Un artículo científico de 2.500 palabras sobre realidad virtual

La realidad virtual (VR) es un mundo nuevo creado por computadoras y tecnología electrónica. Es un entorno de simulación aparentemente real. El siguiente es un artículo científico de 2500 palabras sobre realidad virtual que recomiendo cuidadosamente para todos. , espero que pueda serte útil. Un artículo científico de 2500 palabras sobre realidad virtual 1

Interfaz interactiva intuitiva y realidad virtual

Resumen: Para desarrollar un nivel superior de interfaz interactiva intuitiva, es necesario introducir virtual tecnología de realidad y úsela para Un entorno de interacción humano-computadora inmersivo, interactivo e imaginativo para obtener una experiencia verdaderamente intuitiva. A través de dispositivos físicos específicos y tecnología avanzada de reconocimiento de gestos, los usuarios pueden comunicarse con la computadora y obtener comentarios en tiempo real sin tener que aprender comandos operativos especiales. El entorno inmersivo único puede crear una sensación de integración humano-computadora. Los resultados muestran que la tecnología de realidad virtual mejora efectivamente la experiencia del usuario, simplifica enormemente la complejidad de las operaciones y puede usarse en diversas situaciones, desde entretenimiento hasta fabricación profesional. Es una poderosa plataforma de conducción para interfaces interactivas intuitivas.

Palabras clave: interacción intuitiva; interacción persona-computadora; realidad virtual

Número CLC: J0-05 Código de identificación del documento: A

¿Este artículo está en Talk? sobre "interacción" en el sentido de interacción persona-computadora. Con el rápido desarrollo de la tecnología informática en las últimas décadas, las computadoras han entrado por completo en todos los aspectos de la vida diaria y su influencia está en todas partes. La operación interactiva entre humanos y máquinas se ha vuelto cada vez más importante. Dado que las computadoras aún no han podido deshacerse de las limitaciones fundamentales del sistema von Neumann, y la brecha entre ellas y los modos de pensamiento humano sigue siendo como un abismo, un enfoque importante en la interacción persona-computadora es cómo minimizar la diferencia entre Los modos de funcionamiento del usuario humano y las diferencias entre los modos de funcionamiento de la computadora. Esto significa que todavía estamos explorando y explorando constantemente para proporcionar mejores interfaces interactivas para que las personas puedan hablar con las computadoras de manera fluida y eficiente.

Durante mucho tiempo, el énfasis principal del pensamiento de diseño de interacción es poner a las personas primero, en otras palabras, hacer que los objetos diseñados se adapten a las personas, en lugar de que las personas se adapten a los objetos diseñados. Esta visión parecía un poco lujosa en una era en la que las computadoras todavía eran un secreto de defensa nacional y la gente solo podía entrenarse dolorosamente para atender a las máquinas (por ejemplo, usar lenguajes de programación completamente similares a las máquinas para hablar con las computadoras). Hoy en día, las computadoras personales relativamente baratas pueden proporcionar una potencia informática considerable. Por lo tanto, los principios de diseño de las interfaces interactivas también se ajustan a esta idea, para hacer que la interfaz sea lo más humana posible para que las personas puedan usarla cómodamente sin tareas onerosas. la computadora para manejar silenciosamente detrás de escena.

Es en este contexto donde la palabra “intuición” llama la atención de todos. Después de todo, en comparación con los objetos cotidianos, las interfaces de interacción de las computadoras siguen siendo demasiado inhumanas y aún mantienen una cara fría. Si podemos introducir las acciones a las que estamos acostumbrados en la interacción con la computadora y completar la comunicación con la computadora de manera inconsciente, entonces dicha interfaz persona-computadora puede denominarse centrada en el ser humano. Cuando se trata de presentar interfaces intuitivas, la tecnología emergente de realidad virtual proporciona las herramientas más valiosas.

Este artículo tiene como objetivo discutir la relación entre la interfaz interactiva intuitiva y la tecnología de realidad virtual. Para completar tal tarea, primero debemos hacer una definición clara de intuición en el sentido de interacción persona-computadora. En realidad, es bastante diferente del concepto de "intuición" en la cultura popular. Luego hablaremos sobre cómo combinar la intuición en el sentido anterior con la realidad virtual y proporcionaremos estudios de casos específicos para respaldar nuestra discusión.

