VR應用的界面設計要素概述

陳端端

摘要：文章概述了VR應用的界面設計要素。VR正向需更為精準的對內容進行細分的發展方向，傳統數字媒介的界面設計規范與流程無法直接移植到VR應用界面設計領域。設計者需要對其設備與交互方式的革新在界面設計上所呈現的獨特與專業性具有新的認識。已有VR相關的界面設計與交互規范手冊，傳統數字媒介的界面與交互設計師們也在探索VR領域特有的用戶體驗規范。這些規范正在逐步構成VR界面設計的業界標準，從中也可看到更為實用的VR應用發展方向。

關鍵詞：VR；界面設計；設計要素；設計基礎

1 VR界面設計規范的意義

在PC端網站、手機端APP、機頂盒等媒介方面，都已有成熟的界面設計規范與工作流程，這在VR應用領域是缺乏的。經過幾年的發展，谷歌等大型公司提出了Cardboard交互規范一類指導性文件，許多業界從業人員也梳理了他們的工作經驗，研究并制定出相應規范與流程，VR界面設計正在由大風刮去之后留下的一批實踐者所堅持前進的道路上成長與成熟。當然界面交互在VR應用中并不一定總是存在，用戶處于虛擬環境中很多交互不通過界面進行，甚至有一些VR應用提供用戶純粹地被動體驗而不存在交互。但除了單純感官刺激類的VR應用，相對復雜的程序一定存在分支，需要用戶與之發生交互行為，這時的界面設計就被提到了議事日程[1]。

2 VR應用中的設計要素

VR應用的設計分為“用戶”“環境”“界面”與“交互”4個部分，本文所關注的是其中“界面”設計的部分。當前的VR設備分為移動端頭顯、PC端頭顯和一體機頭顯。3種設備上的VR應用都需要具有針對性地進行設計。

首先，VR應用中的“界面”，是用戶在有探尋環境、控制流程、調節體驗、切換場景、設置功能等需要時，可以通過它與程序進行交互的系列虛擬物體。由此可見，VR應用中的界面可能是類似于紙片的平面存在，也可能是幾乎與真實環境融為一體的某種物品，比如幾只盒子幾扇門等。

其次，VR應用中的“界面”，一定存在交互的功能，用戶需要通過它將應用的使用或體驗推進下去，必須設計成不讓用戶付出較高探索成本和操控成本的形式。有工程師認為，所有的VR應用都可以用“環境”和“交互界面”復雜度來進行衡量分類，即存在4個象限，它們分別是環境的“高度復雜一無”，以及界面的“高度復雜一無”。在筆者所舉的偏向第一種象限區域的例子——即環境高度復雜的VRAPP中，是否出現界面與交互是需要慎重考慮的——因為這提高了用戶的探索和學習成本，并有可能破壞整個應用的沉浸感與真實感。而在第2種象限區域的例子中，界面的設計變得格外重要，在幾乎所有的設計規范與流程文檔中，都提到了不當設計所產生的惡劣用戶體驗導致的糟糕后果[2]。

2.1 界面框架與尺寸

界面的框架，即畫布尺寸是屢被提及的設計要點與難點。VR中的界面是立體畫布，一個合理的畫布尺寸無法通過直觀的預估來確定，甚至不能在設計工具中實時監測其大小是否合理。工程師們首先建議將VR畫布理解成球面影像的展開圖，即球面投影。全寬投影是360°的水平投影加上180。的縱向投影，以1°對應一個PX來理解，可定義VR畫布尺寸為3 600 PXX1 800 PX。顯然這不是界面所應有的尺寸——不能讓用戶上下左右看遍才能瀏覽整個界面。因此界面的尺寸應該在用戶面對的正中間的位置，根據MikeAlger對舒適可視范圍的早期研究，適合在VR應用中成為交互界面畫布的尺寸應該大概占立體環境的1/9，此例中則為1 200 PXX600 PX。VR設備的參數之一為PPD （Pixel PerDegree），即1°中含有多少個PX，一般來說PPD大于等于60，人眼的視覺感受才不會產生顆粒感，具體界面畫布尺寸需要參考目標應用設備的硬件參數[3]。

2.2 可視角度

用戶使用VR應用時，仿佛站在一塊真實環境中，界面是獨立于他的一塊虛擬物體，用戶需要看清整個界面時可能需要轉頭，也就是可視角度這一參考數值。

可視角度在VR設備中被稱之為視場角（Field ofView，FOV），即人眼所能看到的范圍。視分為水平視場角和垂直視場角。在水平方向上，人眼的靜止視場角為約120°，轉動眼睛時的視場角約為200°。在垂直方向上人眼的靜止視場角為55°，其中向上約為25°，向下約為30°，轉動眼睛時為120°，其中向上50°、向—F70°（人站立時的自然視線是往下約10°，坐著時的自然視線為往下15°～50°。如果有必要，可以斟酌地將使用這一修正量）。水平方向的最佳視場角約為60°，垂直方向的最佳視場角約為30°，在此范圍內的界面最容易看清且無需轉頭。而如果兩塊具有相關性質的界面被放到了需要用戶頻繁轉動頭部進行觀察位置，使用一段時間用戶就會感覺疲勞[4]。

