基于空間知覺的混合現實游戲場景構成因素的研究

李偉　程詩婧

摘? 要：隨著科學技術的不斷發展，游戲形式和媒介呈現出越來越多樣化的趨勢。混合現實游戲作為其中一種形式，已經在游戲領域占據了一定的地位。在游戲中，游戲場景具有無可比擬的重要性和優勢，能夠為游戲創造出獨特的體驗效果。為了提高混合現實游戲的設計效率，本研究構建了混合現實場景的視覺層級概念，并應用該概念對名為《碎片》的游戲進行了層級分析。研究還確定了構成混合現實游戲場景特征的因素。此外，通過問卷數據調查和分析，驗證了三個因素——虛實共存、人機交互和適地服務性——對于解釋混合現實游戲場景特征具有較好的效果。因此，本研究的三層視覺層級定義和混合現實游戲場景的構成因素能夠為其他混合現實游戲的設計提供有益的參考和指導。

關鍵詞：空間知覺；混合現實；游戲場景

元宇宙概念的流行，直接影響混合現實受到社會關注，“元宇宙是利用科技手段進行鏈接與創造的，與現實世界映射與交互的虛擬世界，具備新型社會體系的數字生活空間。”[1]元宇宙流行的最直接原因是技術發展擴展了想象邊界，它是一個巨大的概念和模式，也是真實世界的延伸與拓展。但目前元宇宙Roblox的游戲畫面較為簡單，與元宇宙里“逼真的物理世界”相去甚遠。綜合來看，元宇宙的可持續發展與混合現實技術密不可分，而混合現實游戲才是真正意義上的元宇宙游戲。

隨著科學技術的發展，游戲形式和載體也越來越多樣化，作為較新穎的游戲形式，虛擬現實游戲和增強現實游戲已經發展較為成熟，混合現實游戲也在游戲領域占有了一席之地。游戲《碎片》作為最具有混合現實游戲特征的作品，剛一上市便受到了眾多游戲愛好者的關注與喜愛。然而關于混合現實游戲場景相關研究卻甚少，并且從空間知覺（視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺）理論對游戲場景來進行研究更是值得探討的角度。游戲場景在游戲中有著無可比擬的重要性和優勢，尤其是在特定的場景空間中表現游戲效果。

一、空間知覺語境下的混合現實

空間知覺的概念廣泛應用于兒童教育、建筑等研究領域，但實際上它與人們的生活息息相關。尤其在混合現實應用中，空間知覺是一個非常重要的理論。在面對全新的設計模式時，會出現很多無法預料的問題，例如空間信息和位置的關系、聲音和位置的關系、操作和位置的關系等。這些問題都是不曾熟悉的，也是值得去研究與突破的。當虛擬信息融入現實世界后，所有的設計規則都需要重新積累，混合現實應用的設計也會逐漸趨于規律可循。

（一）空間知覺的概念

“空間知覺主體對物體的形狀、大小、遠近、方位等空間特性獲得的知覺，即是空間知覺（space perception）。”[2]“知覺經驗是多種感覺器協同活動得到的產物，包括視覺、聽覺、觸覺、運動覺等的活動及相互聯系，其中視覺系統起主導作用。知覺包括空間知覺、形狀知覺、大小知覺、距離知覺、深度知覺（立體知覺）、方位知覺等。”[3]本研究涉及的主要有“視空間知覺”及“聽觸空間知覺”。視空間知覺，即利用眼睛作為受器來感知空間環境中的信息，物體的背景、排列方式等會使人的雙眼產生深度知覺，是觀察物體空間深度關系的重要線索。“視覺的靈便之處不僅在于它能為意識隨意利用，還在于它是思維工作時不可或缺的東西。”[4]關于空間的感受，除了視覺之外還能從聽覺器官獲得，在距離方面主要以聲音強度為線索，而要判定聲源的方位則必須依據雙耳聽覺線索。

（二）混合現實的概念

“混合現實是將通過具有空間深度解析功能的攝像頭對現實場景進行全方位探測掃描，并在內核中即時建立實景三維模型信息，以構建全場景的數字模型來確定疊加數字信息的固定位置，達到近乎絕對位置的穩定效果，通過頭顯設備可觀看到界面視窗、動畫影像等數字虛擬信息懸浮空中并與現實物體緊密聯系，虛擬數字對象與物理現實環境并存而且實時交互，達到全息影像的觀感體驗。”[5]“混合現實是將物理世界與數字世界相混合的結果。混合現實是人類、計算機和環境交互方面的下一次演進，它解鎖了此前受限于我們想象力的可能性。”這一新的現實基于計算機視覺、圖形處理能力、顯示技術和輸入系統的進步。

