基于可供性的VRE用戶體驗研究

陳亦珂 楊勤 李太然 謝易

關鍵詞： 可供性理論運用; 虛擬現實技術; VRE; 用戶界面; 用戶體驗; 教學系統

中圖分類號： TN915?34 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2019）02?0150?05

Research on user experience of VRE based on affordance

CHEN Yike， YANG Qin， LI Tairan， XIE Yi

（Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract： The application of the affordance theory in the virtual reality environment （VRE） is explored in this paper. The feasibility of applying the affordance theory in the VRE user interface is analyzed. With the qualitative and quantitative mixed method， the experiencing mode and time consumption are compared for analysis by combining the subjective affordance and objective affordance factors， and using the desktop teaching system and virtual reality teaching system. The VRE user interface model based on affordance is constructed to improve the usability of the VRE user interface， and bring users better and faster VRE user experience effect， which can provide a reference for the development of virtual reality technology.

Keywords： affordance theory usage; virtual reality technology; VRE; user interface; user experience; teaching system

0 ?引 ?言

隨著可供性理論在產品、交互設計等領域的應用不斷深入，用戶在VR用戶界面進行交互過程中，對其VRE用戶界面中的各種信息功能進行認知，在認知過程中，包含用戶體驗中的存在感、沉浸感、可用性、感知性、具體化等因素。通過獲取用戶體驗信息構件用戶可供性模型，并分析其可行性。另一方面通過對用戶在VRE用戶界面進行交互過程中的具體步驟進行分解，并對桌面式教學系統與虛擬現實交互系統的用戶操作時間進行測試采集，對比量化分析后，再利用Matlab軟件對實驗數據進行分析。通過對主觀與客觀可供性分析，尋找用戶體驗過程中所具有的功能合理可視化后，用戶通過獲取界面信息快速找到符合需求的功能，減少用戶使用時間，從而提升用戶體驗效果。

1 ?概 ?述

1.1 ?可供性

可供性最早源于生態心理學，是美國心理學家詹姆斯·吉布森創造的[1]，并在他的《生態學的視知覺取向》中提出，用來描述“事物”被用或認知。可供性作為生態心理學中的重要概念，代表著環境為有機體提供的行為可供性，既不是觸發行為的原因，也不是被刺激的行為因素。可供性被用于認知自然物理環境及解釋自然環境中物體的物理特性與有機體行為之間存在的對應關系[2]，并強調環境與有機體是緊密聯系的。可供性理論為直接知覺論奠定了基礎，已在人機交互、交互界面等領域有著廣泛的應用與拓展。本文將可供性概念相關的理論應用于VRE用戶界面中做進一步的研究與探討。

1.2 ?可供性在用戶體驗中應用

從可供性與無意識設計理論的理解來看，可供性主要是從如界面、產品和空間的客觀因素考慮其屬性，以及人與環境之間存在的某種潛在的關系，強調人的無意識行為受到環境屬性的作用[3]。用戶體驗設計以語言學、認知心理學為基礎，從信息交流的規律和方法上為大家理解自然的人機交互行為提供理論上的支撐，幫助大家準確地實現設計意圖的傳遞。從認知心理學發展而來的生態心理學取向對用戶的無意識的實時交互體驗提供了理論基礎，以比較系統全面的觀點來審視用戶的交互過程[4]。

1.3 ?可供性在VR中現狀

用戶體驗過程應該更為主動，而不是被動接受。目前市面上有VR桌面應用形式與佩戴VR頭盔式等設備，為用戶提供良好的交互環境。雖然VR已經被廣泛應用于工業、教育、娛樂領域，并取得了巨大的飛躍，但VR體驗背后的研究，尤其是功能性的研究非常少[5]。可供性方法是一種有效的研究如何更好地提高用戶體驗模式，可供性模型最能有效地分析其可行性為虛擬環境中的用戶體驗做出系統分析的一種有效的功能方法。在VRE中需要可供性來展示什么可以互動，何時進行互動。可供性的感官顯示應該像屏幕可供性一樣不斷優化。目前VR適用于微型手勢，動態捕捉人的反應。由于VRE可能會出現各種可供選擇的事件，因此設計提示和參考可以提升用戶體驗效果。在設計虛擬現實用戶界面時，設計人員應該利用技術提供的信息并了解其可供性。設計有效的可感知的可供性，通過實現將隱形可供性轉化為現實可供性來揭示隱藏的可供性[6?7]。

對虛擬現實的支持分為不同層面的可供性（屬性/提示）和用戶感知層面屬性的情感能力，包括沉浸感、真實感、感知性和具體化等因素。從現實和隱性的可供性方面來分析其可用性，盡可能通過用戶界面來體現出用戶的認知過程并被用戶贊賞和接受，更易于用戶體驗（可用性），從而提升用戶體驗效果見圖1。

2 ?研究方法

本文以工業機器人VR教學系統為例如圖2所示，分析可供性在用戶界面中的表現及特點。運用觀察法進行調查研究、配合用戶測試展開用戶體驗認知行為分析，探討可供性在VRE用戶界面中的具體存在形式與方法，發現用戶需求存在的特點及規律。從認知層、行為層及體驗層挖掘用戶在虛擬現實環境用戶界面設計中的價值。同時，結合用戶體驗客觀分析，使用戶體驗過程中更為積極高效。客觀的交互可供性在用戶與交互界面之間產生一種極其自然的交互狀態。幫助設計師設計出更具用戶體驗效果的用戶界面[8]。為用戶節約使用時間的同時帶給用戶更好的用戶體驗效果。

