虛擬現實(VR)是壹種由計算機和電子技術創造的新世界，是壹個看似真實的模擬環境，下面是我為大家精心推薦的關於虛擬現實的科技論文2500字，希望能夠對您有所幫助。
關於虛擬現實的科技論文2500字篇壹直覺交互界面與虛擬現實
摘要：為了研發更高水準的直覺交互界面，有必要引入虛擬現實技術，借助具備沈浸性、交互性和想象性的人機交互環境來獲得真正意義上的直覺體驗。通過特定的物理器件裝置，以及先進的手勢識別技術，使用者不必學習專門的操作命令，就可以與計算機進行交流並獲得實時的反饋，而獨特的沈浸式環境更能創造出人機壹體的融合感。結果表明，虛擬現實技術有效地提升了用戶的體驗度，大大簡化了操作的復雜性，而且可以應用於從娛樂到專業制造等各種場合，是直覺交互界面的有力驅動平臺。
關鍵詞：直覺交互;人機交互;虛擬現實
中圖分類號：J0-05 文獻標識碼：A
本文是在?人―計算機? 交互(Human-Computer Interaction)的意義上來談論?交互?。隨著計算機技術幾十年來突飛猛進的發展，計算機已經完全進入了日常生活的方方面面，其影響無處不在，人機之間的互動操作問題也越發顯得重要。由於計算機尚未能擺脫馮?諾依曼體系的根本制約，與人類思維模式之間的鴻溝依然如同天塹，人機交互問題的壹個重要著眼點就在於如何盡量地縮小人類使用者的操作模式與計算機的操作模式之間的差別。這意味著我們仍在不斷地摸索和探討，去提供更優秀的交互界面，使人可以順暢地、高效率地與計算機進行對話。
壹直以來，交互設計思維首要強調的就是以人為本，換而言之就是讓設計物適應人，而非人適應設計物。這種觀點在計算機還是國防機密的年代中顯得有些奢侈，人們只能痛苦地訓練自己去迎合機器(例如，使用完全機器式的編程語言與計算機交談)。在當下，相對廉價的個人計算機都可以提供可觀的計算能力，因此交互界面的設計原則也就順應了這樣的思路，去盡可能地將界面做得人性化，讓人用得舒服，而繁重的計算則交給計算機在幕後默默地處理。
正是在這樣的大背景下，?直覺?壹詞吸引了大家的目光。畢竟相對於日常物件，計算機的交互界面還是太不人性了，依舊保持著冰冷的面孔。如果能將我們習以為常的動作引入與計算機的交互之中，在不知不覺中將完成與計算機的溝通，那麽這樣的人機界面才能稱得上是以人為本。而在呈現直覺界面方面，新興的虛擬現實技術則提供了最有價值的工具。
本文正是擬探討直覺交互界面及其與虛擬現實技術間的關系，為了完成這樣的任務，首先我們要對人機交互意義上的直覺作出壹個明確的定義，它實際上與大眾文化中的?直覺?概念有著相當的差別。之後我們將談論如何將上述意義上的直覺與虛擬現實結合起來，並提供具體的案例分析來支撐我們的探討。
壹、直覺交互界面
直覺(Intuition)這個概念屬於大眾詞匯，但實際上不同的學科對直覺都有著不同的定義。本文研究的對象是人機交互，因此將在?憑著直覺去與計算機進行交互? (interaction with computer by intuition)這個上下文中去探討它。首先要註意到，交互是雙方面的，也即人與計算機在進行著雙向的互動，但直覺卻是人才能擁有的，也是僅僅用來修飾人的判斷與感覺的，因此直覺人機交互關心的是以人為中心的交互場景中各參與元素對人是否直覺。從人的角度考慮交互界面，這實際也就奠定了?以人為本?在理論上的基礎性質。
壹般而言，人們對直覺的交互有著如下訴求：它不需要經過有意識的思考便能做出。例如在翻動壹頁書的時候，人不需要去有意識地考慮該用多大的力氣，手指該走怎樣的空間路線，或有意識地等待書頁翻動之後出現的非常規情況並作出反應，等等。在這個意義上，壹本實體書的交互界面是直覺的。依據以上訴求，Blackler等人的研究指出，直覺是?基於已往經驗的無意識的反應?[1]。這個定義強調了兩個要點：基於以往經驗和無意識。關於直覺往往是無意識的(下意識的)舉動，這壹點幾乎已成***識，這裏就不再展開論述。需要厘清的是?基於已往經驗?這壹點。