1. Interfaz de intuición

El concepto de intuición (Intuición) pertenece al vocabulario popular, pero de hecho, diferentes disciplinas tienen diferentes definiciones de intuición. El objeto de investigación de este artículo es la interacción persona-computadora, por lo que se discutirá en el contexto de la "interacción con la computadora por intuición". En primer lugar, cabe señalar que la interacción es bidireccional, es decir, los humanos y las computadoras interactúan en dos direcciones, pero la intuición solo la poseen los humanos y solo se usa para modificar el juicio y los sentimientos humanos. Preocupaciones sobre la interacción persona-computadora Lo que importa es si cada elemento participante en una escena de interacción centrada en el ser humano es intuitivo para las personas.

Considerar la interfaz interactiva desde una perspectiva humana en realidad sienta las bases teóricas para lo "orientado a las personas".

En términos generales, las personas tienen los siguientes atractivos para la interacción intuitiva: se puede realizar sin pensamiento consciente. Por ejemplo, al pasar la página de un libro, las personas no necesitan considerar conscientemente cuánta fuerza usar, qué ruta espacial deben tomar los dedos, o esperar y responder conscientemente a situaciones inusuales que ocurren después de pasar la página, etc. . En este sentido, la interfaz de un libro físico es intuitiva. Con base en el atractivo anterior, la investigación de Blackler et al. señaló que la intuición es una reacción inconsciente basada en experiencias pasadas [1]. Esta definición enfatiza dos puntos importantes: basado en la experiencia pasada y la inconsciencia. Casi se ha vuelto de conocimiento común que la intuición es a menudo una acción inconsciente (subconsciente) y no se discutirá aquí. Lo que hay que aclarar es que esto se basa en experiencias pasadas.

En la vida diaria, la gente puede no pensar que existe alguna conexión entre la intuición y la experiencia pasada. Por el contrario, muchos dirían que una operación es más intuitiva si no requiere experiencia. En particular, el concepto de "intuición" en la cultura tradicional china está lleno de antiintelectualismo. Vincula directamente la "intuición" con el "instinto", lo que a menudo significa que la "intuición" se puede completar inconscientemente sin conocimiento ni experiencia. Pero en realidad esta es una visión errónea: no sólo malinterpreta el instinto humano, sino que tampoco reconoce la existencia real y el impacto de la experiencia pasada. De hecho, la teoría moderna sugiere que la mayoría de las acciones humanas, simples o complejas, se aprenden en lugar de estar integradas en el cerebro. Si la gente se basa únicamente en el instinto, es casi imposible completar cualquier operación de interacción entre persona y computadora: tome el botón, el elemento más simple de la interfaz entre persona y computadora, si no se da cuenta de antemano, a través de varios ejemplos, de que existe algo llamado botón y que comenzará después de presionarlo. Para algunas reacciones relacionadas, el usuario ni siquiera puede presionar el botón. O en palabras de K.R. Popper[2], todas las acciones conllevan teorías: teorías aprendidas.

Conectar la intuición con la experiencia pasada no solo revela la verdadera cara de la intuición en la interacción persona-computadora, sino que también señala un principio básico al diseñar interfaces de interacción persona-computadora: porque diferentes personas tienen diferentes experiencias de vida y conocimientos. nivel, entonces su experiencia existente también es diferente, lo que significa que cada tipo de personas tiene diferentes estándares para su "interfaz interactiva intuitiva". Hay un ejemplo sencillo para ilustrar este punto.

Considere un software de radio que se ejecuta en una computadora. Su función es reproducir varias transmisiones de audio en tiempo real en la red (incluidas transmisiones de audio en línea de estaciones de radio tradicionales). La Figura 1 simula la ventana del puntero FM de una radio semiconductora. Desde una perspectiva tradicional, dicha interfaz es intuitiva. Sin embargo, para la nueva generación de jóvenes que no han utilizado radios semiconductores y están expuestos con frecuencia a las computadoras, la interfaz de la Figura 2 les resultará intuitiva porque utiliza una interfaz de usuario (Usuario) que es familiar para los usuarios de computadoras (. interfaz de usuario), incluidos menús, botones, cuadros de lista, barras de desplazamiento, etc.

