李 瑞

湖北大學藝術學院 湖北武漢 430062

一、概述

用戶界面(User Interface，簡稱UI)是計算機系統(tǒng)和用戶之間進行信息交換的媒介與載體，它承載著計算機系統(tǒng)運轉方式與其對用戶所表達的信息之間的轉換，其作用在于使用戶清晰地了解系統(tǒng)的運轉模式，并讓用戶能夠對系統(tǒng)加以操控，在此過程中系統(tǒng)對用戶的實時信息反饋也通過用戶界面來承載。簡而言之，用戶界面是使用戶與設備及其應用之間進行信息交換的工具，目的在于使得用戶能夠方便且高效地對設備及其應用進行操作以達成人機交互，從而實現(xiàn)用戶所希望借助此設備和應用來完成的目標。用戶界面在機械設備及其數字化應用的產品開發(fā)領域起著舉足輕重的作用，凡參與人類與機械設備之間的信息交流的領域都存在著用戶界面，因此用戶界面設計在應用產品開發(fā)環(huán)節(jié)至關重要。用戶界面設計是計算機應用設計的重要組成部分，也是人機交互的重要媒介和載體的搭建過程，其中囊括了對計算機應用的人機交互、操作邏輯、視覺審美的整體設計。用戶界面設計的目的是提高產品操作的舒適性、易用性，同時充分體現(xiàn)產品的特點和定位。隨著虛擬現(xiàn)實應用的興起，基于虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的用戶界面設計也發(fā)展出了新的變化和特征，從而滿足虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的產品定位和使用需求。本文將從虛擬現(xiàn)實技術和用戶界面設計的基本介紹、發(fā)展現(xiàn)狀、虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)用戶界面設計的基本要素和流程以及設計應用實例這五個方面，對基于虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的用戶界面設計進行研究說明。

二、用戶界面設計與虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)

(一)用戶界面設計

用戶界面(User interface)設計是隨著電子信息技術及其應用的發(fā)展，衍生出的一門學科，旨在輔助和引導用戶在使用電子信息應用時進行的人機交互操作。通常情況下，用戶界面以基于電子設備的軟件為載體，以彈框、按鈕、文字為基本元素呈現(xiàn)在電子設備的屏幕之中，用戶通過使用鼠標、鍵盤、手柄等配套輸入設備，或者直接在屏幕上對用戶界面元素進行點擊、滑動等操作，從而對電子設備軟硬件進行控制和使用，同時用戶界面會對用戶進行反饋，這個過程就是人機交互，如圖1所示。

圖1 人機交互過程圖

最常見的用戶界面主要是基于計算機桌面端應用、手機等移動端應用和網頁端應用。用戶界面設計涉及計算機科學、信息科學、設計學、心理學、人機工程學、社會學等多個領域的學科，用戶界面設計應用范圍涉及電子商務、在線社區(qū)、移動通信、電子政務、企業(yè)管理等諸多領域，因此對用戶界面設計師來說，除了藝術審美水平，還需要具備多學科交叉融合的思維、豐富的知識儲備和設計經驗。

(二)虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，縮寫為VR)技術是近年來隨著信息技術的發(fā)展而興起的一項全新的實用技術。虛擬現(xiàn)實技術包含了計算機技術、電子信息、仿真技術、光學顯示技術、人體工程學等多個學科的結合，其基本原理是利用計算機模擬出虛擬場景從而給用戶帶來沉浸式的感官體驗，并且用戶可以與虛擬場景進行交互，讓用戶身臨其境地置身于虛擬世界中進行文娛、工作、學習等操作。隨著技術的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術的應用領域也愈發(fā)廣泛，目前已經在教育、醫(yī)療、軍事、工業(yè)、文化等多個領域有了應用?，F(xiàn)階段虛擬現(xiàn)實技術還在發(fā)展當中，基礎硬件設施、網絡技術和計算機技術等基礎學科和技術尚待突破，因此虛擬現(xiàn)實應用離成熟階段還有一段距離。

不同于傳統(tǒng)移動端應用和計算機軟件，虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)沒有屏幕的限制，用戶在VR應用中的感官體驗是360度全方位的，因此基于虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的用戶界面也會有所不同。用戶界面的目的是引導和輔助用戶對虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的使用，因此在進行虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)用戶界面設計時，設計師應當基于虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)特殊的顯示和交互方式、操作流程、體驗感受等方面加以研究，從而為用戶提供以人為本的用戶界面使用體驗，并從中總結出虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)用戶界面設計的一般性理論和方法。

