張簡(jiǎn)一　任伯晨

摘要：模擬滑雪器借助于虛擬傳感（VR）技術(shù)，真實(shí)還原模擬滑雪場(chǎng)景。為保證滑雪運(yùn)動(dòng)的真實(shí)性，分析用戶體驗(yàn)得出需求，提出了新型可實(shí)現(xiàn)多維度滑雪運(yùn)動(dòng)模擬的模擬滑雪器構(gòu)想。針對(duì)該類滑雪器中關(guān)鍵硬件機(jī)構(gòu)自平衡踏板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而滿足模擬滑雪裝置偏轉(zhuǎn)、俯沖、避障等多項(xiàng)滑雪技巧。通過(guò)Rhino3DNURBS軟件繪制了其三維模型，利用Rhino3DNURBS軟件模擬了滑雪中X、Y、Z軸方向運(yùn)動(dòng)，驗(yàn)證了機(jī)械傳動(dòng)的有效性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與多維度硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，由滑雪主機(jī)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景及其多維度腳踏板構(gòu)成設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)多感官交互效果。該設(shè)計(jì)結(jié)合頭戴式VR設(shè)備達(dá)到手眼一致、身臨其境的效果，是一種新型模擬滑雪器的概念設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：VR 模擬滑雪器 用戶體驗(yàn) 多維度滑雪

中圖分類號(hào)：TP391.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（2020）01-0125-03

引言

滑雪運(yùn)動(dòng)之所以沒(méi)有受到廣泛傳播是由于受制于空間地域、時(shí)間氣候、技術(shù)培訓(xùn)以及相應(yīng)的滑雪設(shè)備影響。隨著科技的發(fā)展，3D模擬滑雪器已經(jīng)出現(xiàn)，但目前市場(chǎng)上滑雪模擬還只限于視覺(jué)虛擬交互與控制搖桿，缺少可以進(jìn)行模擬滑雪訓(xùn)練的仿真體位感受。VR（Virtual Reality虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)，該技術(shù)融合了顯示、眼動(dòng)儀、傳感器、人工智能以及大數(shù)據(jù)多種領(lǐng)域技術(shù)，它能拓展人們的感知邊界，進(jìn)而改變?nèi)祟惿虡I(yè)形態(tài)以及服務(wù)模式[1]。由于目前VR滑雪還處于游戲模式，參與者通過(guò)位于前方的屏幕顯示的畫面參與其中，單純地在視覺(jué)上模仿滑雪感受，由于肢體感官上不同步，無(wú)法真正意義上感受滑雪的樂(lè)趣。另外，由于屏幕畫面與身邊現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景難以協(xié)調(diào)，參與者自行調(diào)節(jié)眼光角度，且眼動(dòng)體不動(dòng)，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的暈眩感。游戲過(guò)程中，視覺(jué)場(chǎng)景不斷旋轉(zhuǎn)，參與者投入運(yùn)動(dòng)中，體態(tài)不自覺(jué)隨之變化很容易摔倒。目前，初級(jí)的VR滑雪器的沒(méi)有形成最佳的滑雪體難，在融入度、舒適度、安全度上都沒(méi)有達(dá)到最佳。需要有體驗(yàn)度更好的VR模擬滑雪設(shè)備來(lái)改善原有產(chǎn)品的不足。

一、用戶體驗(yàn)

（一）用戶體驗(yàn)分析。用戶研究以用戶為中心的設(shè)計(jì)（User-Centered Design）概念作為有效的指導(dǎo)，從需要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品所涉及到的用戶的角度開始，體現(xiàn)除了對(duì)于設(shè)計(jì)的產(chǎn)品、所涉及到的用戶、還有全部相互作用系統(tǒng)的明確[2]。

自述體驗(yàn)法是一個(gè)十分有效的測(cè)量方法。通過(guò)讓滑雪愛(ài)好者闡述在真實(shí)滑雪運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所遇到的問(wèn)題，進(jìn)行梳理分析，幫助新產(chǎn)品更有針對(duì)性發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并改善。整理、歸納出模擬滑雪動(dòng)作的基本體態(tài)，如圖1所示，起步時(shí)雙腳平行、加速膝蓋彎曲向下俯沖、勻速重心要穩(wěn)、轉(zhuǎn)彎時(shí)改變重心壓力、減速雙腳成內(nèi)八制止剎車結(jié)束。

整體觀察腳部及膝蓋所發(fā)生的變化，為后續(xù)模擬滑雪器多維度腳踏板設(shè)計(jì)做理論依據(jù)，通過(guò)觀察用戶滑雪基本體態(tài)可以得出多維度腳踏板需要從滑雪過(guò)程的X、Y、Z軸方向進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而驗(yàn)證了機(jī)械傳動(dòng)的有效性。

（二）用戶需求。用戶需求分析：通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查將參與的用戶分為兩類，如圖2所示，一類是有滑雪經(jīng)歷的用戶，把這類用戶的心理訴求轉(zhuǎn)換為可優(yōu)化因素。另一類是沒(méi)有滑雪經(jīng)驗(yàn)的用戶，需要了解這類用戶沒(méi)有滑雪經(jīng)驗(yàn)的原因，從而找到相應(yīng)用戶訴求。這是由于模擬滑雪器潛在的使用者就是分為這兩類，一類由參與過(guò)實(shí)際滑雪的人群，另一類則是沒(méi)有過(guò)實(shí)際體驗(yàn)的人群，從圖2中兩類人群的調(diào)查結(jié)果可以看出，兩類人群對(duì)于滑雪這一活動(dòng)所關(guān)注的因素是不同的，如有滑雪經(jīng)歷的更多關(guān)注場(chǎng)地、地域、設(shè)備等方面的因素，沒(méi)有滑雪經(jīng)驗(yàn)的人更多關(guān)注價(jià)格、安全性等因素。所以，模擬滑雪器的設(shè)計(jì)要綜合以上因素進(jìn)行。

