虚拟现实（VR）情景下的界面设计模式解析

潘尚仕

摘 要：当设计师戴上VR头显的时候一定会感受到跟传统平面屏幕媒体（比如网站、手机和平板）完全不一样的视觉体验，用户从传统的界面的旁观者身份一下子变成了界面的一部分，这会让大部分的传统界面设计师无可适从，如何从传统的平面屏幕媒体设计转化到VR设计成为一个新的课题。本文从直观的界面设计模式方向切入，以用户为中心和功能可见性的原则出发，创造性地归纳了三种不同的VR界面设计模式及其理论。

关键词：虚拟现实；VR；界面设计；设计模式

界面是人机交互的核心所在，包含了用户界面设计、层级和功能的对应，界面和交互的对应等，这些基本的原则同样也在VR空间中适用，只有在VR①情境中的用户有主动的视线控制权和空间移动权，原先适用一个固定屏幕展示所有界面和功能都被重塑到虚拟空间中去了。对于VR情境下的用户界面设计师来说，最重要的是界面和空间的关系，然后才是界面和功能的关系。界面首先得遵循用户的视觉需要、空间需要和功能需要进行设计，进行交互操作的也不再是鼠标键盘了，而是用户的整体，包括移动、视线和双手等。以用户为中心，VR界面设计的模式可以分为场景式界面设计、全局式界面设计和手持式界面设计。

1 场景式界面设计模式解析

场景式界面设计，是指把界面和操作信息融入虚拟空间和虚拟场景中的设计模式。在现实空间中，用户平常生活的空间如客厅、书房等就是场景式界面，不管是墙壁、书桌、操作台等都在向用户传达各种界面信息和操作信息，只是这种界面模式太过于日常和自然，以至于用户忽略了它们。VR情境下的界面设计就是直观地还原现实世界的场景和体验，让用户在现实世界的经验马上可以在虚拟空间中运用，学习成本低，适应过程短，操作简单，而且虚拟场景给予用户的反馈是跟现实空间是一致的，这会大大激发用户进一步交互操作的兴趣。

场景式界面设计模式把人和空间、空间和界面的关系放在首位，所有的视觉习惯和操作习惯都遵循现实世界的经验，然后再融合数字交互技术的便捷性来塑造非凡的VR用户体验。比如Oculus官方出品的VR雕刻应用“medium”就是把在虚拟空间中重塑传统的雕塑工作室，用户在整个空间中可以很好地感受整个空间的深度信息和作品尺寸的比例关系，而且雕塑作品可以像真实作品一样置于地上，雕塑家可以围着它走动观察，在整个虚拟空间中还可以设置虚拟天气的变化，空间顶部的光线不断变化可以让雕塑家更好地把握雕塑的形态。而雕刻需要用到的工具都要按现实世界中雕塑工作室的习惯放置在不同的工作台上，艺术家们可以很方便地使用，就跟现实中雕塑的习惯一样。艺术家们已经用这种虚拟雕刻工具为我们展示了这种新型的未来创造力。比如Oculus故事工作室艺术总监Goro Fujita（藤田五郎）就使用了VR雕刻应用“medium”创作了一系列极富表现力的虛拟雕塑作品，他觉得使用Oculus的Touch手柄结合medium能够直观和自然地创造任何你想要创造的东西，一旦你沉浸到了该虚拟工作空间后，会觉得你是使用真正的泥土和工具来雕刻作品，②而这种体验感就是合理地使用了场景式界面设计和借鉴了现实的交互操作经验造就的。

2 系统式界面设计模式解析

全局式界面设计，指的是悬浮在用户视场角内的界面设计，提供给用户虚拟空间的基础功能界面、位置说明界面和视线、操作交互说明等。在这个界面里，用户可以控制系统的设置、获得基础的位置信息、消息提醒等，在未来的沉浸式虚拟工作环境中，用户还可以使用这种界面模式来显示和操作其他应用的消息。通常情况下，全局式的界面形态是隐藏着的，是用户在体验的过程中系统为了向用户展示必要的信息提示或者通过用户的交互手势或其他工具来唤出的。

全局式界面通常叠加在虚拟空间里的其他显示之上，更靠近用户的眼睛，一定程度上会引起用户双眼聚焦的疲劳感从而导致虚拟晕动症。所以全局式界面设计模式的使用场景一定要注意以下几点：

第一，低频次的使用：虽然全局式界面也是在用户的视场空间中，但它一般是独立于场景存在的界面，对用户的沉浸感造成了干扰，所以一般都是在系统设置、声音设置、应用版权信息、消息提示等非常低频次乃至可以忽略不用的界面模块中使用。

第二，避免复杂的设计：因为全局式界面通常叠加在默认的虚拟场景之上，考虑到叠加造成与VR场景内容上的混淆性在设计上应该是简洁的，避免繁琐的视觉元素，更要避免无谓的动效，建议使用镂空、线框、半透明等视觉元素。