三、虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)用戶界面設計的研究

(一)虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)用戶界面設計的要素

虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)為用戶帶來了沉浸式體驗方式與全新的交互方式，用戶體驗視角不受屏幕范圍的局限，用戶在虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)中的操作體驗流程及使用方式也與傳統(tǒng)應用程序有顯著差異，因此在虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)用戶界面的設計當中，應當基于虛擬現(xiàn)實的特性，從用戶體驗的角度出發(fā)，來考慮UI設計中需要注意的因素。

首先，設計師需要把用戶界面放在虛擬空間中查看整體效果。傳統(tǒng)移動端和PC端應用程序的用戶界面都是平行于屏幕，并在屏幕的范圍之內。虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)則沒有屏幕范圍的限制，因此設計師在界面的設計過程當中，不再以屏幕范圍作為參考，去規(guī)定用戶界面的尺寸和實際體驗效果。

其次，設計師在虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)界面的設計當中，需要充分考慮用戶體驗的舒適性。為了避免在體驗虛擬現(xiàn)實應用時可能出現(xiàn)的眩暈感和視覺疲勞，應盡量減少過度的頭部轉動，并降低視覺刺激感。因此，設計師需要減小在交互過程中的動效幅度以及場景畫面的亮度和對比度，盡可能采用恒定速度進行移動。在界面布局的設置中，應讓重要信息集中在視覺中心。

視場深度也是設計師需要合理運用的重要因素之一。傳統(tǒng)應用程序的用戶界面都放置在一個平面內，而虛擬現(xiàn)實空間多出了一個空間縱深程度的因素。因此，虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的用戶界面可以被設置在不同的平面內，為用戶呈現(xiàn)出空間縱深感。設計師需要合理利用空間視場深度去表達用戶界面的層次感。

從設計師的角度來看，虛擬現(xiàn)實應用程序可分為兩部分：場景環(huán)境和用戶界面元素。場景環(huán)境是VR應用中的三維虛擬空間，為了更好地體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的沉浸感，UI設計師需要將用戶界面元素適當融入場景中。在特定的場景中，UI元素不再跟隨用戶的視角，而是作為物件放置在三維空間當中，用戶在不同的角度范圍內能夠看到這些UI元素的不同朝向，如跟隨NPC朝向的對話框、平行于墻面的提示框、貼在地面的尋路標識等。而需要跟隨用戶視角的UI元素中，UI元素則不再垂直于用戶視線的朝向，而是呈一定程度的傾斜透視或弧度，以表現(xiàn)VR空間的縱深感和沉浸感。為了不影響用戶在VR空間中的視野范圍，彈框類UI元素通常會被設置成半透明狀態(tài)，以達到最佳的沉浸效果。虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)中的UI元素既要融入場景當中，又要與場景元素加以區(qū)分，使用戶能夠較為清晰和容易地接收到UI所傳達的信息。

(二)虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)用戶界面設計的基本流程

虛擬現(xiàn)實用戶界面沒有顯示器邊框的范圍限制，所以在設計虛擬現(xiàn)實用戶界面時，需要設定一個參照范圍，來確定用戶界面元素的面積大小。通常的做法是利用虛擬現(xiàn)實三維場景的等角矩形投影來確定UI設計的畫布尺寸，即先把虛擬現(xiàn)實三維場景投射到一個二維平面，整個投影的水平角度是360度，垂直角度為180度，因此我們可以把二維投影平面定義為3600×1800像素，以此二維平面來直觀地表示整個虛擬現(xiàn)實三維空間。

根據人體工程學的研究結論，在不轉動脖子的情況下，人眼自然觀察范圍大約為水平94度，垂直32度(向上20度，向下12度)；在轉動頸部的情況下，人眼舒適觀察范圍大約為水平140度以內，垂直65度以內(向上30度以內，向下35度以內)，如圖2所示。

圖2 人眼舒適觀察范圍

根據虛擬現(xiàn)實三維場景的等角矩形投影圖和人眼舒適觀察范圍，可以得出虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)用戶界面的最佳尺寸范圍為1400×550像素以內。

