陳亦珂 楊勤 李太然 謝易

關(guān)鍵詞： 可供性理論運(yùn)用; 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù); VRE; 用戶界面; 用戶體驗(yàn); 教學(xué)系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN915?34 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2019）02?0150?05

Research on user experience of VRE based on affordance

CHEN Yike， YANG Qin， LI Tairan， XIE Yi

（Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract： The application of the affordance theory in the virtual reality environment （VRE） is explored in this paper. The feasibility of applying the affordance theory in the VRE user interface is analyzed. With the qualitative and quantitative mixed method， the experiencing mode and time consumption are compared for analysis by combining the subjective affordance and objective affordance factors， and using the desktop teaching system and virtual reality teaching system. The VRE user interface model based on affordance is constructed to improve the usability of the VRE user interface， and bring users better and faster VRE user experience effect， which can provide a reference for the development of virtual reality technology.

Keywords： affordance theory usage; virtual reality technology; VRE; user interface; user experience; teaching system

0 ?引 ?言

隨著可供性理論在產(chǎn)品、交互設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入，用戶在VR用戶界面進(jìn)行交互過(guò)程中，對(duì)其VRE用戶界面中的各種信息功能進(jìn)行認(rèn)知，在認(rèn)知過(guò)程中，包含用戶體驗(yàn)中的存在感、沉浸感、可用性、感知性、具體化等因素。通過(guò)獲取用戶體驗(yàn)信息構(gòu)件用戶可供性模型，并分析其可行性。另一方面通過(guò)對(duì)用戶在VRE用戶界面進(jìn)行交互過(guò)程中的具體步驟進(jìn)行分解，并對(duì)桌面式教學(xué)系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)的用戶操作時(shí)間進(jìn)行測(cè)試采集，對(duì)比量化分析后，再利用Matlab軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)主觀與客觀可供性分析，尋找用戶體驗(yàn)過(guò)程中所具有的功能合理可視化后，用戶通過(guò)獲取界面信息快速找到符合需求的功能，減少用戶使用時(shí)間，從而提升用戶體驗(yàn)效果。

1 ?概 ?述

1.1 ?可供性

可供性最早源于生態(tài)心理學(xué)，是美國(guó)心理學(xué)家詹姆斯·吉布森創(chuàng)造的[1]，并在他的《生態(tài)學(xué)的視知覺(jué)取向》中提出，用來(lái)描述“事物”被用或認(rèn)知?？晒┬宰鳛樯鷳B(tài)心理學(xué)中的重要概念，代表著環(huán)境為有機(jī)體提供的行為可供性，既不是觸發(fā)行為的原因，也不是被刺激的行為因素。可供性被用于認(rèn)知自然物理環(huán)境及解釋自然環(huán)境中物體的物理特性與有機(jī)體行為之間存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系[2]，并強(qiáng)調(diào)環(huán)境與有機(jī)體是緊密聯(lián)系的?？晒┬岳碚摓橹苯又X(jué)論奠定了基礎(chǔ)，已在人機(jī)交互、交互界面等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用與拓展。本文將可供性概念相關(guān)的理論應(yīng)用于VRE用戶界面中做進(jìn)一步的研究與探討。

1.2 ?可供性在用戶體驗(yàn)中應(yīng)用

從可供性與無(wú)意識(shí)設(shè)計(jì)理論的理解來(lái)看，可供性主要是從如界面、產(chǎn)品和空間的客觀因素考慮其屬性，以及人與環(huán)境之間存在的某種潛在的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)人的無(wú)意識(shí)行為受到環(huán)境屬性的作用[3]。用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)以語(yǔ)言學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)為基礎(chǔ)，從信息交流的規(guī)律和方法上為大家理解自然的人機(jī)交互行為提供理論上的支撐，幫助大家準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖的傳遞。從認(rèn)知心理學(xué)發(fā)展而來(lái)的生態(tài)心理學(xué)取向?qū)τ脩舻臒o(wú)意識(shí)的實(shí)時(shí)交互體驗(yàn)提供了理論基礎(chǔ)，以比較系統(tǒng)全面的觀點(diǎn)來(lái)審視用戶的交互過(guò)程[4]。