在日常生活中，人們或許並不認為直覺與已往經驗之間會有什麽關聯。相反，許多人會認為，如果不需要經驗就能進行某種操作，那麽這種操作顯然更符合直覺。特別地，中國傳統文化中的?直覺?概念充滿了反智主義的特征，直接將?直覺?與?本能?聯系起來，往往意味著?不需要通過知識或經驗便可以下意識地完成?。但這實際上是壹種錯誤的觀點，它不但誤解了人的本能，而且未能認識到已往經驗的真實存在及其影響。事實上，現代理論表明，人類絕大多數行動――簡單的或復雜的――都是後天習得的，並非先天刻印於腦中。如果僅憑本能，人幾乎無法完成什麽人機交互操作：拿按鈕這種最簡單的人機界面元素來說，如果沒有事先通過各種例子認識到存在按鈕這種東西並且按下它之後會啟動某些關聯反應，使用者甚至都無法做出按下按鈕的行為。或者用K.R.Popper[2]的話來說，所有行動都承載著理論――後天習得的理論。
將直覺與已往經驗聯系起來，這不僅揭示了直覺在人機交互中的真正面貌，而且指出了設計人機交互界面時的壹條基礎準則：由於不同的人有著不同的生活經驗與知識水平，那麽他們的已有經驗也是不同的，這也就意味著每種類型的人都有著他們對?直覺交互界面?的不同衡量標準。有壹個簡單的例子可以說明這壹點。
考慮壹款在電腦上運行的收音機軟件，它的作用是播放網絡上的各類實時音頻流(包括傳統電臺的在線音頻流)。圖 1模擬半導體收音機的調頻指針窗口，從傳統眼光而論這樣的界面便是直覺的。然而，對於沒有用過半導體收音機的新壹代年輕人而言，他們由於頻繁地接觸電腦，反而會覺得圖2的界面是直覺的，因為這樣的界面使用的是為電腦用戶所熟知的UI(User Interface，用戶界面)元素，包括菜單、按鈕、列表框和滾動條等等。
習慣半導體收音機操作的用戶多半用不慣新式界面，而習慣新式界面、沒使用過半導體收音機的用戶卻很可能對傳統界面不知所以。這個例子充分說明了，在考慮直覺交互界面的時候，必須考慮用戶群體的已往經驗，依據不同的已往經驗去斷定直覺因素。並不存在唯壹的、普適的、通用的直覺界面，這給了設計師以極大的挑戰，但同時也是極大的創新動力。 此外，雖然直覺的定義沒有直接體現對審美的考慮，但審美和直覺顯然是互有關聯的[3]。由於直覺使用與交互過程中喚起的先前知識有關，那麽審美判斷作為人類感知過程的起點之壹，恰是誘發直覺的重要因素。壹個富於美感的界面，可以抵消用戶使用過程中的不安感和隔膜感，並在潛意識上促使和鼓勵用戶做出交互行為並保證交互行為的持續性和統壹性。上面的例子也表明，對於傳統用戶，設計精美、極富質感的模擬界面有效地抵消了傳統用戶對電腦軟件的不適感，方便他們使用，並且大大降低了潛在的學習成本。而對於年輕用戶，他們也可以在自己熟悉的控件界面中運作自如，拉近了老技術(傳統流媒體)與新技術間的距離。簡而言之，具備良好審美特性的直覺界面具有重要的價值與意義，體現了人機交互界面的發展趨勢。
二、直覺界面與虛擬現實
自上世紀70年代起，虛擬現實(Virtual Reality)技術的發展異常迅猛，從專業研究到商業應用乃至家用娛樂都可見其身影。從根本上而言，虛擬現實恰是交互界面直覺化的總趨勢的壹個反映，因為人機交互演進的內在邏輯在於，呈現和交互手段總在致力於讓用戶以更直觀、更自然、更簡便的操控方式去獲得更豐富、更多態、更實時的數據資源。
