機械車間交互性虛擬展示的視覺引導(dǎo)設(shè)計

□任工昌 □彭亞梅

陜西科技大學(xué)機電工程學(xué)院 西安 710021

1 概述

交互性虛擬展示技術(shù)是當(dāng)今社會科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物，它既實現(xiàn)了人和環(huán)境在虛擬空間狀態(tài)下的結(jié)合，也實現(xiàn)了用戶對目標(biāo)環(huán)境的即時漫游。對虛擬展示進(jìn)行設(shè)計就是對信息服務(wù)進(jìn)行設(shè)計，核心不僅在于外在的形式和表現(xiàn)手段，而且在于如何通過設(shè)計讓用戶獲得更好的信息服務(wù)體驗[1]。然而，在車間環(huán)境的虛擬展示過程中，存在展示面積大、環(huán)境功能區(qū)域劃分復(fù)雜等缺點，致使用戶在與虛擬環(huán)境交互的過程中存在困難，因此在虛擬展示過程中，需要為用戶提供合理、科學(xué)、簡便的視覺引導(dǎo)，通過視覺引導(dǎo)設(shè)計，使信息更加準(zhǔn)確、方便、快捷地被用戶獲取，減少用戶負(fù)面情緒，有效傳達(dá)信息，進(jìn)而使用戶在虛擬環(huán)境下的參觀更加順利和愉悅。

2 虛擬車間環(huán)境中視覺引導(dǎo)設(shè)計的意義

虛擬車間是實際生產(chǎn)車間的虛擬展示，因此虛擬車間的功能劃分、儀器設(shè)備布局、儀器設(shè)備工作方式及生產(chǎn)流程完全按照實際生產(chǎn)車間進(jìn)行設(shè)置，其環(huán)境復(fù)雜程度與實際車間一致。在大型虛擬環(huán)境中，幫助用戶在陌生復(fù)雜的虛擬環(huán)境下順利進(jìn)行交互，不僅能增加用戶在交互過程中的愉悅感受，而且即使是在個人獨立操作的情況下，也能幫助用戶更快地了解信息。

交互是一種目標(biāo)引導(dǎo)設(shè)計，通常是視覺認(rèn)知影響下目標(biāo)的導(dǎo)引過程[2]。車間內(nèi)儀器設(shè)備的操作方式及作用對于非車間工作人員而言是不清楚的，而引導(dǎo)說明則能解決這一問題。在虛擬環(huán)境中，沒有車間工作人員的講解說明，也沒有工作人員的路線指引，因此需要視覺引導(dǎo)充當(dāng)工作人員來幫助用戶了解陌生環(huán)境。

3 車間基本布局規(guī)律

現(xiàn)階段的車間布局絕大多數(shù)基于工藝過程和車間信息化管理[3]，設(shè)計科學(xué)合理的視覺引導(dǎo)，就需要了解并分析車間的整體環(huán)境。

機械加工生產(chǎn)線以機床為主要設(shè)備，加工工件按照工藝順序經(jīng)過各個工位，最終完成整個工藝加工流程，生產(chǎn)線布局應(yīng)遵循以下原則[4-5]。

（1）物流原則。在滿足物料輸送的情況下，盡量減少重復(fù)活動路線。虛擬車間中也需要遵循這一原則來設(shè)計視覺引導(dǎo)，因為重復(fù)、繁雜的展示路線無疑會給用戶增加理解環(huán)境的難度。

（2）緊湊原則。設(shè)備的科學(xué)布置可以有效提高車間的空間利用率。

（3）特殊位置擺放需求原則。某些設(shè)備具有一定的特殊性，因此需要考慮將其擺放在特殊的位置，形成位置固定約束，從而解決車間場地的特殊布局問題。

（4）設(shè)備共用原則[6]。設(shè)備合理共用，不僅可以降低設(shè)備購買的成本，而且可以減小設(shè)備的占地面積，尤其是對于體積巨大、價格昂貴的設(shè)備，不同生產(chǎn)線使用同一設(shè)備是多數(shù)企業(yè)的選擇。

目前國內(nèi)外主要生產(chǎn)線的布置有“一”字形和U形，其次還有L形、Z形等，雖然車間布局有所不同，但是都應(yīng)遵照盡量減少物流運輸?shù)脑瓌t。

