張紓菡 楊 喆 （中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢） 430074）

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷提高，科學(xué)技術(shù)也在突飛猛進(jìn)地發(fā)展，移動(dòng)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(chǎng)巨大的變革中也同樣發(fā)生著巨大的革新，從一開始的簡(jiǎn)單文字進(jìn)化成為簡(jiǎn)單易懂的圖形，產(chǎn)生著顯著的進(jìn)步。在虛擬環(huán)境下，操作平臺(tái)已不再是我們熟悉的平面方式，面對(duì)新興的仿真技術(shù)架構(gòu)起來的龐大的交互系統(tǒng)，二維形式的用戶界面早已不能滿足引導(dǎo)用戶的功能并且還會(huì)產(chǎn)生脫離界面的可能，這時(shí)候，交互式動(dòng)畫作為一種能提高交互效率的技術(shù)被運(yùn)用在移動(dòng)設(shè)備的三維界面中，使用戶界面更具生命力和活力。在虛擬環(huán)境下，移動(dòng)終端設(shè)備的互動(dòng)性為其主要特征，基于這一特性，交互動(dòng)畫呈現(xiàn)出的明顯相似性和共通性，使其在三維用戶界面的開發(fā)過程中廣泛應(yīng)用變得水到渠成。在交互式動(dòng)畫的開發(fā)上，充分挖掘其文化特性和體現(xiàn)其藝術(shù)特性，并突出移動(dòng)終端的互動(dòng)性特征。本文根據(jù)交互式動(dòng)畫的特點(diǎn)，結(jié)合交互界面的交互特性和人機(jī)界面設(shè)計(jì)原則，對(duì)交互式動(dòng)畫在移動(dòng)端三維用戶界面中的應(yīng)用研究國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討，旨在為移動(dòng)三維界面的交互方式設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

一、交互式動(dòng)畫在移動(dòng)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(huán)境下的用戶界面將是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。而交互式動(dòng)畫作為一種新的指導(dǎo)和提高三維交互形式的方法，利用信息技術(shù)整合了影像、聲效、動(dòng)畫等多種不同的藝術(shù)呈現(xiàn)形式，將藝術(shù)設(shè)計(jì)和軟硬件相結(jié)合，使得動(dòng)畫設(shè)計(jì)更有具有代表性。

移動(dòng)設(shè)備的屏幕小，顯示內(nèi)容有限，二維界面的表現(xiàn)力不足，無法清晰表達(dá)出多個(gè)界面之間的多維關(guān)系。因此，要充分利用三維用戶界面的優(yōu)勢(shì)。三維用戶界面直觀地展示某些領(lǐng)域的信息，和真實(shí)世界的對(duì)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(shí)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(tǒng)也容易設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

二、三維界面的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

（一）三維界面的國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

人機(jī)交互史上出現(xiàn)的最早的界面是命令語(yǔ)言用戶界面（UI）。這種界面的主要功能只是讓人可以跟計(jì)算機(jī)進(jìn)行對(duì)話，甚至還需要人來主動(dòng)“適應(yīng)”計(jì)算機(jī)。

1962 年，美國(guó) MIT 的L.E.Sutherland發(fā)表了一篇題為“圖板：一個(gè)人機(jī)圖形通信系統(tǒng)”的論文，他在論文中首次使用了“Computer Graphics”這個(gè)術(shù)語(yǔ)。這個(gè)圖形通信系統(tǒng)是一個(gè)功能相當(dāng)完善的交互式圖形系統(tǒng)，能夠產(chǎn)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(tǒng)展現(xiàn)出了圖形用戶界面 （GUI）的特質(zhì)，隨后，美國(guó)的各大公司及院校對(duì)計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)展開了大規(guī)模的研究。

多媒體用戶界面的誕生則是由于多媒體技術(shù)被提出，界面設(shè)計(jì)引進(jìn)多種媒體元素，如聲音、視頻、動(dòng)畫。用戶可以體驗(yàn)豐富的信息表現(xiàn)形式，發(fā)揮用戶感知信息的效率，增強(qiáng)了人對(duì)信息表現(xiàn)形式的選擇和控制能力，擴(kuò)展了人類的信息處理能力，提高了人機(jī)交互的效率和用戶界面的可用性。

20 世紀(jì) 80 年代后期以來，多通道用戶界面交互設(shè)計(jì)成為人機(jī)交互技術(shù)研究的嶄新領(lǐng)域。多通道用戶界面的研究正是為了消除當(dāng)前 GUIWIMP界面（即窗口Windows、圖標(biāo)Icons、菜單Menus和鼠標(biāo)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(yǔ)音、手勢(shì)等新的交互通道、交互設(shè)備和交互方式，使用戶可以同時(shí)利用多個(gè)通道進(jìn)行交互和感知。多通道用戶界面進(jìn)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(qiáng)烈，使得更多不同人群的用戶都可以使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，以吸取更多的信息。

