數字化背景下的虛擬現實交互環境設計探究

林雯君，代天嬌，成天宇

（桂林理工大學，廣西 桂林541004）

2016年虛擬現實技術（Virtual Realty，VR）產業步入快速發展的階段，谷歌、三星、索尼、微軟等科技巨頭紛紛下場搶占VR產業市場份額，探索其應用的眾多可能性。根據電氣與電子工程師協會的預測，在未來5～10年，包括虛擬現實技術和增強現實技術在內的數字感知技術將會迎來爆發期。計算機圖形技術、立體現實技術的革新發展為虛擬現實技術和交互技術奠定了基礎，使多通道綜合感官交互的沉浸式虛擬現實設計受到普通消費者關注。沉浸式虛擬現實設計強調用戶對作品身臨其境的體驗感和積極反饋，激發了用戶感知情緒的表達。目前沉浸式虛擬交互技術多應用于博物館、游樂園和展廳，如何將其應用到更多環境中是一個新的方向[1]。

1 虛擬現實技術和交互設計的融合

1.1 虛擬現實技術概述

VR是集成計算機仿真技術、傳感技術等多領域尖端科技的綜合信息技術模擬系統。計算機通過構建數字模型，生成從二維轉化為三維可感知的人為虛擬環境，包括視覺、聽覺、嗅覺的綜合感觀交互。這種虛擬環境具有交互性、沉浸感和創想性的屬性，使人能夠身臨其境地處于自然和超自然的環境中。虛擬現實技術改變了人的思維方式和行為邏輯，人們通過這種創建和體驗有效擴展了自我認知的手段和領域[2]。

1.2 交互設計概述

交互設計（Interaction Design），又稱互動設計，注重以用戶體驗為中心連接技術與感知，建立人與機器之間或外界環境配合與服務的雙向互動關系。交互設計由5個重要部分組成，分別是語言、視覺再現、物理交互、空間交互、行為。目前的交互設計主要集中在界面交互設計，交互設計使軟件的操作便于用戶理解和使用。

1.3 虛擬現實技術和交互設計融合的實現方式

虛擬現實技術提供沉浸式交互體驗的渠道，用戶佩戴頭戴式或是眼鏡式等VR設備，結合多技術交互方式和多感官交互方式，使用“眼球追蹤”“動作捕捉”“肌電模擬”“觸覺反饋”“語音交互”“方向追蹤”“真實場地”“手勢追蹤”“傳感器”實現交互，刺激視覺、嗅覺、觸覺和痛覺等感官體驗，達到“人機合一”。

2 數字化時代背景下人們對環境的新需求

隨著科學技術的發展，人們對居住環境基本的安全性和功能性的需求得到滿足，因此他們開始探索新時代背景下信息技術融入環境設計的途徑，建立人與他人、人與環境、人與自然、人與數字媒體之間的關系，從而順應更高層次的精神需求。

2.1 精神超越性需求

根據馬洛斯的需求層次理論，人們在生理安全的需求得到滿足之后，開始追求情感和精神的需求。現代社會下人們的精神生活在快節奏的現實壓力下有所缺失，人們開始從民族傳統文化、哲學思想中汲取精神養料，自由發揮自我想象力和創造性，對未來生活的“精神性”和“藝術性”充滿向往。科技進步使人們對于未來人居環境的暢想成為可能。因此數字化時代背景下的環境向智能性、交互性演化，數字媒體介入的環境設計讓環境不但舒適美觀而且注重自我認知，激發生命潛力，可認知范圍得以擴展。

2.2 時空靈活性需求

5G通信技術的日益完善與信息技術的發展帶來了社會方方面面的變革，信息化的社會具有數字化（圖書、音、像、交流、通信、大數據等）、網絡化（應用互聯網）、多媒體化（信息表征圖、文、聲、像、3D和VR等)、全球化（沖破原來地域地區的限制等）等特點。靈活多變的虛擬世界不受時間和空間的限制，人們能夠隨心所欲地切換場景、時空。然而世界的客觀規律束縛了現實環境的發展，人居環境受工業條件、時空合一等因素影響，很難滿足人們對于多樣化、靈活流動性環境空間的需求。

在環境設計中，目前的VR技術可以打破傳統設計稿展示的限制，引導用戶直接介入虛擬環境，用戶可以全方位觀察整體設計，也可以局部放大觀察細節，對空間內的元素靈活添加刪減。

2.3 場所多功能性需求

數字化時代是個開放、兼容、共享的時代，用戶需求趨于多元化、個性化。人們希望環境具有高復合性承載更多功能、滿足各類需求，數字化時代環境以用戶體驗為中心，圍繞“人”的需求架構交互性多通道數據平臺，用戶購物、教育、度假、社交都可以實現虛擬交互。特別是虛擬現實交互技術的環境療愈功能，華盛頓大學用實驗證明，冰天雪地的虛擬場景有效地緩解了燒傷患者的身體疼痛；基于神經科學和人體工程學設計的康復椅和VR設備配對后，用戶在虛擬場景中能自如地活動身體，甚至是體驗飛行游戲，有助于身體受創或行動不便的高齡人群身體與情緒的康復。虛擬現實的沉浸式交互作用，讓生活、辦公、休閑、娛樂的界限變得模糊，自由切換場景實現虛擬和現實的轉化，從而滿足人們在同一個場所內多功能的需求。

