交互式動畫在移動端三維用戶界面中的應用現狀與發展趨勢

張紓菡 楊 喆 （中國地質大學（武漢） 430074）

隨著我國綜合國力的不斷提高，科學技術也在突飛猛進地發展，移動終端成為人類生活不可或缺的重要一部分。用戶界面一直以來就是連接人與物品的重要溝通方式，在這場巨大的變革中也同樣發生著巨大的革新，從一開始的簡單文字進化成為簡單易懂的圖形，產生著顯著的進步。在虛擬環境下，操作平臺已不再是我們熟悉的平面方式，面對新興的仿真技術架構起來的龐大的交互系統，二維形式的用戶界面早已不能滿足引導用戶的功能并且還會產生脫離界面的可能，這時候，交互式動畫作為一種能提高交互效率的技術被運用在移動設備的三維界面中，使用戶界面更具生命力和活力。在虛擬環境下，移動終端設備的互動性為其主要特征，基于這一特性，交互動畫呈現出的明顯相似性和共通性，使其在三維用戶界面的開發過程中廣泛應用變得水到渠成。在交互式動畫的開發上，充分挖掘其文化特性和體現其藝術特性，并突出移動終端的互動性特征。本文根據交互式動畫的特點，結合交互界面的交互特性和人機界面設計原則，對交互式動畫在移動端三維用戶界面中的應用研究國內外現狀進行分析，對其發展趨勢進行了探討，旨在為移動三維界面的交互方式設計提供參考依據。

一、交互式動畫在移動端三維用戶界面中的作用

從用戶界面演變的歷史來看，三維環境下的用戶界面將是未來發展的必然趨勢。而交互式動畫作為一種新的指導和提高三維交互形式的方法，利用信息技術整合了影像、聲效、動畫等多種不同的藝術呈現形式，將藝術設計和軟硬件相結合，使得動畫設計更有具有代表性。

移動設備的屏幕小，顯示內容有限，二維界面的表現力不足，無法清晰表達出多個界面之間的多維關系。因此，要充分利用三維用戶界面的優勢。三維用戶界面直觀地展示某些領域的信息，和真實世界的對象更為接近，用戶很容易感知。三維虛擬界面的交互方式使用模擬真實世界人和物的交互行為，這種方式自然，更容易被用戶接受和掌握，交互系統也容易設計和實現。

二、三維界面的國內外研究現狀及發展趨勢

（一）三維界面的國外發展現狀與趨勢

人機交互史上出現的最早的界面是命令語言用戶界面（UI）。這種界面的主要功能只是讓人可以跟計算機進行對話，甚至還需要人來主動“適應”計算機。

1962 年，美國 MIT 的L.E.Sutherland發表了一篇題為“圖板：一個人機圖形通信系統”的論文，他在論文中首次使用了“Computer Graphics”這個術語。這個圖形通信系統是一個功能相當完善的交互式圖形系統，能夠產生直線、圓、圓弧等圖形，并有一定的交互功能。同年，Ivan Sutherland提出的 Sketchpad 系統展現出了圖形用戶界面 （GUI）的特質，隨后，美國的各大公司及院校對計算機圖形技術展開了大規模的研究。

多媒體用戶界面的誕生則是由于多媒體技術被提出，界面設計引進多種媒體元素，如聲音、視頻、動畫。用戶可以體驗豐富的信息表現形式，發揮用戶感知信息的效率，增強了人對信息表現形式的選擇和控制能力，擴展了人類的信息處理能力，提高了人機交互的效率和用戶界面的可用性。

20 世紀 80 年代后期以來，多通道用戶界面交互設計成為人機交互技術研究的嶄新領域。多通道用戶界面的研究正是為了消除當前 GUIWIMP界面（即窗口Windows、圖標Icons、菜單Menus和鼠標指針Pointer）和多媒體用戶界面的輸入輸出通信帶寬不平衡的瓶頸，采用視線、語音、手勢等新的交互通道、交互設備和交互方式，使用戶可以同時利用多個通道進行交互和感知。多通道用戶界面進一步提高了交互的效率和自然性，用戶界面的三維感受更加強烈，使得更多不同人群的用戶都可以使用計算機技術，以吸取更多的信息。

