數(shù)字化背景下的虛擬現(xiàn)實(shí)交互環(huán)境設(shè)計(jì)探究

林雯君，代天嬌，成天宇

（桂林理工大學(xué)，廣西 桂林541004）

2016年虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Realty，VR）產(chǎn)業(yè)步入快速發(fā)展的階段，谷歌、三星、索尼、微軟等科技巨頭紛紛下場(chǎng)搶占VR產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)份額，探索其應(yīng)用的眾多可能性。根據(jù)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)的預(yù)測(cè)，在未來(lái)5～10年，包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在內(nèi)的數(shù)字感知技術(shù)將會(huì)迎來(lái)爆發(fā)期。計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、立體現(xiàn)實(shí)技術(shù)的革新發(fā)展為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和交互技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，使多通道綜合感官交互的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)受到普通消費(fèi)者關(guān)注。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)用戶(hù)對(duì)作品身臨其境的體驗(yàn)感和積極反饋，激發(fā)了用戶(hù)感知情緒的表達(dá)。目前沉浸式虛擬交互技術(shù)多應(yīng)用于博物館、游樂(lè)園和展廳，如何將其應(yīng)用到更多環(huán)境中是一個(gè)新的方向[1]。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和交互設(shè)計(jì)的融合

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

VR是集成計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、傳感技術(shù)等多領(lǐng)域尖端科技的綜合信息技術(shù)模擬系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)通過(guò)構(gòu)建數(shù)字模型，生成從二維轉(zhuǎn)化為三維可感知的人為虛擬環(huán)境，包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)的綜合感觀交互。這種虛擬環(huán)境具有交互性、沉浸感和創(chuàng)想性的屬性，使人能夠身臨其境地處于自然和超自然的環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)改變了人的思維方式和行為邏輯，人們通過(guò)這種創(chuàng)建和體驗(yàn)有效擴(kuò)展了自我認(rèn)知的手段和領(lǐng)域[2]。

1.2 交互設(shè)計(jì)概述

交互設(shè)計(jì)（Interaction Design），又稱(chēng)互動(dòng)設(shè)計(jì)，注重以用戶(hù)體驗(yàn)為中心連接技術(shù)與感知，建立人與機(jī)器之間或外界環(huán)境配合與服務(wù)的雙向互動(dòng)關(guān)系。交互設(shè)計(jì)由5個(gè)重要部分組成，分別是語(yǔ)言、視覺(jué)再現(xiàn)、物理交互、空間交互、行為。目前的交互設(shè)計(jì)主要集中在界面交互設(shè)計(jì)，交互設(shè)計(jì)使軟件的操作便于用戶(hù)理解和使用。

1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和交互設(shè)計(jì)融合的實(shí)現(xiàn)方式

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供沉浸式交互體驗(yàn)的渠道，用戶(hù)佩戴頭戴式或是眼鏡式等VR設(shè)備，結(jié)合多技術(shù)交互方式和多感官交互方式，使用“眼球追蹤”“動(dòng)作捕捉”“肌電模擬”“觸覺(jué)反饋”“語(yǔ)音交互”“方向追蹤”“真實(shí)場(chǎng)地”“手勢(shì)追蹤”“傳感器”實(shí)現(xiàn)交互，刺激視覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)和痛覺(jué)等感官體驗(yàn)，達(dá)到“人機(jī)合一”。

2 數(shù)字化時(shí)代背景下人們對(duì)環(huán)境的新需求

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)居住環(huán)境基本的安全性和功能性的需求得到滿(mǎn)足，因此他們開(kāi)始探索新時(shí)代背景下信息技術(shù)融入環(huán)境設(shè)計(jì)的途徑，建立人與他人、人與環(huán)境、人與自然、人與數(shù)字媒體之間的關(guān)系，從而順應(yīng)更高層次的精神需求。