La mayoría de los usuarios que están acostumbrados al funcionamiento de radios semiconductores no están acostumbrados a la nueva interfaz, mientras que los usuarios que están acostumbrados a la nueva interfaz y nunca han usado radios semiconductores probablemente no estén familiarizados con la interfaz tradicional. . Este ejemplo ilustra completamente que al considerar una interfaz interactiva intuitiva, se debe considerar la experiencia pasada del grupo de usuarios y determinar factores intuitivos basados ​​en diferentes experiencias pasadas. No existe una interfaz intuitiva única, universal y universal, lo que plantea un gran desafío para los diseñadores, pero también es una gran motivación para la innovación. Además, aunque la definición de intuición no refleja directamente consideraciones estéticas, la estética y la intuición están obviamente relacionadas entre sí [3]. Dado que el uso de la intuición está relacionado con el conocimiento previo evocado durante la interacción, el juicio estético, como uno de los puntos de partida del proceso de percepción humana, es un factor importante para inducir la intuición. Una interfaz estéticamente agradable puede compensar la sensación de inquietud y alienación del usuario durante el uso, incitar y animar inconscientemente a los usuarios a participar en comportamientos interactivos y garantizar la continuidad y unidad de los comportamientos interactivos. El ejemplo anterior también muestra que para los usuarios tradicionales, la interfaz de simulación bellamente diseñada y altamente texturizada compensa efectivamente la incomodidad que sienten los usuarios tradicionales con el software de computadora, les facilita su uso y reduce en gran medida los costos potenciales de aprendizaje.

Los usuarios jóvenes también pueden operar libremente en la interfaz de control con la que están familiarizados, reduciendo la distancia entre la tecnología antigua (medios de transmisión tradicionales) y la nueva tecnología. En resumen, las interfaces intuitivas con buenas características estéticas son de gran valor e importancia y reflejan la tendencia de desarrollo de las interfaces de interacción persona-computadora.

2. Interfaz intuitiva y realidad virtual

Desde la década de 1970, la tecnología de realidad virtual (Realidad Virtual) se ha desarrollado extremadamente rápidamente, desde la investigación profesional hasta las aplicaciones comerciales e incluso el entretenimiento en el hogar. es visible. Fundamentalmente, la realidad virtual es un reflejo de la tendencia general de las interfaces de interacción intuitivas, porque la lógica interna de la evolución de la interacción hombre-ordenador es que los métodos de presentación e interacción siempre apuestan por hacer a los usuarios más intuitivos, más naturales y de control más sencillo. métodos para obtener recursos de datos más ricos, más dinámicos y más en tiempo real.

En resumen, la realidad virtual proporciona un entorno virtual digital rico en medios con inmersión, interactividad e imaginación; los usuarios no sólo pueden sumergirse en la escena como si estuvieran allí en el rico y colorido entorno virtual que proporciona, Puedes interactuar con elementos del entorno a través de varias formas innovadoras. La inmersión, la interactividad y la imaginación son las tres características básicas de la realidad virtual [4]: ​​En primer lugar, la inmersión, que permite a los usuarios tener una sensación de inmersión a través de diversos medios técnicos, incluida la visión (utilizando el principio de la visión estereoscópica humana para producir tres virtuales). -sentido dimensional de profundidad), audición (usando sonido estéreo para producir un sentido de dirección de objetos virtuales), tacto (usando equipos de detección de fuerza para hacer que los usuarios piensen que están tratando con entidades físicas reales), etc.; el segundo es la interactividad; , los usuarios pueden interactuar con varios objetos en el sistema de realidad virtual en tiempo real. Las operaciones del usuario ya no se limitan a los teclados, ratones o joysticks tradicionales, sino que también incluyen guantes de datos avanzados, ropa de retroalimentación portátil, etc. Las escenas de realidad virtual presentadas a los usuarios tienen un encanto especial que trasciende las escenas reales y, en cierto sentido, realmente hacen realidad sus deseos.

