融合增强现实与用户体验的科普展品设计研究

彭梦君 彭莉

摘要：青少年科普教育的发展需求，为增强现实技术应用于科普展品的创新设计创造了机遇。从用户体验的角度对融入增强现实技术的科普展品进行设计研究，可以从多方面提升展品的用户体验，增强展品科普效果。文章通过对青少年的特征及展品的用户体验需求进行分析，构建出科普展品的用户体验需求模型。最后根据增强现实科普展品的构成要素并结合用户体验需求，以中国传统的“二十四节气”知识为设计对象，总结了增强现实科普展品的设计要素，并设计了满足用户体验需求的科普展品。

关键词：青少年 增强现实技术 用户体验 科普展品

引言

科技馆是一个以参与、体验等互动性手段为主的公益性展览教育机构，科普展品作为其中的基本组织单元，以激发青少年的学习兴趣、启迪科学思想为主要目的。体验时代的到来，人们开始追求自我感受的满足，对科普展品用户体验的需求不断增加，将增强现实技术应用在科普展品中，可以改变参观者在科技馆的体验形式。

一、融合增强现实与用户体验的科普展品

增强现实技术（简称AR），是一种将真实世界与虚拟世界“无缝”连接的新技术，通过计算机技术，将虚拟的信息模拟仿真后再叠加到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。增强现实技术虚实结合、实时交互和三维沉浸的特点给科技馆的科普展品带来了新的交互体验形式。将此技术应用于科普展品中，可以将抽象化的文字描述性知识进行可视化展示，使知识变得生动形象，同时结合多样化的交互方式，从感官、交互等多方面刺激青少年，促进认知水平的发展。基于增强现实技术在科普展品展示及用户体验方面的优势，在展品的设计中考虑用户的体验需求，可以实现展品的最大化优势。

目前，我国基于增强现实技术的科普展品设计还不是很多，通过调研国内外科技馆及博物馆中的增强现实展品总结了现有展品在用户体验方面的不足之处：（1）感官及审美体验的不足——交互界面缺少视觉审美体验；（2）交互体验上的不足——交互体验形式两极分化，过于单一，缺少趣味性，过于复杂，存在安全隐患；（3）情感体验上的不足——生硬的技术嫁接，使展品与用户之间缺少情感上的交流。

二、青少年用户体验需求分析

随着时代的进步和发展，用户已不再追求纯功能堆砌的产品，而是需要真正满足需求的产品。青少年对科普展品的需求也从可交互性转为情感上增值体验的需求。青少年行为、心理、情感和审美方面的特点决定了科普教育趣味性和多样性的需求。青少年对科普展品的用户体验需求主要表现在感官体验、交互体验、认知体验、情感体验和审美体验五个方面（如图1）。其中，对感官体验上的需求主要表现在展品视觉上的需求，如符合青少年审美需求的展品空间布局会首先吸引他们的注意力，其次青少年在展品交互界面上的审美也偏向色彩丰富、卡通、趣味性强的界面风格；青少年喜欢互动、乐于探索的行为特点决定了他们对展品交互体验趣味性的追求；在认知体验上的需求，接受课堂教育的青少年对科技馆纯文字性的科普知识会产生排斥心理，他们更乐意与好看、好玩的展品进行互动，在玩乐中学习科普知识；青少年对展品的情感体验需求从诺曼的情感三层次理论分析可知，展品外观、交互界面的视觉元素以及展品交互空间环境的视觉效果等为青少年带来了本能层面情感体验，展品的交互性为用户提供了行为层面的情感体验，展品使用之后青少年獲得心理上的满足则是展品带来的反思层面的情感体验。因此，青少年对展品的情感体验需求贯穿展品的各个部分，当展品各方面都满足青少年需求时用户可获得最佳的情感体验；青少年的审美体验需求是对展品认知功能、教育功能和娱乐功能综合的审美需求，希望通过寓教于乐的科普实践来开拓思维、提高认知水平。

三、融合增强现实与用户体验的科普展品设计

用户体验设计的核心规则强调设计的每一环节都应以用户为中心，即在展品的每个环节都应满足用户的需求。因此，科普展品的设计应当将心理学、设计学、美学等与人类有关的学科加入到科普展品设计的构思上来，使展品更加适用于青少年。融入增强现实技术的科普展品，由于不同的科普知识在内容和属性上都有各自的特点，因此在展品设计过程中需要考虑科普知识的特点和属性，选择合适的展示方式及表现风格。以中国传统文化“二十四节气”知识为例，它指二十四时节和气候。2016年11月30日，它的成功申遗，让二十四节气开始走进大众视野。与“二十四节气”相关的知识具有抽象性，以往都用描述性的文字语言来传播，而增强现实技术在抽象可视化展示方面的优势为“二十四节气”知识的展示形式带来了新的可能。将青少年对科普展品的用户体验需求与增强现实科普展品的基本构成要素结合分析，总结出《二十四节气》科普展品设计要素：内容设计要素，界面设计要素、交互设计要素以及交互环境设计要素。

