交互式动画在移动端三维用户界面中的应用现状与发展趋势

张纾菡 杨 喆 （中国地质大学（武汉） 430074）

随着我国综合国力的不断提高，科学技术也在突飞猛进地发展，移动终端成为人类生活不可或缺的重要一部分。用户界面一直以来就是连接人与物品的重要沟通方式，在这场巨大的变革中也同样发生着巨大的革新，从一开始的简单文字进化成为简单易懂的图形，产生着显著的进步。在虚拟环境下，操作平台已不再是我们熟悉的平面方式，面对新兴的仿真技术架构起来的庞大的交互系统，二维形式的用户界面早已不能满足引导用户的功能并且还会产生脱离界面的可能，这时候，交互式动画作为一种能提高交互效率的技术被运用在移动设备的三维界面中，使用户界面更具生命力和活力。在虚拟环境下，移动终端设备的互动性为其主要特征，基于这一特性，交互动画呈现出的明显相似性和共通性，使其在三维用户界面的开发过程中广泛应用变得水到渠成。在交互式动画的开发上，充分挖掘其文化特性和体现其艺术特性，并突出移动终端的互动性特征。本文根据交互式动画的特点，结合交互界面的交互特性和人机界面设计原则，对交互式动画在移动端三维用户界面中的应用研究国内外现状进行分析，对其发展趋势进行了探讨，旨在为移动三维界面的交互方式设计提供参考依据。

一、交互式动画在移动端三维用户界面中的作用

从用户界面演变的历史来看，三维环境下的用户界面将是未来发展的必然趋势。而交互式动画作为一种新的指导和提高三维交互形式的方法，利用信息技术整合了影像、声效、动画等多种不同的艺术呈现形式，将艺术设计和软硬件相结合，使得动画设计更有具有代表性。

移动设备的屏幕小，显示内容有限，二维界面的表现力不足，无法清晰表达出多个界面之间的多维关系。因此，要充分利用三维用户界面的优势。三维用户界面直观地展示某些领域的信息，和真实世界的对象更为接近，用户很容易感知。三维虚拟界面的交互方式使用模拟真实世界人和物的交互行为，这种方式自然，更容易被用户接受和掌握，交互系统也容易设计和实现。

二、三维界面的国内外研究现状及发展趋势

（一）三维界面的国外发展现状与趋势

人机交互史上出现的最早的界面是命令语言用户界面（UI）。这种界面的主要功能只是让人可以跟计算机进行对话，甚至还需要人来主动“适应”计算机。

1962 年，美国 MIT 的L.E.Sutherland发表了一篇题为“图板：一个人机图形通信系统”的论文，他在论文中首次使用了“Computer Graphics”这个术语。这个图形通信系统是一个功能相当完善的交互式图形系统，能够产生直线、圆、圆弧等图形，并有一定的交互功能。同年，Ivan Sutherland提出的 Sketchpad 系统展现出了图形用户界面 （GUI）的特质，随后，美国的各大公司及院校对计算机图形技术展开了大规模的研究。

多媒体用户界面的诞生则是由于多媒体技术被提出，界面设计引进多种媒体元素，如声音、视频、动画。用户可以体验丰富的信息表现形式，发挥用户感知信息的效率，增强了人对信息表现形式的选择和控制能力，扩展了人类的信息处理能力，提高了人机交互的效率和用户界面的可用性。

20 世纪 80 年代后期以来，多通道用户界面交互设计成为人机交互技术研究的崭新领域。多通道用户界面的研究正是为了消除当前 GUIWIMP界面（即窗口Windows、图标Icons、菜单Menus和鼠标指针Pointer）和多媒体用户界面的输入输出通信带宽不平衡的瓶颈，采用视线、语音、手势等新的交互通道、交互设备和交互方式，使用户可以同时利用多个通道进行交互和感知。多通道用户界面进一步提高了交互的效率和自然性，用户界面的三维感受更加强烈，使得更多不同人群的用户都可以使用计算机技术，以吸取更多的信息。

