機械車間交互性虛擬展示的視覺引導設計

□任工昌 □彭亞梅

陜西科技大學機電工程學院 西安 710021

1 概述

交互性虛擬展示技術是當今社會科學技術高速發展的產物，它既實現了人和環境在虛擬空間狀態下的結合，也實現了用戶對目標環境的即時漫游。對虛擬展示進行設計就是對信息服務進行設計，核心不僅在于外在的形式和表現手段，而且在于如何通過設計讓用戶獲得更好的信息服務體驗[1]。然而，在車間環境的虛擬展示過程中，存在展示面積大、環境功能區域劃分復雜等缺點，致使用戶在與虛擬環境交互的過程中存在困難，因此在虛擬展示過程中，需要為用戶提供合理、科學、簡便的視覺引導，通過視覺引導設計，使信息更加準確、方便、快捷地被用戶獲取，減少用戶負面情緒，有效傳達信息，進而使用戶在虛擬環境下的參觀更加順利和愉悅。

2 虛擬車間環境中視覺引導設計的意義

虛擬車間是實際生產車間的虛擬展示，因此虛擬車間的功能劃分、儀器設備布局、儀器設備工作方式及生產流程完全按照實際生產車間進行設置，其環境復雜程度與實際車間一致。在大型虛擬環境中，幫助用戶在陌生復雜的虛擬環境下順利進行交互，不僅能增加用戶在交互過程中的愉悅感受，而且即使是在個人獨立操作的情況下，也能幫助用戶更快地了解信息。

交互是一種目標引導設計，通常是視覺認知影響下目標的導引過程[2]。車間內儀器設備的操作方式及作用對于非車間工作人員而言是不清楚的，而引導說明則能解決這一問題。在虛擬環境中，沒有車間工作人員的講解說明，也沒有工作人員的路線指引，因此需要視覺引導充當工作人員來幫助用戶了解陌生環境。

3 車間基本布局規律

現階段的車間布局絕大多數基于工藝過程和車間信息化管理[3]，設計科學合理的視覺引導，就需要了解并分析車間的整體環境。

機械加工生產線以機床為主要設備，加工工件按照工藝順序經過各個工位，最終完成整個工藝加工流程，生產線布局應遵循以下原則[4-5]。

（1）物流原則。在滿足物料輸送的情況下，盡量減少重復活動路線。虛擬車間中也需要遵循這一原則來設計視覺引導，因為重復、繁雜的展示路線無疑會給用戶增加理解環境的難度。

（2）緊湊原則。設備的科學布置可以有效提高車間的空間利用率。

（3）特殊位置擺放需求原則。某些設備具有一定的特殊性，因此需要考慮將其擺放在特殊的位置，形成位置固定約束，從而解決車間場地的特殊布局問題。

（4）設備共用原則[6]。設備合理共用，不僅可以降低設備購買的成本，而且可以減小設備的占地面積，尤其是對于體積巨大、價格昂貴的設備，不同生產線使用同一設備是多數企業的選擇。

目前國內外主要生產線的布置有“一”字形和U形，其次還有L形、Z形等，雖然車間布局有所不同，但是都應遵照盡量減少物流運輸的原則。

在車間展示過程中，用戶沿著物流通道參觀整個生產流程，物流線依照盡量縮短物料與人員的流動距離、避免物流交叉、采用直線前進原則進行設計，以達到節約時間、降低費用、減少混亂的目的[7]。

4 視線流程形成要素

在虛擬交互過程中，用戶受自身主觀思想的影響，會做出不同的選擇。為了避免用戶出現無序或錯誤等操作，設計者需引入視覺導向概念，通過對色彩、圖形、文字等視覺元素進行有條理、有順序的設計，突出顯示重點。利用心理暗示方式，自然引導用戶視線，使用戶視線在不自覺的情況下，跟隨設計者事先編排好的路線軌跡走。因此，研究用戶視線流程，對設計視覺引導起決定性作用。視線流程具體包括視線流動規律和視線流動形式。