第三，合理的深度位置：由于全局式界面通常独立于游戏场景的存在，所以不用考虑跟场景空间的贴合问题，只需要把界面放在用户的视场角内，视角深度需要根据界面信息的大小放置到1.5～3m的深度范围，因为界面太近则显示的信息太少，而且用户会产生压迫感，太远的界面则不能有效覆盖掉场景空间，有可能会被场景的其他元素所遮盖。全局式界面被唤出的时候需要系统侦测用户当前的视场角位置，把界面直接显示在当前用户视线的正对面位置，不需要用户做转头等多余的动作就能看到。

第四，巧妙地结合场景元素：在VR应用的体验过程中，有一些提醒类的界面信息在整个互动过程中起着非常重要的指示作用，但是又不能非常突兀地长时间的显示在用户眼前，所以把这些提醒消息附在视场角内的视觉元素上呈现是一个非常巧妙的方法，既可以让用户注意提醒消息，但是又不破坏原来的视觉深度感觉。

3 手持式界面设计模式解析

手持式界面设计指的是界面跟随者用户双手并显示在手上的一种界面模式，手持式交互操作也是一般人惯用的操作模式，最典型的就是智能触摸手机，左手拿着手机屏幕，右手进行点按滑移的交互操作，还可以控制显示界面离双眼的远近和角度，这种真实世界的经验完全可以移植到虚拟空间中去。

手持式界面设计是跟随式的界面，不需要用户转动头部或者移动位置去寻找，只要很简单地抬起手臂就会出现，是一种非常简单的交互模式，而且界面的对焦方式也非常的自然，不会引起用户的视疲劳。在手持式界面设计模式中，Leapmotion公司做了大量的实验性研究，毕竟该公司的核心产品就是手势交互。比如图4所示的手持式交互界面，用户抬起手臂就能看到这个界面，而且这个界面完全符合三维深度空间的原理，抬得很近眼睛也可以放到更远的位置，就像用户平常看手表一样，完全是一种自然的界面模式。从图片的左右两部分的差异点可以看到，虽然界面是抽象的扁平化风格界面，但却具备了完整的现实物理属性，手臂的轻微翻动可以看到界面对象的透视、光影等都发生了符合现实物理规律的变化。

手持式界面设计不仅有着非常简单的唤出模式，而且围绕着手臂、手掌和手指在界面设计和交互设计上可以有很多想象力，传统手机界面的动效设计和交互方法都可以很好地移植进来，让手持式界面设计实现比较复杂的功能操作成为可能。手机界面的设计除了X轴和Y轴外，也可以通过前后层次的设计变相达到在Z轴方向上设计界面的目的，但是其Z轴的层次信息毕竟只是平面媒介上的模拟，用户必须隐藏上层的界面才能显示下层的界面，并不能真正利用Z轴的深度空间。这在VR空间中可以得到完美的解决，可以真正地把界面围绕着手臂展开，用户只要转动手臂可以查看各个角度的界面。Google公司开发的VR绘图软件《Tilt Brush》就是采用了手持式界面设计的模式，把工具面板、调色面板、画笔面板和特效面板以立方体的形式围绕着左手，而右手作为选中的工具来对左手面板进行选中操作，并在虚拟空间中绘画。在这个虚拟空间中，用户抬起左手并唤出立方面板，通过手柄的触摸滑动来转动面板，通过旋转和移动手的位置来调整跟面板人眼的角度和距离达到一个舒适浏览和操作的状态，由于人左右手长期配合操作的生活习惯经验，这种界面设计模式非常符合用户体验和日常经验，轻松的为用户认知和熟悉，从而完成交互操作的目的。

以上的三种用户界面设计模式只是笔者根据用户在VR空间中交互体验经验以及观察大量优秀VR作品总结出来的，随着VR设备及交互方式的发展变化，交互界面设计模式也会发生新的变化，带来新的模式，但是不管在移动手机界面设计、VR界面设计或AR界面设计，以用户体验为中心的指导原则都不会变，只要坚持以用户为中心的设计模式都能经得起用户的考验。

注释：①虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种全新的数字媒介，它结合了目前最先进的计算机图形图像学、计算机仿真技术、多传感器数据融合追踪技术，同时模拟人的视觉、听觉和触觉等感官功能，能够使人沉浸在计算机系统生成的虚拟场景中，并能通过肢体动作、手势动作以及语言识别等自然方式与之进行实时交互交流，从而创造了一种全新体验的多维度信息虚拟空间语境。参考资料：胡小强：《虚拟现实技术基础与应用》，北京：北京邮电大学出版社，2009年。

②资料参考来源：http：//medium.oculus.com.

参考文献：

[1] 胡小强.虚拟现实技术基础与应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2009.

[2] Alan Cooper，Robert Reimann .交互设计精髓[M].刘松涛，等，译.北京：电子工业出版社，2012.

[3] 刘青，薛澄岐.基于眼动跟踪技术的界面可用性评估[J].东南大学学报（自然科學版），2010.

[4] 蔡力，等.虚实运动一致性对虚拟现实晕动症的影响[J].系统仿真学报，2016.

[5] 李书印，万明习，李新肖.虚拟环境中的视觉感知[J].中国图象图形学报，2000.

[6] Alex Colgan . soccer-balls-galaxies-david-holz-future-vr-inputs-sensors[DB/OL] . http：//blog.leapmotion.com/soccer-balls-galaxies-david-holz-future-vr-inputs-sensors/，2016.