三维（3D）交互的研究开始于 20 世纪 60 年代，由 Ivan Sutherland 等人开创。其中，虚拟现实和增强现实是新一代人机交互技术中三维用户界面技术的典型代表。1991年，在Mark Weiser的“普适计算”概念下，基于虚拟现实技术下的实物用户界面 （TUI）被提出。这种界面采用的是增强现实的技术（AR），增强现实技术是虚拟现实（VR）的一个分支，延伸了虚拟现实的概念并且更加要求和现实结合。而TUI是由于直接将人们在现实生活中和物体、环境的交互动作映射为与信息空间的交互过程的用户界面，强调把直接抓取实物作为输入手段，试图摒弃 GUI 界面范式，使物理环境成为界面本身，实现物理世界和信息世界无缝融合，这同以物理环境为交互环境的 AR技术有着密切的联系。

二十一世纪初，美国学者Doug A. Bowman等人对涉及3D UI技术、设计和评估的各个方面进行了研究，出版了一本囊括三维用户界面理论和实践的著作，书中包含的内容有三维界面的输出和输入设备有哪些，它们都是如何使用的；面向通用任务的三维交互技术，如选择、操作、导航以及系统控制等任务；有关三维界面设计和开发的指南及其评估技术；三维界面的未来，包括增强现实和混合现实交互技术以及影响三维界面未来发展的相关课题。Doug A. Bowman等人还在出版的著作中总结了大量的有建设性的例子和方案，这些研究是三维用户界面最早也是最系统的理论和实践。

（二） 三维界面的国内应用现状及发展趋势

我国的计算机图形技术研究从 70 年代起步，在紧跟国际新技术的同时，取得了不少创新成果，已在电子、机械、航空航天、建筑、造船、轻纺、影视等部门的产品设计、工程设计和广告影视制作中得到了广泛应用，取得了明显的经济效益和社会效益。

虚拟现实的研究在国内起步较晚。据资料调研，上海龙华博物馆与新加坡合作，利用 QTVR技术（即QuickTime Virtual Reality）建立了一个虚拟博物馆，用户可在计算机前参观博物馆中的各个展馆，每一个参观点都可以在空间 360 度范围内观察，对于感兴趣的物体，用户还可将它拿起来，对它进行转动参观，就像围绕展品参观一样，在观察过程中，用户还可以向前或向后，可获得视角大小不同的效果。其他主要的研究成果都围绕 AR 的显示技术、摄像机校准算法、虚拟对象的投影配准算法等具体技术上，对增强现实系统进行系统研究并取得了一定成果。北京航空航天大学相关研究实现了分布式虚拟环境网络设计，提供虚拟现实演示环境，设计出用于飞行员训练的虚拟仿真系统。清华大学的一个研究成果可以实现实际拍摄效果中振动的消除，使得实拍场景中前景虚化，类似透视拍摄的效果。国防科技大学研究的超文本视频系统，可实现不同实景之间的切换，在观察实景时，可实现导航式浏览。浙江大学计算机辅助与图形学国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统，该系统采用了层面迭加的绘制技术和预消隐技术，实现了立体视觉，同时还提供了方便的交互工具，使整个系统的实时性和画面的真实感都达到了较高的水平。

随着虚拟技术的发展，传统意义上的图形用户界面已经不能满足人们的需求。传统的平面界面已经陷入了“瓶颈”，作为和交互产品沟通的重要的途径，尤其是在虚拟现实、增强现实和混合现实等技术快速进入生活的同时，普通的图形界面依然不能够成为一种高效的、自然的、更便于用户理解的交互形式。有学者总结了尚未有明确定义和分界的三维用户界面，将其分为三类，即技术驱动型、任务驱动型和用户驱动型。明确了3D UI在普适计算背景下呈现出的自然化、人性化、智能化的趋势。最后提出了设计3D UI应该遵循的方法，为后人做出了确切的指导。三维界面的时代即将到来，3D UI已经作为一门学科被广泛研究，但虚拟现实技术的研究多对三维交互界面设计的指导作用还不够深入。

三、交互式动画的国内外发展现状与趋势

（一）交互式动画的国外发展现状与趋势

早在旧石器时代的石洞壁画上，就有了动画的雏形，虽然日后在十六世纪出现了手翻书，以及中国早期的西洋镜。19世纪电影技术逐渐发展起来，一些电影人们对电影技法的实验推动了日后动画的技术。

