1、自然导向的 VR内容应用设计方法研究 以 HTC Vive 使用环境为例 赵颖 王峰 江南大学数字媒体学院 摘 要： 本文提出了VR设计中的自然体验问题, 分析了用户对 VR内容体验的空间真实 性、安全舒适性、激励性、交互高效性四个层面的自然需求, 总结分析了自然度 的影响要素。 在理论模型的基础上构建了提升 VR内容应用的自然度的设计模型, 提出了适用于HTC Vive 的多个层面的自然度提升方法。旨在寻求合理的设计方 法来应对VR媒介带来的交互变革, 提升现有的用户体验, 为设计师提供借鉴。 关键词： 自然导向设计; VR 内容应用设计; 交互设计; Research on Design
2、Methods of Natural-oriented VR Content Application: Taking the HTC Vive Environment as an Example Zhao Ying Wang Feng 2014年以后, 虚拟现实开始作为新的自然媒介进入人们的生活, 并颠覆了普通 屏幕端的交互方式, 使人机关系更加紧密;同时也对人们的认知造成了冲击, 这 对VR内容应用的交互设计提出了新的挑战。 然而当前的 VR内容应用却不能体现 交互技术上的优势, 存在着各种各样不自然的问题。 基于传统二维屏幕的设计法 已然失灵, 设计师必须寻求合理的交互设计方法来消除人与计
3、算机虚拟环境之 间的隔阂, 营造更自然的沉浸式 VR体验。 1.空间临在感形成的过程模型 (图片来源:作者自绘) 一、自然的界定及衡量维度 1.自然的界定 自然用户界面指的是与目标用户群体在预期使用情境下已有的经验或思维模型 相符的用户界面。 1本文中的自然是由此引申而来:自然即使用过程符合用户在 特定的使用情境下的认知特征和心理模型。 自然是一种感觉自然的身心体验, 指 的是用户使用产品时的行为和感觉。 2.自然衡量维度分解 空间临在感形成的过程模型:Werner Wirth 等人提出了一种适用于VR 及其他媒 介环境下的空间临在经验产生的过程模型, 该模型解释了空间临在的形成过程 和影响要
4、素。如图1 所示, 该模型包括注意分配、心理模型和人的参与等, 并考 虑到了媒介因素和用户特征的作用。2本文结合虚拟现实的 3I特性 (交互性、 沉浸性和想象性) 和空间临在感形成的过程模型, 构建了VR内容应用的自然度 的理论模型。 (图2) 该模型将自然分解为四个维度:空间真实性、安全舒适性、 激励性和交互高效性。 空间真实性指用户认为 VR环境是否真实。第一次进入一个新的虚拟环境会有一 个适应过程, 提高空间的真实性可以消除用户的不信任感, 并使之欣然接受新 的体验, 促进沉浸感的产生。空间真实性体现在人和环境发生关系的各个环节, 包括视听触觉上的感知、人的行动和自我感知等。 安全性舒适
5、指用户生理上的健康和舒适, 受用户个人因素 (包括生理状态和情 绪状态等) 影响, 是维持沉浸感的条件。 由马斯洛需求层次理论可知, 生理需求 和安全需求是人类最基本的需求, 满足安全舒适性是沉浸和交互的前提条件, 也是VR 内容应用设计最基本的要求。 激励性体现在用户参与的主动性, 包括认知、情绪、决策和行为方面。激励性与 用户的兴趣和动机有关, 是促进沉浸感产生和维持的条件。 交互高效性指交互操作水平的高低。交互高效性影响新手学习速度、用户对操作 的掌握程度和专注力。 交互性是虚拟现实的基本特征之一, 交互是否高效体现了 交互的水平, 是衡量 VR体验是否自然的重要方面, 也是促进沉浸感生
