刘星彤，李维莹，何思南，李璇，陈宪涛，翟莉莉，徐濛
（百度人工智能交互设计院，北京100193）
【摘要】目的针对手机AR应用，研究引导元素与环境融合的设计形式对手机AR沉浸体验、可用性和满意度的影响。方法本研究通过自定义自变量（引导元素与环境的融合程度，简称融合度），采取单因素组内实验设计,31名用户分别体验三种融合度水平（低、中、高）的引导设计，数据通过重复测量方差分析处理。结果融合度对沉浸体验、可用性和满意度均有显著影响。其中，高、中融合度水平的沉浸体验、可用性和满意度要显著高于低融合度水平，高融合度的沉浸体验和满意度也显著高于中融合度，但是中、高水平两者之间的差异在可用性各维度上不显著。结论引导元素与环境融合的设计形式会显著影响用户的沉浸体验、可用性和满意度。研究结果可用于手机端空间级AR的引导交互界面设计。 【关键词】人机交互；产品设计；可用性；电子商务；增强现实；引导设计；用户界面；融合度；手机；体验
中图分类号:TB472;TP202文献标识码:A文章编号：1006-8309（2020）05-0041-04
DOI:10.13837/j.issn.1006-8309.2020.05.0008
The Effect of Visual Cue Design on Mobile AR Interaction Experience
LIU Xing-tong,U Wei-ying,HE Si-nan,LI Xuan,CHEN Xian-tao,ZHAI LI-li,Xu Meng
(Baidu Al Interaction Design Lab,Beijing100193,China)
[Abstract]Objective To aim at mobile AR applications,this study explores the effect of integration degree of visual cues with physical environment on immersive experience,usability and satisfaction.Methods This study defines independent as the integration degree of visual cues with physical environment,using a single一 factor experiment.31participants experience three integration degrees(Low,Medium,High)design.Repeated measures analysis of variance were used for data analysis.Results Integration degree has significant effect on immersive experience,usability and satisfaction.High and medium degree of integration both perform significantly better than low degree on immersive experience,usability and satisfaction,and high degree of integration performs significantly better than medium degree on immersive experience and satisfaction,but there is no significant difference between high and medium degree.Conclusion Integration degree of visual cues significantly affect immersive experience,usability and satisfaction.The findings provide important im
plications for the interface design of room-size smartphone AR.
【Key words]human-computer interaction；product design；usability；e-commerce；augmented reality；visual cues；user interface；integration；mobile phone；experience