簡而言之，虛擬現實提供了壹個具有沈浸性(Immersion)、交互性(Interaction)和想象性(Imagination)的虛擬數字富媒體環境;用戶不僅可以如同設身處地壹般沈浸在它所提供的豐富多彩的虛擬環境中，更可以通過各種創新的途徑來與環境中的元素進行互動。沈浸性、交互性和想象性，正是虛擬現實的三個基本特征[4]：壹是沈浸性，通過各種技術手段讓用戶產生?身臨其境?的感覺，包括視覺(利用人的立體視覺原理產生虛擬的三維縱深感)、聽覺(利用立體聲產生虛擬物體的方位感)、觸覺(通過力覺設備使用戶以為在與真實的物理實體打交道)等等;二是交互性，用戶可以實時地與虛擬現實系統中的各種物體進行互動操作，用戶的操作不再局限於傳統的鍵盤、鼠標或遊戲桿，還包括先進的數據手套、穿著式回饋服等等;三是想象性，給用戶呈現的虛擬現實場景具有超越現實場景的特殊魅力，真正做到某種意義上的?心想事成?。
從虛擬現實的上述特征可以看出，它的基本出發點就是要超越傳統人機交互界面的非人性化的壹面，不僅要讓用戶盡量溶入整個交互場景中(沈浸性)，而且要讓用戶以更直覺的方式去操作計算機(交互性)：首先，虛擬現實技術能夠有效地將計算機交互界面直覺化，提供與日常場景盡量類似的界面，完全基於人類日常的視覺直覺。其次，虛擬現實技術能夠有效地消除人機交互之間的阻隔，讓用戶能夠通過日常的動作和行為與計算機交互。
從上文的概念分析可知，判定直覺程度要看與使用者本身的已知經驗，而且使用情境和審美等其他因素也要考慮在內。虛擬現實技術本身提供了多種多樣的方法，但具體的構建和應用也要遵循這樣的準則。下壹節將提供幾個應用案例來說明這些，並綜合討論如何真正地利用虛擬現實技術去設計直覺交互界面。
三、應用案例及討論
以虛擬現實技術為基礎的直覺交互界面被廣泛應用於各種層次、各種領域的實踐應用之中，其目標用戶群體不僅包括非專業人士(普通民眾)，也包括熟悉計算機但希望尋求更直觀的交互操作方式的專業人士。對於前者，他們需要能夠盡量降低學習和記憶成本、兼或附帶娛樂趣味性的人機界面。而對於後者，操控感良好的直覺界面可以大大提升生產率和成品率，並推動整個生產流程的優化。
日本大阪大學人機工程實驗室的伊藤雄壹等人研發了ActiveCube(動態積木)[5]，這個作品將直覺界面引入兒童和青少年認知學習及娛樂之中，並輔以虛擬現實或增強現實設備以提升其應用價值。每個積木都是壹個邊長五厘米的塑料立方體;積木裏面有壹塊可編程集成電路，控制著壹系列可選的感應器或小型設備，包括超聲感應器(感知外界物體的接近)、坐標感應器(三維坐標的相對角度)、觸覺感應器(最多可裝兩個，每個可以感應八個方向的觸覺)、紅外感應器、燈和電動機等。因此，每個積木實際上已經是壹個獨立的玩具，可以感知環境並產生相應的動態行為。更絕妙的是，這些積木還能彼此連接，連接起來的各個部分之間也可以互相通信，構成整體行為。兒童使用者不需要額外教學就可以通過直覺使用它們。這樣的直覺操作界面，很好地避免了其內部的復雜結構對使用者的影響，小學低年級學生就可以獨立操作。
ActiveCube的壹大特色在於可以在虛擬現實場景裏使用。在這種情形中，紅外感應器捕捉搭建好的積木形態，並將符合此形態的虛擬物品顯示出來。應用了虛擬現實技術之後，規整的積木可以任意變換成為植物、動物、日常器具等，不僅視覺效果有可觀的提升，還借此允許用戶進行進壹步的玩耍和操控。
ActiveCube還可以在虛擬現實場景裏使用。在這種情形中，紅外感應器捕捉搭建好的積木形態，並將符合此形態的虛擬物品顯示出來。由於ActiveCube本身只是壹個簡單的立方體，其六面自由連接功能限制了表面的裝飾性，最後的拼裝效果不壹定能吸引兒童用戶的興趣。而應用了虛擬現實技術之後，古板規整的積木可以任意變換成為植物、動物、日常器具等，不僅視覺效果有可觀的提升，還借此允許用戶進行進壹步的玩耍和操控。在上面的例子中，外表相對簡陋的十字架形積木搖身壹變，可成為精美的飛機，並隨著積木在實際環境中的位移而在現實設備上呈現相應的飛行軌跡。