在車間展示過程中，用戶沿著物流通道參觀整個生產(chǎn)流程，物流線依照盡量縮短物料與人員的流動距離、避免物流交叉、采用直線前進(jìn)原則進(jìn)行設(shè)計，以達(dá)到節(jié)約時間、降低費用、減少混亂的目的[7]。

4 視線流程形成要素

在虛擬交互過程中，用戶受自身主觀思想的影響，會做出不同的選擇。為了避免用戶出現(xiàn)無序或錯誤等操作，設(shè)計者需引入視覺導(dǎo)向概念，通過對色彩、圖形、文字等視覺元素進(jìn)行有條理、有順序的設(shè)計，突出顯示重點。利用心理暗示方式，自然引導(dǎo)用戶視線，使用戶視線在不自覺的情況下，跟隨設(shè)計者事先編排好的路線軌跡走。因此，研究用戶視線流程，對設(shè)計視覺引導(dǎo)起決定性作用。視線流程具體包括視線流動規(guī)律和視線流動形式。

4.1 視線流動規(guī)律

視線流動規(guī)律包括以下幾方面。

（1）較強的視覺信息刺激。相對于一般的視覺刺激，較強的視覺信息刺激更容易被人所感知，也就更容易吸引用戶的注意力，視覺信息刺激是視覺形成流動的首要前提。

（2）視線的轉(zhuǎn)移具有直線性特點。兩點確定一條直線，因此，兩個刺激點會讓用戶形成視線的直線轉(zhuǎn)移。在交互過程中，通過將刺激點與剌激點相連接，可以形成視線的流動。

（3）信息在形態(tài)和結(jié)構(gòu)上與周圍信息形成相異性。利用區(qū)別于周圍信息的方式，突出顯示信息，從而引起用戶的視覺興趣。

（4）刺激信息由強到弱，視覺刺激度亦由強到弱，形成一定順序。視覺在受到刺激時，最強的刺激將最先被視線對準(zhǔn)。

（5）受心理和生理的影響，人有自身的視覺流動順序，如人眼水平方向的速度比豎直方向的速度快，左上方的觀察力優(yōu)于右上方。

（6）視覺運動有積極的主動性，受興趣愛好等影響。視覺運動往往首先被自身感興趣的東西吸引，而忽略其它刺激，這一視覺運動的積極主動性，使視覺流程存在不規(guī)劃性與跳躍性。

（7）相似的因素具有引導(dǎo)視線流動的作用，如色彩、形狀、位置的相似性可以引導(dǎo)視線流動。

視覺流動規(guī)律除受以上因素影響外，還受用戶心理及生理因素影響。心理學(xué)研究表明，用戶在閱讀信息時，會根據(jù)母語的閱讀習(xí)慣，通常不是先看中間，而是從上到下、從左往右閱讀信息[8]。人對動作的適應(yīng)過程總是從陌生到熟悉，最后形成習(xí)慣，而形成習(xí)慣以后再完成同樣的動作就不需要耗費多余的時間，憑借對事物的熟悉程度，形成對動作的自動反應(yīng)，如見到熟人便打招呼等。因此，在整個視覺引導(dǎo)設(shè)計中，選用大多數(shù)人熟悉甚至是習(xí)慣的交互方式，可以省去用戶重新適應(yīng)的過程，也可以避免用戶因不熟悉而引發(fā)不當(dāng)操作。

另一方面，分析得出平面的中部及中上部為最佳視域。通過合理運用這個區(qū)域來傳達(dá)重要信息，可以起到在交互過程中引導(dǎo)用戶的目的。

4.2 交互空間中的視覺流動形式

視覺流程形式可分為二維空間中的視覺流程、三維空間中的視覺流程及多維空間中的視覺流程[9]。

4.3 多維空間中引導(dǎo)視覺流動形式

虛擬車間是由同一畫面中多種三維空間模型組合而成的復(fù)雜多維空間，在多維空間中，視覺引導(dǎo)流程的應(yīng)用方式有多種，其中文字、手勢、形象和視線引導(dǎo)方式應(yīng)用較廣泛。