1.3 ?可供性在VR中現(xiàn)狀

用戶體驗(yàn)過(guò)程應(yīng)該更為主動(dòng)，而不是被動(dòng)接受。目前市面上有VR桌面應(yīng)用形式與佩戴VR頭盔式等設(shè)備，為用戶提供良好的交互環(huán)境。雖然VR已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、教育、娛樂(lè)領(lǐng)域，并取得了巨大的飛躍，但VR體驗(yàn)背后的研究，尤其是功能性的研究非常少[5]?？晒┬苑椒ㄊ且环N有效的研究如何更好地提高用戶體驗(yàn)?zāi)Ｊ?，可供性模型最能有效地分析其可行性為虛擬環(huán)境中的用戶體驗(yàn)做出系統(tǒng)分析的一種有效的功能方法。在VRE中需要可供性來(lái)展示什么可以互動(dòng)，何時(shí)進(jìn)行互動(dòng)?？晒┬缘母泄亠@示應(yīng)該像屏幕可供性一樣不斷優(yōu)化。目前VR適用于微型手勢(shì)，動(dòng)態(tài)捕捉人的反應(yīng)。由于VRE可能會(huì)出現(xiàn)各種可供選擇的事件，因此設(shè)計(jì)提示和參考可以提升用戶體驗(yàn)效果。在設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)用戶界面時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該利用技術(shù)提供的信息并了解其可供性。設(shè)計(jì)有效的可感知的可供性，通過(guò)實(shí)現(xiàn)將隱形可供性轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)可供性來(lái)揭示隱藏的可供性[6?7]。

對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的支持分為不同層面的可供性（屬性/提示）和用戶感知層面屬性的情感能力，包括沉浸感、真實(shí)感、感知性和具體化等因素。從現(xiàn)實(shí)和隱性的可供性方面來(lái)分析其可用性，盡可能通過(guò)用戶界面來(lái)體現(xiàn)出用戶的認(rèn)知過(guò)程并被用戶贊賞和接受，更易于用戶體驗(yàn)（可用性），從而提升用戶體驗(yàn)效果見(jiàn)圖1。

2 ?研究方法

本文以工業(yè)機(jī)器人VR教學(xué)系統(tǒng)為例如圖2所示，分析可供性在用戶界面中的表現(xiàn)及特點(diǎn)。運(yùn)用觀察法進(jìn)行調(diào)查研究、配合用戶測(cè)試展開(kāi)用戶體驗(yàn)認(rèn)知行為分析，探討可供性在VRE用戶界面中的具體存在形式與方法，發(fā)現(xiàn)用戶需求存在的特點(diǎn)及規(guī)律。從認(rèn)知層、行為層及體驗(yàn)層挖掘用戶在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境用戶界面設(shè)計(jì)中的價(jià)值。同時(shí)，結(jié)合用戶體驗(yàn)客觀分析，使用戶體驗(yàn)過(guò)程中更為積極高效?？陀^的交互可供性在用戶與交互界面之間產(chǎn)生一種極其自然的交互狀態(tài)。幫助設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出更具用戶體驗(yàn)效果的用戶界面[8]。為用戶節(jié)約使用時(shí)間的同時(shí)帶給用戶更好的用戶體驗(yàn)效果。