三維（3D）交互的研究開始于 20 世紀 60 年代，由 Ivan Sutherland 等人開創。其中，虛擬現實和增強現實是新一代人機交互技術中三維用戶界面技術的典型代表。1991年，在Mark Weiser的“普適計算”概念下，基于虛擬現實技術下的實物用戶界面 （TUI）被提出。這種界面采用的是增強現實的技術（AR），增強現實技術是虛擬現實（VR）的一個分支，延伸了虛擬現實的概念并且更加要求和現實結合。而TUI是由于直接將人們在現實生活中和物體、環境的交互動作映射為與信息空間的交互過程的用戶界面，強調把直接抓取實物作為輸入手段，試圖摒棄 GUI 界面范式，使物理環境成為界面本身，實現物理世界和信息世界無縫融合，這同以物理環境為交互環境的 AR技術有著密切的聯系。

二十一世紀初，美國學者Doug A. Bowman等人對涉及3D UI技術、設計和評估的各個方面進行了研究，出版了一本囊括三維用戶界面理論和實踐的著作，書中包含的內容有三維界面的輸出和輸入設備有哪些，它們都是如何使用的；面向通用任務的三維交互技術，如選擇、操作、導航以及系統控制等任務；有關三維界面設計和開發的指南及其評估技術；三維界面的未來，包括增強現實和混合現實交互技術以及影響三維界面未來發展的相關課題。Doug A. Bowman等人還在出版的著作中總結了大量的有建設性的例子和方案，這些研究是三維用戶界面最早也是最系統的理論和實踐。

（二） 三維界面的國內應用現狀及發展趨勢

我國的計算機圖形技術研究從 70 年代起步，在緊跟國際新技術的同時，取得了不少創新成果，已在電子、機械、航空航天、建筑、造船、輕紡、影視等部門的產品設計、工程設計和廣告影視制作中得到了廣泛應用，取得了明顯的經濟效益和社會效益。

虛擬現實的研究在國內起步較晚。據資料調研，上海龍華博物館與新加坡合作，利用 QTVR技術（即QuickTime Virtual Reality）建立了一個虛擬博物館，用戶可在計算機前參觀博物館中的各個展館，每一個參觀點都可以在空間 360 度范圍內觀察，對于感興趣的物體，用戶還可將它拿起來，對它進行轉動參觀，就像圍繞展品參觀一樣，在觀察過程中，用戶還可以向前或向后，可獲得視角大小不同的效果。其他主要的研究成果都圍繞 AR 的顯示技術、攝像機校準算法、虛擬對象的投影配準算法等具體技術上，對增強現實系統進行系統研究并取得了一定成果。北京航空航天大學相關研究實現了分布式虛擬環境網絡設計，提供虛擬現實演示環境，設計出用于飛行員訓練的虛擬仿真系統。清華大學的一個研究成果可以實現實際拍攝效果中振動的消除，使得實拍場景中前景虛化，類似透視拍攝的效果。國防科技大學研究的超文本視頻系統，可實現不同實景之間的切換，在觀察實景時，可實現導航式瀏覽。浙江大學計算機輔助與圖形學國家重點實驗室開發出了一套桌面型虛擬建筑環境實時漫游系統，該系統采用了層面迭加的繪制技術和預消隱技術，實現了立體視覺，同時還提供了方便的交互工具，使整個系統的實時性和畫面的真實感都達到了較高的水平。

隨著虛擬技術的發展，傳統意義上的圖形用戶界面已經不能滿足人們的需求。傳統的平面界面已經陷入了“瓶頸”，作為和交互產品溝通的重要的途徑，尤其是在虛擬現實、增強現實和混合現實等技術快速進入生活的同時，普通的圖形界面依然不能夠成為一種高效的、自然的、更便于用戶理解的交互形式。有學者總結了尚未有明確定義和分界的三維用戶界面，將其分為三類，即技術驅動型、任務驅動型和用戶驅動型。明確了3D UI在普適計算背景下呈現出的自然化、人性化、智能化的趨勢。最后提出了設計3D UI應該遵循的方法，為后人做出了確切的指導。三維界面的時代即將到來，3D UI已經作為一門學科被廣泛研究，但虛擬現實技術的研究多對三維交互界面設計的指導作用還不夠深入。