1962年，摩登·海利希首先提出了“体验剧院”，成为“最早具有交互式影片意识”的人，摩登·海利希尝试使这个体验式的影院能让观众在观看影片的过程中可以有“身临其境”的感觉，但是他始终没有成功的做到交互性。1999年出现的一部叫《现场》网剧，真正让观众身临其境的参与到了影片的剧情中去和主人公们做朋友，可以帮助主人公们选择自己希望的结局。尽管如此，摩登·海利希的观点还是提供了一个电影的新走向，让更多的人去实践。

（二）交互式动画的国内发展现状与趋势

2003年，世界动画学会理事、中国动画学会常务副秘书长李中秋先生提出了“泛动画”这一概念，在国内外引起了强烈的响应。这表明传统动画已经开始朝着多元化的方向发展。随后有国内学者梅克冰阐述交互式动画产生的根本原因是观众更倾向于“直接参与”动画的意愿，并不是作为一个旁观者，被动的接受影片的情节和发展。并提出了交互式动画对早教的启示。国内的动画人们一开始大多是挖掘Flash这种技术用来实现其动画的交互性。第一部真正的交互式动画是由网络动画制作人—皮三来完成的《套子里面的人》。该作品不局限于传统的灌输形播放形式，采用按键的方式让观众可以自主的参与进来，决定影片的走向，使Flash动画作为一项最常用的手段被运用在交互式动画中。

随着科技的发展和交互设计理念的形成，由于计算机技术大大的拓宽了动画的创作形式，使得动画中的交互式体验变得不再困难。交互式动画的产生和目的始终是为了更好的情感表达和更丰富的用户体验，这也就决定了交互式动画会被广泛运用在各个领域，使得它具有了交叉学科的性质。调研发现国内研究交互式动画的论文大概分为三类：第一类是探讨在新技术或新平台下为交互式动画提供的可能和前景。比如《套子里面的人》，探讨了Flash技术为交互式动画提供的新思路。第二类则是创作一个基于特定平台的交互式动画设计。这类文章有的提供技术上的革新，有的设计了新的编辑交互式动画工具。第三类是研究交互式动画在其他领域的运用。如分析研究网络广告中的交互式动画的应用，通过c语言实现交互式动卷积技术，并运用在计算机辅助教学（CAI）课件中。

笔者通过分析将现阶段的交互式动画产品，大致可分为两种情况，一是始终保持电影特质的交互式动画。这种交互式动画有着完整的电影的特点，却融合了交互的特性，这也使其跟游戏的界限越发的模糊；二是为了服务其他领域简化而成的一种技术型的交互式动画。早在乔布斯第一次介绍iPhone的时候，我们惊叹其实中一个小小的操作简直如同魔法一般，这全部的得益于交互式动画的作用。

四、结语

随着虚拟技术的发展，传统意义上的用户界面（GUI）已经不能满足人们的需求。作为和交互产品沟通的重要的途径，尤其是在虚拟现实、增强现实和混合现实等技术快速进入生活的同时，普通的图形界面依然不能够成为一种高效的、自然的、更便于用户理解的交互形式。三维用户界面在普适计算的背景下呈现出的自然化、人性化、智能化的趋势。

交互式动画作为交叉学科后的产物，即融合了交互的特性，又增强了用户界面自然化、人性化、智能化特性，是三维用户界面的发展中必不可少的图形技术，代表着三维用户界面新动态与技术发展着趋势。

参考文献：

[1]李雨濛. 挖掘用户的隐性需求——互联网产品的差异化设计和推广[D]. 北京印刷学院， 2015.

[2]Hoober S， Berkman E. Designing Mobile Interfaces[M]. O'Reilly Vlg. GmbH & Co. 2012.

[3]陈志刚， 李世国. 虚拟环境中的三维用户界面研究[J]. 包装工程， 2010（2）：37-40.

[4]赵晓倩， 王晨升， 陈亮，等. 移动端三维界面两种交互方式的比较研究[J]. 产业与科技论坛， 2012（15）：80-81.

[5]DOUG A.BOWMAN. 三维用户界面：理论与实践[M]. 电子工业出版社， 2006.