（一）增强现实科普展品的内容设计

科普展品的内容设计是展品设计的核心前提，展品的展示方式、交互界面表现形式以及用户的交互形式等都受其影响，展品的后期制作也都要按照科普知识的大纲来完成。为了能让增强现实类的展品最终呈现出来的效果给用户带来良好的体验，需要考虑以下两点：

1.合理的科普知识大纲。

科技馆作为青少年启迪思想、激发学习兴趣的场所，对知识内容的展示不必面面俱全。在科普知识大纲的设计上应根据知识内容的难易程度，青少年的认知能力，选择与他们认知水平相匹配的内容进行科普知识的大纲设计。其次也应尽量选择简单、形象的表现方式降低科普知识的理解难度。

2.适宜的展示方式。

科普展品的内容设计除了合理的知识大纲外，还需求依靠适宜的展示方式来呈现，合理的展示方式有助于提升展品的展示效果。根据增强现实显示设备和用户视域范围可以将增强现实类科普展品的展示方式分为：头盔封闭式、手持设备开放式和屏幕半开放式三种类型。在展品设计的过程中，根据知识内容的特点和展品的需求定位选择合理的展示方式是有必要的。

“二十四节气”作为中国的传统文化，在知识的覆盖面上十分广泛，其中会存在一些超出青少年认知水平的知识内容。并且作为科普展品的“二十四节气”，其设计定位主要是针对青少年的传统文化宣传产品，希望通过展品让青少年对节气知识有初步的概念，能区分“节气”之间的差异性。所以在基于AR技术的《二十四节气》科普展品在知识大纲的设计中，考虑以四季为中心，每个季节场景中包含当季的六个节气形象通过与节气形象进行交互了解节气的具体时间、气候特点以及与节气相关的谚语或诗歌等拓展知识。

“二十四节气”知识，具有抽象性，所以在融入了AR技术的科普展品设计中需要将抽象的节气知识物化成具有对应“节气”性格人物形象。本着广泛传播及异地科普的理念，选择屏幕显示与手持显示共存的展示形式，科技馆内的屏幕显示采用数字化交互技术提供场馆内常规的展品交互体验，在手持移动端加入AR技术，通过手机或平板在场馆内的屏幕显示器上寻找并捕捉节气，将节气知识永久性的保存在自己的手机或平板电脑中，把知识带回家。

（二）增强现实科普展品的界面设计

展品的交互界面是展品用户体验的重要来源，多样化的界面风格为展品提供了更广阔的审美空间，是展品设计美学的价值体现。科普展品的界面设计主要包括界面的风格类型和视觉元素、表现形式、交互流程、布局形式等多方面的设计。

青少年的心理特点和审美偏好决定了他们在展品交互界面风格上更喜欢趣味性较高的卡通风格，对界面中视觉元素的审美偏向色彩搭配和谐、与界面风格统一的视觉元素。

科普展品的界面表现形式是构成展品的一种形式要素，常用的界面表现形式有游戏互动型表现形式、功能动效提示性表现形式和情景模拟或场景还原型表现形式。科普展品追求娱乐性的体验过程和教育化的体验结果，在展品界面中融入游戏互动交互方式，给青少年带来交互体验上的乐趣。功能动效是一种具有明确目的的功能性动态效果，在功能动效的提示下用户与界面能更好地实现交互过程，帮助用户在交互的过程中快速定位并建立视觉关系。科普展品交互界面情景模拟或场景还原型的表现形式指在界面视觉上营造一个用户熟悉或与用户认知相符的场景，在这个场景中用户会感觉轻松、自在，在情感上获得归属感。

科普展品界面的交互流程设计又指展品信息架构的搭建设计，展品的信息架构最终通过界面来展现，是对科普知识在界面中的整体布局以及信息结构的整体框架式规划。青少年认知能力不强，复杂的交互层级会加大青少年的操作难度，所以交互界面的交互流程上应尽量简化界面的交互层级，一般来说，青少年可接受的交互层级是3-4个。

清晰的交互流程离不开合理的界面布局，在展品界面设计中考虑内容的排版与布局，保持界面布局平衡统一，有助于提升界面的视觉体验、突出界面中内容的主次关系、降低青少年的阅读难度。

作为中国传统文化的“二十四节气”知识对青少年而言相对陌生，对传统中国风格的视觉审美能力不强，所以在展品的交互界面风格设计上迎合青少年的审美喜好，选择卡通插画风格，对界面视觉元素中的字体选择也相对卡通，图标的设计风格也沿用插画手绘的表现形式，在视觉上统一界面风格，提高展品的感官体验。其中对节气知识进行物化的过程中选择拟人的表现手法，将二十四节气设计成具有对应节气的特征的节气精灵。（如图2、图3）

