基于空间知觉的混合现实游戏场景构成因素的研究

李伟　程诗婧

摘  要：随着科学技术的不断发展，游戏形式和媒介呈现出越来越多样化的趋势。混合现实游戏作为其中一种形式，已经在游戏领域占据了一定的地位。在游戏中，游戏场景具有无可比拟的重要性和优势，能够为游戏创造出独特的体验效果。为了提高混合现实游戏的设计效率，本研究构建了混合现实场景的视觉层级概念，并应用该概念对名为《碎片》的游戏进行了层级分析。研究还确定了构成混合现实游戏场景特征的因素。此外，通过问卷数据调查和分析，验证了三个因素——虚实共存、人机交互和适地服务性——对于解释混合现实游戏场景特征具有较好的效果。因此，本研究的三层视觉层级定义和混合现实游戏场景的构成因素能够为其他混合现实游戏的设计提供有益的参考和指导。

关键词：空间知觉；混合现实；游戏场景

元宇宙概念的流行，直接影响混合现实受到社会关注，“元宇宙是利用科技手段进行链接与创造的，与现实世界映射与交互的虚拟世界，具备新型社会体系的数字生活空间。”[1]元宇宙流行的最直接原因是技术发展扩展了想象边界，它是一个巨大的概念和模式，也是真实世界的延伸与拓展。但目前元宇宙Roblox的游戏画面较为简单，与元宇宙里“逼真的物理世界”相去甚远。综合来看，元宇宙的可持续发展与混合现实技术密不可分，而混合现实游戏才是真正意义上的元宇宙游戏。

随着科学技术的发展，游戏形式和载体也越来越多样化，作为较新颖的游戏形式，虚拟现实游戏和增强现实游戏已经发展较为成熟，混合现实游戏也在游戏领域占有了一席之地。游戏《碎片》作为最具有混合现实游戏特征的作品，刚一上市便受到了众多游戏爱好者的关注与喜爱。然而关于混合现实游戏场景相关研究却甚少，并且从空间知觉（视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉）理论对游戏场景来进行研究更是值得探讨的角度。游戏场景在游戏中有着无可比拟的重要性和优势，尤其是在特定的场景空间中表现游戏效果。

一、空间知觉语境下的混合现实

空间知觉的概念广泛应用于儿童教育、建筑等研究领域，但实际上它与人们的生活息息相关。尤其在混合现实应用中，空间知觉是一个非常重要的理论。在面对全新的设计模式时，会出现很多无法预料的问题，例如空间信息和位置的关系、声音和位置的关系、操作和位置的关系等。这些问题都是不曾熟悉的，也是值得去研究与突破的。当虚拟信息融入现实世界后，所有的设计规则都需要重新积累，混合现实应用的设计也会逐渐趋于规律可循。

（一）空间知觉的概念

“空间知觉主体对物体的形状、大小、远近、方位等空间特性获得的知觉，即是空间知觉（space perception）。”[2]“知觉经验是多种感觉器协同活动得到的产物，包括视觉、听觉、触觉、运动觉等的活动及相互联系，其中视觉系统起主导作用。知觉包括空间知觉、形状知觉、大小知觉、距离知觉、深度知觉（立体知觉）、方位知觉等。”[3]本研究涉及的主要有“视空间知觉”及“听触空间知觉”。视空间知觉，即利用眼睛作为受器来感知空间环境中的信息，物体的背景、排列方式等会使人的双眼产生深度知觉，是观察物体空间深度关系的重要线索。“视觉的灵便之处不仅在于它能为意识随意利用，还在于它是思维工作时不可或缺的东西。”[4]关于空间的感受，除了视觉之外还能从听觉器官获得，在距离方面主要以声音强度为线索，而要判定声源的方位则必须依据双耳听觉线索。

（二）混合现实的概念

“混合现实是将通过具有空间深度解析功能的摄像头对现实场景进行全方位探测扫描，并在内核中即时建立实景三维模型信息，以构建全场景的数字模型来确定叠加数字信息的固定位置，達到近乎绝对位置的稳定效果，通过头显设备可观看到界面视窗、动画影像等数字虚拟信息悬浮空中并与现实物体紧密联系，虚拟数字对象与物理现实环境并存而且实时交互，达到全息影像的观感体验。”[5]“混合现实是将物理世界与数字世界相混合的结果。混合现实是人类、计算机和环境交互方面的下一次演进，它解锁了此前受限于我们想象力的可能性。”这一新的现实基于计算机视觉、图形处理能力、显示技术和输入系统的进步。

