多通道虛擬現(xiàn)實人機(jī)交互系統(tǒng)中的產(chǎn)品設(shè)計研究

張瑜

摘 要：本研究以虛擬現(xiàn)實和多通道人機(jī)交互作為產(chǎn)品設(shè)計切入點(diǎn)，采用歸納法以及類比法研究兩者之間的聯(lián)系，并進(jìn)行有機(jī)整合，提出了基于多通道虛擬現(xiàn)實人機(jī)交互系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計流程，并從設(shè)計方法學(xué)的角度導(dǎo)入具體產(chǎn)品設(shè)計實踐中。通過設(shè)計實踐對該設(shè)計行程可行性進(jìn)行了驗證，證明在流程中可以有效節(jié)約時間、空間以及設(shè)計資源，同時提高產(chǎn)品中人機(jī)交互的自然性、高效性、兼容性。

關(guān)鍵詞：多通道交互；虛擬現(xiàn)實；產(chǎn)品設(shè)計；通道

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）10-0087-02

Abstract： In this study， virtual reality and multi-channel human-computer interaction are taken as the cut-in point of product design. Induction and analogy are used to study the relationship between the two， and organic integration is carried out. The product design process based on multi-channel virtual reality human-computer interaction system is put forward， and the concrete product design practice is introduced from the point of view of design methodology. The feasibility of the design itinerary is verified by the design practice. It is proved that the design process can save time， space and design resources effectively， and at the same time improve the natural， high efficiency and compatibility of human-computer interaction in the product.

Keywords： multi-channel interaction； virtual reality； product design； channel

多通道交互是指用戶同時通過多個不同通道或者同一通道的不同形式，感知產(chǎn)品信息并與之進(jìn)行互動[1]，追求以自然、高效、并行、協(xié)作的方式來進(jìn)行人機(jī)對話[2]。

虛擬現(xiàn)實本身就是一種多通道交互系統(tǒng)，即多通道虛擬現(xiàn)實人機(jī)交互系統(tǒng)[3]，將虛擬人在虛擬環(huán)境中的交互感知轉(zhuǎn)化為真人與虛擬環(huán)境的交互體驗。多通道交互致力于實現(xiàn)人與產(chǎn)品交互的真實、自然性[4]，而虛擬現(xiàn)實的仿真特性、沉浸感和多維交互性可以很好地滿足這個需求。多通道虛擬現(xiàn)實人機(jī)交互系統(tǒng)將兩者特點(diǎn)結(jié)合，建立多個單體之間的通信聯(lián)系，將虛擬環(huán)境在真實世界中進(jìn)行模擬，是一種新的交互體驗[5]。

1 多通道交互產(chǎn)品

在多通道虛擬現(xiàn)實人機(jī)交互系統(tǒng)中，為了交互方式更自然，用戶體驗和沉浸感更好，設(shè)計師會將多種單一通道的交互設(shè)備進(jìn)行重構(gòu)、設(shè)計、集成，整合設(shè)計于某一種或一系列實體產(chǎn)品中，如萬向跑步機(jī)，智能可穿戴背心等。本文在對多通道人機(jī)交互和虛擬現(xiàn)實研究的基礎(chǔ)上，提出了多通道虛擬現(xiàn)實人機(jī)交互系統(tǒng)中的產(chǎn)品設(shè)計流程。在理論意義層面，本研究進(jìn)一步豐富了產(chǎn)品設(shè)計方法學(xué)的理論體系；在實際意義層面，本研究可以提高設(shè)計師產(chǎn)品設(shè)計效率和質(zhì)量，提升產(chǎn)品的用戶交互效率和體驗。

2 多通道虛擬現(xiàn)實人機(jī)交互產(chǎn)品設(shè)計流程

2.1 對虛擬環(huán)境語義對象進(jìn)行深入研究

不同的虛擬環(huán)境讓用戶有不同的體驗，即存在不同的行為方式，需要不同多通道產(chǎn)品實現(xiàn)，所以首先要對虛擬環(huán)境進(jìn)行研究。深入研究即包括對每個語義對象的調(diào)研、分析、總結(jié)等，分析歸納出在此虛擬環(huán)境中最典型的語義對象。過程中主要解決兩個問題，一是這個虛擬環(huán)境想通過用戶的感知通道讓用戶感知到哪些語義信息；二是用戶感知到信息后需要通過效應(yīng)通道對虛擬環(huán)境做出哪些響應(yīng)和反饋。