（1）文字引導(dǎo)方式。顧名思義，就是利用文字來傳遞信息，將數(shù)據(jù)信息通過文字的方式傳遞給用戶，利用文字來引導(dǎo)用戶，突出重點。

（2）手勢引導(dǎo)方式。利用手勢來傳遞方向類信息，通過不同的手勢引導(dǎo)用戶。

（3）形象引導(dǎo)方式。通過形象設(shè)計，如物體位置的色彩標(biāo)記、標(biāo)志的設(shè)計來引導(dǎo)用戶。

（4）視線引導(dǎo)方式。通過畫面中物體的虛實變化或視線引導(dǎo)線等形式來告知用戶視覺運動路線。

虛擬車間的交互，其目的在于向用戶展示整個車間環(huán)境，并引導(dǎo)用戶與虛擬車間進(jìn)行交互。因為用戶在進(jìn)行交互之前，對于虛擬車間的信息可能并不了解，所以采用引導(dǎo)視線流動，通過設(shè)計誘導(dǎo)元素，結(jié)合文字、色彩等引導(dǎo)方式，引導(dǎo)用戶的視線向預(yù)定的方向移動，可以有效避免用戶產(chǎn)生錯誤、無序、重復(fù)等操作。

5 虛擬交互環(huán)境中視覺引導(dǎo)設(shè)計及其實現(xiàn)

5.1 視覺引導(dǎo)的邏輯性

在機加工生產(chǎn)過程中，普遍按照生產(chǎn)線的工藝流程對工件進(jìn)行加工，用戶在對整個車間的參觀過程中，按照工藝流程的加工順序進(jìn)行參觀，既具條理性，又方便用戶理解整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)流程，因此需要強調(diào)視覺引導(dǎo)的邏輯性對于虛擬車間的重要性。用戶在通過界面與虛擬車間進(jìn)行交互時，通常是獨自進(jìn)行交互，交互的復(fù)雜程度直接影響用戶的心理感受，交互越簡單，信息傳達(dá)越直接，這樣可以提升用戶的好感度。可見，使用戶在短時間內(nèi)以簡單的方式了解整個車間是非常必要的。復(fù)雜的交互不僅會增加用戶的學(xué)習(xí)時間，而且會降低用戶的興趣。而結(jié)合機械車間生產(chǎn)工藝流程，為用戶提供具有邏輯性的視覺引導(dǎo)，滿足用戶心理邏輯順序和思維發(fā)展順序，可以幫助用戶與虛擬車間之間實現(xiàn)更加順利、流暢的交互。

視覺引導(dǎo)的邏輯性主要體現(xiàn)于設(shè)計者對視覺引導(dǎo)線路的合理規(guī)劃，設(shè)計者結(jié)合工藝加工流程和車間場景布局，通過設(shè)計誘導(dǎo)元素引導(dǎo)用戶的視線按照預(yù)定的方向運動，重點突出，條理分明，將信息有條理地串聯(lián)起來，最后形成有邏輯性的整體。

5.2 強化用戶視覺引導(dǎo)

在具體的交互視覺引導(dǎo)設(shè)計中，要考慮用戶的意向，盡量使用戶自由地進(jìn)行交互。同時，針對初次交互的用戶，在其未能良好地把握整個參觀流程之前，需要引導(dǎo)用戶按照設(shè)計者意圖對虛擬空間進(jìn)行有條理、有邏輯的參觀。添加視覺引導(dǎo)元素，吸引用戶注意力，強化對用戶的視覺引導(dǎo)，從而實現(xiàn)誘導(dǎo)用戶按照設(shè)計者事先編排的路線軌跡來進(jìn)行交互的目的。

強化視覺的方式，首先可以通過設(shè)計不同符號、顏色、文字等對用戶進(jìn)行方向性暗示。不同的符號設(shè)計，可以幫助用戶清晰地辨別內(nèi)容，并在腦海中形成大致分類。在分類完成后，形成抽象路線，使用戶不由自主地按照路線移動自己的視線。通過使用有區(qū)別的色彩，可以輕松地反映出表達(dá)重點。文字的強化方式則是將重點內(nèi)容以加粗、加大的方式表現(xiàn)，使用戶的視點聚焦在加粗、加大的文字信息上。