“HoloLens是一款最先进的，也是第一款混合现实眼镜，是一台使用windwos10系统的头盔式眼镜。”[6]该产品是目前混合现实技术中最具标志性的产品之一，通过半透明屏幕将全息影像和现实中的环境混合在一起，使全息数字影像如同真实物体一样存在于即时场景中的相对固定的方位，视觉感受到的全息影像就像是现实场景的一部分，呈现出一种物理上的纯三维影像的错觉。

二、混合现实游戏的特征及问题

混合现实游戏的虚拟与现实相结合的特点使游戏场景有着无限的创作空间，混合现实是虚拟信息和实体信息的融合。人处理信息的核心更加注重信息的感知，如何利用空间知觉来处理游戏场景，重点是思考场景与真实环境中的布局、呈现方式、交互方式、人与游戏信息的关系等，这也是本次研究的重点。

（一）混合现实游戏“片段”场景特征

Hololens混合现实的一款游戏——《碎片》是法国开发商Asobo Studio为HoLolens所开发的解谜破案类游戏，游戏充分发挥了混合现实虚实结合的场景优势，并使用多种交互方式，是混合现实最具有代表性的游戏，也是最能体现混合现实特征的游戏。微软的Kudo Tsunoda表示：这个游戏为我们讲解一些关于混合现实意想不到的事情，当你的客厅被使用为一个故事的设定，在这个空间里所发生的信息会让你产生类似真实的记忆。戴上HoloLens设备进入游戏界面，游戏便即开始，此时需要先扫描场景，进行现实场景的三维定位。HoloLens利用的是基于深度信息的SLAM（Simultaneous localization and mapping）技术，在场景扫描完成以后，要把重建的信息保存起来，如果下次想继续使用此场景，则重新Load出来便可进行游戏。总结起来具有以下几个特征。

1.虚拟与现实结合的游戏场景：Hololens2会根据所处空间进行扫描识别，将现实的场景与虚拟场景完美融合，玩家身处游戏空间，即是自己非常熟悉并且真实存在的空间。“在任何形态的游戏中，都要模拟真实世界特性即时空情况，在其中展开剧本的方式。”

2.新颖的交互方式：新颖的交互方式能够带来全新的游戏方式。Hololens游戏玩家可以在场景中自由走动，可以使用语音和手势，这和传统的游戏和目前虚拟现实的游戏体验有显著的区别。

3.出色的音效： Hololens使用了放置于耳朵上方的扬声器的设计方式，使之具有环绕立体声，让人感觉到声音来自于环境，而不是在“脑海中”回响，相对耳塞的方式，使之游戏场景更有真实感与沉浸感。3D扬声器的设计令人赞叹，避免了长时间佩戴耳机的不适。

4.体验安全感：混合现实游戏里玩家可以在场景中自由走动，因为现实场景是自己的家，可以看到自己的手脚，不仅产生很强的代入感，熟悉的现实环境更能给游戏一种沉浸式的安全体验。同其它游戏相比，虚拟现实是把你带到另一个地点，增强现实是在现实世界之上展示信息，而混合现实则是为真实世界增加了更多的东西。

（二）混合现实游戏存在的问题

混合现实技术正在飞速发展，混合现实游戏则成为许多资深游戏玩家所关注和期待的焦点。现在很多人对于坐在电脑旁边及手机游戏有些疲倦，所以需要的是一种突破，混合现实技术的游戏正是满足这一需求的突破口。但是，混合现实技术目前存在的问题，也直接影响到混合现实游戏的未来发展。

1.分辨率不高的三维模型产生晕眩感，混合现实的虚拟部分是由三维模型所构建，而三维模型所存在的问题就是。目前人工三维显示技术并不能完全达到像真实生活中那样精细舒适的立体感，这与人工三维本身的显示方式与人眼立体视觉感知特性的差异以及三维显示设备发展的局限性有关。“逼真的显示效果虽然给我们全新的体验，但是不可避免地会带来一些负面影响，其中尤以三维显示的舒适度以及视疲劳影响最为突出。”[7]

2.眼镜视角太局促，游戏场景设备受到限制。 混合现实设备的视域通常不够大，游戏场景设置受到限制，有时候不能完全显示人物或者游戏场景，致使游戏沉浸感减弱。

3.设备重量过重，长时间佩带容易疲劳。目前的混合现实设备多为头盔式，整体设计笨重，长时间佩带容易疲劳。

4.设备发热问题。长时间使用容易发热，且发热量稍大。对于一款头戴设备来说，发热量对于佩戴舒适度是一个很重要的参数。例如在长时间进行《碎片》这类大型游戏时，还是能体会到额头发烧的感觉，从而令人感到焦躁。

5.空间使用限制。由于显示方式和环境扫描的限制，HoloLens无法在室外得到良好的体验，这无疑给游戏设计带来一定的局限性，不能设计任何在室外进行的游戏，并且对室内环境也具有一定的要求。

