基于用户体验下的VR模拟滑雪器概念设计

张简一　任伯晨

摘要：模拟滑雪器借助于虚拟传感（VR）技术，真实还原模拟滑雪场景。为保证滑雪运动的真实性，分析用户体验得出需求，提出了新型可实现多维度滑雪运动模拟的模拟滑雪器构想。针对该类滑雪器中关键硬件机构自平衡踏板结构进行了系统设计，从而满足模拟滑雪装置偏转、俯冲、避障等多项滑雪技巧。通过Rhino3DNURBS软件绘制了其三维模型，利用Rhino3DNURBS软件模拟了滑雪中X、Y、Z轴方向运动，验证了机械传动的有效性。虚拟现实技术与多维度硬件结构设计相结合，由滑雪主机、VR虚拟现实场景及其多维度脚踏板构成设计可以实现多感官交互效果。该设计结合头戴式VR设备达到手眼一致、身临其境的效果，是一种新型模拟滑雪器的概念设计。

关键词：VR 模拟滑雪器 用户体验 多维度滑雪

中图分类号：TP391.9

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2020）01-0125-03

引言

滑雪运动之所以没有受到广泛传播是由于受制于空间地域、时间气候、技术培训以及相应的滑雪设备影响。随着科技的发展，3D模拟滑雪器已经出现，但目前市场上滑雪模拟还只限于视觉虚拟交互与控制摇杆，缺少可以进行模拟滑雪训练的仿真体位感受。VR（Virtual Reality虚拟现实）技术，该技术融合了显示、眼动仪、传感器、人工智能以及大数据多种领域技术，它能拓展人们的感知边界，进而改变人类商业形态以及服务模式[1]。由于目前VR滑雪还处于游戏模式，参与者通过位于前方的屏幕显示的画面参与其中，单纯地在视觉上模仿滑雪感受，由于肢体感官上不同步，无法真正意义上感受滑雪的乐趣。另外，由于屏幕画面与身边现实场景难以协调，参与者自行调节眼光角度，且眼动体不动，从而产生强烈的暈眩感。游戏过程中，视觉场景不断旋转，参与者投入运动中，体态不自觉随之变化很容易摔倒。目前，初级的VR滑雪器的没有形成最佳的滑雪体难，在融入度、舒适度、安全度上都没有达到最佳。需要有体验度更好的VR模拟滑雪设备来改善原有产品的不足。

一、用户体验

（一）用户体验分析。用户研究以用户为中心的设计（User-Centered Design）概念作为有效的指导，从需要设计的产品所涉及到的用户的角度开始，体现除了对于设计的产品、所涉及到的用户、还有全部相互作用系统的明确[2]。

自述体验法是一个十分有效的测量方法。通过让滑雪爱好者阐述在真实滑雪运动过程中所遇到的问题，进行梳理分析，帮助新产品更有针对性发现问题并改善。整理、归纳出模拟滑雪动作的基本体态，如图1所示，起步时双脚平行、加速膝盖弯曲向下俯冲、匀速重心要稳、转弯时改变重心压力、减速双脚成内八制止刹车结束。

整体观察脚部及膝盖所发生的变化，为后续模拟滑雪器多维度脚踏板设计做理论依据，通过观察用户滑雪基本体态可以得出多维度脚踏板需要从滑雪过程的X、Y、Z轴方向进行设计，从而验证了机械传动的有效性。

（二）用户需求。用户需求分析：通过问卷调查将参与的用户分为两类，如图2所示，一类是有滑雪经历的用户，把这类用户的心理诉求转换为可优化因素。另一类是没有滑雪经验的用户，需要了解这类用户没有滑雪经验的原因，从而找到相应用户诉求。这是由于模拟滑雪器潜在的使用者就是分为这两类，一类由参与过实际滑雪的人群，另一类则是没有过实际体验的人群，从图2中两类人群的调查结果可以看出，两类人群对于滑雪这一活动所关注的因素是不同的，如有滑雪经历的更多关注场地、地域、设备等方面的因素，没有滑雪经验的人更多关注价格、安全性等因素。所以，模拟滑雪器的设计要综合以上因素进行。

由此基于对用户心理诉求及滑雪动作的归纳总结将滑雪用户需求划分为安全需求、功能需求、情感需求和其他需求四个等级。结合用户体验分析，完成用户体验旅程表如图3所示，为模拟滑雪器设计提出产品创意的依据。

产品的使用者体验可以看作交互作用技术的一定延伸，是从考虑所设计产品结构、产品功能质量到用户情感需求、用户体验的角度研究交互技术的质量[3]。使用者在使用过程中感受的方面去探究相互作用技术的效果，通常具有动态性、环境依赖性和主观性的特点。

在系统分析用户体验旅程图的基础上，结合用户体验需求的四个等级运用在模拟滑雪器上进行修改，得到模拟滑雪器的主要诉求。

安全需求：在滑雪俯冲过程中用户很容易产生失重感，在模拟滑雪器中要添加相应的防护措施，添加传感器，在用户要摔倒的时即刻反馈到主机，主机通过计算改变VR视觉倾斜角度。

功能需求：产品功能必须满足的用户需求。脚踏板必须满足多维度的运动，如转弯动作、刹车动作、俯冲动作。VR眼镜运动轨迹需与多维度脚踏板保持一致，不会产生眼动身不动的眩晕感，满足每个滑雪者对滑雪运动的心理需求。

情感需求：滑雪运动本身来讲就是一种竞技运动，除了能感受到冰雪、高速带给人们视觉感官之外，模拟滑雪器添加多人互动竞技比赛，可以增加用户的情感需求。对于担任竞技增加不同难度需求，如竞技、道具、障碍等多个游戏模式。

其他需求：模拟滑雪器的手杖是否要满足滑雪点杖功能。

二、滑雪模拟器总体设计

针对用户需求要素意向词进行权重分析后发现，模拟滑雪器需求主要集中在安全性、运动仿真性和智能交互性三大特点。安全性来自于模拟滑雪器设施的完善、运动仿真性来源于脚踏板部分是否能完成多维度仿真滑雪运动、智能交互主要来源于VR眼镜与虚拟主机的配合。

（一）模拟滑雪器的使用流程。通过对现有技术的解析，本研究主要目的是将虚拟现实相关的技术和身体数据采集相关设备进行结合，从而保证在一定安全性条件下获得多种感官相互作用、可以实现通过多维度脚踏板完成相应滑雪技巧，为滑雪者带来身临其境般的滑雪体验。滑雪模拟器流程方式如图4所示，体验者戴上VR头显装置，然后站立于滑雪平台的上面，利用虚拟现实的眼镜来进行观察实时的模拟出来的滑雪现场场景，这一场景的视觉角度随使用者雪仗上的传感器方向的转动相应转动，伴着水平方向上高度的减小滑雪体验人员会感觉到周围的场景不断的“向着身体后方运动"。滑雪器上面的主机则把与滑雪涉及到的场景相匹配的滑雪器运动指令通过蓝牙传输给多维度脚踏板上。多维度脚踏板按照滑雪器主机的运动指令运动，体验者做出相应动作来维持身体平衡;采集体验者肢体的位置姿态数据并将数据通过蓝牙传输到虚拟主机，与模拟滑雪器主机中的模拟场景中模拟人模型进行关联，之后模拟滑雪器主机立即进行复杂的运算，根据体验者肢体位置的变化，将变化之后相应的，精确的滑雪场景信息传回VR头显，使体验者产生临场感。