6、成的重要 方面。 二、自然导向的VR内容应用设计方法 我们采用李克特量表问卷来对自然度影响因素进行调查, 共回收有效问卷 149 份。表1为根据调研结果提取出的 VR内容的自然度影响因素。 3.自然衡量维度 (图片来源:作者自绘) 笔者将VR内容应用的自然度影响因素重新归纳并代入自然理论模型, 结合真实 感框架提出了VR内容应用的自然度提升模型 (图4) , 并通过该模型提出提升 VR内容应用自然度的 4个层面的14条设计方法。 1.提升空间真实性 (1) 增强感官真实性 虚拟现实用户通过多种身体的感觉来直接体验一个构想的现实。 从视觉上看, 逼 真的场景是塑造视觉真实的关键, 模型的纹理精度
7、越高, 渲染效果越好, 感觉 也就越真实。 在空间元素的排布上要考虑丰富性和层次感, 互相配合形成一个完 整的空间。 此外, 通过对光线、 建筑、 地形、 色彩、 场景比例等进行综合运用, 可 以营造不同的环境氛围, 激发人的情绪共鸣, 增强沉浸感。 例如开阔广袤的环境 会使人感到渺小甚至卑微, 黑暗的环境会让人产生恐惧和不安。 从听觉上, 一是根据情境进行声音设计, 不同的事件具有相应的伴音 (如水声、 风声、坦克行进的轰鸣声等) , 为了烘托气氛或创造一种特殊的情感氛围, 还可 以选择合适的背景音乐。 二是可以通过技术手段增强声音的真实感, 现实生活中 我们听到的声音是立体的, 处于不同位
8、置和空间听到的声音是不同的, 利用三 维立体音效可以模拟现实中的声音转换方式, 实现听觉上的沉浸。 珠穆朗玛峰VR (EVEREST VR) 是一款步行体验应用。由于采用了非常先进 的渲染技术和高精度的图像来打造立体场景, 壮阔雄伟的喜马拉雅山脉跃然眼 前。 从近处的岩石到远处的山脉, 从天上的白云到地上的积雪, 看起来都极度真 实。 耳旁的风在呼呼地吹着, 经幡和帐篷在风中摇摆, 天上还有片片雪花飘洒落, 走在雪地里会发出沙沙的声响。 通过逼真的视听觉效果, 让人置身一望无际而又 寒冷无比的喜马拉雅山脉, 感觉到自身的渺小与孤独, 促进用户沉浸其中, 从 不断攀登的过程中获得征服自然的成就感
9、。 VR环境以视听觉为主要接受信息源, 触觉可以辅助信息的理解。借助 VR的力反 馈, 用户可以感受虚拟对象表面的坚硬度、对象的重量和惯性等, 视、听、触觉 构成用户对空间全面的真实感受。 射箭游戏中, 拉弓的过程会感觉弓越来越 紧, 好像真的有一把弓在手中, 非常真实。 (2) 提高环境可交互性 空间真实性还来源于虚拟世界的生动和可交互性。 生动性指虚拟环境中物体依赖 物理学定律运动的程度, 虚拟对象在独立活动、 相互作用或与用户的交互作用中, 其动态都应该服从于自然规律或设计者想象的规律。 可交互性包括可以交互的对 象的丰富性和交互方式的丰富性。 交互性越强, 用户与虚拟场景交互的自然性越
10、 高, 从而提升交互过程中的真实感以起到提升沉浸感的作用。3 实验室 (The Lab) (图6) 是HTC Vive 官方出品的游戏应用, 用户可以和 场景里大多数的物体互动, 用户还可以领养场景中的机械狗, 可以拿任意道具 来逗弄它, 机械狗的表现与真实的狗几乎没有差异。 生动的环境和丰富的交互加 强了用户和虚拟环境之间的联系, 使用户更容易沉浸其中。 (3) 提高自我感知力 虚拟现实中的身份认知是一个重要问题, 即人们如何看待自己, 以及如何与自 己互动。当用户进入后, VR环境不仅要帮助用户打消对这个世界的疑虑, 还需 要帮助用户确认自己的新身份。 虚拟化身是由真人活动实时转化而来的形