“HoloLens是一款最先進的，也是第一款混合現實眼鏡，是一臺使用windwos10系統的頭盔式眼鏡。”[6]該產品是目前混合現實技術中最具標志性的產品之一，通過半透明屏幕將全息影像和現實中的環境混合在一起，使全息數字影像如同真實物體一樣存在于即時場景中的相對固定的方位，視覺感受到的全息影像就像是現實場景的一部分，呈現出一種物理上的純三維影像的錯覺。

二、混合現實游戲的特征及問題

混合現實游戲的虛擬與現實相結合的特點使游戲場景有著無限的創作空間，混合現實是虛擬信息和實體信息的融合。人處理信息的核心更加注重信息的感知，如何利用空間知覺來處理游戲場景，重點是思考場景與真實環境中的布局、呈現方式、交互方式、人與游戲信息的關系等，這也是本次研究的重點。

（一）混合現實游戲“片段”場景特征

Hololens混合現實的一款游戲——《碎片》是法國開發商Asobo Studio為HoLolens所開發的解謎破案類游戲，游戲充分發揮了混合現實虛實結合的場景優勢，并使用多種交互方式，是混合現實最具有代表性的游戲，也是最能體現混合現實特征的游戲。微軟的Kudo Tsunoda表示：這個游戲為我們講解一些關于混合現實意想不到的事情，當你的客廳被使用為一個故事的設定，在這個空間里所發生的信息會讓你產生類似真實的記憶。戴上HoloLens設備進入游戲界面，游戲便即開始，此時需要先掃描場景，進行現實場景的三維定位。HoloLens利用的是基于深度信息的SLAM（Simultaneous localization and mapping）技術，在場景掃描完成以后，要把重建的信息保存起來，如果下次想繼續使用此場景，則重新Load出來便可進行游戲。總結起來具有以下幾個特征。

1.虛擬與現實結合的游戲場景：Hololens2會根據所處空間進行掃描識別，將現實的場景與虛擬場景完美融合，玩家身處游戲空間，即是自己非常熟悉并且真實存在的空間。“在任何形態的游戲中，都要模擬真實世界特性即時空情況，在其中展開劇本的方式。”

2.新穎的交互方式：新穎的交互方式能夠帶來全新的游戲方式。Hololens游戲玩家可以在場景中自由走動，可以使用語音和手勢，這和傳統的游戲和目前虛擬現實的游戲體驗有顯著的區別。

3.出色的音效： Hololens使用了放置于耳朵上方的揚聲器的設計方式，使之具有環繞立體聲，讓人感覺到聲音來自于環境，而不是在“腦海中”回響，相對耳塞的方式，使之游戲場景更有真實感與沉浸感。3D揚聲器的設計令人贊嘆，避免了長時間佩戴耳機的不適。

4.體驗安全感：混合現實游戲里玩家可以在場景中自由走動，因為現實場景是自己的家，可以看到自己的手腳，不僅產生很強的代入感，熟悉的現實環境更能給游戲一種沉浸式的安全體驗。同其它游戲相比，虛擬現實是把你帶到另一個地點，增強現實是在現實世界之上展示信息，而混合現實則是為真實世界增加了更多的東西。

（二）混合現實游戲存在的問題

混合現實技術正在飛速發展，混合現實游戲則成為許多資深游戲玩家所關注和期待的焦點。現在很多人對于坐在電腦旁邊及手機游戲有些疲倦，所以需要的是一種突破，混合現實技術的游戲正是滿足這一需求的突破口。但是，混合現實技術目前存在的問題，也直接影響到混合現實游戲的未來發展。

1.分辨率不高的三維模型產生暈眩感，混合現實的虛擬部分是由三維模型所構建，而三維模型所存在的問題就是。目前人工三維顯示技術并不能完全達到像真實生活中那樣精細舒適的立體感，這與人工三維本身的顯示方式與人眼立體視覺感知特性的差異以及三維顯示設備發展的局限性有關。“逼真的顯示效果雖然給我們全新的體驗，但是不可避免地會帶來一些負面影響，其中尤以三維顯示的舒適度以及視疲勞影響最為突出。”[7]

2.眼鏡視角太局促，游戲場景設備受到限制。 混合現實設備的視域通常不夠大，游戲場景設置受到限制，有時候不能完全顯示人物或者游戲場景，致使游戲沉浸感減弱。

3.設備重量過重，長時間佩帶容易疲勞。目前的混合現實設備多為頭盔式，整體設計笨重，長時間佩帶容易疲勞。

4.設備發熱問題。長時間使用容易發熱，且發熱量稍大。對于一款頭戴設備來說，發熱量對于佩戴舒適度是一個很重要的參數。例如在長時間進行《碎片》這類大型游戲時，還是能體會到額頭發燒的感覺，從而令人感到焦躁。