6.游戏信息呈现混乱。在先期研究中，参加实验人员反映，大部分游戏在界面信息呈现不清晰，不容易理解游戏规则。

HoloLens还有其它许多无法忽略的问题：例如无法实时精确扫描环境，无法实时更新。HoloLens的混合现实还只是和静态场景的互动，带来了很多局限性，比如追踪其他人物在场景中的活动。混合现实的发展并不顺利，Devine说：混合现实的发展真的非常难，你不能只是做一个更好的主机游戏，也不可能做一个虚拟现实游戏。一款真正的混合现实游戏是可以把现实展现到你面前的东西，并为之增加内容，这样虚拟和现实之间可以互动，这样你就可以获得前所未有的体验，这是非常具有吸引力的。

三、混合现实游戏场景模型的建立

游戲和游戏创作的未来从未如此光明，混合现实带来了一个全新的时代，充满了新的游戏类型和新的游戏方式。计算机数字技术的产生促进了虚拟空间三维模型为基础的混合现实技术的产生。

为了解决混合现实游戏现存的问题，通过游戏设计改善硬件设施带来的不便，将空间知觉理论应用于混合现实技术中，通过设计规则，提高游戏设计效率，突破传统应用软件的方式，跨越屏幕，将信息融入现实世界，从而增强人们看世界的能力，这势必会成为新的趋势。

（一）空间知觉解构混合现实场景

混合现实游戏场景是将场景和信息在空间中呈现的过程，所以在设计过程中，需要思考场景与实景的结合与布局、呈现方式、交互方式，还要思考空间中场景与人、人与真实物体、人与虚拟物体之间的关系。

在进行混合现实游戏场景设计的过程中，通过将空间知觉解构明确了游戏场景呈现的基本规律。从视觉规律来设定游戏场景具有三层视觉空间：常驻界面层、跟随环绕层、混合现实层。明确表达场景信息所在的层级能够对场景设计的理解，同时结合不同层级之间的信息呈现方式来形成最终的游戏场景设计。信息分布到现实空间也就具备了实体信息区别于虚拟信息的基本位置特性，对于用户而言，信息在空间知觉中的位置可以区分为信息相对定位于人和相对定位于物。

三层视觉空间的方式解决了游戏场景如何与真实空间融合并清晰传达信息的问题，但游戏场景中的听觉空间是带来游戏交互方式的主要途径。基于空间知觉的交互分为以下四类：手势交互、语音交互、视觉交互、手持设备交互。在不同的游戏场景设计中，可以采用不同的交互方式，也可以在一个游戏中设置多种交互方式。

（二）游戏《碎片》的视觉空间层级解构

通过三层视觉空间的概念，可以对混合现实游戏《碎片》进行视觉空间层级的分析解构。首先是常驻界面层，即《碎片》游戏的进入界面及游戏过程中的相关界面。这个视觉层级设置的多为游戏说明之类的数据型信息，因为其信息的重要性，通常会以简洁明了及色彩不那么丰富的界面设计为主。

从《碎片》游戏的场景来说，跟随环绕层指得是在游戏过程中，时常会出现在玩家周围的虚拟人物或指示等相关信息，并会随着人而移动，从视觉空间感知虚拟人物或指示。它们离玩家十分贴近，在游戏过程中会给予帮助。

混合现实层是游戏的主要空间场景，游戏《碎片》的场景由虚拟信息与真实环境所组成。通过预先扫描对实体场景进行建模后，完美契合真实场景的场地及物品，达到虚实和一的境界。玩家需要对混合现实层的场景探索，以便寻找游戏线索。

三层视觉空间对游戏场景的解构，不仅能够对游戏有清晰的认识，也是为其它混合现实游戏设计提供一个参考。不同的视觉层级有不同的设计要求和规划，针对这种解构细则，能够让混合现实游戏设计更加生动，玩家能够获得更好的游戏体验。

（三）混合现实游戏场景特征的构成因素

三层视觉空间对游戏场景进行了解构，也提炼出了混合现实游戏场景所具有的特征，视觉所产生的体验具体具有以下几点：虚实共存、人机交互、适地性服务。这些也就是基于空间知觉的混合现实游戏场景特征的主要构成因素。

1.虚实共存。是指虚拟信息与真实场景的融合，虚拟物体与现实空间相同的透视形成空间深度知觉的体验。并且虚拟与真实的场景会产生交互作用，并且虚拟物体会与真实空间有相机的透视和空间深度的对比，进而产生空间知觉深度的体验，即虚实空间融渗、虚实交互关联、空间能力激发。