2.1 精神超越性需求

根據(jù)馬洛斯的需求層次理論，人們?cè)谏戆踩男枨蟮玫綕M(mǎn)足之后，開(kāi)始追求情感和精神的需求?，F(xiàn)代社會(huì)下人們的精神生活在快節(jié)奏的現(xiàn)實(shí)壓力下有所缺失，人們開(kāi)始從民族傳統(tǒng)文化、哲學(xué)思想中汲取精神養(yǎng)料，自由發(fā)揮自我想象力和創(chuàng)造性，對(duì)未來(lái)生活的“精神性”和“藝術(shù)性”充滿(mǎn)向往。科技進(jìn)步使人們對(duì)于未來(lái)人居環(huán)境的暢想成為可能。因此數(shù)字化時(shí)代背景下的環(huán)境向智能性、交互性演化，數(shù)字媒體介入的環(huán)境設(shè)計(jì)讓環(huán)境不但舒適美觀而且注重自我認(rèn)知，激發(fā)生命潛力，可認(rèn)知范圍得以擴(kuò)展。

2.2 時(shí)空靈活性需求

5G通信技術(shù)的日益完善與信息技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了社會(huì)方方面面的變革，信息化的社會(huì)具有數(shù)字化（圖書(shū)、音、像、交流、通信、大數(shù)據(jù)等）、網(wǎng)絡(luò)化（應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)）、多媒體化（信息表征圖、文、聲、像、3D和VR等)、全球化（沖破原來(lái)地域地區(qū)的限制等）等特點(diǎn)。靈活多變的虛擬世界不受時(shí)間和空間的限制，人們能夠隨心所欲地切換場(chǎng)景、時(shí)空。然而世界的客觀規(guī)律束縛了現(xiàn)實(shí)環(huán)境的發(fā)展，人居環(huán)境受工業(yè)條件、時(shí)空合一等因素影響，很難滿(mǎn)足人們對(duì)于多樣化、靈活流動(dòng)性環(huán)境空間的需求。

在環(huán)境設(shè)計(jì)中，目前的VR技術(shù)可以打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)稿展示的限制，引導(dǎo)用戶(hù)直接介入虛擬環(huán)境，用戶(hù)可以全方位觀察整體設(shè)計(jì)，也可以局部放大觀察細(xì)節(jié)，對(duì)空間內(nèi)的元素靈活添加刪減。

2.3 場(chǎng)所多功能性需求

數(shù)字化時(shí)代是個(gè)開(kāi)放、兼容、共享的時(shí)代，用戶(hù)需求趨于多元化、個(gè)性化。人們希望環(huán)境具有高復(fù)合性承載更多功能、滿(mǎn)足各類(lèi)需求，數(shù)字化時(shí)代環(huán)境以用戶(hù)體驗(yàn)為中心，圍繞“人”的需求架構(gòu)交互性多通道數(shù)據(jù)平臺(tái)，用戶(hù)購(gòu)物、教育、度假、社交都可以實(shí)現(xiàn)虛擬交互。特別是虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)的環(huán)境療愈功能，華盛頓大學(xué)用實(shí)驗(yàn)證明，冰天雪地的虛擬場(chǎng)景有效地緩解了燒傷患者的身體疼痛；基于神經(jīng)科學(xué)和人體工程學(xué)設(shè)計(jì)的康復(fù)椅和VR設(shè)備配對(duì)后，用戶(hù)在虛擬場(chǎng)景中能自如地活動(dòng)身體，甚至是體驗(yàn)飛行游戲，有助于身體受創(chuàng)或行動(dòng)不便的高齡人群身體與情緒的康復(fù)。虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸式交互作用，讓生活、辦公、休閑、娛樂(lè)的界限變得模糊，自由切換場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)虛擬和現(xiàn)實(shí)的轉(zhuǎn)化，從而滿(mǎn)足人們?cè)谕粋€(gè)場(chǎng)所內(nèi)多功能的需求。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)交互環(huán)境設(shè)計(jì)的途徑

虛擬現(xiàn)實(shí)是一場(chǎng)交互方式的新革命，人們正在實(shí)現(xiàn)由界面到空間交互方式的變遷。虛擬現(xiàn)實(shí)交互環(huán)境設(shè)計(jì)成為虛擬設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)，是應(yīng)用數(shù)字信息技術(shù)脫離物理造物條件，建造出滿(mǎn)足超越性精神需求的環(huán)境設(shè)計(jì)。創(chuàng)造出的環(huán)境反饋給大腦“真實(shí)”的感受，模糊了“虛”與“實(shí)”之間的界限。該設(shè)計(jì)不是單一的環(huán)境遺址保護(hù)與規(guī)劃（如用谷歌地圖VR重塑巴黎圣母院等），而是表現(xiàn)在不同程度與現(xiàn)實(shí)環(huán)境融合的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[3]。

