針對碑林書法藝術虛擬體驗的自然交互設計研究

王育行 張文莉

引言

隨著現在信息技術的飛速發展和HTC Vive、Oculus等虛擬現實穿戴設備的普及，虛擬現實技術逐漸為普通消費者所熟知，虛擬現實技術賦予了人機交互以新的內涵：體驗者可以通過虛擬現實設備建立的視覺、聽覺、觸覺等模擬感知，感受到一個能夠直接使用感官來交互的虛擬世界，體驗者會融入虛擬環境成為其中的一部分，人機關系更加自然融洽。傳統的基于屏幕的二維設計法則不再適用于這種新的自然交互層陸，設計師應當尋求更加合理的交互設計原則與方法來改善和優化人與計算機虛擬環境之間的關系，讓體驗者沉浸在虛擬世界當中，獲得更加真實、親切和輕松的虛擬體驗。

鎮江的焦山碑林是與西安碑林、曲阜孔廟碑林并稱的中國三大碑林之一，是我國傳統書法藝術的瑰寶、民族的驕傲。然而，從古至今對鎮江焦山碑林書法只有片言只語的評論，缺乏系統、深入的研究，令人深為遺憾。隨著虛擬現實技術的發展，虛擬現實自然交互設計也成為子一項傳播和推廣碑林書法文化的新方式。文章選取“焦山碑林書法藝術虛擬體驗”作為案例進行研究，該虛擬體驗再現了焦山碑林的整體環境，以非線性沉浸交互方式，在虛擬導游模式下游覽碑林陳列入口、碑刻博物館、御碑亭、瘞鶴銘等重點展區。下文在探討虛擬現實自然交互的內涵及設計原則的基礎上，重點對“焦山碑林書法藝術虛擬體驗”中的自然交互設計進行研究和探討，提出解決方案，為虛擬現實自然交互設計的研究提供啟示和幫助。

一、虛擬現實自然交互設計的內涵及設計原則

（一）虛擬現實自然交互設計概述

虛擬現實技術將傳統的二維人機界面升至三維，創建了一個可以模擬真實世界自然規律和物體形態的綜合環境。體驗者在使用虛擬現實系統時，可以使用多種交互方式來改變系統中的事物以及事物的狀態，從而實現多形式、多模態的交互。隨著計算機圖像分析與識別技術、機器視覺技術等的發展，涌現出許多新的人機交互方法。當前的虛擬現實系統主要是基于人和系統之間的交互，開發者通過對視覺和交互方面的設計可以提高系統的性能水平和整體系統的流暢程度。

虛擬現實的自然交互設計融合了自然交互、用戶體驗和情感化設計理論。自然交互理念奠定了虛擬現實自然交互理念的基礎;用戶體驗理論促進了虛擬現實自然交互的用戶體驗概念的形成;情感化設計理論為虛擬現實中的用戶體驗（包括情感、喜好、認知、生理和心理反應、行為等）的研究與分析提供了理論依據。

綜上所述，虛擬現實自然交互設計的概念可闡述如下：虛擬現實的自然交互利用體驗者的行為特性和情感需求，以并行、互補的方式與虛擬現實系統進行交互;通過對音效、物品、環境、光線等視覺要素進行設計，營造更加豐富逼真的虛擬環境，給體驗者以身臨其境的感覺;體驗者通過隱式交互以及直覺操作與虛擬現實系統進行溝通交流，可以自然有效地獲取展示內容和操作流程等信息，從而全身心地沉浸到虛擬現實系統中去。

（二）虛擬現實自然交互設計的設計原則

隨著人機交互技術的發展，產品的可用性日益受到人們重視。可用性是一個綜合性的評測指標，它既考慮產品實用性和適用性，也考慮用戶在使用過程中的心理體驗和主觀感受。目前，自然交互設計也存在著一些可用性問題：①使用場景：當前自然交互設計應用的領域一般是娛樂性、游戲性的產品，而工業生產、科研實驗、裝備制造等需要嚴謹性、高精度的專業類使用場景都不適用于自然交互設計。②認知差異：不同文化的背景、不同的交互方式會讓用戶產生認知偏差，增加了學習時間與成本。③技術限制：系統在交互的過程中有承擔了部分用戶工作的功能，系統如果無法對體驗者的操作進行有效識別和糾正，感知到用戶正確的操作意圖，就不能給出正確的反饋，最終會降低用戶體驗的整體水平。

虛擬現實自然交互設計作為一種“以人為中心”的新的交互設計方式.與“可用性”設計標準中考慮用戶在使用過程中的心理體驗和主觀感受的目標相吻合。因此，應遵循“可用性”的設計標準來制定虛擬現實自然交互設計的設計原則：

1.交互方式、交互流程的設定需要根據具體的產品內容而定。

2.自然交互的各個方面需要參照真實場景中的用戶行為，符合人類的自然習慣。因為符合人類習慣的交互讓體驗者產生自然而然的親切感和熟悉感，減少來自系統界面的干擾，從而將注意力一直集中在展示內容上。

3.外觀是界面提供給體驗者的直觀視覺感受，顏色搭配、風格、內容、場景、導航等方面需要做到視覺上的統一，用戶進行操作的方式也需要基本一致。

4.系統中關于操作、視覺相關的組件應具有易視性，在系統中顯而易見。人們往往依賴于具體感知的信息作出判斷，而自然交互利用實物減少了對體驗者記憶的需求，創建出真實逼真的體驗環境。

