張簡一　任伯晨

摘要：模擬滑雪器借助于虛擬傳感（VR）技術(shù)，真實還原模擬滑雪場景。為保證滑雪運動的真實性，分析用戶體驗得出需求，提出了新型可實現(xiàn)多維度滑雪運動模擬的模擬滑雪器構(gòu)想。針對該類滑雪器中關鍵硬件機構(gòu)自平衡踏板結(jié)構(gòu)進行了系統(tǒng)設計，從而滿足模擬滑雪裝置偏轉(zhuǎn)、俯沖、避障等多項滑雪技巧。通過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軸方向運動，驗證了機械傳動的有效性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)與多維度硬件結(jié)構(gòu)設計相結(jié)合，由滑雪主機、VR虛擬現(xiàn)實場景及其多維度腳踏板構(gòu)成設計可以實現(xiàn)多感官交互效果。該設計結(jié)合頭戴式VR設備達到手眼一致、身臨其境的效果，是一種新型模擬滑雪器的概念設計。

關鍵詞：VR 模擬滑雪器 用戶體驗 多維度滑雪

中圖分類號：TP391.9

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2020）01-0125-03

引言

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

一、用戶體驗

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

自述體驗法是一個十分有效的測量方法。通過讓滑雪愛好者闡述在真實滑雪運動過程中所遇到的問題，進行梳理分析，幫助新產(chǎn)品更有針對性發(fā)現(xiàn)問題并改善。整理、歸納出模擬滑雪動作的基本體態(tài)，如圖1所示，起步時雙腳平行、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計做理論依據(jù)，通過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程的X、Y、Z軸方向進行設計，從而驗證了機械傳動的有效性。

（二）用戶需求。用戶需求分析：通過問卷調(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。另一類是沒有滑雪經(jīng)驗的用戶，需要了解這類用戶沒有滑雪經(jīng)驗的原因，從而找到相應用戶訴求。這是由于模擬滑雪器潛在的使用者就是分為這兩類，一類由參與過實際滑雪的人群，另一類則是沒有過實際體驗的人群，從圖2中兩類人群的調(diào)查結(jié)果可以看出，兩類人群對于滑雪這一活動所關注的因素是不同的，如有滑雪經(jīng)歷的更多關注場地、地域、設備等方面的因素，沒有滑雪經(jīng)驗的人更多關注價格、安全性等因素。所以，模擬滑雪器的設計要綜合以上因素進行。

由此基于對用戶心理訴求及滑雪動作的歸納總結(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等級。結(jié)合用戶體驗分析，完成用戶體驗旅程表如圖3所示，為模擬滑雪器設計提出產(chǎn)品創(chuàng)意的依據(jù)。

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

在系統(tǒng)分析用戶體驗旅程圖的基礎上，結(jié)合用戶體驗需求的四個等級運用在模擬滑雪器上進行修改，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的防護措施，添加傳感器，在用戶要摔倒的時即刻反饋到主機，主機通過計算改變VR視覺傾斜角度。

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動，如轉(zhuǎn)彎動作、剎車動作、俯沖動作。VR眼鏡運動軌跡需與多維度腳踏板保持一致，不會產(chǎn)生眼動身不動的眩暈感，滿足每個滑雪者對滑雪運動的心理需求。

情感需求：滑雪運動本身來講就是一種競技運動，除了能感受到冰雪、高速帶給人們視覺感官之外，模擬滑雪器添加多人互動競技比賽，可以增加用戶的情感需求。對于擔任競技增加不同難度需求，如競技、道具、障礙等多個游戲模式。

其他需求：模擬滑雪器的手杖是否要滿足滑雪點杖功能。

二、滑雪模擬器總體設計

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

（一）模擬滑雪器的使用流程。通過對現(xiàn)有技術(shù)的解析，本研究主要目的是將虛擬現(xiàn)實相關的技術(shù)和身體數(shù)據(jù)采集相關設備進行結(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、可以實現(xiàn)通過多維度腳踏板完成相應滑雪技巧，為滑雪者帶來身臨其境般的滑雪體驗。滑雪模擬器流程方式如圖4所示，體驗者戴上VR頭顯裝置，然后站立于滑雪平臺的上面，利用虛擬現(xiàn)實的眼鏡來進行觀察實時的模擬出來的滑雪現(xiàn)場場景，這一場景的視覺角度隨使用者雪仗上的傳感器方向的轉(zhuǎn)動相應轉(zhuǎn)動，伴著水平方向上高度的減小滑雪體驗人員會感覺到周圍的場景不斷的“向著身體后方運動"?；┢魃厦娴闹鳈C則把與滑雪涉及到的場景相匹配的滑雪器運動指令通過藍牙傳輸給多維度腳踏板上。多維度腳踏板按照滑雪器主機的運動指令運動，體驗者做出相應動作來維持身體平衡;采集體驗者肢體的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)通過藍牙傳輸?shù)教摂M主機，與模擬滑雪器主機中的模擬場景中模擬人模型進行關聯(lián)，之后模擬滑雪器主機立即進行復雜的運算，根據(jù)體驗者肢體位置的變化，將變化之后相應的，精確的滑雪場景信息傳回VR頭顯，使體驗者產(chǎn)生臨場感。