2.1 ?VRE用戶體驗認知行為分析

2.1.1 ?實驗設計

認知實驗是在基于筆者所做的項目工業機器人VR教學系統上進行的，如圖3所示。實驗前先對操作者進行簡單培訓，讓他們對實驗有一個基本認識。為了使得到的實驗數據更具有普遍性和統計意義，選擇 20 名不同年齡、不同性別、不同學歷的學生作為實驗對象。在實驗的具體操作過程中，不對測試人員的操作行為做任何糾錯，測試人員都按照自己的操作習慣，用自己最舒適、最自然的方式完成整個操作流程。

認知體驗實驗結束后，記錄下每個實驗者從任務開始到任務結束即整個任務操作過程中對本文系統的4個模塊功能體驗情況進行打分，對數據進行統計，作為認知實驗的最終數據。

2.1.2 ?實驗分析

通過對認知實驗數據獲取與分析。本文利用美國 Math Work 公司的Matlab軟件對數據進行分析和統計如圖4所示。從存在感、感知性方面用戶體驗所反饋的分數來看都比較高，說明用戶在體驗過程中對VRE操作體驗很好。相對來說具體化就比較低一些，在操作過程中由于體驗者對頭盔的適應程度，以及VRE操作界面的清晰度與真實性還是有別于現實中的電腦界面操作情況。總體來說體驗過程中還是能反應出用戶對虛擬教學系統的滿意度情況。

2.2 ?VRE用戶體驗模塊化分析

基于用戶界面交互技術在VRE領域中的應用使人類擺脫了對傳統鍵盤與鼠標的依賴，使得用戶能夠更加方便地虛擬操作。因此，本文將虛擬界面運用到工業機器人VR教學系統中，分析用戶界面在該系統中的應用情況。工業機器人VR教學系統共有4個基本的功能模塊如圖5所示，分別是拆卸操作、機械結構、控制系統和原理演示功能。進入主界面后，用戶將進入下一個功能模塊操作界面中，通過用戶界面與系統進行交互[9]。為了實現這4個功能模塊，本文提出將虛擬界面進行分區的概念。界面的存在是為了使用戶可以更方便與設備進行交互，所以在布局上應該盡量簡單化，使用戶高效、舒適、愉快、少出錯地完成交互任務。實用性原則為用戶和系統是否接受該界面設計。對于用戶來說，主要是從使用習慣來考慮。如果界面不符合用戶的生活習慣，那一定不會給用戶帶來一個好的用戶體驗[3，10]，設計過程也在屬性與提示方面反應了每個功能模塊的作用。通過看到其圖標屬性就能了解功能，提升用戶的體驗。同時也對每個功能模塊進行文字提示，更好地讓用戶了解模塊功能，提高用戶界面的操作，節省用戶操作時間。

2.3 ?VRE用戶體驗操作過程分析

系統中的四種功能，分別是拆卸操作、機械結構、控制系統和原理演示。當用戶進入系統主界面后就會出現以上四個功能圖標，當點擊拆卸操作后界面將會顯示三種不同的選項，分別是機械臂、傳動與驅動和傳感器。這里主要以繼續操作中的機械臂為例，在點擊機械臂后又會出現三種子選項，機床、臂部和手臂，在子選項中對其每一步進行動作分析，從尋找、點擊、選取、移動、選中、執行、震動、反應到完成一共9個步驟進行操作。VR教學系統任務及步驟如圖5所示。

操作者通過佩戴好虛擬眼鏡和VR無線手柄進行控制。具體體現：操作者點擊手柄上按鈕切換下一個界面，進入功能模塊界面后具體的交互過程如下。用戶在VRE中，通過界面與功能交互的操作過程來完成體驗。其中，點擊拆卸操作后系統會出現3個項目分別是機械臂、傳動驅動、傳感器;在點擊機械臂后會出現3個子項目機床、臀部、手臂;在機床子項目中進行拆卸;接下來左邊的9個步驟就是需要進行操作的具體步驟，也是本文探究過程中試驗的主要任務;在機床拆卸中首先需要在虛擬環境中找到機床，點擊機床后，選取它、移動它、選中它、系統提升執行、震動反饋、反應后點擊操作，一個完整的機床部分拆卸完畢。本文重點以拆卸操作功能模塊的具體操作時間進行試驗與分析。

3 ?可供性模型構建與分析評估

3.1 ?模型構建

基于上述的VRE用戶體驗認知行為分析和VRE用戶體驗操作過程分析后，本文提出了一個基于可供性的VRE用戶界面的框架模型。該框架如圖6所示。

3.2 ?分析評價

由于本文的研究課題比較新穎，與之相對應的研究內容較少，所以本文與無虛擬界面的桌面式教學系統進行比較。比較的內容包括用戶體驗和時間消耗。其中，時間消耗是指完成確定任務所需要的時間;用戶體驗指使用系統完成任務期間，用戶感受到的認知感受，其評價指標包括存在感、沉浸感、感知性和具體化的用戶體驗感知特征。

3.2.1 ?用戶體驗評價

隨機選取20名不同專業、不同年齡、不同性別的本科生和研究生作為實驗者在桌面式教學系統和虛擬現實教學系統中進行實驗，實驗場地均為實驗樓桌面式教學系統用電腦操作，虛擬現實教學系統由HTC虛擬設備進行操作，在用戶體驗、時間消耗方面統計數據。