2.1 ?VRE用戶體驗(yàn)認(rèn)知行為分析

2.1.1 ?實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

認(rèn)知實(shí)驗(yàn)是在基于筆者所做的項(xiàng)目工業(yè)機(jī)器人VR教學(xué)系統(tǒng)上進(jìn)行的，如圖3所示。實(shí)驗(yàn)前先對(duì)操作者進(jìn)行簡(jiǎn)單培訓(xùn)，讓他們對(duì)實(shí)驗(yàn)有一個(gè)基本認(rèn)識(shí)。為了使得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更具有普遍性和統(tǒng)計(jì)意義，選擇 20 名不同年齡、不同性別、不同學(xué)歷的學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。在實(shí)驗(yàn)的具體操作過(guò)程中，不對(duì)測(cè)試人員的操作行為做任何糾錯(cuò)，測(cè)試人員都按照自己的操作習(xí)慣，用自己最舒適、最自然的方式完成整個(gè)操作流程。

認(rèn)知體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，記錄下每個(gè)實(shí)驗(yàn)者從任務(wù)開(kāi)始到任務(wù)結(jié)束即整個(gè)任務(wù)操作過(guò)程中對(duì)本文系統(tǒng)的4個(gè)模塊功能體驗(yàn)情況進(jìn)行打分，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，作為認(rèn)知實(shí)驗(yàn)的最終數(shù)據(jù)。

2.1.2 ?實(shí)驗(yàn)分析

通過(guò)對(duì)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取與分析。本文利用美國(guó) Math Work 公司的Matlab軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)如圖4所示。從存在感、感知性方面用戶體驗(yàn)所反饋的分?jǐn)?shù)來(lái)看都比較高，說(shuō)明用戶在體驗(yàn)過(guò)程中對(duì)VRE操作體驗(yàn)很好。相對(duì)來(lái)說(shuō)具體化就比較低一些，在操作過(guò)程中由于體驗(yàn)者對(duì)頭盔的適應(yīng)程度，以及VRE操作界面的清晰度與真實(shí)性還是有別于現(xiàn)實(shí)中的電腦界面操作情況?？傮w來(lái)說(shuō)體驗(yàn)過(guò)程中還是能反應(yīng)出用戶對(duì)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的滿意度情況。

2.2 ?VRE用戶體驗(yàn)?zāi)K化分析

基于用戶界面交互技術(shù)在VRE領(lǐng)域中的應(yīng)用使人類(lèi)擺脫了對(duì)傳統(tǒng)鍵盤(pán)與鼠標(biāo)的依賴(lài)，使得用戶能夠更加方便地虛擬操作。因此，本文將虛擬界面運(yùn)用到工業(yè)機(jī)器人VR教學(xué)系統(tǒng)中，分析用戶界面在該系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。工業(yè)機(jī)器人VR教學(xué)系統(tǒng)共有4個(gè)基本的功能模塊如圖5所示，分別是拆卸操作、機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)和原理演示功能。進(jìn)入主界面后，用戶將進(jìn)入下一個(gè)功能模塊操作界面中，通過(guò)用戶界面與系統(tǒng)進(jìn)行交互[9]。為了實(shí)現(xiàn)這4個(gè)功能模塊，本文提出將虛擬界面進(jìn)行分區(qū)的概念。界面的存在是為了使用戶可以更方便與設(shè)備進(jìn)行交互，所以在布局上應(yīng)該盡量簡(jiǎn)單化，使用戶高效、舒適、愉快、少出錯(cuò)地完成交互任務(wù)。實(shí)用性原則為用戶和系統(tǒng)是否接受該界面設(shè)計(jì)。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，主要是從使用習(xí)慣來(lái)考慮。如果界面不符合用戶的生活習(xí)慣，那一定不會(huì)給用戶帶來(lái)一個(gè)好的用戶體驗(yàn)[3，10]，設(shè)計(jì)過(guò)程也在屬性與提示方面反應(yīng)了每個(gè)功能模塊的作用。通過(guò)看到其圖標(biāo)屬性就能了解功能，提升用戶的體驗(yàn)。同時(shí)也對(duì)每個(gè)功能模塊進(jìn)行文字提示，更好地讓用戶了解模塊功能，提高用戶界面的操作，節(jié)省用戶操作時(shí)間。