由此基于對(duì)用戶心理訴求及滑雪動(dòng)作的歸納總結(jié)將滑雪用戶需求劃分為安全需求、功能需求、情感需求和其他需求四個(gè)等級(jí)。結(jié)合用戶體驗(yàn)分析，完成用戶體驗(yàn)旅程表如圖3所示，為模擬滑雪器設(shè)計(jì)提出產(chǎn)品創(chuàng)意的依據(jù)。

產(chǎn)品的使用者體驗(yàn)可以看作交互作用技術(shù)的一定延伸，是從考慮所設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品功能質(zhì)量到用戶情感需求、用戶體驗(yàn)的角度研究交互技術(shù)的質(zhì)量[3]。使用者在使用過(guò)程中感受的方面去探究相互作用技術(shù)的效果，通常具有動(dòng)態(tài)性、環(huán)境依賴性和主觀性的特點(diǎn)。

在系統(tǒng)分析用戶體驗(yàn)旅程圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合用戶體驗(yàn)需求的四個(gè)等級(jí)運(yùn)用在模擬滑雪器上進(jìn)行修改，得到模擬滑雪器的主要訴求。

安全需求：在滑雪俯沖過(guò)程中用戶很容易產(chǎn)生失重感，在模擬滑雪器中要添加相應(yīng)的防護(hù)措施，添加傳感器，在用戶要摔倒的時(shí)即刻反饋到主機(jī)，主機(jī)通過(guò)計(jì)算改變VR視覺(jué)傾斜角度。

功能需求：產(chǎn)品功能必須滿足的用戶需求。腳踏板必須滿足多維度的運(yùn)動(dòng)，如轉(zhuǎn)彎動(dòng)作、剎車動(dòng)作、俯沖動(dòng)作。VR眼鏡運(yùn)動(dòng)軌跡需與多維度腳踏板保持一致，不會(huì)產(chǎn)生眼動(dòng)身不動(dòng)的眩暈感，滿足每個(gè)滑雪者對(duì)滑雪運(yùn)動(dòng)的心理需求。

情感需求：滑雪運(yùn)動(dòng)本身來(lái)講就是一種競(jìng)技運(yùn)動(dòng)，除了能感受到冰雪、高速帶給人們視覺(jué)感官之外，模擬滑雪器添加多人互動(dòng)競(jìng)技比賽，可以增加用戶的情感需求。對(duì)于擔(dān)任競(jìng)技增加不同難度需求，如競(jìng)技、道具、障礙等多個(gè)游戲模式。

其他需求：模擬滑雪器的手杖是否要滿足滑雪點(diǎn)杖功能。

二、滑雪模擬器總體設(shè)計(jì)

針對(duì)用戶需求要素意向詞進(jìn)行權(quán)重分析后發(fā)現(xiàn)，模擬滑雪器需求主要集中在安全性、運(yùn)動(dòng)仿真性和智能交互性三大特點(diǎn)。安全性來(lái)自于模擬滑雪器設(shè)施的完善、運(yùn)動(dòng)仿真性來(lái)源于腳踏板部分是否能完成多維度仿真滑雪運(yùn)動(dòng)、智能交互主要來(lái)源于VR眼鏡與虛擬主機(jī)的配合。

（一）模擬滑雪器的使用流程。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的解析，本研究主要目的是將虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)的技術(shù)和身體數(shù)據(jù)采集相關(guān)設(shè)備進(jìn)行結(jié)合，從而保證在一定安全性條件下獲得多種感官相互作用、可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)多維度腳踏板完成相應(yīng)滑雪技巧，為滑雪者帶來(lái)身臨其境般的滑雪體驗(yàn)。滑雪模擬器流程方式如圖4所示，體驗(yàn)者戴上VR頭顯裝置，然后站立于滑雪平臺(tái)的上面，利用虛擬現(xiàn)實(shí)的眼鏡來(lái)進(jìn)行觀察實(shí)時(shí)的模擬出來(lái)的滑雪現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景，這一場(chǎng)景的視覺(jué)角度隨使用者雪仗上的傳感器方向的轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，伴著水平方向上高度的減小滑雪體驗(yàn)人員會(huì)感覺(jué)到周圍的場(chǎng)景不斷的“向著身體后方運(yùn)動(dòng)"?；┢魃厦娴闹鳈C(jī)則把與滑雪涉及到的場(chǎng)景相匹配的滑雪器運(yùn)動(dòng)指令通過(guò)藍(lán)牙傳輸給多維度腳踏板上。多維度腳踏板按照滑雪器主機(jī)的運(yùn)動(dòng)指令運(yùn)動(dòng)，體驗(yàn)者做出相應(yīng)動(dòng)作來(lái)維持身體平衡;采集體驗(yàn)者肢體的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙傳輸?shù)教摂M主機(jī)，與模擬滑雪器主機(jī)中的模擬場(chǎng)景中模擬人模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，之后模擬滑雪器主機(jī)立即進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，根據(jù)體驗(yàn)者肢體位置的變化，將變化之后相應(yīng)的，精確的滑雪場(chǎng)景信息傳回VR頭顯，使體驗(yàn)者產(chǎn)生臨場(chǎng)感。