第三节 原型评估
一、实验设计
（一）实验理论
实验基于心流（Flow）理论进行，目的是测试参与者在虚拟现实语境下对交互产生的主观体验，并将其作为对交互品质研究的量化数据，从而对比原型阶段两种交互方式在交互品质方面的差别。如前文所述，心流理论诞生于心理学领域，并在数字游戏设计领域为设计师提供了有力的设计理论支持。提出心流理论的心理学家米哈里·契克森米哈（Mihaly Csikszentmihalyi）认为，如果人在进行行为交互时，能够集中精神完全投入情境中，将与该交互行为无关的知觉都屏蔽在外，该状态便是“沉浸状态”。具体来说，心流理论认为沉浸状态有以下特征：
1.规则感：参与者对目标有清晰的认识，明确规则且有能力达成目标；
2.难易度：参与者的个人能力与交互任务的难度基本平衡，挑战难易程度适中；
3.反应力：参与者对刺激能够快速响应并及时得到反馈；
4.专注度：参与者精力高度集中，对正在进行的交互行为全神贯注；
5.知行合一：参与者行为与知觉高度一致，进入无须刻意思考即作出行为的状态；
6.控制感：参与者认为自己能控制正在进行的交互行为与环境；
7.忘我度：参与者的所有注意力都集中在交互行为中而忽略周围；
8.时间感：参与者对时间长度的判断失准，认为时间过得很快；
9.价值感：参与者认为交互行为有目的、有价值，愿意参与。
这九大特征一部分针对交互行为本身（1、2、3），一部分针对参与者（4、5、6），一部分针对交互行为的结果（7、8、9）。为了研究虚拟现实语境下数字影像交互的不同形式对参与者沉浸体验的影响，本研究选取其中五个特征：难易度、专注度、控制感、忘我度、时间感设计问卷，通过对被试者进行结构化问卷调查与半结构化访谈来对比评估交互品质。沉浸感调查问卷如表4.11所示。
表4.11 沉浸感调查问卷
（二）问卷设计
被试者在完成虚拟现实影像交互体验后，对每个问题进行程度量化回答，从1-10中选择最符合感受的程度，1为最不同意，10为最为同意。沉浸感评估问卷如图4.16所示。
图4.16 沉浸感评估问卷
（三）实验步骤
1.调查被试者背景，并将被试者按性别及到达实验场所的先后顺序穿插分为两组，告知其实验步骤与目的。
2.每位被试者需要进行两次相同的实验步骤来完成对两段影像的评估。根据随机分组结果，被试者首先选择其中一种交互方式的影像体验，在完整体验虚拟现实影像流程并完成交互任务后，针对当前体验填写沉浸感评估问卷，问卷填写完成后进行5分钟的半结构化访谈。在访谈过程中，研究者引导被试者回忆刚刚的交互过程，评价交互方式的优缺点以及体验的感受等。访谈结束后，被试者开始体验第二种影像交互方式，并重复填写问卷与访谈的过程。
3.研究者分别记录每位被试者体验两段影像交互方式所用的时间，包括任务体验时间、任务结束后的自由体验时间，并由统计软件计算总时长。
研究通过随机分组的方式为被试者随机指定了率先体验的交互方式，这种均衡处理的方法集中体现为两组被试者不同的交互体验顺序：一组先进行手势交互体验，另一组先进行手柄交互体验。同时，因为总体样本量较小，因此在后续的数据分析中将计算每组数据的中值、四分位距，并通过双尾检验计算出显著性。
（四）被试者
本研究在中国传媒大学游戏设计系招募了24名被试者进行评估实验。其中男生12人、女生12人，平均年龄20岁。24位被试者因专业学习的原因，全部对虚拟现实技术与虚拟现实影像有一定的了解，其中有18位（占75%）同学亲身体验过虚拟现实影像或游戏，11位（占45.8%）同学参加过虚拟现实相关的讲座与活动（可多选）。
由于本次实验评估创作的虚拟现实影像在交互方面有一定的操作技巧，同时也为了验证游戏操作经验与虚拟现实交互体验是否有相关性，因此在背景调查中着重对被试者的游戏经验进行了调查。从表4.12中每周玩游戏的频率来看，被试者的游戏操作经验普遍较为丰富，主要集中在11—15次/周（占75%），其中女生玩游戏频率稍高于男生。
表4.12 被试者每周玩游戏的频率