用戶在虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)中所觀察到的UI元素大小除了受UI元素本身的尺寸影響之外，還和UI元素距離鏡頭的距離有關，即虛擬現(xiàn)實空間的視場深度。因此在設計虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的用戶界面時，除了要考慮UI元素尺寸之外，還需要考慮UI元素與鏡頭之間的距離因素。

人體工程學的相關研究表明，人眼的最低聚焦距離大約為0.5m，人眼的最遠舒適分辨距離約為20m以內?；诂F(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實設備和光學元件，在虛擬現(xiàn)實空間內，人眼的最佳聚焦距離為2m至3m。因此，在虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)中，UI元素的最佳放置距離為距離用戶2m至3m處。將來隨著光學元件等硬件設施的發(fā)展，最佳聚焦距離也會發(fā)生相應的變化。

為了衡量用戶在實際體驗中所觀察到的受物體自身尺寸和視場深度影響的感官大小，設計師需要采用一個與物體到鏡頭之間的距離相關聯(lián)的視覺感官長度概念。谷歌虛擬現(xiàn)實應用開發(fā)團隊引入了概念單位dmm(distance-independent millimeter，即距離無關毫米)來衡量這種感官長度。1dmm表示用戶觀察距離一個1mm長度的物體1m遠時所感受到的感官長度。

解決了虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)UI設計中的以上問題，設計師在設計虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的用戶界面時就需按照以下三個步驟進行：首先，利用虛擬現(xiàn)實三維場景等角矩形投影和人體工程學舒適觀看范圍來制定用戶界面的畫布大小。其次，在平面設計軟件中進行UI設計，規(guī)定好距離無關長度，按照統(tǒng)一距離無關長度單位輸出設計文檔。最后，根據規(guī)定的距離無關長度將UI元素在虛擬現(xiàn)實制作引擎中進行還原。在虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)UI設計的過程中，設計師需要隨時利用虛擬現(xiàn)實設備在虛擬現(xiàn)實制作引擎中測試和查看實際效果并進行調整。

四、虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)用戶界面設計的實例應用

(一)虛擬現(xiàn)實技術在傳統(tǒng)文化展示與傳播中的應用

近年來隨著虛擬現(xiàn)實相關軟硬件技術的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術在諸多的領域都得到了應用。其中，在傳統(tǒng)文化數字化展示與傳播領域，虛擬現(xiàn)實技術也發(fā)揮著舉足輕重的作用。在傳統(tǒng)文化和非物質文化遺產的保護與傳承方面，傳統(tǒng)的保護手段具有一定的局限性，無法完整展現(xiàn)傳統(tǒng)文化事象的全貌，對于其中一些抽象的概念，觀眾往往難以理解，也缺乏探索興趣。因此，將虛擬現(xiàn)實技術應用于傳統(tǒng)文化與非物質文化遺產的展示傳播，不僅可以提升觀眾的理解與興趣程度，而且對于一些難以實地感受或者已經不存在的傳統(tǒng)文化事物，觀眾可以通過虛擬現(xiàn)實設備，在虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)中沉浸式地觀察并進行交互體驗，更方便且直觀地感受和了解傳統(tǒng)文化內容。

其中土家族非遺傳承也面臨著類似情況，在此背景下，土家族傳統(tǒng)文化虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)系列應用就是基于上述特性，經過文獻查閱、實地考察等方法記錄土家族傳統(tǒng)文化事象，在通過三維模型制作、三維動作捕捉、三維場景搭建以及計算機軟件開發(fā)等技術在虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)開發(fā)引擎中進行還原，最終在虛擬現(xiàn)實設備中呈現(xiàn)出土家族傳統(tǒng)文化數字化展示與傳播交互系統(tǒng)系列應用。用戶可以通過本系統(tǒng)，在虛擬現(xiàn)實場景中沉浸式地體驗土家族傳統(tǒng)文化，并且可以通過VR手柄等設備進行行走、傳送、拾取等操作，在虛擬現(xiàn)實世界中對場景和其中的物體進行交互。

其中，土家族儺面具虛擬現(xiàn)實數字展示空間是土家族傳統(tǒng)文化虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)系列應用中的代表性應用之一，用戶通過虛擬現(xiàn)實設備可以在此虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)中體驗土家族傳統(tǒng)儺面具文化。

