基于虚拟现实技术的大学生校园交通安全教育系统体验设计研究

宋钰凯 陈旭

关键词：虚拟现实;沉浸式;校园交通安全教育;体验设计

1 虚拟现实技术概述

虚拟现实技术，英文全称是Virtual Reality（简称VR），也称之为灵境技术。虚拟现实技术创造了一个有别于现实世界，可以体验虚拟世界的计算机仿真模拟系统;它利用现实世界中的数据通过计算机生成一种模拟交互场景 [1]。虚拟现实技术融合了计算机图形学、计算机软硬件技术、人机接口技术、传感技术、心理学、人类工程学、设计学以及人工智能等学科领域的综合技术。虚拟现实技术所建立的模拟交互场景是一个三维空间的虚拟世界，它颠覆了传统的人机交互手段，即打破了图形界面（GUI）时期通过触屏、点按的交互方式，而是通过视觉、动作、语言、嗅觉等多模态的交互方式。相比于图形界面（GUI）的交互方式，虚拟现实的多模态交互具有自然性和隐匿性，更加接近于未来的人机交互方式宁静技术（Calm Technology），弱化用户对交互本身的注意力，使用户有身临其境的感受，更好地沉浸在虚拟场景当中。

1994 年，Burdea 等在其出版的《Virtual Reality Technology》一书中总结了虚拟现实技术的基本特征：沉浸性、交互性、构想性。沉浸性又称临场感，是指用户在虚拟环境当中感受到的真实程度，用户在虚拟的三维空间中与现实世界的感觉是一致的;交互性是用户对模拟三维空间中物体的可操作程度，虚拟环境中对物体的操作遵循现实的尺度，这包括了自然性和无延迟性;构想性是指用户在虚拟环境中根据自身的认知能力有想象力地随意创建全新的、可与现实不同的环境[2]。由于这三种特征都是以英文字母I 开头，所以又被称为3I 特征。

2 基于虚拟现实技术的大学生校园交通安全教育系统体验设计意义

校园交通安全事故的发生反映了现在大学生交通安全意识的淡薄。高校对交通安全教育的不够重视、教育方式滞后也是很重要的原因。高校普遍还是采用传统说教模式去进行灌输式教育，教育形式单调、流于形式、内容缺乏趣味性和系统性，导致学生学习的积极性不高[4]。同时学生缺少多形式的教学实践活动，降低了学生学习的热情;高校也没有将交通安全引入到课程体系中，缺乏专业的师资队伍。通过虚拟现实技术制作虚拟的交通场景，调动多种感官，以体验式的学习方式，得到多通道的反馈，建立心理深层的沉浸感，激发学习的动机，增加参与感，并通过反思将具体的感知经验生成抽象的概念，虚拟现实技术下全身心体验式的学习方法必将得到良好的校园交通安全教育效果[5]。并且虚拟现实的教学成本代价相对较低，可以突破现实物理世界的局限，非常适合在班级中进行教学。

3 基于虚拟现实技术的大学生校园交通安全教育系统体验设计思路

3.1 界面设计

虚拟交通安全教育系统中图形界面设计包括了开始的导航、菜单、信息反馈、提示、数据管理、新手引导等，界面中影响用户体验主要包括四个方面：信息内容、文字字体、图形、颜色。界面的信息主要显示关键的信息内容，易于识别，不重要的信息尽量排除，减少用户的认知负荷和速度，根据席克定律，选择信息数量越多，选择时间越长，当信息数量无限增大时，选择时长维持在一个恒定的值，选择的目标却越来越不精准。虚拟现实设备是三维的虚拟空间，文字设计时与二维平面文字有区别，三维空间是立体的，所以文字是有深度的，根据近大远小的原理，虚拟现实的文字像素大小随着深度变化而变化。现阶段的虚拟现实显示器分辨率較低，图形界面会看起来像素化，文字是难以阅读的，所以设计时文字不能过小，尽量避免出现大段的文字。文字对比度不能太高否则会出现锯齿，尽量选择无衬线字体，笔画更加顺滑，不影响视觉感受。图形设计时运用隐喻的设计手法，使二维图形代表的功能与现实中的物体功能相对应，使用户产生情感化的共鸣，更容易感知界面中的功能。

