基于虛擬現實技術的大學生校園交通安全教育系統體驗設計研究

宋鈺凱 陳旭

關鍵詞：虛擬現實;沉浸式;校園交通安全教育;體驗設計

1 虛擬現實技術概述

虛擬現實技術，英文全稱是Virtual Reality（簡稱VR），也稱之為靈境技術。虛擬現實技術創造了一個有別于現實世界，可以體驗虛擬世界的計算機仿真模擬系統;它利用現實世界中的數據通過計算機生成一種模擬交互場景 [1]。虛擬現實技術融合了計算機圖形學、計算機軟硬件技術、人機接口技術、傳感技術、心理學、人類工程學、設計學以及人工智能等學科領域的綜合技術。虛擬現實技術所建立的模擬交互場景是一個三維空間的虛擬世界，它顛覆了傳統的人機交互手段，即打破了圖形界面（GUI）時期通過觸屏、點按的交互方式，而是通過視覺、動作、語言、嗅覺等多模態的交互方式。相比于圖形界面（GUI）的交互方式，虛擬現實的多模態交互具有自然性和隱匿性，更加接近于未來的人機交互方式寧靜技術（Calm Technology），弱化用戶對交互本身的注意力，使用戶有身臨其境的感受，更好地沉浸在虛擬場景當中。

1994 年，Burdea 等在其出版的《Virtual Reality Technology》一書中總結了虛擬現實技術的基本特征：沉浸性、交互性、構想性。沉浸性又稱臨場感，是指用戶在虛擬環境當中感受到的真實程度，用戶在虛擬的三維空間中與現實世界的感覺是一致的;交互性是用戶對模擬三維空間中物體的可操作程度，虛擬環境中對物體的操作遵循現實的尺度，這包括了自然性和無延遲性;構想性是指用戶在虛擬環境中根據自身的認知能力有想象力地隨意創建全新的、可與現實不同的環境[2]。由于這三種特征都是以英文字母I 開頭，所以又被稱為3I 特征。

2 基于虛擬現實技術的大學生校園交通安全教育系統體驗設計意義

校園交通安全事故的發生反映了現在大學生交通安全意識的淡薄。高校對交通安全教育的不夠重視、教育方式滯后也是很重要的原因。高校普遍還是采用傳統說教模式去進行灌輸式教育，教育形式單調、流于形式、內容缺乏趣味性和系統性，導致學生學習的積極性不高[4]。同時學生缺少多形式的教學實踐活動，降低了學生學習的熱情;高校也沒有將交通安全引入到課程體系中，缺乏專業的師資隊伍。通過虛擬現實技術制作虛擬的交通場景，調動多種感官，以體驗式的學習方式，得到多通道的反饋，建立心理深層的沉浸感，激發學習的動機，增加參與感，并通過反思將具體的感知經驗生成抽象的概念，虛擬現實技術下全身心體驗式的學習方法必將得到良好的校園交通安全教育效果[5]。并且虛擬現實的教學成本代價相對較低，可以突破現實物理世界的局限，非常適合在班級中進行教學。

3 基于虛擬現實技術的大學生校園交通安全教育系統體驗設計思路

3.1 界面設計

虛擬交通安全教育系統中圖形界面設計包括了開始的導航、菜單、信息反饋、提示、數據管理、新手引導等，界面中影響用戶體驗主要包括四個方面：信息內容、文字字體、圖形、顏色。界面的信息主要顯示關鍵的信息內容，易于識別，不重要的信息盡量排除，減少用戶的認知負荷和速度，根據席克定律，選擇信息數量越多，選擇時間越長，當信息數量無限增大時，選擇時長維持在一個恒定的值，選擇的目標卻越來越不精準。虛擬現實設備是三維的虛擬空間，文字設計時與二維平面文字有區別，三維空間是立體的，所以文字是有深度的，根據近大遠小的原理，虛擬現實的文字像素大小隨著深度變化而變化?，F階段的虛擬現實顯示器分辨率較低，圖形界面會看起來像素化，文字是難以閱讀的，所以設計時文字不能過小，盡量避免出現大段的文字。文字對比度不能太高否則會出現鋸齒，盡量選擇無襯線字體，筆畫更加順滑，不影響視覺感受。圖形設計時運用隱喻的設計手法，使二維圖形代表的功能與現實中的物體功能相對應，使用戶產生情感化的共鳴，更容易感知界面中的功能。