从表4.13可以看出，最受被试者欢迎的游戏类型是电子竞技类，其次是休闲类。其中男生对电子竞技类游戏更感兴趣，单次游戏时间也较长；女生较喜欢休闲类游戏，主要通过移动电子设备进行游戏，游戏次数虽多但每次时长都比较有限。结合两部分数据来看，男生整体上游戏强度大于女生，但女生对玩游戏也很有经验。结合后期数据分析可见，被试者性别或游戏经验对实验数据的影响并不显著。
表4.13 被试者最常玩的游戏类型
二、数据分析
（一）体验时长的差异与分析
进入《太空一夜》的虚拟现实环境进行影像体验时，每位被试者都需要一定的时间来完成针对影像的不同硬件交互方式的学习。在不干扰被试者的情况下，研究者记录了每位被试者从选择开始体验至完成影像所有任务的时间，以及完成任务后自愿留在影像的虚拟世界中继续体验和探索的时间。
影像在最初黑屏的状态下，由地面指挥者通过语音介绍影像的背景故事，向被试者交代必要的信息，帮助被试者尽快融入影像的虚拟世界。
语音结束后，以电梯门打开的动画作为场景切换的合理化解释。任务正式开始，研究者开始计时。语音引导被试者进行最基本的移动交互，在被试者进行正确的移动之前，语音引导通过间隔10秒重复播放的方式为被试者提供帮助。当被试者成功移动到下一步的交互平台后，语音内容变为引导被试者瞄准与抓取目标对象。当被试者完成3个难度依次递增的目标对象抓取任务后，语音提示任务完成，研究者记录时间，但不停止计时器。当被试者表示不想再继续体验影像的时候，研究者停止计时并记录时间。
如图4.17所示，通过手势进行交互时，完成任务的平均耗时为422.9秒，明显高于手柄方式的338秒。结合对实验过程的观察，研究者发现，使用手势进行交互操作时，被试者需要额外的时间对手势进行记忆并测试手势的有效性。
图4.17 通过两种交互方式完成任务与游览的耗时对比（单位：秒）
在原型阶段有三种手势需要记忆：
1.喷气背包左侧喷气——左手手掌手指向上垂直于地面，放在头盔前；
2.喷气背包右侧喷气——右手手掌手指向上垂直于地面，放在头盔前；
3.抓取——任意手掌在头盔前做出从张开到握拳的自然动作。
手势的设计并不复杂，但被试者需要适应喷气背包的工作原理，并时刻控制自己的双手停留在Leap Motion的有效感应区内，只有这样才能实现预想的交互效果。被试者既要做出抬举手臂的大动作，又要操心双手位置的精细控制。同样的适应性问题在手柄交互时减半了，被试者只要配合头盔显示器的面向方向控制手指动作即可。任务耗时的差异一方面体现出手势的交互方式给被试者增加了更多的学习与实现成本，另一方面也说明手势交互增加了被试者的体验时长，更能够让被试者体会到从不熟练到熟练的进步与成就感。
而对比任务结束后被试者自愿留在影像中继续游览的时长可以看出，手势交互任务结束后，被试者大多不愿再进行更多的探索和游览，而手柄方式则更能吸引被试者继续体验。结合访谈可知，虽然原型体验的实验是在坐姿状态下进行的，但手势交互对双臂肌肉力量的持久性有一定要求，经过平均7分钟的体验后，多数被试者即使想继续探索，也因为感觉疲劳而希望得到休息。而手柄交互基本不存在疲劳的问题，被试者能够在影像中保持平均1分半钟无任务压力的游览，并在游览中为自己设定“小目标”，如“看看能飞多远”“看看电梯的另外一面是什么样子”，等等。但被试者在内容相同的影像体验中，不会两次都进行长时间的自由浏览。通过访谈可知，这主要是由于场景中可探索的对象太少，除了“看风景”之外被试者无事可做，最终选择离开。
总体来看，手势交互比手柄交互更能够使被试者在虚拟现实影像中体验更长时间。但分析体验时间的构成可以看到，手势交互主要是依靠“完成任务”的压力留住被试者的，而被试者自愿探索的比例较小；和手势交互相比，被试者在用手柄交互时，在任务耗时上减少近2分钟时间，但在随后的自由体验阶段，被试者无论是第一次还是第二次进入影像世界，都能够在没有外界压力的情况下自愿进行体验，且最长时间达到5分钟，甚至比该被试者完成任务本身所用的时间更长。如果说为了配合研究者的研究而进行的任务体验是一种强制性体验，那么自由游览的过程就完全是虚拟现实影像的品质为被试者带来的自发性需求了。由于在虚拟现实影像的商业体验中是不存在强制性的，参与者的意愿是决定影像体验时长的最重要因素。因此，手柄交互在本原型作品中比手势交互拥有更加健康的时间结构。
（二）基于沉浸理论的数据分析