4.1 視線流動規律

視線流動規律包括以下幾方面。

（1）較強的視覺信息刺激。相對于一般的視覺刺激，較強的視覺信息刺激更容易被人所感知，也就更容易吸引用戶的注意力，視覺信息刺激是視覺形成流動的首要前提。

（2）視線的轉移具有直線性特點。兩點確定一條直線，因此，兩個刺激點會讓用戶形成視線的直線轉移。在交互過程中，通過將刺激點與剌激點相連接，可以形成視線的流動。

（3）信息在形態和結構上與周圍信息形成相異性。利用區別于周圍信息的方式，突出顯示信息，從而引起用戶的視覺興趣。

（4）刺激信息由強到弱，視覺刺激度亦由強到弱，形成一定順序。視覺在受到刺激時，最強的刺激將最先被視線對準。

（5）受心理和生理的影響，人有自身的視覺流動順序，如人眼水平方向的速度比豎直方向的速度快，左上方的觀察力優于右上方。

（6）視覺運動有積極的主動性，受興趣愛好等影響。視覺運動往往首先被自身感興趣的東西吸引，而忽略其它刺激，這一視覺運動的積極主動性，使視覺流程存在不規劃性與跳躍性。

（7）相似的因素具有引導視線流動的作用，如色彩、形狀、位置的相似性可以引導視線流動。

視覺流動規律除受以上因素影響外，還受用戶心理及生理因素影響。心理學研究表明，用戶在閱讀信息時，會根據母語的閱讀習慣，通常不是先看中間，而是從上到下、從左往右閱讀信息[8]。人對動作的適應過程總是從陌生到熟悉，最后形成習慣，而形成習慣以后再完成同樣的動作就不需要耗費多余的時間，憑借對事物的熟悉程度，形成對動作的自動反應，如見到熟人便打招呼等。因此，在整個視覺引導設計中，選用大多數人熟悉甚至是習慣的交互方式，可以省去用戶重新適應的過程，也可以避免用戶因不熟悉而引發不當操作。

另一方面，分析得出平面的中部及中上部為最佳視域。通過合理運用這個區域來傳達重要信息，可以起到在交互過程中引導用戶的目的。

4.2 交互空間中的視覺流動形式

視覺流程形式可分為二維空間中的視覺流程、三維空間中的視覺流程及多維空間中的視覺流程[9]。

4.3 多維空間中引導視覺流動形式

虛擬車間是由同一畫面中多種三維空間模型組合而成的復雜多維空間，在多維空間中，視覺引導流程的應用方式有多種，其中文字、手勢、形象和視線引導方式應用較廣泛。

（1）文字引導方式。顧名思義，就是利用文字來傳遞信息，將數據信息通過文字的方式傳遞給用戶，利用文字來引導用戶，突出重點。

（2）手勢引導方式。利用手勢來傳遞方向類信息，通過不同的手勢引導用戶。

（3）形象引導方式。通過形象設計，如物體位置的色彩標記、標志的設計來引導用戶。

（4）視線引導方式。通過畫面中物體的虛實變化或視線引導線等形式來告知用戶視覺運動路線。

虛擬車間的交互，其目的在于向用戶展示整個車間環境，并引導用戶與虛擬車間進行交互。因為用戶在進行交互之前，對于虛擬車間的信息可能并不了解，所以采用引導視線流動，通過設計誘導元素，結合文字、色彩等引導方式，引導用戶的視線向預定的方向移動，可以有效避免用戶產生錯誤、無序、重復等操作。

5 虛擬交互環境中視覺引導設計及其實現

5.1 視覺引導的邏輯性

在機加工生產過程中，普遍按照生產線的工藝流程對工件進行加工，用戶在對整個車間的參觀過程中，按照工藝流程的加工順序進行參觀，既具條理性，又方便用戶理解整條生產線的生產流程，因此需要強調視覺引導的邏輯性對于虛擬車間的重要性。用戶在通過界面與虛擬車間進行交互時，通常是獨自進行交互，交互的復雜程度直接影響用戶的心理感受，交互越簡單，信息傳達越直接，這樣可以提升用戶的好感度。可見，使用戶在短時間內以簡單的方式了解整個車間是非常必要的。復雜的交互不僅會增加用戶的學習時間，而且會降低用戶的興趣。而結合機械車間生產工藝流程，為用戶提供具有邏輯性的視覺引導，滿足用戶心理邏輯順序和思維發展順序，可以幫助用戶與虛擬車間之間實現更加順利、流暢的交互。

視覺引導的邏輯性主要體現于設計者對視覺引導線路的合理規劃，設計者結合工藝加工流程和車間場景布局，通過設計誘導元素引導用戶的視線按照預定的方向運動，重點突出，條理分明，將信息有條理地串聯起來，最后形成有邏輯性的整體。