2.人机互动。通过使用HoloLens设备与虚拟场景及信息互动，有别于其它游戏形式的互动。混合现实的游戏互动更注重在深度及视听空间知觉的反馈，用户可以通过直觉性来与虚拟物体产生互动，产生无感知的人机互动，即直觉性互动、空间深度操作、互动反馈迅速。

3.适地性服务。混合现实具有SLAM定位的技术服务，不仅可以实时定位扫描场景，与当前的实体场景贴合产生真实情境，使用户产生熟悉感与沉浸感；也可视为空间交互融渗的叙事方式，使游戏同时与当前环境信息产生连结性，即服务信息定位、空间叙事文本、环境信息连结。

四、游戏场景构成因素的验证分析

（一）研究问题和问卷设计

通过实证研究得出的结论，设计相应的问卷进行数据分析（如表1）。查验虚实共存、人机交互、适地性服务这三个因素是否能代表基于空间知觉的混合现实游戏场景特征的构成因素，同时，对三个主要因素所具有的特征进行细分并设置相应的问卷题目。问卷采用李克特五级量表。

（二）描述性分析

由于条件限制，此次问卷调查采用网上调查的形式，主要通过专业问卷调查平台“问卷星” 发放电子版问卷进行调查，而且只针对玩过MR游戏的人进行问卷发放。本次调查共发放问卷125份，经过人工和机器排查，排除信息不真实、不完整的问卷，共回收有效问卷117份。其中男性用户84人、女性用户33人，男女比例分别为71.79%和28.21%。通过对用户学历进行分析，发现其中高中及以下学历用户占30.77%，本科学历用户占41.03%，硕士及以上学历用户占29.06%。年龄阶段18-25岁用户占28.21%，26-30岁用户占23.93%，31-40岁用户占38.46%，41岁以上用户占9.4%。

（三）信效度及验证性因子分析

通过使用AMOS验证性因子分析，得出以下数据（如表2），因子载荷量均大于0.7，信度系数也均大于0.5，相对应的测量误差均小于0.5，各项数据表明指标信度较好，虚实共存、人机交互、适地性服务能够较好地解释问卷的题项。

CR值分别为0.935、0.825、0.879，均大于0.6，表明三个因子所包含的问卷题目之间的相关性强，内部一致性也较好。AVE值分别为0.829，0.611，0.710，均大于0.5，表明题项测量的综合解释能力较强，三个因子能够较好地解释所研究的主要因素。Cronbachs Alpha的数值分别为0.931，0.828，0.865，也均为0.7以上，说明问卷信度非常高，问卷数据的可靠性也非常高。

通过各项数据可以看出，测量变量的系数指示都较好，虚实共存、人机交互、适地性服务这三个因子，是能够体现基于空间知觉的混合现实游戏场景特征的主要因素。

五、结语

本文运用空间知觉的理论，提出了对混合现实游戏场景的三层视觉空间定义。这个定义可以为混合现实游戏的场景设计提供重要的参考和帮助。通过对《碎片》游戏的分析与研究，厘清空间知觉下的混合现实游戏场景特征的构成因素，不仅充分体现了混合现实游戏的特征，也为后期研究混合现实游戏玩家体验提供了重要的数据支撑。同时，验证构成因素能够对混合现实游戏设计提供帮助，充分发挥混合现实具有的空间知觉特性，达到提升产品受欢迎程度的目的，同时，也为游戏开发商和运营商提高游戏玩家的体验提出了建设性的建议。

通过此次研究的验证性因子分析，未来将深入研究分析混合现实游戏场景的特征与玩家沉浸体验的相关关系。后期将进行混合现实游戏的开发工作，并不仅局限于游戏场景的设计，还会涉及界面、角色和故事情节的深入分析和研究。

参考文献：

[1]窦志伟.论元宇宙电影中的虚拟世界[J].电影文学，2022（11）：58-62.

[2]张雯燕.现象学视角下，当代建筑设计策略的再思考[D].深圳：深圳大学，2011.

[3]李媛媛.统整课程理念下的小学美术综合·探索领域教学研究[D].哈尔滨：哈尔滨师范大学，2019.

[4]阿恩海姆.视觉思维——审美直觉心理学[M].滕守尧，译.成都：四川人民出版社，1998：24.

[5]李伟.混合现实的视觉直观性应用研究[D].武汉：武汉纺织大学，2019.

[6]Jung-Yong Park.Hierarchy Structure of Situation based on Event for Effective Game Development.[J].Journal of Korea Multimedia Society，2007（4）：483-491.

[7]沈莉.三维显示视觉舒适度研究[D].南京：东南大学，2015.

作者简介：李伟，博士，内江师范學院张大千美术学院讲师。研究方向：数字媒体艺术、虚拟现实。

通讯作者：程诗婧，韩国全北大学博士研究生。研究方向：新媒体艺术、公共艺术、雕塑。