增强现实中的人机交互与交互设计研究

李豪 严心宁

（北京印刷学院，北京 102600）

关键字：增强现实；人机交互；交互设计

增强现实（AR，Augmented Reality）是虚拟现实的一个分支，由Tom Caudell 和其同事于20 世纪90 年代初首次提出这一术语。增强现实是利用计算机渲染生成虚拟场景，并将此虚拟场景与真实世界精确的融合在一起。

增强现实，为人机交互领域增加了新的交互方式。增强现实的3I 特性（沉浸感、交互性、构想性）以增强用户体验为最终目的，与人机交互研究最终所要达到的目标不谋而合。人机交互在未来发展具有集成化、智能化、标准化的特征。而增强现实中的图像识别、手势识别、姿势识别、SLAM 实时环境感知等交互方式，恰恰符合这三方面的特征。

由于增强现实是多学科交叉融合的产物，因此需要交互设计有针对性的根据应用中支持交互行为的技术进行交互流程的设计，并且需要符合现代人的交互思维与交互体验习惯。

一、人机交互与交互设计

人机交互和交互设计其实是两个概念，交互设计是在人机交互基础上发展起来的。人机交互指的是用户与系统之间的交流、互动。这里的系统既可以指软件也可以指硬件。研究目的是以系统用户界面为载体，将系统的可用性和易用性通过用户界面展现出来。

而交互设计则指的是设计要注重人和产品之间的互动，设计应考虑到用户的背景、使用类似产品的经验以及操作过程中的感受。交互设计的研究从始至终将最终用户放在首位，是直接影响最终用户的“设计”。

二、增强现实中的人机交互

增强现实中人机交互，其目的是实现用户与真实世界中叠加的虚拟物体之间的交互，即对于用户的输入，经系统处理，直接给予相应的反馈。增强现实所提供的新的交互方法，不仅可以使用户摆脱传统人机交互图形界面，从而满足用户的感官认知，还能引导用户直接对叠加的虚拟物体所代表的信息进行交互，实现了虚实之间的互动。

（一）增强现实中人机交互的特点。增强现实中强调人机交互的实时性，实时性是构成沉浸式用户体验最中重要的保证。其次增强现实中人机交互设计还需要考虑：虚拟物体和真实物体的实时叠加、不同类型显示器和输入方式以及协同工作的影响。对于增强现实应用来说应用系统的设计就等同于传统的界面设计，而增强现实应用的领域如：军事、医疗、教育、工业、培训等等，这些行业应用根据本身特征所设计的系统就对应着在该领域内的增强现实人机交互方式。

（二）增强现实中人机交互方式分类。本文从用户交互角度、互动行为类型以及对增强现实研究发展回顾将增强现实中的人机交互方式划分成三大类：基于对象的交互、基于环境的交互、基于多通道的交互。

1.基于对象的交互。（1）基于物理对象。基于物理对象的交互是最早发展的，最为常用的交互方式。（2）基于标记对象的遮挡。通过对待识别图或待识别物体进行遮挡处理，实现触发交互特定的交互指令从而实现交互控制。（3）基于多模型互动。多模型互动主要依赖于对多目标的识别，给予用户极大地操作权限，来控制虚拟物体信息叠加的互动。应用常见于增强现实卡牌类应用。

2.基于环境的交互。（1）用户自定义环境。基于感知环境将设置触发的权利给予用户，不在需要感知对象。（2）SLAM 实时环境感知。主要通过SLAM 技术实现对三维数字世界的空间定位和环境感知。例如现在流行的平面检测就是基于SLAM 技术实现的。（3）人体识别。即对于人体特定部位如特定的手势、肢体姿势、人脸表情的识别。（4）LBS 地理位置感知。LBS 地理位置感知可以在不同空间位置设置不同内容，范围极大。（5）基于设备传感器。不需要额外设备，利用增强现实显示设备自身的传感器作为触发条件，较为常用的有陀螺仪、加速度传感器、磁力传感器等。

3.基于多通道的交互。多通道的交互往往是多种交互方式相结合，或是与新兴技术相融合。如在增强现实交互中结合使用自然语音交互、自然手势识别等。自然语言交互的优势在于可以解放双手，利用未被利用的输入通道，精确输入大量文本。自然手势识别，主要在于手势的连续性判断和模糊手势的判断上，因此目前并未广泛的使用。

三、增强现实中的交互设计

在增强现实应用中，由于新兴技术的大量使用和针对不同行业、领域内的特定需要使得“认知摩擦”情况变得尤为严重，要想很好的解决该问题就需要使用交互设计的思想和方法来设计应用系统。这是因为交互设计强调用户与产品系统之间的交互行为以及交互双方的信息表达方式。它能够直接影响产品的使用者，为使用者来带不同的交互体验。因此，在进行增强现实系统设计时不仅要考虑人机交互还要考虑到由人、人的行为、使用场景、交互行为技术所组成的交互设计。

四、结语

增强现实作为计算机技术的一个重要分支，自诞生之日起就与人机交互有着密不可分的联系。增强现实扩展了人机交互方式，符合人机交互未来发展趋势，增强现实基本特性中的交互性，属于人机交互方式中的一种，符合人机交互理论，两者的发展是相辅相成。而利用交互设计的思想对于指导增强现实系统的设计可以极大减少增强现实应用中“认知摩擦”的影响，使得用户可以拥有更好的产品交互体验。