基于可供性的VRE用户体验研究

陈亦珂 杨勤 李太然 谢易

关键词： 可供性理论运用; 虚拟现实技术; VRE; 用户界面; 用户体验; 教学系统

中图分类号： TN915?34                            文献标识码： A                    文章编号： 1004?373X（2019）02?0150?05

Research on user experience of VRE based on affordance

CHEN Yike， YANG Qin， LI Tairan， XIE Yi

（Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract： The application of the affordance theory in the virtual reality environment （VRE） is explored in this paper. The feasibility of applying the affordance theory in the VRE user interface is analyzed. With the qualitative and quantitative mixed method， the experiencing mode and time consumption are compared for analysis by combining the subjective affordance and objective affordance factors， and using the desktop teaching system and virtual reality teaching system. The VRE user interface model based on affordance is constructed to improve the usability of the VRE user interface， and bring users better and faster VRE user experience effect， which can provide a reference for the development of virtual reality technology.

Keywords： affordance theory usage; virtual reality technology; VRE; user interface; user experience; teaching system

0  引  言

随着可供性理论在产品、交互设计等领域的应用不断深入，用户在VR用户界面进行交互过程中，对其VRE用户界面中的各种信息功能进行认知，在认知过程中，包含用户体验中的存在感、沉浸感、可用性、感知性、具体化等因素。通过获取用户体验信息构件用户可供性模型，并分析其可行性。另一方面通过对用户在VRE用户界面进行交互过程中的具体步骤进行分解，并对桌面式教学系统与虚拟现实交互系统的用户操作时间进行测试采集，对比量化分析后，再利用Matlab软件对实验数据进行分析。通过对主观与客观可供性分析，寻找用户体验过程中所具有的功能合理可视化后，用户通过获取界面信息快速找到符合需求的功能，减少用戶使用时间，从而提升用户体验效果。

1  概  述

1.1  可供性

可供性最早源于生态心理学，是美国心理学家詹姆斯·吉布森创造的[1]，并在他的《生态学的视知觉取向》中提出，用来描述“事物”被用或认知。可供性作为生态心理学中的重要概念，代表着环境为有机体提供的行为可供性，既不是触发行为的原因，也不是被刺激的行为因素。可供性被用于认知自然物理环境及解释自然环境中物体的物理特性与有机体行为之间存在的对应关系[2]，并强调环境与有机体是紧密联系的。可供性理论为直接知觉论奠定了基础，已在人机交互、交互界面等领域有着广泛的应用与拓展。本文将可供性概念相关的理论应用于VRE用户界面中做进一步的研究与探讨。

1.2  可供性在用户体验中应用

从可供性与无意识设计理论的理解来看，可供性主要是从如界面、产品和空间的客观因素考虑其属性，以及人与环境之间存在的某种潜在的关系，强调人的无意识行为受到环境属性的作用[3]。用户体验设计以语言学、认知心理学为基础，从信息交流的规律和方法上为大家理解自然的人机交互行为提供理论上的支撑，帮助大家准确地实现设计意图的传递。从认知心理学发展而来的生态心理学取向对用户的无意识的实时交互体验提供了理论基础，以比较系统全面的观点来审视用户的交互过程[4]。

1.3  可供性在VR中现状

用户体验过程应该更为主动，而不是被动接受。目前市面上有VR桌面应用形式与佩戴VR头盔式等设备，为用户提供良好的交互环境。虽然VR已经被广泛应用于工业、教育、娱乐领域，并取得了巨大的飞跃，但VR体验背后的研究，尤其是功能性的研究非常少[5]。可供性方法是一种有效的研究如何更好地提高用户体验模式，可供性模型最能有效地分析其可行性为虚拟环境中的用户体验做出系统分析的一种有效的功能方法。在VRE中需要可供性来展示什么可以互动，何时进行互动。可供性的感官显示应该像屏幕可供性一样不断优化。目前VR适用于微型手势，动态捕捉人的反应。由于VRE可能会出现各种可供选择的事件，因此设计提示和参考可以提升用户体验效果。在设计虚拟现实用户界面时，设计人员应该利用技术提供的信息并了解其可供性。设计有效的可感知的可供性，通过实现将隐形可供性转化为现实可供性来揭示隐藏的可供性[6?7]。

对虚拟现实的支持分为不同层面的可供性（属性/提示）和用户感知层面属性的情感能力，包括沉浸感、真实感、感知性和具体化等因素。从现实和隐性的可供性方面来分析其可用性，尽可能通过用户界面来体现出用户的认知过程并被用户赞赏和接受，更易于用户体验（可用性），从而提升用户体验效果见图1。

2  研究方法

本文以工业机器人VR教学系统为例如图2所示，分析可供性在用户界面中的表现及特点。运用观察法进行调查研究、配合用户测试展开用户体验认知行为分析，探讨可供性在VRE用户界面中的具体存在形式与方法，发现用户需求存在的特点及规律。从认知层、行为层及体验层挖掘用户在虚拟现实环境用户界面设计中的价值。同时，结合用户体验客观分析，使用户体验过程中更为积极高效。客观的交互可供性在用户与交互界面之间产生一种极其自然的交互状态。帮助设计师设计出更具用户体验效果的用户界面[8]。为用户节约使用时间的同时带给用户更好的用户体验效果。