5.2 強化用戶視覺引導

在具體的交互視覺引導設計中，要考慮用戶的意向，盡量使用戶自由地進行交互。同時，針對初次交互的用戶，在其未能良好地把握整個參觀流程之前，需要引導用戶按照設計者意圖對虛擬空間進行有條理、有邏輯的參觀。添加視覺引導元素，吸引用戶注意力，強化對用戶的視覺引導，從而實現誘導用戶按照設計者事先編排的路線軌跡來進行交互的目的。

強化視覺的方式，首先可以通過設計不同符號、顏色、文字等對用戶進行方向性暗示。不同的符號設計，可以幫助用戶清晰地辨別內容，并在腦海中形成大致分類。在分類完成后，形成抽象路線，使用戶不由自主地按照路線移動自己的視線。通過使用有區別的色彩，可以輕松地反映出表達重點。文字的強化方式則是將重點內容以加粗、加大的方式表現，使用戶的視點聚焦在加粗、加大的文字信息上。

其次可以將周圍事物淡化或者虛化，使重點內容以更明確、清晰的方式進行展現。模糊的視覺條件會阻礙用戶獲取信息，在清晰的視覺條件下，用戶總是能更加容易快速地閱讀信息，利用這種方式就可以強迫用戶只閱讀設計師給出的信息，從而達到設計師引導用戶交互的目的。

用戶通過界面進行交互的過程中，無法集中關注整個界面，因此通過視域優化的方式，分析大多數用戶的最佳視線范圍，將重點內容放置在用戶的最佳視線范圍內，用戶就會下意識地投入更多的關注。根據視覺流程法則，界面的上半部分和左半部分為用戶的最佳視域。上半部分和左半部分能夠使人輕松閱讀信息，下半部分和右半部分相對而言則更顯穩重和壓抑，這種由于界面區域不同而帶來的視覺落差感與眼睛習慣從左至右閱讀的反射結果相關。

5.3 簡化用戶獲取信息的操作過程

用戶登錄虛擬車間的目的不盡相同，在設計用戶視覺引導之初，設計者需要考慮以下幾方面內容。

（1）對用戶需求進行深度挖掘、分析，有效獲取和理解用戶需求,并在產品功能的抽象表示和描述中準確反映用戶需求信息[10]，這是交互設計成功的必要前提。設計視覺引導的目的是幫助用戶在虛擬車間順利進行交互，因此需要了解用戶背景，分析用戶需求，明確用戶想要獲取的數據信息，以此來幫助用戶更加迅速、直接地獲取信息。如分析用戶想要獲取車間的哪些生產數據及生產流程等，那么在視覺引導設計過程中就著重表達此類信息，選擇性地丟棄關系度較低的數據信息，使表達更具有針對性。

（2）用戶交互體驗。系統、用戶和環境都會對用戶交互體驗產生影響[11-12]。在虛擬交互過程中，視覺引導是一項重要的用戶體驗，如通過考慮用戶習慣的行為方式和使用方法，設計符合多數人習慣的引導方式；通過設計符合多數人認知及行為習慣的引導提示，降低用戶誤操作概率，引導用戶快速獲取目標信息。設計的精髓在于以人為本，而不是炫技，只有徹底了解用戶真正的需求所在，提出能夠解決用戶需求的設計，才是好設計。因此，“少就是多”在用戶交互體驗設計中同樣適用，簡約的交互更能凸顯主題，這樣才能使用戶操作更加簡便、直接。

（3）滿足用戶基本期望之外的創新。這里的創新指在滿足用戶基本需求的同時還應該考慮用戶潛在的期望，或者說是為用戶創造更高的需求并進行解決。因此，設計師在用戶視覺引導的設計過程中，還應幫助用戶思考潛在的更高期望，超出用戶基本期望的設計能給用戶帶來更好的體驗，在交互結束后能使用戶形成很好的評價，為后續交互奠定良好的心理基礎。

6 結束語

機械車間交互性虛擬展示縮小了用戶與車間之間的距離。用戶良好的交互體驗可以幫助用戶對展示內容進行更深刻的理解，對于參觀流程的理解也更容易。此外，機械車間虛擬展示中的視覺交互在提供更多自主選擇空間的同時，也帶給用戶一定的娛樂性。

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