3.2 虛擬場景設計

虛擬場景主要用3D MAX 或MAYA 三維軟件制作的場景物體如道路、建筑物、虛擬路人、交通標志、車輛、天空背景等物體，創造出逼真的虛擬交通場景。虛擬場景設計主要遵循真實性原則，提供逼真的情景，具有觀賞度，激發學習者的動力。注重人與虛擬物體對象和虛擬環境的比例關系，如果用戶自身比例被放大會感到自信高大，如果用戶自身比例被縮小就會有渺小壓抑的感覺。場景的布局要有空間層次感，能夠交代劇情發生的地點、時間和環境位置。場景動畫要穩定流暢，畫面精美，視覺與聽覺需要同步。同時要讓用戶要在小地圖功能中找到自己的方位，否則會在虛擬環境中迷失方向。

3.3 交互設計

交互設計是虛擬現實教學體驗的重要一環，體現了沉浸性和交互性，大學生校園交通安全教育系統體驗設計應考慮遵循以下交互原則：

1） 匹配性：保證現實與虛擬環境中交互方式的一致。優秀的虛擬現實交互設計應滿足人體最自然和本能的動作習慣，符合現實當中的互動規律，例如在虛擬交通安全教育系統中，行人遇見迎面而來的疾駛車輛會下意識地躲避并保護自己。

2） 容錯性：允許用戶犯錯，不要責怪用戶[6]。對新手用戶應該是友好的、鼓舞的，用戶能夠理解虛擬環境中發生的情況，理解自身錯誤的原因，并能恢復正常狀態。虛擬系統應給用戶多次參與的機會，建立用戶對虛擬環境的認知能力，對事故的理解能力和心理承受能力。給用戶時間熟悉環境，不要嚇跑用戶，更不能讓用戶懷疑自己的能力，從而保證用戶能夠持續地參與虛擬交通安全教育系統的學習。

3） 可預見性：用戶可以感知功能，降低用戶的學習成本。功能和物體設計時要從用戶角度出發，能夠讓用戶容易理解使用，并且十分顯眼，容易被發現，用戶能夠快速上手操作并且和預期理解一致。

4） 一致性：功能元素的交互響應效果與用戶對其認知一致。用戶操作交互功能要和其表達效果之間存在對應關系，系統中各元素能夠正確映射其效果，并保持用戶對其預測結果是相同的。系統內同樣的功能和物體元素在視覺、交互行為上也要保持一致。

5） 目標導向性：賦予用戶明確的學習目標。虛擬系統最初設計時要確定學習目標導向，讓用戶學到哪些交通安全知識和掌握哪些必備的技能，這些都要規劃到其中。用戶進入系統選擇合適的任務，完成之后會有成就感，用戶在做目標任務時，系統應提供適當的提示，幫助用戶理解如何達成目標，確保能夠順利進行。

6） 反饋性：根據用戶需求，必要的情況下提供重要信息提示和正向反饋。用戶完成操作時，應得到及時、準確的系統反饋，可以通過視覺、聽覺多種感官給予用戶有趣的互動和正面的反饋，例如，用戶遵守交通規則并正確完成任務時應不加吝嗇地表揚用戶并發放獎勵，讓用戶產生強烈的內在動力和沉浸感?？梢暬年P鍵信息提示也必不可少，讓用戶知道當前的任務進度，自如地進行活動，但要注意信息量不要過多，否則容易對用戶造成干擾。

7） 適度性：根據教學目標，調查和研究大學生用戶群體，學習任務的設計不要讓用戶感覺太難而放棄，也不要讓用戶感覺太容易而無聊，與用戶的認知能力水平相當最容易產生注意力。任務難度設計具有自主選擇性，用戶可根據自身需求切換不同難度并任務完成學習。

8） 反思性：設置反思及驗證情境，加深用戶對知識經驗的理解和感悟。在虛擬學習場景中用戶完成任務時設置一些問題和練習測試，增進用戶在學習過程中的思考和回憶，更好地掌握交通安全知識和技能，對道路交通行為規范有更深刻地理解，增強學習效果。

4 結語

基于虛擬現實技術的體驗式學習應用于大學校園交通安全教育領域中具有真實性、沉浸感、自主性等優勢特征，此學習環境設計應遵循體驗設計的原則、策略以及方法，它能使用戶以第一人稱的角度體驗，讓學習者身臨其境的學習交通安全知識，且充滿趣味和探索精神。在5G 技術以及智能硬件高速發展的背景下，為基于虛擬現實技術的大學生校園交通安全教育體驗設計系統的推廣與應用奠定基礎，從而給大學生交通安全教育帶來良好的效果。