2.1  VRE用户体验认知行为分析

2.1.1  实验设计

认知实验是在基于笔者所做的项目工业机器人VR教学系统上进行的，如图3所示。实验前先对操作者进行简单培训，让他们对实验有一个基本认识。为了使得到的实验数据更具有普遍性和统计意义，选择 20 名不同年龄、不同性别、不同学历的学生作为实验对象。在实验的具体操作过程中，不对测试人员的操作行为做任何纠错，测试人員都按照自己的操作习惯，用自己最舒适、最自然的方式完成整个操作流程。

认知体验实验结束后，记录下每个实验者从任务开始到任务结束即整个任务操作过程中对本文系统的4个模块功能体验情况进行打分，对数据进行统计，作为认知实验的最终数据。

2.1.2  实验分析

通过对认知实验数据获取与分析。本文利用美国 Math Work 公司的Matlab软件对数据进行分析和统计如图4所示。从存在感、感知性方面用户体验所反馈的分数来看都比较高，说明用户在体验过程中对VRE操作体验很好。相对来说具体化就比较低一些，在操作过程中由于体验者对头盔的适应程度，以及VRE操作界面的清晰度与真实性还是有别于现实中的电脑界面操作情况。总体来说体验过程中还是能反应出用户对虚拟教学系统的满意度情况。

2.2  VRE用户体验模块化分析

基于用户界面交互技术在VRE领域中的应用使人类摆脱了对传统键盘与鼠标的依赖，使得用户能够更加方便地虚拟操作。因此，本文将虚拟界面运用到工业机器人VR教学系统中，分析用户界面在该系统中的应用情况。工业机器人VR教学系统共有4个基本的功能模块如图5所示，分别是拆卸操作、机械结构、控制系统和原理演示功能。进入主界面后，用户将进入下一个功能模块操作界面中，通过用户界面与系统进行交互[9]。为了实现这4个功能模块，本文提出将虚拟界面进行分区的概念。界面的存在是为了使用户可以更方便与设备进行交互，所以在布局上应该尽量简单化，使用户高效、舒适、愉快、少出错地完成交互任务。实用性原则为用户和系统是否接受该界面设计。对于用户来说，主要是从使用习惯来考虑。如果界面不符合用户的生活习惯，那一定不会给用户带来一个好的用户体验[3，10]，设计过程也在属性与提示方面反应了每个功能模块的作用。通过看到其图标属性就能了解功能，提升用户的体验。同时也对每个功能模块进行文字提示，更好地让用户了解模块功能，提高用户界面的操作，节省用户操作时间。

2.3  VRE用户体验操作过程分析

系统中的四种功能，分别是拆卸操作、机械结构、控制系统和原理演示。当用户进入系统主界面后就会出现以上四个功能图标，当点击拆卸操作后界面将会显示三种不同的选项，分别是机械臂、传动与驱动和传感器。这里主要以继续操作中的机械臂为例，在点击机械臂后又会出现三种子选项，机床、臂部和手臂，在子选项中对其每一步进行动作分析，从寻找、点击、选取、移动、选中、执行、震动、反应到完成一共9个步骤进行操作。VR教学系统任务及步骤如图5所示。

操作者通过佩戴好虚拟眼镜和VR无线手柄进行控制。具体体现：操作者点击手柄上按钮切换下一个界面，进入功能模块界面后具体的交互过程如下。用户在VRE中，通过界面与功能交互的操作过程来完成体验。其中，点击拆卸操作后系统会出现3个项目分别是机械臂、传动驱动、传感器;在点击机械臂后会出现3个子项目机床、臀部、手臂;在机床子项目中进行拆卸;接下来左边的9个步骤就是需要进行操作的具体步骤，也是本文探究过程中试验的主要任务;在机床拆卸中首先需要在虚拟环境中找到机床，点击机床后，选取它、移动它、选中它、系统提升执行、震动反馈、反应后点击操作，一个完整的机床部分拆卸完毕。本文重点以拆卸操作功能模块的具体操作时间进行试验与分析。

3  可供性模型构建与分析评估

3.1  模型构建

基于上述的VRE用户体验认知行为分析和VRE用户体验操作过程分析后，本文提出了一个基于可供性的VRE用户界面的框架模型。该框架如图6所示。

3.2  分析评价

由于本文的研究课题比较新颖，与之相对应的研究内容较少，所以本文与无虚拟界面的桌面式教学系统进行比较。比较的内容包括用户体验和时间消耗。其中，时间消耗是指完成确定任务所需要的时间;用户体验指使用系统完成任务期间，用户感受到的认知感受，其评价指标包括存在感、沉浸感、感知性和具体化的用户体验感知特征。

3.2.1  用户体验评价

随机选取20名不同专业、不同年龄、不同性别的本科生和研究生作为实验者在桌面式教学系统和虚拟现实教学系统中进行实验，实验场地均为实验楼桌面式教学系统用电脑操作，虚拟现实教学系统由HTC虚拟设备进行操作，在用户体验、时间消耗方面统计数据。