1引言
增强现实（Augmented Reality AR）是指将虚拟信息呈现在追踪计算到的显示屏上的物理世界中。随着移动设备越来越小、越来越普及，网络信号越来越强，移动设备的计算能力越来越好，消费级增强现实技术变得商品化，以前仅在专门设计的研究环境中才可能实现的一系列应
作者简介：刘星彤（1993—），男，黑龙江人，工程师，硕士研究生，研究方向：智能化产品的用户体验,（手机）156****4278（）273458152@qq o 用成为广大消费者均可在手机上安装的应用⑴。AR作为新型的交互方式，将可交互范围从二维屏幕拓展到三维空间。与传统二维交互不同的是，在手机上的AR应用中，用户需要通过二维屏幕去感受三维空间、操控三维空间的模型，往往会遇到操作困难、空间迷失和沉浸感不足等体验问题。因此，产品需要通过有效的引导，帮助用户完成向新型交互方式的心智过渡。
在手机AR应用中，用户主要通过视觉通道获取屏幕上引导信息。在视觉传达方面，引导信息作为手机屏幕上的附加元素，既要让用户有效
地获取引导内容，顺利完成操作任务，同时又要尽量减小用户和屏幕间的“隔阂”，不能打破用户的沉浸体验。因此，引导元素的视觉传达形式尤为关键。Jorgensen指出，引导的设计形式在决定用户是否注意到引导（例如，引导的视觉突出程度）、以及应该用引导来做什么（即用户的心智模型）是非常重要的，这些都会影响用户的情感体验和满意度⑵O
目前许多AR场景，包括旅游/博物馆导览、远程协助和游戏等，都会向用户提供关于在空间中如何操作、注意什么或去哪里的视觉指导。但问题是，目前还没有一个通用的视觉语言体系。AR应用由于其本身的交互特点，也很难复用其他领域的通用设计范式，因此AR应用内视觉引导往往都是独特的、一次性的设计⑶。但是，这些设计元素对用户体验也是至关重要。因此，在Dillman等人提出的AR应用视觉引导设计框架基础上⑷，我们对30个手机AR应用进行了走查，提炼归纳交互设计元素。我们发现，引导元素在视觉设计上与真实环境的融合程度是重要的体验要素，可能会影响交互体验，因此将其作为研究的自变量，简称环境融合度O
在正式实验中，我们定义了三种操作化的环境融合度水平，将用户体验聚焦在具有AR特性的沉浸体验和可用性中，并将满意度作为整体指标，探究引导元素与环境的不同融合程度对沉浸体验、可用性和满意度的影响。
2研究方法
针对手机AR应用中的引导设计，了解不同引导元素与空间环境的视觉融合程度对用户体验的影响。
2.1被试
本研究共招募了31名被试，年龄在19-35岁之间，其中15人从未使用过手机AR应用，16人使用过手机AR应用。所有被试的视力或矫正视力正常，实验后给予适量报酬。
2.2实验设计及变量
本实验采用单因素组内设计方式。组内因子为引导元素与空间环境的视觉融合程度（包括低、中、高三种水平）o Dillman等人对AR视觉互动引导元素设计提出了框架⑷，其中根据视觉引导元素与周围真实环境的融合/突出程度，将元素分为不明显的（Subde）、强调的（Emphasized）、融入环境的（Integrated）和突出的（Overlaid）四种类型。基于此，我们将引导元素与空间环境的视觉融合程度定义为视觉引导元素在手机AR应用界面中与真实环境的融合程度。其中，融合度较低的引导元素通常为平面化、标签化设计，附着在屏幕上跟随屏幕移动，看起来像是漂浮在真实环境之上；而融合度较高的引导元素通常为立体化、透明化设计，看起来是整体环境的一部分，不随屏幕移动而移动，大小和角度甚至还会随着视角变化而变化。在引导设计的众多视觉传达元素中，由于用户对不同环境融合度的体验感知有差异，因此在正式实验前，我们进行了多轮预实验修正，提炼出与环境融合程度相关的主要有以下几个方面：
（1）立体程度：2D/3D
（2）有无浮层：有浮层（标签化）/无浮层（透明化）
（3）是否随屏：附着在屏幕上跟随屏幕移动/固定在环境中不跟随屏幕移动
最终结合上述三个方面的设计因素，确定了各环境融合度水平的操作化定义，具体见表1。
表1环境融合度的操作化定义
环境融合度
水平
低融合中融合高融合描述
引导元素平
面化，有浮
层，不与环
支撑板
境融合
引导元素立
体化，和环
境有一定的
融合
引导元素立
体化，无浮
层，具有固
定的空间位
置，与真实
环境融合
操立体程度2D3D3D
作
化是否随屏随屏随屏不随屏
定