De las características anteriores de la realidad virtual se puede ver que su punto de partida básico es trascender el lado impersonal de la interfaz tradicional de interacción hombre-computadora, no solo para permitir que los usuarios se integren en toda la escena interactiva. tanto como sea posible (inmersión) y permite a los usuarios operar las computadoras de una manera más intuitiva (interactividad): en primer lugar, la tecnología de realidad virtual puede intuitivar efectivamente las interfaces de interacción de las computadoras, proporcionando una interfaz que sea lo más similar posible a las escenas cotidianas. completamente basado en la intuición visual diaria humana. En segundo lugar, la tecnología de realidad virtual puede eliminar eficazmente las barreras entre la interacción persona-computadora, permitiendo a los usuarios interactuar con las computadoras a través de acciones y comportamientos diarios.

Del análisis conceptual anterior, se puede ver que determinar el grado de intuición depende de la propia experiencia conocida del usuario, y también se deben tener en cuenta otros factores como el contexto de uso y la estética. La propia tecnología de realidad virtual proporciona una variedad de métodos, pero la construcción y aplicación específicas también deben seguir dichas pautas. La siguiente sección proporcionará varios casos de aplicación para ilustrarlos y analizará exhaustivamente cómo utilizar realmente la tecnología de realidad virtual para diseñar interfaces interactivas intuitivas.

3. Casos de aplicación y discusión

La interfaz interactiva intuitiva basada en tecnología de realidad virtual se utiliza ampliamente en aplicaciones prácticas en varios niveles y en diversos campos. El grupo no incluye. sólo a los no profesionales (gente corriente), pero también a los profesionales que están familiarizados con los ordenadores pero que quieren buscar una forma más intuitiva de interactuar. Para los primeros, necesitan una interfaz hombre-computadora que pueda minimizar los costos de aprendizaje y memoria y que sea entretenida. Para este último, una interfaz intuitiva con un buen control puede mejorar enormemente la productividad y el rendimiento, y promover la optimización de todo el proceso de producción.

Yuichi Ito y otros del Laboratorio de Ergonomía de la Universidad de Osaka en Japón desarrollaron ActiveCube (bloques de construcción dinámicos) [5]. Este trabajo introduce una interfaz intuitiva en el aprendizaje cognitivo y el entretenimiento de niños y adolescentes, y ayuda a su uso. dispositivos de realidad virtual o realidad aumentada para mejorar su valor de aplicación. Cada bloque de construcción es un cubo de plástico con una longitud de lado de cinco centímetros; dentro del bloque de construcción hay un circuito integrado programable que controla una serie de sensores opcionales o pequeños dispositivos, incluidos sensores ultrasónicos (para detectar la aproximación de objetos externos). detección de coordenadas (ángulo relativo de coordenadas tridimensionales), sensores táctiles (se pueden instalar hasta dos, cada uno puede detectar el tacto en ocho direcciones), sensores infrarrojos, luces y motores, etc.

Por lo tanto, cada bloque de construcción es en realidad un juguete independiente que puede detectar el entorno y producir comportamientos dinámicos correspondientes. Lo que es aún más maravilloso es que estos bloques de construcción también se pueden conectar entre sí, y las partes conectadas también pueden comunicarse entre sí para formar un comportamiento general. Los usuarios infantiles pueden utilizarlos de forma intuitiva sin necesidad de enseñanza adicional. Una interfaz de operación tan intuitiva puede evitar eficazmente el impacto de su compleja estructura interna en el usuario, y los estudiantes de escuelas primarias inferiores pueden operarla de forma independiente.

Una característica importante de ActiveCube es que se puede utilizar en escenas de realidad virtual. En este caso, el sensor de infrarrojos capta la forma de los bloques de construcción construidos y muestra elementos virtuales que coinciden con esa forma. Después de aplicar la tecnología de realidad virtual, los bloques de construcción normales se pueden transformar en plantas, animales, utensilios diarios, etc., lo que no sólo mejora en gran medida el efecto visual, sino que también permite a los usuarios jugar y controlar más.

ActiveCube también se puede utilizar en escenas de realidad virtual. En este caso, el sensor de infrarrojos capta la forma de los bloques de construcción construidos y muestra elementos virtuales que coinciden con esa forma. Dado que ActiveCube en sí es simplemente un simple cubo, su función de conexión libre de seis lados limita el efecto decorativo de la superficie, y el efecto de ensamblaje final no necesariamente atrae el interés de los usuarios infantiles. Después de la aplicación de la tecnología de realidad virtual, los bloques de construcción tradicionales y regulares se pueden transformar en plantas, animales, utensilios diarios, etc., lo que no sólo mejora en gran medida el efecto visual, sino que también permite a los usuarios jugar y controlar más. En el ejemplo anterior, un bloque de construcción relativamente simple con forma de cruz se puede transformar en un hermoso avión, y la trayectoria de vuelo correspondiente se mostrará en el dispositivo real a medida que el bloque de construcción se mueve en el entorno real.