三維（3D）交互的研究開始于 20 世紀(jì) 60 年代，由 Ivan Sutherland 等人開創(chuàng)。其中，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是新一代人機(jī)交互技術(shù)中三維用戶界面技術(shù)的典型代表。1991年，在Mark Weiser的“普適計(jì)算”概念下，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下的實(shí)物用戶界面 （TUI）被提出。這種界面采用的是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的技術(shù)（AR），增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）的一個(gè)分支，延伸了虛擬現(xiàn)實(shí)的概念并且更加要求和現(xiàn)實(shí)結(jié)合。而TUI是由于直接將人們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中和物體、環(huán)境的交互動(dòng)作映射為與信息空間的交互過程的用戶界面，強(qiáng)調(diào)把直接抓取實(shí)物作為輸入手段，試圖摒棄 GUI 界面范式，使物理環(huán)境成為界面本身，實(shí)現(xiàn)物理世界和信息世界無縫融合，這同以物理環(huán)境為交互環(huán)境的 AR技術(shù)有著密切的聯(lián)系。

二十一世紀(jì)初，美國(guó)學(xué)者Doug A. Bowman等人對(duì)涉及3D UI技術(shù)、設(shè)計(jì)和評(píng)估的各個(gè)方面進(jìn)行了研究，出版了一本囊括三維用戶界面理論和實(shí)踐的著作，書中包含的內(nèi)容有三維界面的輸出和輸入設(shè)備有哪些，它們都是如何使用的；面向通用任務(wù)的三維交互技術(shù)，如選擇、操作、導(dǎo)航以及系統(tǒng)控制等任務(wù)；有關(guān)三維界面設(shè)計(jì)和開發(fā)的指南及其評(píng)估技術(shù)；三維界面的未來，包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)以及影響三維界面未來發(fā)展的相關(guān)課題。Doug A. Bowman等人還在出版的著作中總結(jié)了大量的有建設(shè)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(tǒng)的理論和實(shí)踐。

（二） 三維界面的國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)研究從 70 年代起步，在緊跟國(guó)際新技術(shù)的同時(shí)，取得了不少創(chuàng)新成果，已在電子、機(jī)械、航空航天、建筑、造船、輕紡、影視等部門的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)和廣告影視制作中得到了廣泛應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

虛擬現(xiàn)實(shí)的研究在國(guó)內(nèi)起步較晚。據(jù)資料調(diào)研，上海龍華博物館與新加坡合作，利用 QTVR技術(shù)（即QuickTime Virtual Reality）建立了一個(gè)虛擬博物館，用戶可在計(jì)算機(jī)前參觀博物館中的各個(gè)展館，每一個(gè)參觀點(diǎn)都可以在空間 360 度范圍內(nèi)觀察，對(duì)于感興趣的物體，用戶還可將它拿起來，對(duì)它進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)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(shù)、攝像機(jī)校準(zhǔn)算法、虛擬對(duì)象的投影配準(zhǔn)算法等具體技術(shù)上，對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)研究并取得了一定成果。北京航空航天大學(xué)相關(guān)研究實(shí)現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，提供虛擬現(xiàn)實(shí)演示環(huán)境，設(shè)計(jì)出用于飛行員訓(xùn)練的虛擬仿真系統(tǒng)。清華大學(xué)的一個(gè)研究成果可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際拍攝效果中振動(dòng)的消除，使得實(shí)拍場(chǎng)景中前景虛化，類似透視拍攝的效果。國(guó)防科技大學(xué)研究的超文本視頻系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)不同實(shí)景之間的切換，在觀察實(shí)景時(shí)，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航式瀏覽。浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)輔助與圖形學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了層面迭加的繪制技術(shù)和預(yù)消隱技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了立體視覺，同時(shí)還提供了方便的交互工具，使整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和畫面的真實(shí)感都達(dá)到了較高的水平。

隨著虛擬技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)意義上的圖形用戶界面已經(jīng)不能滿足人們的需求。傳統(tǒng)的平面界面已經(jīng)陷入了“瓶頸”，作為和交互產(chǎn)品溝通的重要的途徑，尤其是在虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)等技術(shù)快速進(jìn)入生活的同時(shí)，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(xué)者總結(jié)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(shù)驅(qū)動(dòng)型、任務(wù)驅(qū)動(dòng)型和用戶驅(qū)動(dòng)型。明確了3D UI在普適計(jì)算背景下呈現(xiàn)出的自然化、人性化、智能化的趨勢(shì)。最后提出了設(shè)計(jì)3D UI應(yīng)該遵循的方法，為后人做出了確切的指導(dǎo)。三維界面的時(shí)代即將到來，3D UI已經(jīng)作為一門學(xué)科被廣泛研究，但虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究多對(duì)三維交互界面設(shè)計(jì)的指導(dǎo)作用還不夠深入。