2.2 確定產(chǎn)品的交互方式和功能

確定產(chǎn)品的交互方式和功能就是把虛擬人的交互需求轉(zhuǎn)化為真人的交互需求的過程，分析虛擬人在虛擬環(huán)境中的交互需求和真人是否要一致的問題，考慮虛擬人的每個交互需求在真實環(huán)境中模擬的可行性和優(yōu)先級。一般有兩種情況，一種是在原行為方式上進(jìn)行模擬，如VR畫畫，橡皮擦擦除方式可直接用手勢代替；另一種是模擬行為方式較難情況，如VR-CS游戲中，模擬虛擬人從背包切換不同器械的行為，就可以用簡易按鈕方式代替切換。

2.3 設(shè)計產(chǎn)品通道的相關(guān)邏輯流程

產(chǎn)品的各通道交互方式確定后，需要整合這些通道間的相關(guān)使用邏輯流程，規(guī)劃單一通道的不同形式之間及各通道之間的內(nèi)在聯(lián)系。過程中，會遇見一對多（一個通道的多個使用形式）、一對一、或者一對零的情況，特別是后兩者，要在此基礎(chǔ)上做出進(jìn)一步優(yōu)化。這個流程是建立在符合實用性、經(jīng)濟(jì)性、獨(dú)立性、互補(bǔ)性、動作節(jié)約性、區(qū)分性的基礎(chǔ)上[6]。

2.4 對產(chǎn)品進(jìn)行具體工業(yè)設(shè)計

通常情況下，多通道交互產(chǎn)品由四種設(shè)備構(gòu)件構(gòu)成：一是真實環(huán)境數(shù)據(jù)采集設(shè)備；二是傳遞環(huán)境狀態(tài)變化，作用于感知通道的設(shè)備構(gòu)件；三是接收虛擬環(huán)境數(shù)據(jù)控制二類構(gòu)件的控制器；四是對上述構(gòu)件進(jìn)行裝配的固件以及其外形構(gòu)件。對產(chǎn)品進(jìn)行具體的工業(yè)設(shè)計，主要包括根據(jù)需求選用構(gòu)件，對各構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的整合規(guī)劃，要求整個產(chǎn)品設(shè)計合理適用，將復(fù)雜轉(zhuǎn)化為簡單，有明確的產(chǎn)品語義。

2.5 可行性評估

可行性評估是產(chǎn)品設(shè)計流程中不能忽略的環(huán)節(jié)，是對產(chǎn)品的一種綜合性評價，在完成了產(chǎn)品相關(guān)整合設(shè)計工作之后，要在虛擬環(huán)境和真實環(huán)境中進(jìn)行測試，做一個客觀全面的可行性評估，主要有五個評價標(biāo)準(zhǔn)：人性化（人因工程、心理指向）、功能、結(jié)構(gòu)、形態(tài)以及經(jīng)濟(jì)性。

3 基于多通道虛擬現(xiàn)實人機(jī)交互系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計流程案例分析

本研究筆者以室內(nèi)健身車為例對上述產(chǎn)品設(shè)計流程做一個具體的實踐說明。

3.1 對虛擬騎行環(huán)境中語義對象進(jìn)行深入研究

在產(chǎn)品設(shè)計之前，課題組成員已經(jīng)開發(fā)出一套VR自行車騎行游戲系統(tǒng)，所以筆者直接對此游戲的虛擬環(huán)境語義對象進(jìn)行了研究分析。在這個自行車騎行虛擬環(huán)境中，用戶主要任務(wù)是在規(guī)定時間內(nèi)跟隨地圖指示按道路路徑騎行，躲避障礙物并消除“怪獸”。這個過程中，虛擬人通過感知通道感知信息（視、聽、嗅、觸），在感知到這些信息后通過效應(yīng)通道（手、腳、身體）等作出反饋，形成一個交互信息閉環(huán)空間。

3.2 確定騎行產(chǎn)品的交互方式和功能

自行車騎行作為一種最普及的交通和健身方式，觸覺是最重要的感知通道，俯仰、側(cè)傾、阻力、顛簸等是其中的關(guān)鍵體驗因素，其次視覺、聽覺通道在此產(chǎn)品中也是必要感知通道，嗅覺優(yōu)先級較低當(dāng)這些體驗響應(yīng)與虛擬環(huán)境同步后可加強(qiáng)用戶沉浸感，同時減少VR設(shè)備帶來的暈眩感。在效應(yīng)通道方面，用戶通過效應(yīng)通道實現(xiàn)基本的騎行動作（轉(zhuǎn)彎、蹬腳踏、剎車）和游戲規(guī)則動作（發(fā)射“炮彈”）。