通过结构化问卷调查，研究者对24位被试者在两次影像交互体验中的沉浸感进行了评估，并在Excel中完成了对所有数据中值与四分位距的计算，结合用SPSS做的双尾检验，得到表4.14。
表4.14 沉浸感评估数据表
续表
我们在前两题针对难易度的评估中可以看到，在难度是否渐进与难度是否适中的问题上，两种交互方式的中值与四分位距相同，这说明影像在交互方面的难度渐进与适应性设计和交互方式无关。对于任何交互来说，参与者都有学习与熟练的过程。《太空一夜》原型在难度曲线的设计上是合理的。结合访谈可以得知，对于难度适中评价低于中值的被试者存在两种情况：一种是认为交互难度虽有渐进性，但仍然太低，另一种是认为交互的难度设计与其他类型游戏的机制类似（如赛车），但实现方式却完全相反，造成了被试者在交互的学习与使用过程中出现了与经验不符的混乱。
第3-6题针对沉浸感的调查结果显示，两种交互方式存在一定的差异。首先是被试者能否沉浸其中，手柄交互比手势交互有更高的中值和更低的四分位距，这说明手柄交互的被试者更能专注于影像的内容。其次是注意力是否集中，在手柄交互状态下，被试者的注意力更集中，而在手势状态下则有较高的中值，表示被试者会分心。同时，两者的四分位距也有较大差异，这说明其中仍存在复杂的问题。在随后的访谈中研究者注意到，被分散注意力的被试者会将注意力转向交互行为本身，即手势状态下双手是否在感应区域内等问题。而能够熟练掌握Leap Motion交互要领的被试者则认为自己不会分心。然后，在是否激发好奇心的问题上，两种交互方式有相同的四分位距，但手柄交互有更高的中值，这说明使用手柄进行交互能够让被试者更乐于探索，这与研究者对交互时长的分析是一致的。最后，在对交互方式本身的直接评价方面，手柄交互获得了较高的中值与较低的四分位距，而手势交互的评价却出乎意料地大幅低于手柄交互。在访谈中，被试者表示，手柄版的影像为被试者设定的是穿戴包括宇航帽、宇航服和机械臂控制器在内的全套装备，这与被试者戴着虚拟现实头盔，手拿手柄控制器的触觉、肤觉和压力觉的感受是一致的，这使得被试者对通过手柄模拟太空中的作业行为十分感兴趣。而使用手势交互虽然在抓取对象的环节更加自然，但降低了被试者对太空中作业行为的期待。因此在《太空一夜》原型中，手柄更直接地提供了更适合影像内容的交互体验。
第7-10题是对控制感的评估。在对游戏的控制和对自己的控制能力的评价中，手柄交互中值与四分位距仍然好于手势交互；在对系统稳定性的评价中，手势交互又以较高的中值被认为是不稳定的。事实上，鉴于影像流程在制作过程中的一致性与品控环节中对两个版本的对比，影像系统本身并没有稳定性的问题。在随后的访谈中，有的被试者认为Leap Motion有时对于手势识别出现滞后反应是系统稳定性的问题，还有少数被试者将自己双手位置偏差导致的识别错误也归咎于系统不稳定。同时，因为碰撞系数设置不够低，导致被试者撞到空间中的物体后自身出现旋转，造成眩晕，且此时需要正确操作才能停下，如果喷气方向选错会加剧旋转。这些问题综合在一起，就造成了被试者认为自己对游戏缺乏控制。而在手柄交互中，缺乏控制的评价中值较低，只有少数被试者出现了旋转问题，因此对评价的影响比手势交互小得多。
在影像的体验过程中，无论是使用手势交互还是手柄交互，被试者都以较高的中值和相近的四分位距表现了对体验影像耗费的时间不在乎，对旁人的眼光也不在乎。这一方面是因为实验室为被试者营造了安全和封闭的体验环境，另一方面也体现了被试者更加关注影像内容，而对其呈现过程中自身的状态没有过多顾虑。
时间感也是沉浸感的评价中经常被提到却难以量化的部分。通过评估结果可以看到，手势交互与手柄交互对被试者时间感的影响没有太大差异。这说明在进行虚拟现实影像交互体验时，被试者能够较好地投入进去。
在经过对原型的实验评估与数据分析之后我们可以发现，并不是看起来“自然”的交互方式就能适用于所有以自然交互为目标的虚拟现实影像。“自然”不仅是指贴近现实的交互行为，在现有的技术条件下，更是对不同影像所表现的内容做最大限度合理化解释的过程。因此在影像的正式创作阶段，《太空一夜》将使用手柄作为交互方式，最大限度地发挥交互为虚拟现实影像带来更好沉浸体验的作用。