機器主導的交互，計算機可以主動感知使用者的動態，如眼動追蹤、頭部跟蹤、位置追蹤等。

到目前為止，VR領域還沒有一個成熟的具有普適性的交互范式，形成了多種交互方式并存的局面。

2 虛擬現實自然度的衡量維度

本文所指的自然是指虛擬現實交互情境下的自然，包括了兩個方面：一是以貼近自然的方式去操控計算機；二是指讓用戶盡可能融入場景，交互過程中始終保持自然沉浸。

2.1 自然交互

虛擬現實中的自然交互指的是用戶可以很快適應并信任虛擬環境，憑借直覺就能無障礙地與系統進行對話。

直覺產生的通常是無意識或下意識的舉動，它的來源有兩種：一種是天生具有的能力，如人可以看到物體的形狀和顏色，感受光線明暗的變化；還有一種是后天習得的經驗，由于每個人擁有不同的生活經歷和知識水平，大家已有的經驗是各有差異的。

2.2 自然沉浸

虛擬現實的沉浸感來自感官反饋，虛實環境的感官落差越大，沉浸感也就越低，反之亦然。

第一，視覺沉浸。人眼的視場視覺角度是200°左右，視場越大，沉浸感越好。[2]場景中模型的精細程度和渲染效果也能增強立體感。

第二，聽覺沉浸。現實生活中，單一的音源經過環境折射轉化成立體聲，聽眾處于不同位置和空間，聽到的聲音也有所變化。三維立體音效模擬了這種聲音轉換方式，讓人仿佛感覺到聲音的確切位置，增加了聲音的立體感。

第三，觸覺沉浸。由于虛擬物體沒有真實的觸感，必須借助力反饋系統等特殊設備實現其觸覺感受。例如，在虛擬裝配系統中，當用戶嘗試扭緊一個虛擬螺絲時能通過力反饋感受到不斷增加的阻力。[3]

3 自然導向的虛擬現實產品交互設計策略

3.1 減少不必要的UI元素，利用功能可供性留下邏輯線索

功能可供性（Affordance）認為人知覺到的內容是事物提供的行為可能而不是事物的性質，能事物提供的這種行為可能就被稱為可供性。

在VR環境中，UI元素的頻繁使用會打破沉浸式體驗，因此可以運用可供性在環境中留下線索來引導人們的行為。這種線索可以是環境或物體帶有的直觀特征，如顏色、形狀、光線等；也可以是活動留下的痕跡，是一種內隱的信號，能起到無需打斷甚至在不需專門注意就可以傳遞信息的作用，如房間里余留的煙味。

Firewatch是一款第一人稱視角的單人探秘游戲，背景設在懷俄明州的荒野中。玩家擁有360°的視野時注意力是不固定的，不使用UI元素的話很難為玩家導航，但如果使用了UI元素又會打破沉浸感。于是，設計師采用了一種巧妙的方式：在種滿紅花的地面上空出了一條路徑提示用戶正確的前進方向，這樣既吸引了用戶的注意，又不顯得突兀。

3.2 通過環境設計營造沉浸感

不同的環境會對人的心理產生不同的作用，如開闊廣袤的環境會讓人感到渺小甚至卑微，黑暗的環境會讓人產生恐懼和不適。通過對光線、建筑、地形、色彩等進行綜合運用，可以營造不同的環境氛圍，激發人的情緒共鳴，增強沉浸感。

3.3 靈活運用自然的輸入交互方式

手柄適用于游戲，但并不是適用于所有情況。在很多場景下，視線、手勢和語音發揮了更大優勢。比如“失明筆記”這種劇情類作品，利用視線凝視啟動劇情，更加貼近人的本能，不會干擾劇情的發展。

3.4 無阻礙的移動方式，削弱虛實空間差異

虛擬環境突破了物理的界限，可以是單個空間，也可以是多個空間的聚合。但使用者在真實空間中的可移動范圍會受到限制，一比一的全程移動是不可能的，所以必須在邊界處設立標志告知玩家不可繼續向前，以保證其安全，而傳送移動可以瞬間讓用戶抵達目的地，提高了移動的效率。超重度交互的虛擬現實公園The Void則造出了完全還原虛擬世界的真實場地，使用者可以感受周遭物體并使用真實道具，實現了虛實空間的無縫融合。

3.5 給予明顯的感官反饋

交互是雙向的動作，必須給予使用者明確自然的反饋。如The Lab中的射箭游戲，當玩家拉弓是能感覺到弓弦的阻力變化的，當拉不動時說明弓弦已經拉到極限了，可以進行瞄準放箭的操作。

3.6 符合感官舒適度，避免暈眩和疲勞感

人眼的視覺分布并不是均勻的，而是聚焦式的。人眼左右各30°、向上20°、向下10°的信息范圍均屬于舒適區域。重要的信息應該放置在視覺中心，并保持合適的距離，避免頭部的頻繁轉動和長時間低頭引起的疲勞感。此外，為了避免造成暈眩，還需要對虛擬場景中的運動加速度加以控制。

參考文獻：

[1] 郭宇承，谷學靜，石琳.虛擬現實與交互設計[M].武漢：武漢大學出版社，2012.

[2] 給你一幅中國VR產業全景[EB/OL].極客公園，http：//www.geekpark.net/topics/214981.

[3] 陳雅茜，雷開彬.虛擬現實技術及應用[M].北京：科學出版社，2015.