3.1 全數(shù)字化環(huán)境虛擬化設(shè)計(jì)

全數(shù)字化環(huán)境虛擬化設(shè)計(jì)完全脫離現(xiàn)實(shí)世界，由“0”和“1”組成，不用遵從現(xiàn)實(shí)造物法則，比如Steam游戲平臺(tái)出品的各種VR游戲，充滿(mǎn)天馬行空的想象和場(chǎng)景。在游戲中，人們可以感受賽車(chē)風(fēng)馳電掣的刺激，體驗(yàn)戰(zhàn)爭(zhēng)場(chǎng)面的宏大，在虛擬世界里人們宛若神明操縱萬(wàn)物。

在一些科幻電影中對(duì)全數(shù)字化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作出了展望與探討。2018年《頭號(hào)玩家》電影故事內(nèi)容架構(gòu)在一款名叫“綠洲”的全息游戲中，主角在家中頭戴顯示設(shè)備，腳踩萬(wàn)向跑步墊登陸游戲世界，自由行走在“綠洲”世界包含舞廳、賽車(chē)場(chǎng)、圖書(shū)館等人文設(shè)施和海洋、金字塔等自然風(fēng)光的眾多場(chǎng)景中，足不出戶(hù)縱觀天下之景，帶來(lái)了步入式的沉浸式體驗(yàn)[4]。

3.2 融入現(xiàn)實(shí)環(huán)境的虛擬化設(shè)計(jì)

融入現(xiàn)實(shí)環(huán)境的虛擬化設(shè)計(jì)是一定的空間場(chǎng)景結(jié)合現(xiàn)實(shí)環(huán)境的虛擬化設(shè)計(jì)，廣泛應(yīng)用于博物館、展廳。

日本新媒體團(tuán)隊(duì)TEAMLAB推出了一系列虛擬交互展覽，讓藝術(shù)與科技在空間內(nèi)營(yíng)造出夢(mèng)境般的唯美場(chǎng)景，例如《燈之森林》展中，呼應(yīng)燈能隨著人的接近變化色彩、光影和音樂(lè)，行動(dòng)的觀者與作品產(chǎn)生互動(dòng)成為了藝術(shù)作品的一部分[5]。

3.3 虛擬化環(huán)境的現(xiàn)實(shí)營(yíng)造

現(xiàn)如今，多媒體技術(shù)的應(yīng)用很大程度地再現(xiàn)了科幻作品中的藝術(shù)創(chuàng)想，比如奧蘭多迪士尼樂(lè)園中的阿凡達(dá)主題樂(lè)園成為了沉浸式環(huán)境設(shè)計(jì)新地標(biāo)，園區(qū)實(shí)景精細(xì)得連植物上的絨毛都栩栩如生，再配合以3D影像的聲光影互動(dòng)，夢(mèng)幻的潘多拉星球呈現(xiàn)在游客的面前。該樂(lè)園設(shè)置了兩個(gè)體驗(yàn)項(xiàng)目：“娜美河之旅”會(huì)帶著游客乘船駛?cè)朊利惖陌l(fā)光雨林，在長(zhǎng)滿(mǎn)奇形怪狀的人造植物和四處發(fā)光的奇幻世界中，游客可以與環(huán)境互動(dòng)，甚至道路也會(huì)隨著人們的行進(jìn)變化斑斕色彩；游客帶上3D眼鏡乘坐“斑溪獸”飛翔在群山之間，隨著景象的變化，可以感受到穿越瀑布時(shí)水霧的彌漫和穿過(guò)森林時(shí)香氣的飄動(dòng)[6]。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)交互環(huán)境設(shè)計(jì)的原則