Otro ejemplo proviene del ámbito del diseño industrial. Los diseñadores de hoy generalmente tienen calificaciones académicas más altas y habilidades informáticas más profesionales, pero cuando se trata de modelado de productos 3D, las interfaces de software complejas siguen siendo el obstáculo más importante, sin mencionar el método de control del teclado y el mouse. diferente, lo que interfiere seriamente con el pensamiento y los hábitos creativos del diseñador. El equipo de ingeniería de diseño industrial de la Universidad de Delft en los Países Bajos ha realizado muchas investigaciones en esta área y ha propuesto nuevas soluciones. La clave es introducir gestos intuitivos para interactuar con la computadora y completar el trabajo de modelado en un entorno de realidad virtual [6-7. ].

En términos generales, los gestos son más fáciles de capturar y reconocer que las expresiones faciales y los movimientos oculares, y más fáciles de implementar que los gestos de todo el cuerpo (especialmente en espacios pequeños), por lo que los investigadores de interfaces intuitivas los prefieren [ 8 ]409-420. Sin embargo, los gestos también se dividen en varias subcategorías y no son necesariamente adecuados para la interacción persona-computadora. Hummels señaló tres tipos de gestos. El primer tipo son los gestos definidos desde la perspectiva de la computadora, que son muy fáciles de reconocer para las computadoras, pero requieren que los usuarios los aprendan y dominen deliberadamente, y no pueden considerarse intuitivos. La segunda categoría, por el contrario, se refiere a los gestos de la vida cotidiana humana. La ventaja es que son muy intuitivos, pero los programas informáticos requieren un diseño especial para reconocerlos. La tercera categoría de gestos, que combina las ventajas de las dos categorías anteriores al tiempo que intenta evitar sus deficiencias, se llama gestos descriptivos. Originalmente tiene el inconveniente de ser demasiado limitado en su rango de aplicación, pero con la ayuda de la tecnología de realidad virtual. puede convertirse en una forma eficaz de conectar diseñadores y computadoras. Para mejorar el efecto de los gestos descriptivos, los investigadores diseñaron especialmente un entorno experimental de realidad virtual, como se muestra en la Figura 3. En este entorno, los diseñadores comunes y corrientes, como sujetos, utilizaban libremente sus gestos habituales para crear diseños, y estos gestos basados ​​en la intuición eran registrados por sensores de movimiento y finalmente analizados estadísticamente. A través de este proceso, los investigadores pueden recopilar y analizar gestos intuitivos que sean más adecuados para entornos de realidad virtual. Finalmente, se determina un esquema de gestos que sea a la vez intuitivo para el diseñador y fácil de reconocer para la computadora. En este sistema, los diseñadores pueden mantener un diálogo hombre-máquina con software de diseño asistido por ordenador del mismo modo que manejan normalmente objetos cotidianos (arcilla o placas, etc.). No sólo es intuitivo y eficiente, sino también gracias al entorno de realidad virtual. Todo el proceso de diseño es como una experiencia real. La eficiencia del diseño mejora enormemente.

IV. Conclusión y perspectivas

“Orientado a las personas” siempre ha sido uno de los lemas centrales en el campo del diseño de interacción persona-computadora. Sin embargo, el análisis de este artículo señala que este no debe ser un eslogan abstracto, sino que debe implementarse en situaciones de aplicación específicas.

Por otro lado, en los últimos años se han oído infinitas voces sobre la "experiencia de usuario" [9], que es esencialmente una manifestación del espíritu "orientado a las personas". Sin embargo, esta formulación también tiene el inconveniente de ser demasiado vaga. dando lugar a muchas teorías diferentes, todas basadas en él. De hecho, mientras la especificidad de las "personas" (es decir, los "usuarios") sea clara, el problema se resolverá. Dado que diferentes personas y diferentes usuarios tienen diferentes situaciones, los productos que también se centran en "orientados a las personas" o "experiencia de usuario mejorada" deben proporcionar diferentes soluciones y proporcionar diferentes productos según diferentes personas/usuarios. Sólo con una buena interfaz interactiva los usuarios pueden ser. satisfecho durante el proceso de interacción.