2.3 ?VRE用戶體驗(yàn)操作過(guò)程分析

系統(tǒng)中的四種功能，分別是拆卸操作、機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)和原理演示。當(dāng)用戶進(jìn)入系統(tǒng)主界面后就會(huì)出現(xiàn)以上四個(gè)功能圖標(biāo)，當(dāng)點(diǎn)擊拆卸操作后界面將會(huì)顯示三種不同的選項(xiàng)，分別是機(jī)械臂、傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)和傳感器。這里主要以繼續(xù)操作中的機(jī)械臂為例，在點(diǎn)擊機(jī)械臂后又會(huì)出現(xiàn)三種子選項(xiàng)，機(jī)床、臂部和手臂，在子選項(xiàng)中對(duì)其每一步進(jìn)行動(dòng)作分析，從尋找、點(diǎn)擊、選取、移動(dòng)、選中、執(zhí)行、震動(dòng)、反應(yīng)到完成一共9個(gè)步驟進(jìn)行操作。VR教學(xué)系統(tǒng)任務(wù)及步驟如圖5所示。

操作者通過(guò)佩戴好虛擬眼鏡和VR無(wú)線手柄進(jìn)行控制。具體體現(xiàn)：操作者點(diǎn)擊手柄上按鈕切換下一個(gè)界面，進(jìn)入功能模塊界面后具體的交互過(guò)程如下。用戶在VRE中，通過(guò)界面與功能交互的操作過(guò)程來(lái)完成體驗(yàn)。其中，點(diǎn)擊拆卸操作后系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)3個(gè)項(xiàng)目分別是機(jī)械臂、傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)、傳感器;在點(diǎn)擊機(jī)械臂后會(huì)出現(xiàn)3個(gè)子項(xiàng)目機(jī)床、臀部、手臂;在機(jī)床子項(xiàng)目中進(jìn)行拆卸;接下來(lái)左邊的9個(gè)步驟就是需要進(jìn)行操作的具體步驟，也是本文探究過(guò)程中試驗(yàn)的主要任務(wù);在機(jī)床拆卸中首先需要在虛擬環(huán)境中找到機(jī)床，點(diǎn)擊機(jī)床后，選取它、移動(dòng)它、選中它、系統(tǒng)提升執(zhí)行、震動(dòng)反饋、反應(yīng)后點(diǎn)擊操作，一個(gè)完整的機(jī)床部分拆卸完畢。本文重點(diǎn)以拆卸操作功能模塊的具體操作時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)與分析。

3 ?可供性模型構(gòu)建與分析評(píng)估

3.1 ?模型構(gòu)建

基于上述的VRE用戶體驗(yàn)認(rèn)知行為分析和VRE用戶體驗(yàn)操作過(guò)程分析后，本文提出了一個(gè)基于可供性的VRE用戶界面的框架模型。該框架如圖6所示。

3.2 ?分析評(píng)價(jià)

由于本文的研究課題比較新穎，與之相對(duì)應(yīng)的研究?jī)?nèi)容較少，所以本文與無(wú)虛擬界面的桌面式教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行比較。比較的內(nèi)容包括用戶體驗(yàn)和時(shí)間消耗。其中，時(shí)間消耗是指完成確定任務(wù)所需要的時(shí)間;用戶體驗(yàn)指使用系統(tǒng)完成任務(wù)期間，用戶感受到的認(rèn)知感受，其評(píng)價(jià)指標(biāo)包括存在感、沉浸感、感知性和具體化的用戶體驗(yàn)感知特征。

3.2.1 ?用戶體驗(yàn)評(píng)價(jià)

隨機(jī)選取20名不同專(zhuān)業(yè)、不同年齡、不同性別的本科生和研究生作為實(shí)驗(yàn)者在桌面式教學(xué)系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地均為實(shí)驗(yàn)樓桌面式教學(xué)系統(tǒng)用電腦操作，虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)由HTC虛擬設(shè)備進(jìn)行操作，在用戶體驗(yàn)、時(shí)間消耗方面統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。