文·圖/北京市安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)研究院 李惠

中安華邦（北京）安全生產(chǎn)技術(shù)研究院，將傳播安全知識(shí)與科技緊密結(jié)合，提出“VR+安全”的概念，設(shè)計(jì)開發(fā)了煤礦安全教育VR體驗(yàn)館產(chǎn)品，為煤礦一線職工提供了體驗(yàn)式教育培訓(xùn)解決方案。

從計(jì)算機(jī)誕生以來，人機(jī)交互始終離不開顯示器，然而顯示器展現(xiàn)出來的永遠(yuǎn)是一個(gè)平面的世界。直到2016年，業(yè)界稱其為“VR元年”，消費(fèi)級(jí)VR虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡開始進(jìn)入各行各業(yè)，催生了各種VR行業(yè)應(yīng)用。透過VR眼鏡，一個(gè)更加直觀的三維空間被呈現(xiàn)出來，這徹底革新了人機(jī)交互的方式，徹底改變了各行業(yè)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作學(xué)習(xí)的方式。

作為站在安全培訓(xùn)行業(yè)前沿的企業(yè)，中安華邦（北京）安全生產(chǎn)技術(shù)研究院將傳播安全知識(shí)與科技緊密結(jié)合，提出“VR+安全”的概念，設(shè)計(jì)開發(fā)了煤礦安全教育VR體驗(yàn)館產(chǎn)品（見圖1）。這一產(chǎn)品的開發(fā)為煤礦行業(yè)對(duì)安全教育的培訓(xùn)提供了更加智能的方式，為煤礦一線職工提供了體驗(yàn)式教育培訓(xùn)解決方案。

關(guān)于VR眼鏡

在介紹煤礦安全教育VR體驗(yàn)館之前，需要先了解其設(shè)計(jì)時(shí)首要考慮的事情，那就是硬件環(huán)境。VR眼鏡全稱虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴顯示器設(shè)備，是利用仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)集合的產(chǎn)品，是借助計(jì)算機(jī)及最新傳感器技術(shù)創(chuàng)造的一種嶄新的人機(jī)交互手段。理想的狀態(tài)是人在虛擬世界中能夠擁有視覺、聽覺、觸覺、體感，甚至嗅覺等感知功能。

一般來說，VR頭顯設(shè)備可分為三類：外接式頭顯設(shè)備、一體式頭顯設(shè)備、移動(dòng)端頭顯設(shè)備。其中，外接式頭顯設(shè)備，用戶體驗(yàn)較好，具備獨(dú)立屏幕，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量較高，不過受著數(shù)據(jù)線的束縛，自己無法自由活動(dòng)，如HTC vive、Oculus Rift；一體式頭顯設(shè)備，產(chǎn)品偏少，也叫VR一體機(jī)，無需借助任何輸入輸出設(shè)備就可以在虛擬的世界里盡情感受3D立體感帶來的視覺沖擊；移動(dòng)端頭顯設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉，只要放入手機(jī)即可觀看，使用方便，如空之翼VR眼鏡。

雖然VR眼鏡在誕生之初就在用戶體驗(yàn)上倍受質(zhì)疑，尤其是移動(dòng)端頭顯設(shè)備，處在VR風(fēng)口的形勢下，存在大量濫竽充數(shù)的“眼鏡盒子”。但是電子產(chǎn)品的市場競爭是激烈和殘酷的，產(chǎn)品迭代速度超乎想象，它就像我們口袋中的手機(jī)一樣，在快速新舊交替之間，用戶體驗(yàn)越來越完善。VR眼鏡硬件的發(fā)展方向應(yīng)該是向著輕量化、移動(dòng)化方向發(fā)展的，會(huì)逐步進(jìn)化出眼球跟蹤、手勢識(shí)別、全身體感等功能。

VR交互的本質(zhì)

交互設(shè)計(jì)的本質(zhì)就是交流。這和人類之間的交流方式類似，人類的交流方式有表情、語言、肢體動(dòng)作等。這些可以看作是人類之間的交互方式，也是人類認(rèn)為的最自然的交互方式。

VR交互是要實(shí)現(xiàn)最自然的人機(jī)交互，能夠讓人們感覺不到交互手段的存在。VR交互可以分為三大類：環(huán)境、界面、互動(dòng)。

