VR应用的界面设计要素概述

陈端端

摘要：文章概述了VR应用的界面设计要素。VR正向需更為精准的对内容进行细分的发展方向，传统数字媒介的界面设计规范与流程无法直接移植到VR应用界面设计领域。设计者需要对其设备与交互方式的革新在界面设计上所呈现的独特与专业性具有新的认识。已有VR相关的界面设计与交互规范手册，传统数字媒介的界面与交互设计师们也在探索VR领域特有的用户体验规范。这些规范正在逐步构成VR界面设计的业界标准，从中也可看到更为实用的VR应用发展方向。

关键词：VR；界面设计；设计要素；设计基础

1 VR界面设计规范的意义

在PC端网站、手机端APP、机顶盒等媒介方面，都已有成熟的界面设计规范与工作流程，这在VR应用领域是缺乏的。经过几年的发展，谷歌等大型公司提出了Cardboard交互规范一类指导性文件，许多业界从业人员也梳理了他们的工作经验，研究并制定出相应规范与流程，VR界面设计正在由大风刮去之后留下的一批实践者所坚持前进的道路上成长与成熟。当然界面交互在VR应用中并不一定总是存在，用户处于虚拟环境中很多交互不通过界面进行，甚至有一些VR应用提供用户纯粹地被动体验而不存在交互。但除了单纯感官刺激类的VR应用，相对复杂的程序一定存在分支，需要用户与之发生交互行为，这时的界面设计就被提到了议事日程[1]。

2 VR应用中的设计要素

VR应用的设计分为“用户”“环境”“界面”与“交互”4个部分，本文所关注的是其中“界面”设计的部分。当前的VR设备分为移动端头显、PC端头显和一体机头显。3种设备上的VR应用都需要具有针对性地进行设计。

首先，VR应用中的“界面”，是用户在有探寻环境、控制流程、调节体验、切换场景、设置功能等需要时，可以通过它与程序进行交互的系列虚拟物体。由此可见，VR应用中的界面可能是类似于纸片的平面存在，也可能是几乎与真实环境融为一体的某种物品，比如几只盒子几扇门等。

其次，VR应用中的“界面”，一定存在交互的功能，用户需要通过它将应用的使用或体验推进下去，必须设计成不让用户付出较高探索成本和操控成本的形式。有工程师认为，所有的VR应用都可以用“环境”和“交互界面”复杂度来进行衡量分类，即存在4个象限，它们分别是环境的“高度复杂一无”，以及界面的“高度复杂一无”。在笔者所举的偏向第一种象限区域的例子——即环境高度复杂的VRAPP中，是否出现界面与交互是需要慎重考虑的——因为这提高了用户的探索和学习成本，并有可能破坏整个应用的沉浸感与真实感。而在第2种象限区域的例子中，界面的设计变得格外重要，在几乎所有的设计规范与流程文档中，都提到了不当设计所产生的恶劣用户体验导致的糟糕后果[2]。

2.1 界面框架与尺寸

界面的框架，即画布尺寸是屡被提及的设计要点与难点。VR中的界面是立体画布，一个合理的画布尺寸无法通过直观的预估来确定，甚至不能在设计工具中实时监测其大小是否合理。工程师们首先建议将VR画布理解成球面影像的展开图，即球面投影。全宽投影是360°的水平投影加上180。的纵向投影，以1°对应一个PX来理解，可定义VR画布尺寸为3 600 PXX1 800 PX。显然这不是界面所应有的尺寸——不能让用户上下左右看遍才能浏览整个界面。因此界面的尺寸应该在用户面对的正中间的位置，根据MikeAlger对舒适可视范围的早期研究，适合在VR应用中成为交互界面画布的尺寸应该大概占立体环境的1/9，此例中则为1 200 PXX600 PX。VR设备的参数之一为PPD （Pixel PerDegree），即1°中含有多少个PX，一般来说PPD大于等于60，人眼的视觉感受才不会产生颗粒感，具体界面画布尺寸需要参考目标应用设备的硬件参数[3]。

2.2 可视角度

用户使用VR应用时，仿佛站在一块真实环境中，界面是独立于他的一块虚拟物体，用户需要看清整个界面时可能需要转头，也就是可视角度这一参考数值。

可视角度在VR设备中被称之为视场角（Field ofView，FOV），即人眼所能看到的范围。视分为水平视场角和垂直视场角。在水平方向上，人眼的静止视场角为约120°，转动眼睛时的视场角约为200°。在垂直方向上人眼的静止视场角为55°，其中向上约为25°，向下约为30°，转动眼睛时为120°，其中向上50°、向—F70°（人站立时的自然视线是往下约10°，坐着时的自然视线为往下15°～50°。如果有必要，可以斟酌地将使用这一修正量）。水平方向的最佳视场角约为60°，垂直方向的最佳视场角约为30°，在此范围内的界面最容易看清且无需转头。而如果两块具有相关性质的界面被放到了需要用户频繁转动头部进行观察位置，使用一段时间用户就会感觉疲劳[4]。