5.空間使用限制。由于顯示方式和環境掃描的限制，HoloLens無法在室外得到良好的體驗，這無疑給游戲設計帶來一定的局限性，不能設計任何在室外進行的游戲，并且對室內環境也具有一定的要求。

6.游戲信息呈現混亂。在先期研究中，參加實驗人員反映，大部分游戲在界面信息呈現不清晰，不容易理解游戲規則。

HoloLens還有其它許多無法忽略的問題：例如無法實時精確掃描環境，無法實時更新。HoloLens的混合現實還只是和靜態場景的互動，帶來了很多局限性，比如追蹤其他人物在場景中的活動。混合現實的發展并不順利，Devine說：混合現實的發展真的非常難，你不能只是做一個更好的主機游戲，也不可能做一個虛擬現實游戲。一款真正的混合現實游戲是可以把現實展現到你面前的東西，并為之增加內容，這樣虛擬和現實之間可以互動，這樣你就可以獲得前所未有的體驗，這是非常具有吸引力的。

三、混合現實游戲場景模型的建立

游戲和游戲創作的未來從未如此光明，混合現實帶來了一個全新的時代，充滿了新的游戲類型和新的游戲方式。計算機數字技術的產生促進了虛擬空間三維模型為基礎的混合現實技術的產生。

為了解決混合現實游戲現存的問題，通過游戲設計改善硬件設施帶來的不便，將空間知覺理論應用于混合現實技術中，通過設計規則，提高游戲設計效率，突破傳統應用軟件的方式，跨越屏幕，將信息融入現實世界，從而增強人們看世界的能力，這勢必會成為新的趨勢。

（一）空間知覺解構混合現實場景

混合現實游戲場景是將場景和信息在空間中呈現的過程，所以在設計過程中，需要思考場景與實景的結合與布局、呈現方式、交互方式，還要思考空間中場景與人、人與真實物體、人與虛擬物體之間的關系。

在進行混合現實游戲場景設計的過程中，通過將空間知覺解構明確了游戲場景呈現的基本規律。從視覺規律來設定游戲場景具有三層視覺空間：常駐界面層、跟隨環繞層、混合現實層。明確表達場景信息所在的層級能夠對場景設計的理解，同時結合不同層級之間的信息呈現方式來形成最終的游戲場景設計。信息分布到現實空間也就具備了實體信息區別于虛擬信息的基本位置特性，對于用戶而言，信息在空間知覺中的位置可以區分為信息相對定位于人和相對定位于物。

三層視覺空間的方式解決了游戲場景如何與真實空間融合并清晰傳達信息的問題，但游戲場景中的聽覺空間是帶來游戲交互方式的主要途徑。基于空間知覺的交互分為以下四類：手勢交互、語音交互、視覺交互、手持設備交互。在不同的游戲場景設計中，可以采用不同的交互方式，也可以在一個游戲中設置多種交互方式。

（二）游戲《碎片》的視覺空間層級解構

通過三層視覺空間的概念，可以對混合現實游戲《碎片》進行視覺空間層級的分析解構。首先是常駐界面層，即《碎片》游戲的進入界面及游戲過程中的相關界面。這個視覺層級設置的多為游戲說明之類的數據型信息，因為其信息的重要性，通常會以簡潔明了及色彩不那么豐富的界面設計為主。

從《碎片》游戲的場景來說，跟隨環繞層指得是在游戲過程中，時常會出現在玩家周圍的虛擬人物或指示等相關信息，并會隨著人而移動，從視覺空間感知虛擬人物或指示。它們離玩家十分貼近，在游戲過程中會給予幫助。

混合現實層是游戲的主要空間場景，游戲《碎片》的場景由虛擬信息與真實環境所組成。通過預先掃描對實體場景進行建模后，完美契合真實場景的場地及物品，達到虛實和一的境界。玩家需要對混合現實層的場景探索，以便尋找游戲線索。

三層視覺空間對游戲場景的解構，不僅能夠對游戲有清晰的認識，也是為其它混合現實游戲設計提供一個參考。不同的視覺層級有不同的設計要求和規劃，針對這種解構細則，能夠讓混合現實游戲設計更加生動，玩家能夠獲得更好的游戲體驗。

（三）混合現實游戲場景特征的構成因素

三層視覺空間對游戲場景進行了解構，也提煉出了混合現實游戲場景所具有的特征，視覺所產生的體驗具體具有以下幾點：虛實共存、人機交互、適地性服務。這些也就是基于空間知覺的混合現實游戲場景特征的主要構成因素。