環(huán)境

交互里的第一大類是VR里面的環(huán)境。我們會(huì)對(duì)VR世界感到很好奇，但同時(shí)我們的注意力是很難集中的，我們本能上也會(huì)有反饋。比如對(duì)于煤礦井下環(huán)境的新奇感，對(duì)事故發(fā)生時(shí)的恐懼心理，以及本能地做出躲避動(dòng)作。我們像嬰兒一樣，睜開眼睛的第一天，會(huì)很好奇，會(huì)被這個(gè)奇妙的世界所吸引，對(duì)我們來說，最重要的是要去建立一種引導(dǎo)和學(xué)習(xí)的機(jī)制。

圖1 某煤礦安全教育VR體驗(yàn)系統(tǒng)場景截圖

圖2 VR界面設(shè)計(jì)角度示意

圖3 VR界面設(shè)計(jì)層次示意

圖4 VR互動(dòng)設(shè)計(jì)中的觀察與移動(dòng)

在VR的環(huán)境中，有兩個(gè)重點(diǎn)，第一個(gè)是“獲取信任”，第二點(diǎn)是“制造體驗(yàn)”。獲取信任首先需要讓體驗(yàn)者舒適，包括佩戴眼鏡的舒適感，三維環(huán)境的舒適感，交互的舒適感等等。制造體驗(yàn)包括利用VR眼鏡獲得的全景體驗(yàn)，使用手柄能夠達(dá)到的交互體驗(yàn)，環(huán)境的真實(shí)感等等。

界面

交互里的第二大類是VR里面的界面。VR設(shè)計(jì)要講角度（見圖2），還要講“層次”（見圖3）。在界面設(shè)計(jì)時(shí)，我們希望用戶能第一時(shí)間去捕捉到信息，而且更好地掌握它。

從正前方看，水平77°，上仰20°，俯瞰12°的范圍是最舒適的，同時(shí)也要有層次，最主要的物體最好是放置在0.5m范圍之外，0.5～10 m的范圍是3D感最強(qiáng)的區(qū)間。

另外就是窗口設(shè)計(jì)，要注意范圍和精神控制，也要有易讀性，文字夠簡潔，有大圖標(biāo)。瀏覽設(shè)計(jì)上，要注意瀏覽的動(dòng)作，左右比上下更舒適，最好是連續(xù)滾動(dòng)，有連貫性。按鍵設(shè)計(jì)上，可視范圍大的情況下，需要提升可辨識(shí)度，也要有明確的反饋，按鍵與相應(yīng)窗口的距離也是很重要的。在煤礦VR產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)傳播安全知識(shí)的目的，需要通過窗口界面展示文字信息。而VR環(huán)境中干擾因素太多，在實(shí)際的用戶體驗(yàn)中，往往不會(huì)有人耐心仔細(xì)閱讀界面的文字內(nèi)容，而是直接關(guān)閉窗口。為了最大限度讓用戶有一個(gè)舒適的閱讀體驗(yàn)，我們遵循設(shè)計(jì)原則，使用了最簡潔的文字，用大號(hào)字。考慮到信息界面會(huì)阻擋用戶視野，帶來由于眼球快速對(duì)焦造成的不適感，我們的窗口背景設(shè)計(jì)成透明背景。

最后一點(diǎn)是HUD，傳統(tǒng)的HUD應(yīng)用在VR中會(huì)有不適感，但也不是絕對(duì)的，比如宇航員的頭盔上增加數(shù)據(jù)的顯示，會(huì)給你更多的沉浸感，所以要注意夠簡潔，也要學(xué)會(huì)能隱藏。

互動(dòng)

交互里的第三大類是VR里面的互動(dòng)。基于互動(dòng)可以分成三大類：VR中的觀察與移動(dòng)、肢體互動(dòng)、聲音交互。

（1）觀察與移動(dòng)（見圖4）。沉浸感由淺到深排列，分別是轉(zhuǎn)椅VR、站姿VR、房間VR。其中有傳送與房間范圍的結(jié)合，觀察者不動(dòng)，場景在移動(dòng)等等。

（2）肢體互動(dòng)。肢體互動(dòng)分為三大類，全身動(dòng)捕交互、裸手交互、控制器交互。其中控制器交互是目前最穩(wěn)定，最成熟，也是最輕松的交互方式?；谠O(shè)備的交互設(shè)計(jì)一定要注意安全，可以在VR世界中增加邊界，或者是虛擬的障礙物。同時(shí)也需要增加依靠物的提示，在體驗(yàn)時(shí)間較長的情況之下，防止體驗(yàn)者倚靠一些虛擬的支撐物。