三、交互式動(dòng)畫的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

（一）交互式動(dòng)畫的國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

早在舊石器時(shí)代的石洞壁畫上，就有了動(dòng)畫的雛形，雖然日后在十六世紀(jì)出現(xiàn)了手翻書，以及中國(guó)早期的西洋鏡。19世紀(jì)電影技術(shù)逐漸發(fā)展起來，一些電影人們對(duì)電影技法的實(shí)驗(yàn)推動(dòng)了日后動(dòng)畫的技術(shù)。

1962年，摩登·海利希首先提出了“體驗(yàn)劇院”，成為“最早具有交互式影片意識(shí)”的人，摩登·海利希嘗試使這個(gè)體驗(yàn)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(xiàn)的一部叫《現(xiàn)場(chǎng)》網(wǎng)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(jié)局。盡管如此，摩登·海利希的觀點(diǎn)還是提供了一個(gè)電影的新走向，讓更多的人去實(shí)踐。

（二）交互式動(dòng)畫的國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

2003年，世界動(dòng)畫學(xué)會(huì)理事、中國(guó)動(dòng)畫學(xué)會(huì)常務(wù)副秘書長(zhǎng)李中秋先生提出了“泛動(dòng)畫”這一概念，在國(guó)內(nèi)外引起了強(qiáng)烈的響應(yīng)。這表明傳統(tǒng)動(dòng)畫已經(jīng)開始朝著多元化的方向發(fā)展。隨后有國(guó)內(nèi)學(xué)者梅克冰闡述交互式動(dòng)畫產(chǎn)生的根本原因是觀眾更傾向于“直接參與”動(dòng)畫的意愿，并不是作為一個(gè)旁觀者，被動(dòng)的接受影片的情節(jié)和發(fā)展。并提出了交互式動(dòng)畫對(duì)早教的啟示。國(guó)內(nèi)的動(dòng)畫人們一開始大多是挖掘Flash這種技術(shù)用來實(shí)現(xiàn)其動(dòng)畫的交互性。第一部真正的交互式動(dòng)畫是由網(wǎng)絡(luò)動(dòng)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(tǒng)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(jìn)來，決定影片的走向，使Flash動(dòng)畫作為一項(xiàng)最常用的手段被運(yùn)用在交互式動(dòng)畫中。

隨著科技的發(fā)展和交互設(shè)計(jì)理念的形成，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)大大的拓寬了動(dòng)畫的創(chuàng)作形式，使得動(dòng)畫中的交互式體驗(yàn)變得不再困難。交互式動(dòng)畫的產(chǎn)生和目的始終是為了更好的情感表達(dá)和更豐富的用戶體驗(yàn)，這也就決定了交互式動(dòng)畫會(huì)被廣泛運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域，使得它具有了交叉學(xué)科的性質(zhì)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)研究交互式動(dòng)畫的論文大概分為三類：第一類是探討在新技術(shù)或新平臺(tái)下為交互式動(dòng)畫提供的可能和前景。比如《套子里面的人》，探討了Flash技術(shù)為交互式動(dòng)畫提供的新思路。第二類則是創(chuàng)作一個(gè)基于特定平臺(tái)的交互式動(dòng)畫設(shè)計(jì)。這類文章有的提供技術(shù)上的革新，有的設(shè)計(jì)了新的編輯交互式動(dòng)畫工具。第三類是研究交互式動(dòng)畫在其他領(lǐng)域的運(yùn)用。如分析研究網(wǎng)絡(luò)廣告中的交互式動(dòng)畫的應(yīng)用，通過c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)交互式動(dòng)卷積技術(shù)，并運(yùn)用在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）課件中。

筆者通過分析將現(xiàn)階段的交互式動(dòng)畫產(chǎn)品，大致可分為兩種情況，一是始終保持電影特質(zhì)的交互式動(dòng)畫。這種交互式動(dòng)畫有著完整的電影的特點(diǎn)，卻融合了交互的特性，這也使其跟游戲的界限越發(fā)的模糊；二是為了服務(wù)其他領(lǐng)域簡(jiǎn)化而成的一種技術(shù)型的交互式動(dòng)畫。早在喬布斯第一次介紹iPhone的時(shí)候，我們驚嘆其實(shí)中一個(gè)小小的操作簡(jiǎn)直如同魔法一般，這全部的得益于交互式動(dòng)畫的作用。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著虛擬技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)意義上的用戶界面（GUI）已經(jīng)不能滿足人們的需求。作為和交互產(chǎn)品溝通的重要的途徑，尤其是在虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)等技術(shù)快速進(jìn)入生活的同時(shí)，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(jì)算的背景下呈現(xiàn)出的自然化、人性化、智能化的趨勢(shì)。

交互式動(dòng)畫作為交叉學(xué)科后的產(chǎn)物，即融合了交互的特性，又增強(qiáng)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(fā)展中必不可少的圖形技術(shù)，代表著三維用戶界面新動(dòng)態(tài)與技術(shù)發(fā)展著趨勢(shì)。

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