另壹個實例來自於工業設計領域。當下的設計師壹般都有較高的學歷和較專業的計算機技能，但進行三維產品建模的時候，復雜的軟件界面依然是最重要的阻礙因素，更遑論鍵盤加鼠標的操控方式根本就與人手的自然行為大相徑庭，嚴重幹擾了設計師的思維和創作習慣。荷蘭Delft大學工業設計工程團隊在這方面進行了大量研究，提出了新的解決方案，其關鍵就在於引入直觀的手勢來與計算機交互，於虛擬現實環境中完成建模工作[6-7]。
壹般而言，手勢比面部表情和眼動更易於捕捉和識別，又比全身姿勢更易於實施(特別是在狹小空間中)，因此比較受直覺界面研究者的青睞[8]409-420。但手勢也分為幾個細類，不壹定都適合用於人機交互。Hummels指出了三類手勢，第壹類是從計算機角度去定義的手勢，因而非常便於計算機識別，但需要使用者去刻意學習和掌握，稱不上直覺。第二類與之相反，指的是人類日常生活中的手勢，優點是非常直觀，但計算機程序需要特別的設計才能對其進行識別。綜合了以上兩種類別之優點而又盡量規避其不足的第三類手勢稱為描述性手勢，原本自身也有著應用範圍過窄的缺憾，但輔以虛擬現實技術，便可以成為有效的途徑以聯通設計師和計算機。 為了提高描述性手勢的效果，研究人員特地設計了壹個虛擬現實實驗環境，見圖3。在此環境中，普通設計師作為被試，不受拘束地使用他們慣常的手勢進行設計創作，而這些以直覺為基礎揮舞出來的手勢被動作感應器記錄下來，最後進行統計分析。通過這樣的過程，研究人員能夠采集到和分析出最適合虛擬現實環境的直覺手勢。最後，對設計師而言非常直覺、對計算機而言又是相當便於識別的手勢方案即可得到確定。設計師在此系統中，可以像往常操作日常物體(膠泥或板材等)壹樣與計算機輔助設計軟件進行人機對話，不僅直覺高效，而且得益於虛擬現實環境，整個設計流程形同真實體驗，大大提高了設計效率。
四、結論與展望
壹直以來，?以人為本?都是人機交互設計領域的核心口號之壹。但本文的分析指出，這絕不能是壹句抽象的口號，而必須落實到具體的應用情境之中。另壹方面，近年來關於?用戶體驗?的聲音不絕於耳[9]，它本質上也是?以人為本?的精神的壹種體現，但這個提法也存在著過於含糊的缺點，導致了許多不同的理論都以它為邏輯基礎。實際上，只要明確了?人?(也即?用戶?)的特定性，問題也就解決了。既然不同的人和不同的用戶其自身情況多有差異，同樣著眼於?以人為本?或?增進用戶體驗?的產品，也就必須隨著人/用戶的不同而給出不同的解決方案，提供不同的交互界面，才能在交互過程中讓使用者滿意。
直覺概念得到了厘清，但這顯然並不意味著直覺交互設計的種種問題也就有了答案。如何讓某種交互界面更少地占用使用者的邏輯意識(也即做到?無意識地或下意識地被使用?)，以及如何明確地定性定量分析特定用戶的已往經驗，並以之支持交互界面的設計，這依然是非常復雜的問題。幸而在各領域學者的努力下，此領域已有許多成功的理論或實踐得以依循。在這方面最重要的壹項就是關於直覺交互中的手勢問題，它旨在解決人機交互場景中用什麽有效的手勢去操作計算機。由於手勢不受傳統輸入設備的限制，它天然地與虛擬現實技術結合在壹起[8]409-420。此外，針對現在方興未艾的商業以及家用娛樂虛擬現實應用，直覺交互界面也是其中的研發熱點。限於研究的深度及文章篇幅，本文遺憾地未能在這些方面展開論述，希望能在後繼研究中逐步展開。
最後要強調的是，隨著普適計算(ubiquitous computing)這個概念在強大的計算機硬件的支持下漸漸變為現實，設計和實現各種直覺交互界面已成為人機交互的核心任務。普適計算要求計算機設備可以感知周圍環境的變化並執行相應的任務，在這壹過程中如果交互界面做不到直覺易用，那麽其計算機人性化的核心價值也就無從體現了。由此，直覺交互界面的理論與實踐必將日益凸顯其無比的重要性和關鍵性。
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