11、象, 通过提供虚拟化身 (Avatar) 可 以增加角色代入感并提升用户的自我感知。 让用户看见自己的虚拟身体, 增强对 自身形象的认同感。如图 7, 娱乐室 (Rec Room) 是一款社交应用, 用户进 入更衣室后, 首先会看见一双手, 这是他们在虚拟世界里对自己身体的初步认 知。接着用户会在镜子里看到自己的化身, 这个化身拥有头、身子和手, 并可以 灵活自如地做出和用户一样的动作。 发现自己奇迹般地变成了另外一个人后, 用 户此时会完全被自己的全新外表所吸引, 并代入了这个角色。 他们会乐此不疲地 给自己的化身进行各种量身定制, 包括更换肤色、发型、衣服等等, 好让他们在 虚拟世界中个性
12、十足。 表1.自然度影响因素 (图片来源:作者自绘) 下载原表 4.自然度提升模型 (图片来源:作者自绘) 5.珠穆朗玛峰 VR 下载原图 6.实验室 7.娱乐室 用户与其他的真人化身发生互动更能加强用户对自身的感知。 用户可以在这里遇 到来自世界各地的用户并看到他们的化身, 大家可以“面对面”进行语音交谈 或者一起参加某一项娱乐活动。 用户在和他人进行交流互动的过程中获得了自身 的反馈, 使虚拟的“我”更加饱满立体起来。 (4) 增加社交元素 大多的VR内容应用只支持单人模式或是场景中只有用户一人, 高度的沉浸感带 来的一个无法回避的问题是:高度的孤独。添加社交元素可以减少用户置身虚拟 环境
13、的孤独感并更愉快地沉浸其中。虚拟助手是用户与虚拟世界之间沟通的桥 梁。用户与之交谈可以建立起对虚拟环境的信任并沉浸其中。虚拟助手不仅可以 为用户提供引导信息, 也可以成为用户在虚拟世界中的情感意义上的“伙伴”, 还能通过多人在线激发情境经验。Oculus Social Alpha 是一个多人在线影院, 用户选择化身头像, 然后加入一个房间, 就能和在线用户一起看电影, 用户之 间可以交谈, 真实地还原了看电影的情境, 并且增添了交互的趣味性。 通过激发 记忆的使用环境, 用户可以很自然地将干什么 (看电影) 与在何处完成 (这个 应用) 联系起来。 2.提升安全舒适性 (1) 防止生理疲劳 V
14、R环境中引起用户疲劳的原因较为复杂, 可能是空间元素的不合理性的运用引 起的, 也可能是用户的个人因素引起的, 要充分地考虑。 视觉元素与视觉舒适度: (1) 在人类的视野中, 不同位置信息的获取成本以及 吸引的注意力有着很大的差别, 在视觉角度上应当将重要的信息放置在中央, 让用户第一时间获取重要的信息。 在视觉层次上要注意空间元素的复杂性和层次 排布。物体在3D空间中堆叠, 应利用深度来排序、分布或是凸显内容。 (2) 考 虑到长时间观察近距离的物体容易带来视觉的疲劳, 一般0.5米以内的距离是 不适宜放置物体的, 少量重要的界面可以放置在这个区域, 但只在必要时显示; 向外10 米以内的
15、区域是主要的界面放置区, 再远的距离则不适合放置界面。 肢体运动与生理过劳: (1) 减少身体动作, 利用控制器来快速移动和运动, 支 持瞬移的移动方式, 将动态操作转化为静态操作。 (2) 在非运动健身的使用场 景下, 要尽量避免激烈运动。 (3) 要避免长时间保持某一动作, 如头部频繁的 转动或往下看。手部应避免长时间悬空操作。 9.身体 VR:细胞之旅 (2) 避免不合理晕眩 虚拟现实中产生晕眩的主要原因是用户的视觉与从前庭器官所感受到的人的真 实位置信息不匹配, 为避免晕眩的产生, 应当确保与用户的身高与真实信息吻 合, 并设置合理的速度与加速度。谷歌地球 VR (Google Ear
