增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)交互與交互設(shè)計(jì)研究

李豪 嚴(yán)心寧

（北京印刷學(xué)院，北京 102600）

關(guān)鍵字：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；人機(jī)交互；交互設(shè)計(jì)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR，Augmented Reality）是虛擬現(xiàn)實(shí)的一個(gè)分支，由Tom Caudell 和其同事于20 世紀(jì)90 年代初首次提出這一術(shù)語(yǔ)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)渲染生成虛擬場(chǎng)景，并將此虛擬場(chǎng)景與真實(shí)世界精確的融合在一起。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，為人機(jī)交互領(lǐng)域增加了新的交互方式。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的3I 特性（沉浸感、交互性、構(gòu)想性）以增強(qiáng)用戶體驗(yàn)為最終目的，與人機(jī)交互研究最終所要達(dá)到的目標(biāo)不謀而合。人機(jī)交互在未來(lái)發(fā)展具有集成化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化的特征。而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的圖像識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別、姿勢(shì)識(shí)別、SLAM 實(shí)時(shí)環(huán)境感知等交互方式，恰恰符合這三方面的特征。

由于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是多學(xué)科交叉融合的產(chǎn)物，因此需要交互設(shè)計(jì)有針對(duì)性的根據(jù)應(yīng)用中支持交互行為的技術(shù)進(jìn)行交互流程的設(shè)計(jì)，并且需要符合現(xiàn)代人的交互思維與交互體驗(yàn)習(xí)慣。

一、人機(jī)交互與交互設(shè)計(jì)

人機(jī)交互和交互設(shè)計(jì)其實(shí)是兩個(gè)概念，交互設(shè)計(jì)是在人機(jī)交互基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。人機(jī)交互指的是用戶與系統(tǒng)之間的交流、互動(dòng)。這里的系統(tǒng)既可以指軟件也可以指硬件。研究目的是以系統(tǒng)用戶界面為載體，將系統(tǒng)的可用性和易用性通過(guò)用戶界面展現(xiàn)出來(lái)。

而交互設(shè)計(jì)則指的是設(shè)計(jì)要注重人和產(chǎn)品之間的互動(dòng)，設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到用戶的背景、使用類似產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)以及操作過(guò)程中的感受。交互設(shè)計(jì)的研究從始至終將最終用戶放在首位，是直接影響最終用戶的“設(shè)計(jì)”。

二、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)交互

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中人機(jī)交互，其目的是實(shí)現(xiàn)用戶與真實(shí)世界中疊加的虛擬物體之間的交互，即對(duì)于用戶的輸入，經(jīng)系統(tǒng)處理，直接給予相應(yīng)的反饋。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)所提供的新的交互方法，不僅可以使用戶擺脫傳統(tǒng)人機(jī)交互圖形界面，從而滿足用戶的感官認(rèn)知，還能引導(dǎo)用戶直接對(duì)疊加的虛擬物體所代表的信息進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)之間的互動(dòng)。

（一）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中人機(jī)交互的特點(diǎn)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中強(qiáng)調(diào)人機(jī)交互的實(shí)時(shí)性，實(shí)時(shí)性是構(gòu)成沉浸式用戶體驗(yàn)最中重要的保證。其次增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中人機(jī)交互設(shè)計(jì)還需要考慮：虛擬物體和真實(shí)物體的實(shí)時(shí)疊加、不同類型顯示器和輸入方式以及協(xié)同工作的影響。對(duì)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用來(lái)說(shuō)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就等同于傳統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的領(lǐng)域如：軍事、醫(yī)療、教育、工業(yè)、培訓(xùn)等等，這些行業(yè)應(yīng)用根據(jù)本身特征所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)就對(duì)應(yīng)著在該領(lǐng)域內(nèi)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互方式。

（二）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中人機(jī)交互方式分類。本文從用戶交互角度、互動(dòng)行為類型以及對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)研究發(fā)展回顧將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)交互方式劃分成三大類：基于對(duì)象的交互、基于環(huán)境的交互、基于多通道的交互。

1.基于對(duì)象的交互。（1）基于物理對(duì)象。基于物理對(duì)象的交互是最早發(fā)展的，最為常用的交互方式。（2）基于標(biāo)記對(duì)象的遮擋。通過(guò)對(duì)待識(shí)別圖或待識(shí)別物體進(jìn)行遮擋處理，實(shí)現(xiàn)觸發(fā)交互特定的交互指令從而實(shí)現(xiàn)交互控制。（3）基于多模型互動(dòng)。多模型互動(dòng)主要依賴于對(duì)多目標(biāo)的識(shí)別，給予用戶極大地操作權(quán)限，來(lái)控制虛擬物體信息疊加的互動(dòng)。應(yīng)用常見(jiàn)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)卡牌類應(yīng)用。

2.基于環(huán)境的交互。（1）用戶自定義環(huán)境。基于感知環(huán)境將設(shè)置觸發(fā)的權(quán)利給予用戶，不在需要感知對(duì)象。（2）SLAM 實(shí)時(shí)環(huán)境感知。主要通過(guò)SLAM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)三維數(shù)字世界的空間定位和環(huán)境感知。例如現(xiàn)在流行的平面檢測(cè)就是基于SLAM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。（3）人體識(shí)別。即對(duì)于人體特定部位如特定的手勢(shì)、肢體姿勢(shì)、人臉表情的識(shí)別。（4）LBS 地理位置感知。LBS 地理位置感知可以在不同空間位置設(shè)置不同內(nèi)容，范圍極大。（5）基于設(shè)備傳感器。不需要額外設(shè)備，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示設(shè)備自身的傳感器作為觸發(fā)條件，較為常用的有陀螺儀、加速度傳感器、磁力傳感器等。

3.基于多通道的交互。多通道的交互往往是多種交互方式相結(jié)合，或是與新興技術(shù)相融合。如在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互中結(jié)合使用自然語(yǔ)音交互、自然手勢(shì)識(shí)別等。自然語(yǔ)言交互的優(yōu)勢(shì)在于可以解放雙手，利用未被利用的輸入通道，精確輸入大量文本。自然手勢(shì)識(shí)別，主要在于手勢(shì)的連續(xù)性判斷和模糊手勢(shì)的判斷上，因此目前并未廣泛的使用。

三、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的交互設(shè)計(jì)

在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，由于新興技術(shù)的大量使用和針對(duì)不同行業(yè)、領(lǐng)域內(nèi)的特定需要使得“認(rèn)知摩擦”情況變得尤為嚴(yán)重，要想很好的解決該問(wèn)題就需要使用交互設(shè)計(jì)的思想和方法來(lái)設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)。這是因?yàn)榻换ピO(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)用戶與產(chǎn)品系統(tǒng)之間的交互行為以及交互雙方的信息表達(dá)方式。它能夠直接影響產(chǎn)品的使用者，為使用者來(lái)帶不同的交互體驗(yàn)。因此，在進(jìn)行增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮人機(jī)交互還要考慮到由人、人的行為、使用場(chǎng)景、交互行為技術(shù)所組成的交互設(shè)計(jì)。

四、結(jié)語(yǔ)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)重要分支，自誕生之日起就與人機(jī)交互有著密不可分的聯(lián)系。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)擴(kuò)展了人機(jī)交互方式，符合人機(jī)交互未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)基本特性中的交互性，屬于人機(jī)交互方式中的一種，符合人機(jī)交互理論，兩者的發(fā)展是相輔相成。而利用交互設(shè)計(jì)的思想對(duì)于指導(dǎo)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以極大減少增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中“認(rèn)知摩擦”的影響，使得用戶可以擁有更好的產(chǎn)品交互體驗(yàn)。