(二)設計實例分析

在對虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)進行用戶界面設計之前，設計師要熟悉應用的功能及架構。土家族儺面具虛擬現(xiàn)實數字展示空間包含四個主要場景，分別為儺面具VR數字博物館大廳、儺面具VR數字展品展示空間、儺面具工藝流程數字展示空間和儺面具數字涂色交互體驗空間，每個場景中用戶可以分別進行不同的體驗操作。首先，用戶進入的場景是土家族儺面具虛擬現(xiàn)實數字展示空間的大廳，在這里用戶可以選擇進入三個不同的體驗空間，進入每個體驗空間中，都可以切換到另外兩個體驗空間中。其次，在儺面具VR數字展品展示空間中，用戶可以通過手柄拾取展示柜中擺放的儺面具從而進行各角度的近距離觀察，還可以閱讀每個儺面具的相關文字介紹；在儺面具工藝流程數字展示空間中，用戶可以通過手柄控制場景中銀幕中的視頻播放，在視頻中學習土家族儺面具工藝流程的相關知識；在儺面具數字涂色交互體驗空間中，用戶可以通過手柄控制毛筆蘸取不同的顏色，并在儺面具上進行涂色交互體驗。每個場景各自的功能操作以及場景之間切換的控制都需要借助用戶界面來完成，如圖3所示。

了解清楚虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的功能架構和操作流程之后，用戶界面設計師需要做的就是制定用戶界面設計原型圖，以方框、文字和簡單的圖案來表示初步設計的用戶界面框架，以及應用程序各版塊和功能通過用戶界面進行串聯(lián)和跳轉的方式。在此步驟中，設計師需要在用戶界面設計原型圖中表明各UI元素的尺寸、擺放的位置、文字內容以及UI交互流程。

接下來的環(huán)節(jié)就是用戶界面的視覺設計。在此環(huán)節(jié)中，設計師需要根據應用的定位和主題，在此前設定好的用戶界面設計原型圖的基礎之上，對用戶界面元素進行視覺藝術設計。其中包括用戶界面元素的風格配色、形狀、圖案裝飾、字體、動效和音效等方面。在虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的UI設計過程中，設計師需要隨時在虛擬現(xiàn)實設備和開發(fā)引擎中測試和查看實際效果并實時反饋調整。

圖3 土家族儺面具虛擬現(xiàn)實數字展空間產品架構圖

根據土家族儺面具虛擬現(xiàn)實數字展示空間的主題，在進行用戶界面視覺設計環(huán)節(jié)中，需要在風格上按照古典、傳統(tǒng)、雅致、神秘的特點去定位。虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的用戶界面又要避免過于復雜的設計從而影響用戶體驗，所以設計上還需要做到盡可能地簡約。在土家族儺面具虛擬現(xiàn)實數字展示空間的用戶界面設計中，設計團隊采用85%透明度的深藍紫色底色和灰金色古典紋樣作為用戶界面的主題風格；在UI交互方面，當用戶使用手柄指向用戶界面按鈕時，有一個發(fā)光的特效，來給用戶傳遞可點擊的信息。半透明用戶界面背景常用于虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)以避免UI元素對于用戶視線的阻擋和干擾，讓用戶得以清晰明了地接收UI元素所傳遞的信息，也盡可能地讓用戶同時看清虛擬現(xiàn)實整體環(huán)境中的重要信息，最終達到最佳的視覺效果和交互體驗，如圖4所示。

圖4 土家族儺面具虛擬現(xiàn)實數字展示空間UI效果圖

結語

本文對用戶界面設計和虛擬現(xiàn)實技術及其應用進行了簡要介紹，基于其特性而分析了虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)用戶界面設計的要素與基本流程。通過介紹實際設計案例，對虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)用戶界面設計的具體方法進行詳細說明，將其一般性理論應用到具體實際案例當中?？梢灶A見，隨著技術的進步，未來的虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)會實現(xiàn)更完美的感官體驗效果，交互方式將向更多樣化、便捷化以及舒適化的方向發(fā)展，同時虛擬現(xiàn)實應用則會以更多不同的形式出現(xiàn)，因此虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的用戶界面設計理論與方法也將基于實際用戶體驗的改變和完善從而得到持續(xù)發(fā)展。