3 虛擬現實交互環境設計的途徑

虛擬現實是一場交互方式的新革命，人們正在實現由界面到空間交互方式的變遷。虛擬現實交互環境設計成為虛擬設計的新趨勢，是應用數字信息技術脫離物理造物條件，建造出滿足超越性精神需求的環境設計。創造出的環境反饋給大腦“真實”的感受，模糊了“虛”與“實”之間的界限。該設計不是單一的環境遺址保護與規劃（如用谷歌地圖VR重塑巴黎圣母院等），而是表現在不同程度與現實環境融合的創新設計[3]。

3.1 全數字化環境虛擬化設計

全數字化環境虛擬化設計完全脫離現實世界，由“0”和“1”組成，不用遵從現實造物法則，比如Steam游戲平臺出品的各種VR游戲，充滿天馬行空的想象和場景。在游戲中，人們可以感受賽車風馳電掣的刺激，體驗戰爭場面的宏大，在虛擬世界里人們宛若神明操縱萬物。

在一些科幻電影中對全數字化虛擬現實技術作出了展望與探討。2018年《頭號玩家》電影故事內容架構在一款名叫“綠洲”的全息游戲中，主角在家中頭戴顯示設備，腳踩萬向跑步墊登陸游戲世界，自由行走在“綠洲”世界包含舞廳、賽車場、圖書館等人文設施和海洋、金字塔等自然風光的眾多場景中，足不出戶縱觀天下之景，帶來了步入式的沉浸式體驗[4]。

3.2 融入現實環境的虛擬化設計

融入現實環境的虛擬化設計是一定的空間場景結合現實環境的虛擬化設計，廣泛應用于博物館、展廳。

日本新媒體團隊TEAMLAB推出了一系列虛擬交互展覽，讓藝術與科技在空間內營造出夢境般的唯美場景，例如《燈之森林》展中，呼應燈能隨著人的接近變化色彩、光影和音樂，行動的觀者與作品產生互動成為了藝術作品的一部分[5]。

3.3 虛擬化環境的現實營造

現如今，多媒體技術的應用很大程度地再現了科幻作品中的藝術創想，比如奧蘭多迪士尼樂園中的阿凡達主題樂園成為了沉浸式環境設計新地標，園區實景精細得連植物上的絨毛都栩栩如生，再配合以3D影像的聲光影互動，夢幻的潘多拉星球呈現在游客的面前。該樂園設置了兩個體驗項目：“娜美河之旅”會帶著游客乘船駛入美麗的發光雨林，在長滿奇形怪狀的人造植物和四處發光的奇幻世界中，游客可以與環境互動，甚至道路也會隨著人們的行進變化斑斕色彩；游客帶上3D眼鏡乘坐“斑溪獸”飛翔在群山之間，隨著景象的變化，可以感受到穿越瀑布時水霧的彌漫和穿過森林時香氣的飄動[6]。

4 虛擬現實交互環境設計的原則

數字化時代設計師能夠隨心創建跨越時空的虛擬世界，人們在這個數字營造的非現實世界中自由穿梭、浸入其中，“人—環境—機器”合為一體。創建能夠使人聲臨其境的虛擬交互環境需要系統的設計原則。

1）主題故事性。打造沉浸式虛擬交互環境，突破虛擬和現實的界限，首先要賦予環境主題故事性，例如哈利波特主題樂園和阿凡達主題樂園，圍繞一個主題故事，再現故事情節、環境，游客身處逼真的環境中，仿佛自己就是魔法世界和潘多拉星球中的一員。人們在這些場景中認識和重塑自我，與虛擬世界產生緊密的聯系。

2）藝術加工性。虛擬現實的創想性決定了虛擬交互環境設計要經過藝術加工才能呈現超現實感的虛擬世界。在虛擬世界中人能夠突破生理極限，所想即所得，仿佛具備超人類的能力，這些都需要對設計進行藝術加工。在TEAMLAB團隊設計的展覽中，游客可以感受花開花落，光陰流轉，見證時間的流動[7]。

3）智能互聯性。數字化時代背景下，技術迭代、萬物互聯，互聯模式逐漸改變了人們的生活方式，他們追求個性化、靈活多變的智能環境。美國日用品連鎖店勞氏公司開發的一款VR家裝體驗軟件，用戶佩戴上定制的控制器后能體驗到相應的物品重量，在使用設備進行虛擬裝修時，能夠感受到實際設備使用時的震動感和味道，通過軟件將視覺、嗅覺和觸覺互聯。數字媒體和現實結合，不止是使用單一的智能家具，而是希望物體智能化并且是相互關聯的，也就是人與人、人與機器、機器與機器之間聯合，人們通過指令能夠改變環境，使環境適應人的需求，實現智能化、沉浸化、交互化的環境體驗。

5 結束語

2019年被稱為5G信息技術元年，人工智能、物聯網、智能云等技術都將在未來幾年里有新的發展突破，虛擬現實技術和交互設計也將為環境設計帶來巨大顛覆。設計師通過虛擬交互設計滿足人們的精神需求，能夠很大程度地突破時空的局限性，發揮創造性，用設計手法表現藝術與科技融合之美。他們需要轉變傳統環境設計行為和思維方式，時刻關注技術的革新更迭，合理運用設計原則，平衡技術、設計思維、設計三者的關系，以用戶體驗感為核心準則，使用戶從情感到審美得以滿足，與此同時，環境設計師肩負著平衡“人—社會—自然—科技”之間關系的重要責任，以應對未來虛擬環境下人類社會發展和虛擬世界體系的道德、倫理等矛盾。