在確定VR應用的界面畫布大小時，需要將PPD與FOV結合起來計算，以Oculus DK2為例，該設備的單眼分辨率為960 PX×1 080 PX，它的視場角為100°，所以該設備的PPD-960/100-9.6，即10包含9.6PX。當為此設備設計VR應用時，假設用戶不轉動頭部時水平方向的舒適角度為60°，垂直方向的舒適度為30°，則該設備頭部靜止時最為舒適的觀看界面大小因為：9.6×60=576 PX（水平像素數）和9.6X30=288 PX（垂直像素數）。如果以傳統數碼媒介的UX設計規范，設計成1 920 PXX1 080 PX大小，則用戶從水平和垂直兩個方向，都需要轉頭才能看全界面，這種用戶體驗的是非常糟糕的。

2.3 信息深度

VR設備提供三維環境，界面設計中，深度也存在舒適值范圍，太靠近會讓用戶感覺信息逼近臉部，而距離過遠又會讓用戶看不清而造成識別困難。工程師建議將界面的深度數值控制在距離用戶0.5～20 m。

現實世界中，人眼經常需要一些參考信息來確定某物體與自己的距離，在VR應用中更是如此?？梢酝ㄟ^增加透視網格、光影等信息協助大腦確立界面與自己的深度關系[5]。

2.4 空間參考系

手機等傳統數碼媒介的界面空間參考就是其屏幕，即使存在多屏界面，用戶關注的也總是當前位于手機屏幕上的那一個，而VR應用存在于一個空間中，不存在屏幕那樣的物理平面可作為坐標參考系，用戶可能在抬頭時，注視一塊位于上方5m遠的界面，低頭時注視一塊位于下方2m遠的界面。因此在決定界面的放置時，適當的參考系對于VR界面的可用性和用戶舒適度非常必要。一般來說，存在3種坐標參考系，它們分別是以用戶的頭部為參考系（Head ReferenceFrame，HRF）、以用戶的軀體為參考系（Torso ReferenceFrame，TRF）以及以虛擬世界為參考系（Vritual WorldReference Frame， VWRF）[6].

HRF使界面跟隨用戶的頭部運動。這種坐標參考系適合用來注視導向的選擇，比如需要一直位于用戶眼前導引他前進方向的交互信息或是VR應用的Logo、標題等。這種坐標系參考界面在設計時不能關閉頭部追蹤，哪怕只有短暫的時間，用戶也會感到不舒適[7]。

TRF使界面跟隨用戶的身體運動。使用這種坐標系來顯現的界面，有點像一個隨身攜帶的功能腰帶，用戶希望取用信息或交互時就低頭往下看。一般來說，顯示信息更適合使用TRF，這就像一本放置在桌上的書籍，不會隨著頭部的運動而移動，更便于觀察和讀取。

VWRF，這種參考系下的界面是不隨用戶移動的，而是和虛擬場景中的其他靜止物體一樣，矗立在某個位置?；谶@種參考系的界面，可以提供用戶當前位置與方向信息，建立較大范圍的地圖認知和導航信息。

3 結語

如今，生產者與設計者都在尋找VR為用戶實際使用之處，由于VR的空間屬性及其與用戶交互的模式的特定性，其界面設計中的框架與大小、可視角度、空間信息與坐標參考系等基礎設計指標，都是設計師必須依據不同設備與應用功能進行首要考量的因素。

[參考文獻]

[1]藺薛菲.虛擬現實三維場景建模與人機交互應用技術研究[J]藝術與設計（理論版），2017 （4）：100-102.

[2]COCOPENG.Google VR規范[EB/OL].（ 2016- 08 -03） [2018- 01-31].http：//www.cocoachina.com/vr/20160803/17272.html.

[3]楊文超面向個人體驗的人機交互技術研究與應用[D]綿陽：西南科技大學，2017.

[4]潘尚仕.虛擬現實（VR）情景下的界面設計模式解析[J].藝術科技，2016 （12）：261-262.

[5]趙沁平，周彬，李甲，陳小武.虛擬現實技術研究進展[J]科技導報，2016 （14）：71-75.

[5]迪建.虛擬現實VR產品及其產業鏈探究[J]集成電路應用，2016 （3）：16-20.

[6]牛祿青虛擬現實：下一個風口[J]新經濟導刊，2016 （Zl）：28-31.