16、th VR) 的飞行 浏览模式确保了摄像机的缓和运动, 因此并没有明显的晕眩感。 (3) 控制情绪影响 VR可以很轻易地骗过人的大脑, 也更容易引起强烈的情感共鸣, 激发诸如喜 悦、惊吓等情绪。目前 VR已经被大量地利用在悬疑和恐怖的场景中。虽然惊吓 是中性的情绪, 但过度的惊吓会引起用户的不适甚至过激反应。 因此, 虚拟真实 中的情绪是一把双刃剑, 需要合理利用, 其中重要的一点就是提升用户对 VR中 人类/非人类角色的接受度。 如图8, 日本机器人专家森政弘提出了“恐怖谷理论”, 认为外形上接近人的 物体与人类很不相像时, 人类就能很好地接受它们。因此, 在许多动画电影中, 导演常常需要“
17、拉低”角色的外观真实度, 来避免让用户产生不舒服的感觉, 在VR中同样适用。 (4) 保持虚实空间的同步性 在HTC Vive 环境下, 用户可以在虚拟环境和真实环境中同步运动, 扩展了用户 在虚拟世界行动的能力。 然而, 受制于真实空间的大小, 用户很容易走出机器的 追踪范围, 造成虚实空间不同步, 从而破坏沉浸感。 缩小用户在虚拟空间的活动 范围, 或增设用虚拟代步工具都可以很好地避免这个问题, 如图9, 在 身体VR: 细胞之旅 (The Body VR:Journey Inside a Cell) 这款科普教育应用中, 用 户将乘坐一个气囊在人体的细胞和血管之间游走。 用户会认为自己真
18、的待在一个 漂浮的气囊里, 便不会随意走出这个区域, 大大减少了体验被打断的概率。 10.仙媛 11.针线工作室 12.工作模拟器 3.提升激励性 (1) 利用叙事方式 戏剧和情节可以引起用户的悬念, 使他们更加投入这个环境, 增强体验者的沉 浸感。仙媛 (La Pri) (图10) 是一个以古典音乐芭蕾舞为题材的叙事性 VR应用, 体验者将扮演一位寻找“不朽之花”的王子, 一路上遇到各种精灵的 百般刁难。剧情的发展将引导着用户的行为, 用户渐渐融入故事背景并沉浸其 中。 (2) 提供有趣的互动 体验的内容是否有趣, 意味着是否能对用户产生吸引力。这种互动是体验型的、 多形态的, 是在作者许可
19、、鼓励下进行的。4如果内容吸引力强, 那么用户不 需要产生很强的动力就可以自然而然地投入其中, 产生强烈的沉浸感。 人的动机 往往是和态度成正比的。 在完成某项任务时, 这些动机和态度也会由于各个方面 原因的影响而经常变化。 完成任务过程的趣味性强, 用户被适当地激励, 进展顺 利等因素可以增强用户的动机, 提高完成任务的效率。 针线工作室 (Thread Studio) (图11) 是一款 T恤定制应用, 用户可以自己设计 T恤图案, 放到3D 模特身上来查看和调整它们的上身效果。 用户甚至可以随心所欲地把它们摆成各 种姿势, 给他们戴上各种道具, 最后还可以当一回摄影师给他们拍照留念。 如
20、此 新奇的体验让用户产生了可主动与模特互动的兴趣, 并激发沉浸体验。 4.提升交互高效性 (1) 提升新手友好性 自然的VR体验要求新手转变为专家的过程要既快速又愉悦。 5新手教学可以促 进用户自主学习, 通过操作引导来鼓励用户培养自身的认知能力、 心理承受能力 和心因动作技能。新手教学将大的挑战细分, 然后专注于解决小问题的挑战。这 些小问题通过特定的提示、暗示和引导式提问得到解决。 工作模拟器 (Job Simulator) (图12) 是一个工作模拟体验, 该应用为用 户提供了一名虚拟助手。 从用户挑选场景卡片进入场景到完成任务, 虚拟助手始 终在一旁一步步悉心地引导。若用户操作正确,