El concepto de intuición se ha aclarado, pero esto obviamente no significa que haya respuestas a varias preguntas sobre el diseño de interacción intuitiva. ¿Cómo hacer que una determinada interfaz interactiva ocupe menos de la conciencia lógica del usuario (es decir, para ser utilizada inconsciente o inconscientemente?), Y cómo analizar claramente cualitativa y cuantitativamente la experiencia pasada de un usuario específico y utilizarla para respaldar la interfaz interactiva. diseño, éste sigue siendo un tema muy complejo. Afortunadamente, gracias a los esfuerzos de académicos de diversos campos, se han seguido muchas teorías o prácticas exitosas en este campo. El más importante a este respecto es el tema de los gestos en la interacción intuitiva, cuyo objetivo es resolver el problema de los gestos efectivos para operar computadoras en escenarios de interacción persona-computadora. Dado que los gestos no están limitados por los dispositivos de entrada tradicionales, se combinan naturalmente con la tecnología de realidad virtual [8] 409-420. Además, para las aplicaciones emergentes de realidad virtual comerciales y de entretenimiento doméstico, las interfaces interactivas intuitivas también son un punto de investigación y desarrollo. Debido a la profundidad de la investigación y la extensión del artículo, lamentablemente este artículo no aborda estos aspectos y espera ampliarlos gradualmente en investigaciones posteriores.

Finalmente, cabe destacar que a medida que el concepto de computación ubicua se convierte gradualmente en una realidad con el apoyo de potentes hardware informáticos, el diseño y la implementación de diversas interfaces interactivas intuitivas se ha convertido en una cuestión clave en la interacción persona-computadora. interacción. La computación ubicua requiere que los equipos informáticos puedan detectar cambios en el entorno circundante y realizar las tareas correspondientes. En este proceso, si la interfaz interactiva no es intuitiva y fácil de usar, entonces su valor central de humanización informática no se reflejará. Como resultado, la teoría y la práctica de las interfaces interactivas intuitivas resaltarán cada vez más su incomparable importancia y criticidad.

[Referencias]

[1] Blackler A, Popovic V, Mahar D. Investigación de la interacción intuitiva de los usuarios con artefactos complejos [J]. Ergonomía aplicada, 2010, 41 (1) : 72-92.

[2] Popper. Conjetura y refutación: el crecimiento del conocimiento científico [M]. Traducido por Fu Jizhong, Ji Shuli, Zhou Changzhong, et al. Press, 2003.

[3] Naumann A, Hurtienne J, Israel J H, et al. Uso intuitivo de interfaces de usuario: definición de un concepto vago[M]∥HARRIS D.Psicología de la ingeniería y ergonomía cognitiva.Berlín : Springer -Verlag, 2007: 128-136.

　[4] Alonso M A G, Gutiérrez M A, Vexo F, et al. Stepping Into Virtual Reality [M]. , 2008

　[5] Watanabe R, Itoh Y, Kawai M, et al.Implementación de ActiveCube como una interfaz de computadora 3D intuitiva[M]∥Butz A, Olivier P.Smart Graphics Berlín: Springer. , 2004 ：43-53.

[6] Hummels C, Overbeeke C J. Cinestesia en sinestesia: el poder expresivo de los gestos en el diseño[C]∥Diseño y semántica de forma y movimiento. University of Technology, 2006: 34-41.

[7] Hummels C, Smets G, Overbeeke K. Una interfaz gestual intuitiva con dos manos para el diseño de productos asistidos por computadora: Taller internacional de gestos[C] .Bielefeld: Springer Verlag, 1998.

　[8] Nielsen M, String M, Moeslund T B, et al. Un procedimiento para desarrollar interfaces de gestos intuitivas y ergonómicas para HCI[M]∥Gamurri A, Volpe G .Comunicación basada en gestos en la interacción persona-computadora. Berlín: Springer, 2004:

　[9] Garrett J J.Los elementos de la experiencia del usuario[M].Berkeley, CA: New Riders. , 2002