摘要：当下，新媒体技术的飞速发展和进步，促使相应的硬件技术也在不断完善和科技化，VR 在这种背景下也逐渐偏于民用化、普及化。虚拟现实作为一种新型的信息呈现载体，可以为视听用户带来强烈的交互体验感，使用户在感官上获得真实的体验。在虚拟现实设备发展背景下，其交互形式也正朝着自然交互的方向逐步发展，用户可以借助手部动作与虚拟场景进行交互，让其仿佛置身于“第二世界”。传统的设计规则不能复制到这种具有三维特征的交互式终端中，设计者应寻求最合理的设计方法来增强用户与虚拟环境的关系，使用户在虚拟环境中获得身临其境的、自然的交互体验感。

关键词：VR环境；手部动作；自然交互体验

引言：在启发式和基于物理的虚拟手交互方法背景下，构建一个物理仿真环境，使虚拟手和虚拟物体产生真实的物理交互效果。在力学理论基础下，对虚拟手与虚拟物体之间的接触、点接触和接触力进行了明确的建模，以防止虚拟手穿透虚拟物体，实现无约束手与虚拟物体的相互作用、推、拉、提等。虚拟的手这样抓。基于启发式思想、类比法以及稳定抓取物体的受力条件，定义了抓取对的概念，确定了物体的稳定性和稳定抓取状态，改进了传统的物理交互法，实时计算和判断物体和物体的闭合状态，增强物体在抓取过程中操作的稳定性。

1、自然交互的定义

在人机交互的发展环节，如何使人机交互更加方便、有效，是设计人员需要关注的主要方向。随着当前研究的日益丰富和成熟，人们对“快乐”和“自然”的要求逐渐提出，自然相互作用的概念也逐渐形成。在自然交互过程中，用户的交互行为是下意识的、本能的，不需要学习或简单的学习就能掌握交互。它可以显著降低用户的认知负荷和学习成本，使交互过程变得高效，有良好的体验感。

2、自然交互的特点

与传统交互的学习成本实施对比，自然交互的学习成本更低。它贴近用户的日常生活，紧密结合用户自身的自然属性，引导用户以自然的方式完成交互行为，与基于平面、屏幕等媒体的交互行为相比，自然交互具有以下三个特征。

2.1交互方式自然化

由于自然交互行为更接近于用户的日常生活习惯，在交互媒体类型中会更加自然，它呈现出一种从机器到人体的发展趋势，但这并不是强制性的媒介属性，而是媒介描述的整体发展趋势。自然互动的最终目的不是“去机械化”，而是两者的自然统一。

2.2学习成本轻量化

用户在进行交互行为前需要掌握交互方法，而自然交互所需要的学习成本在理论上趋近于无。这是因为用户在自然交互过程中进行的学习实际上在日常生活中便已完成。

2.3交互体验沉浸化

自然交互体验紧密结合了真实感受，这与自然交互过程中充分利用用户的自然属性分不开。用户在对象给予的反馈中，能够获得如同生活场景般的体验[2]，这是交互行为的日常化、交互手段的便利化、交互反馈的及时化等因素带来的综合结果，能够极大地增强用户在交互体验过程中的沉浸感。

3、VR中自然交互媒介与技术特征

3.1VR中常用交互媒介

VR的概念最早是在20世纪30年代科幻小说《皮格马利翁的眼镜》中提出的。在接下来的50年里，第一个 VR 原型和计算机图形驱动的 VR 设备出现了，为 VR 设备如何工作奠定了基调。但是现在虚拟现实技术的发展已经相当成熟，虚拟现实设备是一种面向用户的交互式新媒体设备，相应的交互式媒体也已经开发出来。早期的虚拟现实设备是昂贵的，但随着软件和硬件的不断迭代，其负担得起的基础，民用已经可用。2012年，Oculus Rift 首次亮相，为大量民用虚拟现实设备的涌入打开了大门。自此，虚拟现实技术的发展，经过了市场适者生存，虚拟现实设备的互动媒体走向了多元化的时代。目前已有 HTC Vive、 Oculus 等较为成熟的虚拟现实交互设备应用于商业应用。虚拟现实运动感应手柄，触摸板和按钮是一些最常用的交互式媒体。首先，虚拟现实的运动感应把手。由于虚拟现实设备在交互过程中的特殊性，虚拟现实设备的许多交互行为都必须通过运动感应手柄来控制，不同品牌的设备在外观上会有一些差异，但基本上是与定制的交互媒体的各种触摸组件集成在一起的。第二，触摸板和按钮。这是一款一体化的简化版 VR 设备，由交互式媒体使用，通过 V 设备镜像键、触摸板和头部控制光标来完成交互，这是当今智能设备最常用的方法。