圖5 第一類VR產(chǎn)品演示

圖6 第二類VR產(chǎn)品演示

圖7 第三類VR產(chǎn)品演示

其次是要輕松，讓用戶更容易獲得成功，避免長期懸空，省掉中間動(dòng)作，同時(shí)動(dòng)作放大，更容易拿到東西，節(jié)省不必要的時(shí)間。最后要自然，比如說射箭游戲，盡量使用自然動(dòng)作，設(shè)定保持統(tǒng)一。

（3）聲音交互。聲音交互有兩個(gè)功能，一個(gè)是交流，一個(gè)是控制。交流包含實(shí)時(shí)語音、對(duì)講機(jī)還有語音輸入。控制包含語音識(shí)別，比如一些口令等，通過語音來控制交互。

煤礦安全教育VR體驗(yàn)館

中安華邦煤礦安全教育VR體驗(yàn)館擁有四大核心功能模塊，分別是VR體驗(yàn)區(qū)、3D游戲區(qū)、動(dòng)態(tài)宣教區(qū)和主題宣教區(qū)，涵蓋知識(shí)內(nèi)容全面，包含200多個(gè)煤礦安全宣教科目，可滿足煤礦采、掘、機(jī)、運(yùn)、通等主要基層區(qū)隊(duì)一線職工的使用需求，也可用于一線職工家屬的安全宣傳教育。建設(shè)使用靈活，可以獨(dú)立建館（50～70 m2）、組合建館、模塊采購，不同的煤礦企業(yè)可以根據(jù)自身的實(shí)際情況和差異化需求選擇最合適的建設(shè)方式。

中安華邦煤礦安全教育VR體驗(yàn)館共分為3類內(nèi)容體驗(yàn)，第一類是井下漫游體驗(yàn)，第二類是事故預(yù)兆體驗(yàn)，第三類是事故警示體驗(yàn)。這三種VR體驗(yàn)恰好體現(xiàn)了VR產(chǎn)品的三種交互設(shè)計(jì)類型。

第一類井下漫游體驗(yàn)（見圖5），使用的設(shè)備是VR一體機(jī)設(shè)備，產(chǎn)品定位于給煤礦職工的家屬，新員工入職培訓(xùn)，及相關(guān)專業(yè)在校大學(xué)生提供井下環(huán)境的漫游體驗(yàn)，以這種安全而又直觀的方式了解井下環(huán)境。產(chǎn)品開發(fā)了井下運(yùn)煤系統(tǒng)漫游、井下通風(fēng)系統(tǒng)漫游。這種類型的VR產(chǎn)品一般不會(huì)有太多交互，或者沒有交互，只是通過頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)，720°觀看周邊環(huán)境。

第二類事故預(yù)兆體驗(yàn)（見圖6），是通過外接式頭顯設(shè)備表現(xiàn)煤礦井下事故預(yù)兆：如冒頂事故預(yù)兆、透水事故預(yù)兆。產(chǎn)品定位于將書本上、課堂上的典型事故預(yù)兆以生動(dòng)、形象的方式表現(xiàn)出來，并且讓煤礦職工以沉浸式體驗(yàn)直觀地感受和了解各類事故出現(xiàn)前的征兆，達(dá)到防患于未然的目的。這類產(chǎn)品重點(diǎn)是傳播專業(yè)的安全知識(shí)，屬于體驗(yàn)式安全培訓(xùn)VR產(chǎn)品。在交互設(shè)計(jì)上，重視直覺的事故體驗(yàn)，以事故預(yù)兆特征為表現(xiàn)重點(diǎn)，重視知識(shí)的傳遞，信息量大，知識(shí)點(diǎn)密集。

第三類事故警示體驗(yàn)（見圖7），是通過外接式頭顯設(shè)備重現(xiàn)典型事故情景，以第一人稱方式，借助VR體驗(yàn)式、代入式的表現(xiàn)方式，讓體驗(yàn)者親手操作，親身經(jīng)歷那些曾經(jīng)真實(shí)發(fā)生過的災(zāi)難，具有極強(qiáng)的教育意義。產(chǎn)品交互設(shè)計(jì)上側(cè)重情景再現(xiàn)，體驗(yàn)者扮演井下作業(yè)工人，親手操作設(shè)備，親身經(jīng)歷因各種違規(guī)操作造成的嚴(yán)重后果，當(dāng)最后災(zāi)難發(fā)生的那一刻，用戶能夠感受到死亡的威脅。