义有无浮层有浮层无浮层无浮层对于因变量中的沉浸体验，Jennett等人、Georgiou和Kyza在测量沉浸体验时，都将临场感（Presence）作为一个重要指标[5_6]o临场感指的是用户感觉真的身处于虚拟环境中的程度。Wit-mer和Singer发现与虚拟环境交互的自然程度，模拟真实世界的程度会影响临场感⑷。设计元素的真实感越强，用户觉得与真实世界的联结越强，那么临场感和沉浸体验也会越好。此外,Pen-dit等人在评估一个参观历史遗迹的非正式的乐学AR应用时，认为评估AR应用框架应该包含良好的空间感这一指标，来帮助引导用户用地图快速到位置⑷。因此，在本研究中，我们将沉浸体验划分为真实感和空间感两个维度，具体变量说明见表2。
传统的可用性测量中，对于易学性和易用性 比较重视⑼。而学者们对AR 应用中的可用性也 有不同的测量维度。hsh 說等人认为对移动设备 上的AR，整体体验中的高效性和流畅性非常重
要［⑹。基于此，我们将可用性分为高效性、易学
性和流畅性三个维度，具体变量释义见表2。
实验测量指标为沉浸体验（真实感和空间 感）、可用性（高效性、易学性和流畅性）和满意度
（“我对整个过程的体验感到满意”）。其中沉浸
体验包括真实感（“刚才的提示信息能让我更好 地代入真实的环境”）和空间感（“刚才的提示信
息能帮我建立更好的空间感”），可用性包括高效 性（“我觉得刚才的操作是高效的”）、易学性
（“我可以很容易地学会如何操作”）和流畅性 （“刚才的操作过程是流畅无障碍的”）。所有的 指标均通过10分制量表测量。
2.3实验材料
表2因变量释义
因变量
维度
测量指标
变量释义
沉浸体验真实感
刚才的提示信息能让我更好地代入
真实的环境
空间感
刚才的提示信息能帮我建立更好的
空间感
可用性高效性我觉得刚才的操作是高效的
易学性我可以很容易地学会如何操作流畅性
刚才的操作过程是流畅无障碍的
满意度
满意度我对整个过程的体验感到满意
在手机端的AR 应用的交互流程中，识别、放
置和互动是具备通用性的主要环节。结合不同 环境融合度水平的操作化定义，我们针对识别、 放置和互动的全流程，确定了三种不同环境融合
度的引导视觉设计。设计过程通过多轮专家访 谈和人因专家咨询，以使设计的引导元素能够初 步满足从未使用过手机AR 应用的用户的需求,
符合一般人因工程设计原则。引导元素由图示
和文字组成，其中各融合度水平下的文字内容、
图示语义保持一致。三种融合度水平设计的具 体描述示例如下图1:
图1融合度水平设计示意图
2.4 实验过程
实验使用专门为实验开发的程序demo，测试
设备为iPhone X o 被试对三种融合度水平的体验
丿頤序通过拉丁方进行随机。正式实验时，用户需
体验各融合度下的交互任务，依次体验包括识 别、放置和互动三个环节。具体任务为：将一个
立方体模型放置在现实环境中的地面上，并完成 向立方体移动的互动。过程中要求被试根据引
导完成任务，重点关注引导元素，忽略模型本身、 反应速度等性能方面的影响。过程中若遇到困
难，尽可能自行探索，实在无法完成可求助主试 人员。体验过后，被试需要对体验情况进行评
分，评分内容共包括沉浸体验、可用性及满意度。 评分结束后，主试会对用户进行简短的定性访 谈。完整实验时间约1 h 。
3研究结果3.1 描述性统计
用SPSS 23.0对收集的数据进行描述性统计 分析，结果如表3所示。
表3各因变量的描述性统计结果
沉浸体验
可用性
-满意度M （SD ）
真实感M （SD ）
空间感M （SD ）
易学性M （SD ）
流畅性M （SD ）
高效性M （SD ）
低融合度
液体收集系统6.90(1.47) 6.90(1.54)
7.81 (2.15)
8.42(1.86)
8.03(2.11)7.48(1.98)中融合度7.71(0.94)8.03(1.02)8.58(1.57)
9.00(1.21)8.61(1.52)
8.29(1.51)高融合度
8.61(1.28)
8.61(1.20)
9.06(1.00)9.10(0.98)
8.97(0.98)
8.84(1.13)
根据描述性统计结果，高融合度的引导元 性和满意度都较高，其次是中融合度，低融合度 素，被试的真实感、空间感、易学性、流畅性、高效 得分最低
。
3.2重复测量方差分析
以沉浸体验、可用性和满意度各维度作为因变量，融合度水平作为自变量进行统计处理。表4为重复测量方差分析结果。
表4沉浸体验、可用性和满意度重复测量方差分析结果指标变量df F P 沉浸体验真实感225.8070.000***