在确定VR应用的界面画布大小时，需要将PPD与FOV结合起来计算，以Oculus DK2为例，该设备的单眼分辨率为960 PX×1 080 PX，它的视场角为100°，所以该设备的PPD-960/100-9.6，即10包含9.6PX。当为此设备设计VR应用时，假设用户不转动头部时水平方向的舒适角度为60°，垂直方向的舒适度为30°，则该设备头部静止时最为舒适的观看界面大小因为：9.6×60=576 PX（水平像素数）和9.6X30=288 PX（垂直像素数）。如果以传统数码媒介的UX设计规范，设计成1 920 PXX1 080 PX大小，则用户从水平和垂直两个方向，都需要转头才能看全界面，这种用户体验的是非常糟糕的。

2.3 信息深度

VR设备提供三维环境，界面设计中，深度也存在舒适值范围，太靠近会让用户感觉信息逼近脸部，而距离过远又会让用户看不清而造成识别困难。工程师建议将界面的深度数值控制在距离用户0.5～20 m。

现实世界中，人眼经常需要一些参考信息来确定某物体与自己的距离，在VR应用中更是如此。可以通过增加透视网格、光影等信息协助大脑确立界面与自己的深度关系[5]。

2.4 空间参考系

手機等传统数码媒介的界面空间参考就是其屏幕，即使存在多屏界面，用户关注的也总是当前位于手机屏幕上的那一个，而VR应用存在于一个空间中，不存在屏幕那样的物理平面可作为坐标参考系，用户可能在抬头时，注视一块位于上方5m远的界面，低头时注视一块位于下方2m远的界面。因此在决定界面的放置时，适当的参考系对于VR界面的可用性和用户舒适度非常必要。一般来说，存在3种坐标参考系，它们分别是以用户的头部为参考系（Head ReferenceFrame，HRF）、以用户的躯体为参考系（Torso ReferenceFrame，TRF）以及以虚拟世界为参考系（Vritual WorldReference Frame， VWRF）[6].

HRF使界面跟随用户的头部运动。这种坐标参考系适合用来注视导向的选择，比如需要一直位于用户眼前导引他前进方向的交互信息或是VR应用的Logo、标题等。这种坐标系参考界面在设计时不能关闭头部追踪，哪怕只有短暂的时间，用户也会感到不舒适[7]。

TRF使界面跟随用户的身体运动。使用这种坐标系来显现的界面，有点像一个随身携带的功能腰带，用户希望取用信息或交互时就低头往下看。一般来说，显示信息更适合使用TRF，这就像一本放置在桌上的书籍，不会随着头部的运动而移动，更便于观察和读取。

VWRF，这种参考系下的界面是不随用户移动的，而是和虚拟场景中的其他静止物体一样，矗立在某个位置。基于这种参考系的界面，可以提供用户当前位置与方向信息，建立较大范围的地图认知和导航信息。

3 结语

如今，生产者与设计者都在寻找VR为用户实际使用之处，由于VR的空间属性及其与用户交互的模式的特定性，其界面设计中的框架与大小、可视角度、空间信息与坐标参考系等基础设计指标，都是设计师必须依据不同设备与应用功能进行首要考量的因素。

[参考文献]

[1]蔺薛菲.虚拟现实三维场景建模与人机交互应用技术研究[J]艺术与设计（理论版），2017 （4）：100-102.

[2]COCOPENG.Google VR规范[EB/OL].（ 2016- 08 -03） [2018- 01-31].http：//www.cocoachina.com/vr/20160803/17272.html.

[3]杨文超面向个人体验的人机交互技术研究与应用[D]绵阳：西南科技大学，2017.

[4]潘尚仕.虚拟现实（VR）情景下的界面设计模式解析[J].艺术科技，2016 （12）：261-262.

[5]赵沁平，周彬，李甲，陈小武.虚拟现实技术研究进展[J]科技导报，2016 （14）：71-75.

[5]迪建.虚拟现实VR产品及其产业链探究[J]集成电路应用，2016 （3）：16-20.

[6]牛禄青虚拟现实：下一个风口[J]新经济导刊，2016 （Zl）：28-31.