3.2 VR中自然交互媒介

当下，虚拟现实技术可以在视听领域实现虚拟世界的构建，但它仍然需要控制器以信息输入的方式来执行，这导致交互层次上嵌套了一个额外的流程，此无疑会让交互环节变得更加繁琐，进而促使用户使用感产生阻碍。为此，寻求一种更自然、更有效的交互模式已成为虚拟现实体验需要重点研究的内容和方向，借助动手交互可以满足这一要求和目标。近几年，市场上的许多VR设备都在头部显示器上安装了摄像头。其能够捕捉手部运动的深度信息资料，并借助双目立体成像构建手部的三维模型，用于识别手部运动和行为。最后，手势识别作为一种自然形式的交互媒体形式，加入了虚拟现实的大家庭之中。就用户体验而言，这种具有自然属性的交互媒体形式的学习成本较低、场景运用较为灵活、交互非常直观，对比现在市场上的交互媒体形式，手部动作识别所需的交互水平略低，用户体验会更加自然和愉悦。

3.3 VR技术特征的自然交互属性

早在1957年，VR原型机Sensorma通过一种街机的模式出现，它借助特殊座椅融合气味与声音等基本元素创造出沉浸感，在1968年，“达摩克利斯之剑”就能与虚拟对象开展互动，VR技术特征在此就已经初见端倪。1993年的世界电子年会中，美国科学家Burdea G和Philippe Coiffet共同发表了《虚拟现实系统及其应用》，这一内容对VR技术特性都进行了相应的完善和总结，即交互性、沉浸感和构想性，三者存在相互依赖相互影响的特点，并具备相应的自然交互属性。

3.3.1交互性

对比其他可交互终端而言，VR在交互性地拥有天然的优势，它可以借助传感器了解用户的相关信息和资料，这让VR可以进一步捕捉用户诉求并积极响应用户行为，最终让其在知觉上顺应用户生活经验。为此，VR的交互性特征天然具备自然交互属性特征。

3.3.2沉浸感

VR的沉浸感对比其他终端系统而言，其是独具一格的。其头显内置观测口不仅可以放大观察距离，还可以把图像渲染得更加配合肉眼的需求，进而形成立体纵深感，再融合陀螺仪与定位器明确用户头部物理空间，将两者有机结合进而营造出三维立体空间感。让用户可以在自然交互环节中收获最丰富的沉浸式体验感受，也促使设计师们可以把精力集中于交互方法的设计工作中，如此，全面增强用户的交互体验。

3.3.3构想性

自书籍时代至互联网时代，用户获取的信息几乎都是二维的，以往的幻想体验多是用户凭借自身的想象力构造的，而VR却能凭借自身特性营造出一个可探索沟通的虚拟环境，这为探索自然交互体验的边界提供了足够的便利。

4、手部动作识别在VR中的应用及优势

4.1手部动作自然交互中常用手势及含义

日常生活中的手部动作除了具备物理性的生活行为功能，还具备信息表达的功能，如手语、战术手势。在日常生活中常用的单手动作有触、抓、推、握、挥、捏、甩、滑，双手动作有拱手、搓手、捧手、拍手、参拜。常用的正面含义的手势有OK、点赞、剑指、比心、鼓掌，负面含义有倒彩、摆手、伸中指、伸小指、打叉。因为虚拟环境中手部动作导向的目的更多，与提示UI交互的动作也需要被考虑到，根据具体场景使用不同，可将动作分为UI型：点、滑、抓、摸、捏、握、挥、拍；虚拟物体交互型：触、抓、推、参拜、双手抓取、搓手、拱手。

4.2 VR中手部动作交互优势

在VR技术构建的虚拟环境中，用户需要花费时间学习新的交互方法，而这段学习时间会降低沉浸感，这是“熟悉的场景”与“不熟悉的交互方式”的冲突造成的。而将手部动作交互融入VR中便能有效解决这个问题，即通过降低学习成本将虚拟环境中由交互方式不同所带来的割裂感消除。

5、VR环境中手部动作自然交互设计策略

5.1沉浸式的视觉环境设计

在VR中，适当的视觉设计必不可少。设计师应当按照当下需求对美术资源开展统一管理。写实级别场景需高度拟真与还原的美术资源，在摆设与灯光上也应做到贴近实物；而幻想、轻松、子供向的场景则可以采用Low Poly、三渲二风格的美术资源。无论何种需求，整体的视觉环境应当符合主题，统一而合理，才能营造出一种沉浸式的虚拟环境。