空间感220.8330.000***可用性易学性29.6400.000***
流畅性2 6.7460.002務
高效性2 6.0850.004**满意度满意度29.9060.000***
注：7<0.01，于<0.001。
重复测量方差分析结果显示：融合度水平对真实感(Fg)=25.807,P=0.000)、空间感(Fg=20.833,P=0.000)、易学性(耳切= 9.640,P=0.000)、流畅性(Fg)= 6.746,P= 0.002)、高效性(尸⑴2)= 6.085,P=0.004)和满意度(Fg)=9.906,P=0.000)都有显著影响。进一步事后检验发现，在沉浸体验中，高、中、低融合度三者有显著差异：对于真实感，高、中、低融合度三者之间均有显著差异，
高融合度的真实感要显著高于中融合度(P<0.001)和低融合度(P<0.001)，中融合度的真实感要显著高于低融合度(P<0.01)；对于空间感，高、中、低融合度三者之间均有显著差异，高融合度的空间感要显著高于中融合度(P<0.01)和低融合度(P< 0.01)，中融合度的空间感要显著高于低融合度(P<0.05)；在交互体验中，高、中、低融合度差异在各维度上表现不一：对于易学性，高融合度和中融合度的易学性要显著高于低融合度(P< 0.01)，高融合度与中融合度之间的差异不显著(P>0.05)；对于流畅性，高融合度的流畅性要显著高于低融合度(P<0.05)，中融合度也显著高于低融合度(P<0.01)，高、中融合度之间的差异不显著(P>0.05)；对于高效性，高融合度和中融合度的高效性要显著高于低融合度(P<0.01)，高融合度与低融合度之间的差异不显著(P>0.05)o 4讨论
4.1环境融合度与沉浸体验
环境融合度对用户的沉浸体验有显著影响。融合度越高，用户的空间感、真实感更强。
在空间感方面，高融合度的引导设计能帮助用户更好的建立二维屏幕与三维空间之间的空间关联。环境识别环节，高融合度对手机朝向的提示更直观；放置环节，高融合度让用户对模型的放置位置、可放置范围更有预期；互动环节，高融合度能辅助用户判断移动距离，对方向的指示也更明确。
在真实感方面，高融合度的引导设计能更好的通过二维屏幕将用户带入到真实环境中，而不打断其沉浸体验。立体、无浮层的图示更贴近真实三维环境中的物体，不随屏的设计形式又将引导元素从“屏幕
上”转移至“真实环境中”，因此，用户透过手机看到的所有元素都在三维空间中和谐统一。例如，在互动环节，高融合度下对移动方向的引导箭头，用户会联想到现实生活中的“地标”、“车道线”等真实存在的事物。
4.2环境融合度与可用性
环境融合度对可用性有显著影响，因为较高融合度的设计对用户操作的引导更有效，尤其是涉及到空间移动方面的引导，例如手机朝向以及用户的身体移动，用户认为较高融合度的引导更易学，操作更高效、流畅。
但在中、高水平之间，融合度对可用性的影响不显著，两者的主要差异在于引导元素是否随屏。而通过用户的定性反馈来看，随屏和不随屏在适用场景上存在差异，主要取决于放置环节的放置方式。例如，随屏更适合自定义放置位置的场景，用户倾向于通过随屏的引导元素“瞄准”空间中的某处，来自主选择放置位置；而不随屏更适合固定位置放置的场景，引导元素固定在真实环境中，让用户更容易知道模型即将出现的位置。因此，在引导设计时，需要结合具体的放置方式来考虑不同融合度设计的适用性。
5结论
引导元素与环境融合的设计形式会显著影响用户的沉浸体验、可用性和满意度。其中，在沉浸体验和满意度上，融合度越高，用户体验越好。在可用性中，中、高融合度差异不显著，但均显著高于低融合度。总的来说，立体的、与真实环境融合的设计会带来更好的交互体验。
本文针对全流程引导设计的环境融合度进行了定量研究，对各交互环节仅做了定性讨论。通过定性反馈发现，不同融合度在各交互环节上的适用性存在差别。因此在未来的研究中，可针对各环节下的最优环境融合度水平进行进一步探索。
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[收稿日期]2020-07-15
交通警示柱[修回日期]2020-08-30
(上接第44页)
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[收稿日期]2020-02-28
[修回日期]2020-03-20
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