另外青少年喜欢挑战、爱好互动，在《二十四节气》展品中加入简单的益智性挑战游戏，可以使青少年获得更好的认知效果。

（三）增强现实科普展品的交互设计

科普展品的交互设计是对交互系统中用户与产品之间交流活动的设计，主要在于定义人造物行为方式相关的界面，展品的交互设计关注以人为本的用户需求，追求展品的易用性和有效性。针对增强现实科普展品的交互设计除了涉及展品的界面交互还应当包括展品的环境交互形式。

在界面交互设计中可以运用界面中统一的视觉元素及功能性图标保持交互语意的一致性，为了降低交互界面的操作难度，还应保持界面交互提示的准确性和及时的反馈性，使交互过程保持愉悦性。增强现实技术在操作体验上给用户带来了新的交互方式，拓展了用户的交互范围，普通的数字化交互产品给用户提供的是基于屏幕交互界面上的交互体验，而增强现实技术带来的交互体验从平面向空间拓展，青少年可以借助自己的身体语言与展品进行空间上的交互，这种交互形式让青少年的参与感和体验感得到更大的满足，设计过程中可以借助青少年的行为特征，让他们在环境中以最放松的肢體语言与展品进行交流互动，增强情感体验，但在这个过程中还应考虑青少年的安全性问题，青少年极易在愉快且过于沉浸的肢体交互过程中与其他人发生碰撞，所以不能设计过于复杂的肢体交互。

在《二十四节气》科普展品的界面交互设计中，在功能性图标的设计上采用常规图标的式样，以最基础的形态表达图标功能，降低操作难度。并且在界面中采用功能动效来传达交互反馈，交互反馈作为机器和用户有效沟通的方式之一，使用户能顺畅的使用产品，并且反馈的有无、及时程度、展示方式都影响着用户的体验感受。例如在AR捕捉界面中，当移动端捕捉到PC端的节气精灵后，移动端的界面中出现精灵的三维模型，同时在界面中出现一团飞舞的粒子动效飞进界面上的书本图标中，以提示青少年刚捕捉到的精灵已经被永久的收藏了见图4。在环境交互设计中，利用青少年在自然环境中捕捉蝴蝶的场景，采用情景还原的手法，让PC端里的节气精灵在场景中缓慢的飞舞，青少年使用移动设备进行扫描捕捉的过程会产生情景再现的感觉，并且较缓慢的移动速度不会存在安全隐患。

（四）增强现实科普展品的交互环境设计

增强现实科普展品独特的展示方式给用户提供了更广阔的互动性体验，在针对增强现实技术下的科普展品设计除了考虑展品本身的设计外，还应考虑展品与用户之间的交互环境。心理学家库尔特-勒温认为：“人与环境的共同作用，才能决定人在当时当地的行为”。可见，环境因素对用户的影响程度举足轻重，是用户行为模式不可分割的一部分。在基于增强现实技术的科普展品设计中，对交互环境设计要素有以下两点要求：

1.交互空间适用性原则

增强现实科普展品交互空间的适用性原则指展品的空间范围需要满足展品与用户之间的所有肢体交互行为。只有足够的空间环境，用户才能与展品进行正常的交互行为，满足用户的体验需求。但是，在展品的交互环境设计中，并不是空间范围越大越好。首先，在科技馆中，每个展厅的展示空间范围有一定的限度，展厅内的展品也需要根据用户的行为特征来确定展品所需的空间范围。其次，展品的空间范围过大会导致展品与环境比重失调，空间环境过于空泛，还会使用户对展品本身产生消极想象。

2.交互环境视觉一致性原则

科技的发展促使人们对科普展品的需求不再是被动地接收信息，而更多的是关注用户自我的实现过程，追求人一展品一空间三者之间的互动交流。为了使^-展品一空间三者产生紧密联系，首先在展品与交互环境的视觉方面需要保持一致性，将展品与交互环境有机结合。保持视觉上的整体性与平衡性，可以从用户的视觉感官层面刺激青少年、唤起他们探索的欲望，获得自我实现。

在《二十四节气》科普展品的交互环境设计上，考虑展品的设计风格偏向卡通自然场景，为了在视觉上与展品内容保持一致性，在展品的交互环境设计中运用树叶的元素，从色彩与形象上统一风格，保持展品与其交互环境的一致性。并且利用树叶的造型还可以规划出展品所需的交互空间，营造一个小范围的自然场景，青少年在这个空间范围内仿佛置身于大自然中，可以更好的享受交互过程，见图5。

结语

产品体验时代的到来，以及国家对科普教育事业的重视。用户体验设计将成为科普展品设计的必然趋势。从增强现实科普展品的构成要素出发，在展品的内容、交互界面以及交互方式上考虑用户的体验需求，可以提升用户在感官、认知、交互、情感和审美等多方面的体验感受，达到增强展品科普效果的目的，增加展品的附加值。