5.2预见性地交互动作设计

前文提到，手部动作具备信息表达与交流功能，这在手部动作的自然交互中十分重要。在虚拟场景里，相应的动作预设计需要足够细心。设置好 “对虚拟物体”与“对系统及UI”动作，前者应贴近现实生活，自然而然，后者则需要一定的学习成本，本身具备一定含义的手势最佳。如呼出菜单，这一行为可用“轻拍手两次”定义，“轻拍手”本身便具有“呼叫”“吸引注意”“提示”等含义，将其定义在呼出菜单上是比较合适的。

5.3简明化的层级与展示设计

模拟场景中的交互层级应当明确而简洁。明确每个可交互对象的功用，抛弃无用与繁杂的层级，用户的交互反馈应当及时而醒目，形式应当多样且适宜。由于VR手部动作捕捉需要在传感器范围内才能实现，因此在虚拟体验期间，应当鼓励用户将手伸向眼前，并将可交互物体与界面集中在头部正前方，尽可能将相关操作以日常生活中的行为展现，两者需要有相似之处，才能使用户使用日常生活中的经验来代替学习成本，以获得更加自然的沉浸式体验。

5.4面向用户的适配设计

用户在初次尝试进入虚拟环境期间，需借助多种学习活动来了解当前场景的必要知识。在学习期间，UI高度、音量大小、物体比例、视点高度的调节都会促使用户的体验受到影响。为此，需按照用户个体差异实施配置适应，其也是用户正式体验虚拟场景前最重要且必不可少的工作，相关流程如下：

第一，音量调节：使用语音指示用户需调整当前音量大小，获取用户最舒适的音量分贝。第二，身高获取：设置140～165 cm、166～175 cm、176～190 cm三种高度，语音提示用户选择适配门洞。第三，视点获取：按照当前进入门洞级别设置偏高、适中、偏低三种高度视点，提示用户选择感觉最习惯的一项。第四，利于获取：结合视点设置简单的物体抓取任务，获取当前用户的惯用手，并据此设置后续提示UI的偏向。

5.5反馈机制设计

大部分用户很可能是只有过几次VR体验的新手，为此，相应的提示与反馈措施需要格外重视。其一，位移提示模式。用户意识不到自身可以在特定范围内行走，当存在超过自身臂展的交互对象其间，便会存在迷茫的心态，会通过尝试弯腰/侧身用于触碰对象。这便需要在前期预置教学内容中开展相关培训，鼓励用户位移并在正式体验关卡中增加合理的提示，如此，便可以极大程度地降低此类情况的发生。其二，检视提示。用户在体验期间，常会存在对当前对象有交互需求，但设备未显示双手进而促使进程卡顿的现象。这一般是由于用户双手脱离了设备的识别范围，这个时候用户没有自我检视双手是否处于设备识别范围的意识。在此类情况下，应当合理控制和避免导致用户双手脱离识别范围的设计流程，如存在不可避免性，便需要设计检测系统，实时提示用户开展自检。

结束语

综上所述，VR技术的发展让相关设备的价格也在逐步向最佳性价比方向延伸，与手机类似，VR设备会逐步在用户全面普及。就当下的VR交互形式而言，手部动作交互是最符合用户的自然交互特征，是VR交互媒介进步和发展的主要方向，为此，寻求最理想且基于手部动作的交互模式，已经成为当下的首要目标和任务。针对此类现象，文章就手部动作自然交互体验设计做出探讨，并进一步分析了在VR环境中增强用户手部动作交互体验的方式，并给予相关从业人员提供参考。

参考文献：

[1] 曾人杰，章立. VR环境中手部动作自然交互体验研究[J]. 艺术科技，2021，34（21）：180-182.

[2] 颜宝明，潘伟杰，吕健，等. 面向VR放置任务的自然手势交互时间的预测[J]. 工程设计学报，2021，28（3）：296-304.

[3] 张巍瀚. 沉浸式环境中手势交互设计评估方法研究[D]. 四川：西南科技大学，2020.

[4] 林海坤. 字母预测及显示优化策略对虚拟现实环境下裸手输入的影响[D]. 浙江：浙江理工大学，2021.

[5] 任鹏百. 基于人体骨骼信息的虚拟仿真交互系统研究与应用[D]. 兰州交通大学，2021.