5.虛擬現實自然交互系統的建立需要有對應的技術支持，且這些技術的難度和成本需要符合項目的實際情況。

二、基子焦山碑林書法藝術虛擬體驗的虛擬現實自然交互界面設計

以虛擬現實自然交互的設計理念為指導，遵循虛擬現實自然交互界面設計原則，文章選取“焦山碑林書法藝術虛擬體驗”為案例進行自然交互設計。虛擬現實自然交互設計需要針對虛擬現實的特點，在系統設計中充分考慮用戶心理感受和行為特性，對系統界面、展示內容、交互方式等方面進行全面設計。

（一）導航設計

合理的導航設計能夠有效地引導體驗者進入交互流程。虛擬現實系統應提供完整的導航界面，導航界面中需要設置直觀形象的視覺元素，是體驗者能夠用豐富的交互形式對導航界面進行交互。展示內容應以非線性敘事的形式進行組織，使體驗者在整體流程中能夠自由地在各個部分之間切換或跳過。（如圖1）是“碑林書法藝術虛擬體驗”的導航界面，包括碑林入口、碑刻博物館、御碑亭、痙鶴銘及返回主頁。

自然交互的界面設計原則可應用在“焦山碑林虛擬體驗”的導航界面設計上。體驗者可以點擊（如圖1）左側圖標進入不同的場景。背景場景會隨著體驗者的頭部移動或轉動而顯示極為真實的環境，展現出3D的效果。單擊選中圖標會有動畫播放，視覺效果豐富多彩.能夠帶給體驗者強烈的感官感受，體現出虛擬現實獨有的沉浸感、交互感，激發體驗者的興趣，促進人機之間形成自然匹配，從而使交互自然、高效地進行。

（二）虛擬場景設計

虛擬場景是虛擬現實系統的基礎環境，主要包括整體自然環境和交互載體兩部分：整體環境是指建筑、地形、房間、植被等與虛擬現實交互操作無直接相關的事物，營造環境真實感從而提升體驗者的沉浸感受;交互載體是指體驗過程中所用的碑刻、毛筆等交互媒介，在設計時需要考慮整體場景中物體的建模、位置擺放、體驗者的視角與觀察角度等問題，使整體場景更加和諧統一。

虛擬場景的環境、交互載體模型的色彩設計以及環境布置等要以真實焦山碑林環境為基礎進行仿真再現，為體驗者創造一個近乎真實的虛擬場景，有助于體驗者運用已有的認知使用虛擬現實系統。

（如圖2）是“碑林書法藝術虛擬體驗”的虛擬場景。整體環境由建筑、天空、道路、碑刻、植物等組成，構造出具有情境性的三維虛擬場景。交互載體包括碑刻、字帖、毛筆、紙扇、放大鏡等。所有模型的色彩、外形、比例、材質與真實場景中的實物基本相同，并目都可以通過點擊和觸碰激光線等進行交互，體現出良好的真實性和互動陸。例如：激光線可以實現桌門的開閉、放大鏡可以放大遠處的場景等。虛擬現實系統的信息輸出形式是多樣的，與體驗者交互的形式也是多樣化的，因此，可根據虛擬場景中物品材質的不同添加對應的聲音，創設更為真實的虛擬環境。例如：碑刻的擺放，門的閉合和開啟，紙扇的打開與折疊等。

（三）交互載體提示設計

提示是虛擬現實系統的重要構成元素，在操作過程中隨處可見，其主要功能體現為對交互操作信息的提示和操作步驟的指導，既能減少對操作者記憶的需求，又能給操作者帶來明確的方向感。

虛擬現實系統中設置了多種提示標志，系通過通過語音播報和圖像變換兩種方式，對剛進入系統的體驗者進行初步介紹并提供基本的有關信息。提示標志將會全程伴隨體驗者完成操作，并在體驗的過程中提供操作指導，使體驗者在不受打擾的情況下獲取提示信息，幫助體驗者簡單有效地完成交互行為和信息獲取（如圖3）所示。

（四）交互載體反饋設計

在以往的虛擬現實交互設計中，系統會不斷地彈出對話框等提示信號用于反饋，這些反饋信號能夠吸引體驗者的注意力，但是在交互流程中信號反復出現這樣的提示信號容易使體驗者產生厭煩情緒，影響整體的體驗效果。在虛擬現實自然交互設計中，可以通過色彩、聲音、振動反饋給予體驗者適當的暗示，讓體驗者能夠自然地從系統中獲取信息（如圖4）所示。

例如：當體驗者進入書法臨摹體驗區時，虛擬現實系統會模擬真實的情景中的情況，模擬出書頁翻頁和毛筆與宣紙接觸的聲音。當體驗者將激光線移動至書頁上時，書頁會高亮顯示，體驗者可以點擊書頁進行翻頁操作，毛筆接觸硯臺時可以更換宣紙重新開始臨摹。這種模擬真實情景的反饋，可以讓體驗者感受到與真實情景相似的體驗，有利于完善體驗者的交互體驗。

綜上所述，虛擬現實自然交互設計滿足了體驗者的感官體驗，并有效融入了碑林書法本身承載的文化內涵，具體體現在：通過對系統視覺、聽覺等感官方面的設計給予體驗者豐富的感官體驗，激發體驗者的探索興趣，使體驗者能夠積極地參與交互;通過及時準確、人性化的提示和自然的反饋設計使體驗者在體驗過程中能夠將注意力集中于展示內容上，自然完成體驗。

結論

傳播和推廣傳統書法文化的方式隨著科學技術的發展已上升到一個新的高度，虛擬現實技術為傳統書法文化的傳播提供了先進的方法，使得焦山碑林書法藝術虛擬體驗成為可能，具有較好的應用前景。大力加強虛擬現實技術的應用，是傳統書法文化領域可持續發展的重要工作。