3.2 虚拟场景设计

虚拟场景主要用3D MAX 或MAYA 三维软件制作的场景物体如道路、建筑物、虚拟路人、交通标志、车辆、天空背景等物体，创造出逼真的虚拟交通场景。虚拟场景设计主要遵循真实性原则，提供逼真的情景，具有观赏度，激发学习者的动力。注重人与虚拟物体对象和虚拟环境的比例关系，如果用户自身比例被放大会感到自信高大，如果用户自身比例被缩小就会有渺小压抑的感觉。场景的布局要有空间层次感，能够交代剧情发生的地点、时间和环境位置。场景动画要稳定流畅，画面精美，视觉与听觉需要同步。同时要让用户要在小地图功能中找到自己的方位，否则会在虚拟环境中迷失方向。

3.3 交互设计

交互设计是虚拟现实教学体验的重要一环，体现了沉浸性和交互性，大学生校园交通安全教育系统体验设计应考虑遵循以下交互原则：

1） 匹配性：保证现实与虚拟环境中交互方式的一致。优秀的虚拟现实交互设计应满足人体最自然和本能的动作习惯，符合现实当中的互动规律，例如在虚拟交通安全教育系统中，行人遇见迎面而来的疾驶车辆会下意识地躲避并保护自己。

2） 容错性：允许用户犯错，不要责怪用户[6]。对新手用户应该是友好的、鼓舞的，用户能够理解虚拟环境中发生的情况，理解自身错误的原因，并能恢复正常状态。虚拟系统应给用户多次参与的机会，建立用户对虚拟环境的认知能力，对事故的理解能力和心理承受能力。给用户时间熟悉环境，不要吓跑用户，更不能让用户怀疑自己的能力，从而保证用户能够持续地参与虚拟交通安全教育系统的学习。

3） 可预见性：用户可以感知功能，降低用户的学习成本。功能和物体设计时要从用户角度出发，能够让用户容易理解使用，并且十分显眼，容易被发现，用户能够快速上手操作并且和预期理解一致。

4） 一致性：功能元素的交互响应效果与用户对其认知一致。用户操作交互功能要和其表达效果之间存在对应关系，系统中各元素能够正确映射其效果，并保持用户对其预测结果是相同的。系统内同样的功能和物体元素在视觉、交互行为上也要保持一致。

5） 目标导向性：赋予用户明确的学习目标。虚拟系统最初设计时要确定学习目标导向，让用户学到哪些交通安全知识和掌握哪些必备的技能，这些都要规划到其中。用户进入系统选择合适的任务，完成之后会有成就感，用户在做目标任务时，系统应提供适当的提示，帮助用户理解如何达成目标，确保能够顺利进行。

6） 反馈性：根据用户需求，必要的情况下提供重要信息提示和正向反馈。用户完成操作时，应得到及时、准确的系统反馈，可以通过视觉、听觉多种感官给予用户有趣的互动和正面的反馈，例如，用户遵守交通规则并正确完成任务时应不加吝啬地表扬用户并发放奖励，让用户产生强烈的内在动力和沉浸感。可视化的关键信息提示也必不可少，让用户知道当前的任务进度，自如地进行活动，但要注意信息量不要过多，否则容易对用户造成干扰。

7） 适度性：根据教学目标，调查和研究大学生用户群体，学习任务的设计不要让用户感觉太难而放弃，也不要让用户感觉太容易而无聊，与用户的认知能力水平相当最容易产生注意力。任务难度设计具有自主选择性，用户可根据自身需求切换不同难度并任务完成学习。

8） 反思性：设置反思及验证情境，加深用户对知识经验的理解和感悟。在虚拟学习场景中用户完成任务时设置一些问题和练习测试，增进用户在学习过程中的思考和回忆，更好地掌握交通安全知识和技能，对道路交通行为规范有更深刻地理解，增强学习效果。

4 结语

基于虚拟现实技术的体验式学习应用于大学校园交通安全教育领域中具有真实性、沉浸感、自主性等优势特征，此学习环境设计应遵循体验设计的原则、策略以及方法，它能使用户以第一人称的角度体验，让学习者身临其境的学习交通安全知识，且充满趣味和探索精神。在5G 技术以及智能硬件高速发展的背景下，为基于虚拟现实技术的大学生校园交通安全教育体验设计系统的推广与应用奠定基础，从而给大学生交通安全教育带来良好的效果。