21、则虚拟助手会立马给予鼓励;若 用户操作失误, 则虚拟助手会耐心指出错误并告诉用户下一步应该怎么办。 这种 手把手式的教学方式、 简单直接的提示, 把学与做整合起来, 加速了用户的学习 过程。 (2) 保持注意力专注 VR是一个 360度开放的环境, 因此注意力是一项重要资源。VR中人的注意力较 为分散, 为了保持用户完成任务时高效专注, 需要排除其他事件和交互的干扰。 比如语音就是一种隐形的交互方式, 而且它是无处不在、 无时不有的, 用户不需 要移动头部和寻找它们, 在任何方位任何角落都能与其交流。通过光线明暗变 化、场景物品线索等也可以在不干扰注意力的情况下向用户传递信息。 (3) 提高操
22、作的便捷性 所谓便捷性就是操作起来是否简单方便, 这就需要对操作进行简化。 (1) 使用 用户惯常的交互方式, 使用户不需要记忆。如射箭便模仿了人们在日常生活 中射箭的经验, 用户能自发掌握射箭这一动作, 操作起来得心应手。 (2) 在真 实基础上的扩充和提升可以创造超自然的交互方式。以现实事件的交互为基础, 然后以直观的方式去扩展他们在真实世界中的能力, 可以使用户摆脱现实世界 行为的束缚, 并满足他们的意图。 实验室 中水晶球是连接实验室场景和分场景的节点, 用户通过把水晶球放到 头部的操作来实现在不同场景之间的快速切换。 这一操作超出了用户的期待, 大 大提高了使用便捷性。 (4) 保证
23、交互的一致性 VR环境通常是 2D元素和 3D元素的混合。2D 元素可以用很小的空间展示一定密 度的信息, 而3D元素则符合空间的隐喻并且更加直观, 因此需要考虑到2D元素 与3D元素在交互上的一致性。可以赋予 2D 元素3D行为, 比如用户可以反转平 面元素与另一面交互。在动画效果和过渡上可以利用类似质量加速度、摩擦力、 黏度、重力等概念。还可以减少 2D元素的使用, 比如利用空间延展替代 2D导航 菜单。 实验室并没有使用传统的菜单选择方式来让用户选择场景, 而是让用 户进入一个实验室里, 这些场景的入口散布在空间的不同角落, 用户可以自行 探索。 这种方式保证了用户在交互的过程中一直处于
24、空间情境中, 并与不同的环 节很好地串联在一起。 总结 本文在理论模型的基础上构建了提升 VR内容应用自然度的设计模型, 并提出了 一套适用于HTC Vive 的VR内容应用设计指导方法, 包括4个层面的 14个自然 度提升方法。此举为解决当前存在的体验不自然的问题提供了思路, 对VR内容 应用设计具有实际借鉴价值, 希望有助于为用户提供持续沉浸和自如流畅的使 用体验。 注释 ()1曹翔:自然用户界面自然在哪儿J, 中国计算机学会通讯, 2011 年第11 期, 第14-18页。 ()2Werner Wirth, Tilo Hartmann, Saskia Bcking, et al.A Process Model of the Formation of Spatial Presence ExperiencesJ.Media Psychology, 2007, 9 (3) :493-515. ()3杨恺:智能手机:HMD高沉浸感体验的研究与实现D, 北京:北京工业 大学, 2016, 第12 页。 ()4王峰:艺术与数字重构M, 北京:中国建筑工业出版社, 2016, 第177 页。 ()5加Daniel Wigdor, 美Dennis Wixon:自然用户界面设计:NUI的经验 教训与设计原则M, 季罡译, 北京:人民邮电出版社, 2012, 第 6页。