3.3 設(shè)計騎行產(chǎn)品通道的相關(guān)使用邏輯流程

除了視覺通道，確定觸覺和聽覺為用戶的主要交互通道。觸覺通道的典型行為方式有控制龍頭、蹬腳踏、剎車等，在中間件（編碼器，光電門等）接收到動作信息后系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，反饋包括速度、俯仰、側(cè)傾、阻力、顛簸等體感給用戶，這些體感由伺服電動缸、磁粉控制器和氣彈簧實現(xiàn)。除此之外，觸覺的行為方式上由于有游戲交互需求，需在車把上增加“發(fā)射炮彈”按鈕，聽覺通道直接由音響提供。騎行過程中，用戶的感知通道和效應(yīng)通道同時工作，不斷與產(chǎn)品進(jìn)行信息交換，信息在系統(tǒng)中循環(huán)并形成互補(bǔ)，這時用戶在虛擬環(huán)境中的騎行體驗也更接近自然。

3.4 對產(chǎn)品進(jìn)行具體工業(yè)設(shè)計

首先對室內(nèi)健身自行車的外部形態(tài)進(jìn)行構(gòu)思，提出多個概念性方案，再根據(jù)機(jī)械傳動方式、技術(shù)工藝、材料等確定產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)對多個概念方案考量，確定后進(jìn)一步設(shè)計外部形態(tài)，包括整體的造型、人機(jī)尺寸和色彩等。經(jīng)過方案的不斷迭代推敲，最后確定最佳方案，如圖1。

3.5 可行性評測

多通道室內(nèi)健身自行車的設(shè)計部分完成，為了評測其效應(yīng)，筆者首先在建模軟件進(jìn)行了運(yùn)動模擬，結(jié)構(gòu)設(shè)計上能夠順利完成俯仰、側(cè)傾、阻力、顛簸等功能。接下來，參照結(jié)構(gòu)設(shè)計加工裝配了一款原型，如圖2。經(jīng)過對VR騎行游戲的虛擬環(huán)境的調(diào)試，進(jìn)行了實踐測試，自行車能正常使用，并達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，暈眩感與普通健身車相比有所減少，但依然存在，這是虛擬現(xiàn)實體驗?zāi)壳安豢杀苊獾膯栴}。

本案例從產(chǎn)品設(shè)計層面上立足于多效應(yīng)對虛擬環(huán)境下多通道人機(jī)交互做一個說明，也詮釋了本文對基于多通道虛擬現(xiàn)實人機(jī)交互系統(tǒng)中的設(shè)計流程研究。這種設(shè)計流程提高設(shè)計師產(chǎn)品設(shè)計效率和質(zhì)量，各個交互流程得到合理的調(diào)節(jié)和整合，提升了產(chǎn)品的用戶交互效率和體驗。

4 結(jié)束語

多通道虛擬現(xiàn)實人機(jī)交互系統(tǒng)合理結(jié)合了多通道交互和虛擬現(xiàn)實特點(diǎn)，將用戶體驗帶到一個新維度。基于對此系統(tǒng)中的產(chǎn)品設(shè)計流程研究，有效節(jié)約了時間、空間以及設(shè)計資源，提高設(shè)計效率和質(zhì)量，同時實現(xiàn)了人、產(chǎn)品、虛擬環(huán)境之間交互的自然性、高效性、兼容性。在這個系統(tǒng)中，虛擬現(xiàn)實部分帶來的暈眩現(xiàn)在技術(shù)上還未解決，作為產(chǎn)品設(shè)計師，怎樣從產(chǎn)品設(shè)計和交互設(shè)計角度盡量減輕暈眩感是接下來需要研究的課題。

參考文獻(xiàn)：

[1]張超，趙江洪.汽車導(dǎo)航多通道交互設(shè)計[J].包裝工程，2015（22）：67-70.

[2]俸文.多通道人機(jī)交互技術(shù)的研究[D].南京理工大學(xué)，2004.

[3]Laurence M. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering[J].Journal of Bone & Joint Surgery， 1995，13（4）：1-1.

[4]高欣，孫漢旭，賈慶軒，等.自行車仿真健身器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2005，17（5）：1163-1167.

[5]田遠(yuǎn)霞.增強(qiáng)現(xiàn)實下多通道交互模型研究與實現(xiàn)[D].浙江大學(xué)，2015.

[6]周明.多通道人機(jī)交互系統(tǒng)在產(chǎn)品設(shè)計中的整合應(yīng)用研究[C].2007國際工業(yè)設(shè)計研討會暨全國工業(yè)設(shè)計學(xué)術(shù)年會，2007.