三、交互式動畫的國內外發展現狀與趨勢

（一）交互式動畫的國外發展現狀與趨勢

早在舊石器時代的石洞壁畫上，就有了動畫的雛形，雖然日后在十六世紀出現了手翻書，以及中國早期的西洋鏡。19世紀電影技術逐漸發展起來，一些電影人們對電影技法的實驗推動了日后動畫的技術。

1962年，摩登·海利希首先提出了“體驗劇院”，成為“最早具有交互式影片意識”的人，摩登·海利希嘗試使這個體驗式的影院能讓觀眾在觀看影片的過程中可以有“身臨其境”的感覺，但是他始終沒有成功的做到交互性。1999年出現的一部叫《現場》網劇，真正讓觀眾身臨其境的參與到了影片的劇情中去和主人公們做朋友，可以幫助主人公們選擇自己希望的結局。盡管如此，摩登·海利希的觀點還是提供了一個電影的新走向，讓更多的人去實踐。

（二）交互式動畫的國內發展現狀與趨勢

2003年，世界動畫學會理事、中國動畫學會常務副秘書長李中秋先生提出了“泛動畫”這一概念，在國內外引起了強烈的響應。這表明傳統動畫已經開始朝著多元化的方向發展。隨后有國內學者梅克冰闡述交互式動畫產生的根本原因是觀眾更傾向于“直接參與”動畫的意愿，并不是作為一個旁觀者，被動的接受影片的情節和發展。并提出了交互式動畫對早教的啟示。國內的動畫人們一開始大多是挖掘Flash這種技術用來實現其動畫的交互性。第一部真正的交互式動畫是由網絡動畫制作人—皮三來完成的《套子里面的人》。該作品不局限于傳統的灌輸形播放形式，采用按鍵的方式讓觀眾可以自主的參與進來，決定影片的走向，使Flash動畫作為一項最常用的手段被運用在交互式動畫中。

隨著科技的發展和交互設計理念的形成，由于計算機技術大大的拓寬了動畫的創作形式，使得動畫中的交互式體驗變得不再困難。交互式動畫的產生和目的始終是為了更好的情感表達和更豐富的用戶體驗，這也就決定了交互式動畫會被廣泛運用在各個領域，使得它具有了交叉學科的性質。調研發現國內研究交互式動畫的論文大概分為三類：第一類是探討在新技術或新平臺下為交互式動畫提供的可能和前景。比如《套子里面的人》，探討了Flash技術為交互式動畫提供的新思路。第二類則是創作一個基于特定平臺的交互式動畫設計。這類文章有的提供技術上的革新，有的設計了新的編輯交互式動畫工具。第三類是研究交互式動畫在其他領域的運用。如分析研究網絡廣告中的交互式動畫的應用，通過c語言實現交互式動卷積技術，并運用在計算機輔助教學（CAI）課件中。

筆者通過分析將現階段的交互式動畫產品，大致可分為兩種情況，一是始終保持電影特質的交互式動畫。這種交互式動畫有著完整的電影的特點，卻融合了交互的特性，這也使其跟游戲的界限越發的模糊；二是為了服務其他領域簡化而成的一種技術型的交互式動畫。早在喬布斯第一次介紹iPhone的時候，我們驚嘆其實中一個小小的操作簡直如同魔法一般，這全部的得益于交互式動畫的作用。

四、結語

隨著虛擬技術的發展，傳統意義上的用戶界面（GUI）已經不能滿足人們的需求。作為和交互產品溝通的重要的途徑，尤其是在虛擬現實、增強現實和混合現實等技術快速進入生活的同時，普通的圖形界面依然不能夠成為一種高效的、自然的、更便于用戶理解的交互形式。三維用戶界面在普適計算的背景下呈現出的自然化、人性化、智能化的趨勢。

交互式動畫作為交叉學科后的產物，即融合了交互的特性，又增強了用戶界面自然化、人性化、智能化特性，是三維用戶界面的發展中必不可少的圖形技術，代表著三維用戶界面新動態與技術發展著趨勢。

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