其次可以將周圍事物淡化或者虛化，使重點內(nèi)容以更明確、清晰的方式進(jìn)行展現(xiàn)。模糊的視覺條件會阻礙用戶獲取信息，在清晰的視覺條件下，用戶總是能更加容易快速地閱讀信息，利用這種方式就可以強迫用戶只閱讀設(shè)計師給出的信息，從而達(dá)到設(shè)計師引導(dǎo)用戶交互的目的。

用戶通過界面進(jìn)行交互的過程中，無法集中關(guān)注整個界面，因此通過視域優(yōu)化的方式，分析大多數(shù)用戶的最佳視線范圍，將重點內(nèi)容放置在用戶的最佳視線范圍內(nèi)，用戶就會下意識地投入更多的關(guān)注。根據(jù)視覺流程法則，界面的上半部分和左半部分為用戶的最佳視域。上半部分和左半部分能夠使人輕松閱讀信息，下半部分和右半部分相對而言則更顯穩(wěn)重和壓抑，這種由于界面區(qū)域不同而帶來的視覺落差感與眼睛習(xí)慣從左至右閱讀的反射結(jié)果相關(guān)。

5.3 簡化用戶獲取信息的操作過程

用戶登錄虛擬車間的目的不盡相同，在設(shè)計用戶視覺引導(dǎo)之初，設(shè)計者需要考慮以下幾方面內(nèi)容。

（1）對用戶需求進(jìn)行深度挖掘、分析，有效獲取和理解用戶需求,并在產(chǎn)品功能的抽象表示和描述中準(zhǔn)確反映用戶需求信息[10]，這是交互設(shè)計成功的必要前提。設(shè)計視覺引導(dǎo)的目的是幫助用戶在虛擬車間順利進(jìn)行交互，因此需要了解用戶背景，分析用戶需求，明確用戶想要獲取的數(shù)據(jù)信息，以此來幫助用戶更加迅速、直接地獲取信息。如分析用戶想要獲取車間的哪些生產(chǎn)數(shù)據(jù)及生產(chǎn)流程等，那么在視覺引導(dǎo)設(shè)計過程中就著重表達(dá)此類信息，選擇性地丟棄關(guān)系度較低的數(shù)據(jù)信息，使表達(dá)更具有針對性。

（2）用戶交互體驗。系統(tǒng)、用戶和環(huán)境都會對用戶交互體驗產(chǎn)生影響[11-12]。在虛擬交互過程中，視覺引導(dǎo)是一項重要的用戶體驗，如通過考慮用戶習(xí)慣的行為方式和使用方法，設(shè)計符合多數(shù)人習(xí)慣的引導(dǎo)方式；通過設(shè)計符合多數(shù)人認(rèn)知及行為習(xí)慣的引導(dǎo)提示，降低用戶誤操作概率，引導(dǎo)用戶快速獲取目標(biāo)信息。設(shè)計的精髓在于以人為本，而不是炫技，只有徹底了解用戶真正的需求所在，提出能夠解決用戶需求的設(shè)計，才是好設(shè)計。因此，“少就是多”在用戶交互體驗設(shè)計中同樣適用，簡約的交互更能凸顯主題，這樣才能使用戶操作更加簡便、直接。

（3）滿足用戶基本期望之外的創(chuàng)新。這里的創(chuàng)新指在滿足用戶基本需求的同時還應(yīng)該考慮用戶潛在的期望，或者說是為用戶創(chuàng)造更高的需求并進(jìn)行解決。因此，設(shè)計師在用戶視覺引導(dǎo)的設(shè)計過程中，還應(yīng)幫助用戶思考潛在的更高期望，超出用戶基本期望的設(shè)計能給用戶帶來更好的體驗，在交互結(jié)束后能使用戶形成很好的評價，為后續(xù)交互奠定良好的心理基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

機械車間交互性虛擬展示縮小了用戶與車間之間的距離。用戶良好的交互體驗可以幫助用戶對展示內(nèi)容進(jìn)行更深刻的理解，對于參觀流程的理解也更容易。此外，機械車間虛擬展示中的視覺交互在提供更多自主選擇空間的同時，也帶給用戶一定的娛樂性。

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