1.虛實共存。是指虛擬信息與真實場景的融合，虛擬物體與現實空間相同的透視形成空間深度知覺的體驗。并且虛擬與真實的場景會產生交互作用，并且虛擬物體會與真實空間有相機的透視和空間深度的對比，進而產生空間知覺深度的體驗，即虛實空間融滲、虛實交互關聯、空間能力激發。

2.人機互動。通過使用HoloLens設備與虛擬場景及信息互動，有別于其它游戲形式的互動。混合現實的游戲互動更注重在深度及視聽空間知覺的反饋，用戶可以通過直覺性來與虛擬物體產生互動，產生無感知的人機互動，即直覺性互動、空間深度操作、互動反饋迅速。

3.適地性服務。混合現實具有SLAM定位的技術服務，不僅可以實時定位掃描場景，與當前的實體場景貼合產生真實情境，使用戶產生熟悉感與沉浸感；也可視為空間交互融滲的敘事方式，使游戲同時與當前環境信息產生連結性，即服務信息定位、空間敘事文本、環境信息連結。

四、游戲場景構成因素的驗證分析

（一）研究問題和問卷設計

通過實證研究得出的結論，設計相應的問卷進行數據分析（如表1）。查驗虛實共存、人機交互、適地性服務這三個因素是否能代表基于空間知覺的混合現實游戲場景特征的構成因素，同時，對三個主要因素所具有的特征進行細分并設置相應的問卷題目。問卷采用李克特五級量表。

（二）描述性分析

由于條件限制，此次問卷調查采用網上調查的形式，主要通過專業問卷調查平臺“問卷星” 發放電子版問卷進行調查，而且只針對玩過MR游戲的人進行問卷發放。本次調查共發放問卷125份，經過人工和機器排查，排除信息不真實、不完整的問卷，共回收有效問卷117份。其中男性用戶84人、女性用戶33人，男女比例分別為71.79%和28.21%。通過對用戶學歷進行分析，發現其中高中及以下學歷用戶占30.77%，本科學歷用戶占41.03%，碩士及以上學歷用戶占29.06%。年齡階段18-25歲用戶占28.21%，26-30歲用戶占23.93%，31-40歲用戶占38.46%，41歲以上用戶占9.4%。

（三）信效度及驗證性因子分析

通過使用AMOS驗證性因子分析，得出以下數據（如表2），因子載荷量均大于0.7，信度系數也均大于0.5，相對應的測量誤差均小于0.5，各項數據表明指標信度較好，虛實共存、人機交互、適地性服務能夠較好地解釋問卷的題項。

CR值分別為0.935、0.825、0.879，均大于0.6，表明三個因子所包含的問卷題目之間的相關性強，內部一致性也較好。AVE值分別為0.829，0.611，0.710，均大于0.5，表明題項測量的綜合解釋能力較強，三個因子能夠較好地解釋所研究的主要因素。Cronbachs Alpha的數值分別為0.931，0.828，0.865，也均為0.7以上，說明問卷信度非常高，問卷數據的可靠性也非常高。

通過各項數據可以看出，測量變量的系數指示都較好，虛實共存、人機交互、適地性服務這三個因子，是能夠體現基于空間知覺的混合現實游戲場景特征的主要因素。

五、結語

本文運用空間知覺的理論，提出了對混合現實游戲場景的三層視覺空間定義。這個定義可以為混合現實游戲的場景設計提供重要的參考和幫助。通過對《碎片》游戲的分析與研究，厘清空間知覺下的混合現實游戲場景特征的構成因素，不僅充分體現了混合現實游戲的特征，也為后期研究混合現實游戲玩家體驗提供了重要的數據支撐。同時，驗證構成因素能夠對混合現實游戲設計提供幫助，充分發揮混合現實具有的空間知覺特性，達到提升產品受歡迎程度的目的，同時，也為游戲開發商和運營商提高游戲玩家的體驗提出了建設性的建議。

通過此次研究的驗證性因子分析，未來將深入研究分析混合現實游戲場景的特征與玩家沉浸體驗的相關關系。后期將進行混合現實游戲的開發工作，并不僅局限于游戲場景的設計，還會涉及界面、角色和故事情節的深入分析和研究。

參考文獻：

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[7]沈莉.三維顯示視覺舒適度研究[D].南京：東南大學，2015.

作者簡介：李偉，博士，內江師范學院張大千美術學院講師。研究方向：數字媒體藝術、虛擬現實。

通訊作者：程詩婧，韓國全北大學博士研究生。研究方向：新媒體藝術、公共藝術、雕塑。