數(shù)字化時(shí)代設(shè)計(jì)師能夠隨心創(chuàng)建跨越時(shí)空的虛擬世界，人們?cè)谶@個(gè)數(shù)字營(yíng)造的非現(xiàn)實(shí)世界中自由穿梭、浸入其中，“人—環(huán)境—機(jī)器”合為一體。創(chuàng)建能夠使人聲臨其境的虛擬交互環(huán)境需要系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。

1）主題故事性。打造沉浸式虛擬交互環(huán)境，突破虛擬和現(xiàn)實(shí)的界限，首先要賦予環(huán)境主題故事性，例如哈利波特主題樂(lè)園和阿凡達(dá)主題樂(lè)園，圍繞一個(gè)主題故事，再現(xiàn)故事情節(jié)、環(huán)境，游客身處逼真的環(huán)境中，仿佛自己就是魔法世界和潘多拉星球中的一員。人們?cè)谶@些場(chǎng)景中認(rèn)識(shí)和重塑自我，與虛擬世界產(chǎn)生緊密的聯(lián)系。

2）藝術(shù)加工性。虛擬現(xiàn)實(shí)的創(chuàng)想性決定了虛擬交互環(huán)境設(shè)計(jì)要經(jīng)過(guò)藝術(shù)加工才能呈現(xiàn)超現(xiàn)實(shí)感的虛擬世界。在虛擬世界中人能夠突破生理極限，所想即所得，仿佛具備超人類(lèi)的能力，這些都需要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行藝術(shù)加工。在TEAMLAB團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的展覽中，游客可以感受花開(kāi)花落，光陰流轉(zhuǎn)，見(jiàn)證時(shí)間的流動(dòng)[7]。

3）智能互聯(lián)性。數(shù)字化時(shí)代背景下，技術(shù)迭代、萬(wàn)物互聯(lián)，互聯(lián)模式逐漸改變了人們的生活方式，他們追求個(gè)性化、靈活多變的智能環(huán)境。美國(guó)日用品連鎖店勞氏公司開(kāi)發(fā)的一款VR家裝體驗(yàn)軟件，用戶(hù)佩戴上定制的控制器后能體驗(yàn)到相應(yīng)的物品重量，在使用設(shè)備進(jìn)行虛擬裝修時(shí)，能夠感受到實(shí)際設(shè)備使用時(shí)的震動(dòng)感和味道，通過(guò)軟件將視覺(jué)、嗅覺(jué)和觸覺(jué)互聯(lián)。數(shù)字媒體和現(xiàn)實(shí)結(jié)合，不止是使用單一的智能家具，而是希望物體智能化并且是相互關(guān)聯(lián)的，也就是人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器之間聯(lián)合，人們通過(guò)指令能夠改變環(huán)境，使環(huán)境適應(yīng)人的需求，實(shí)現(xiàn)智能化、沉浸化、交互化的環(huán)境體驗(yàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

2019年被稱(chēng)為5G信息技術(shù)元年，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、智能云等技術(shù)都將在未來(lái)幾年里有新的發(fā)展突破，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和交互設(shè)計(jì)也將為環(huán)境設(shè)計(jì)帶來(lái)巨大顛覆。設(shè)計(jì)師通過(guò)虛擬交互設(shè)計(jì)滿(mǎn)足人們的精神需求，能夠很大程度地突破時(shí)空的局限性，發(fā)揮創(chuàng)造性，用設(shè)計(jì)手法表現(xiàn)藝術(shù)與科技融合之美。他們需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)環(huán)境設(shè)計(jì)行為和思維方式，時(shí)刻關(guān)注技術(shù)的革新更迭，合理運(yùn)用設(shè)計(jì)原則，平衡技術(shù)、設(shè)計(jì)思維、設(shè)計(jì)三者的關(guān)系，以用戶(hù)體驗(yàn)感為核心準(zhǔn)則，使用戶(hù)從情感到審美得以滿(mǎn)足，與此同時(shí)，環(huán)境設(shè)計(jì)師肩負(fù)著平衡“人—社會(huì)—自然—科技”之間關(guān)系的重要責(zé)任，以應(yīng)對(duì)未來(lái)虛擬環(huán)境下人類(lèi)社會(huì)發(fā)展和虛擬世界體系的道德、倫理等矛盾。