增强现实环境下的视觉传达设计探究
刘明宽
摘要：为了探究增强现实环境下视觉传达设计的新思路、新方法。研究了当前增强现实技术的实现机制，并且对应用案例进行了具体分析，结合技术优势进行视觉传达设计。得出增强现实环境下的视觉传达设计理念。在增强现实环境下进行视觉传达设计的过程中要注意“增强”的信息的传达效果，以用户体验为核心，避免单纯的形式更替，其次在视觉上要保证一定的可信度，与真实世界相匹配，最后在交互层面要达到直观清晰的传达效果。
关键词：视觉传达设计 增强现实 信息传达 交互设计 三维设计
中图分类号：TB47
文献标识码：A
文章编号：1003-0069（ 2021） 03-0128-03
引言
5G时代的到来，为虚拟现实和增强现实等技术的发展打上了强心针。特别是增强现实技术具有搭载在移动终端上的优势，使其拥有比虚拟现实更大的发展潜力，这种全新的技术创造了一种前所未有的视觉传达方式。本文简要介绍了增强现实技术的基本概念和实现机制，并分析了当前视觉传达设计的发展趋势，论述了增强现实技术与视觉传达设计相融合的应用优势，最后探究了在增强现实环境下视觉传达设计的核心理念。
一、增强现实技术概述
（一）基本概念
增强现实（Augmented Reality;简称AR），是指通过计算摄像机角度及位置信息后配合图像分析技术，将虚拟的数字内容与真实世界的场景环境进行融合进而与之交互的技术。这种技术于1990年由波音公司的研究员Tom Caudell提出，随着移动智能终端运算能力的提升，增强现实的应用也越来越广，目前常见其应用于教育、培训、医疗、广告等行业。
（二）实现机制
增强现实能够将现实世界与数字世界融为一体，而数字世界的内容涵盖了从图像到视频，从二维图像到三维模型的海量信息。因此对应不同的使用环境有不同的执行方案。
1.基于标记的AR
基于标记的AR是全世界最流行的方法之一，这种机制需要通过摄像头识别特殊的触发标记来实现，而这个标记可以是从二维码到印刷图片的任何平面对象。当摄像机捕捉并识别到触发标记时会在屏幕端呈现出对应的AR内容，这里的内容可以是三维模型或一段完整的视频，能够有效地扩展平面内容的传达能力。
基于标记的AR技术常见于与科普类型书籍配套的移动应用。用户只要打开AR应用并将摄像头对准书本上的标记或图片，设备就可以自动识别出对应页面的虚拟信息。图片识别完成后二维的视频或三维动画可以立即开始，并且跟踪到页面上的对应位置。用户还可以移动实体书，看到虚拟世界的内容“粘”在真实的页面表面。
2.基于地理位置的AR
这种技术依赖GPS数据定位系统，集成方向和速度识别来计算用户的位置信息，进而让用户在不同位置体验到对应的AR内容。将增强现实虚拟的内容与特定的地理位置联系在一起，可以为用户实时推送附近的街道、地标等信息或是商业广告。这种技术的经典案例之一就是2016年火爆全球的AR手游《Pokemon GO》，它让玩家在现实世界的不同位置可以捕捉到不同的AR“宝可梦”。这样的方式可以大大提高视觉传达的实时性，随时随地提供对应的线下信息。
3.基于投影的AR
投影AR是将数字内容或界面通过投影的方式呈现，并且允许用户与投影进行交互的技术。通过感知真实表面上的光反射差异进行操作判断，特定的变化会触发程序做出相应的反应，但这种方式对现实环境的光照条件有一定要求，限制较大。其最大的優势在于解放了屏幕的狭小空间，将交互范围扩展到任意平面甚至是人体本身，例如美国的Ritot智能投影手表，可以将手臂变成投影的幕布，投射可交互的图片或文字信息，具有极高的用户黏度。
从增强现实的实现机制来看，AR其实就是为真实的物理世界提供了一种更加实时和智能的信息传达方式。它不像虚拟现实一样将现实世界完全隔绝，再创一个独立的虚拟世界，而是增强现实生活的体验，以最易懂和极具视觉吸引力的方式提供信息。
二、增强现实技术与视觉传达设计的融合
（一）视觉传达设计的发展趋势
1.从二维向三维四维发展
传统的视觉传达设计通常在平面内组织文字、图形等二维信息来进行信息传递，而在数字技术和移动端产品飞速更新的背景下，视觉传达设计也开始寻求更加新颖的方式来吸引用户的眼球。
首先是从传统平面向三维设计方向发展，特别是对于产品相关的设计内容，三维的方式在呈现过程中可以更加真实的还原产品细节特征，视觉上也更加突出。例如在包装设计中，利用三维技术对产品进行建模和材质的制作，可以让用户看到立体化的产品，大大提高了视觉传达的准确性，将最终的设计成果用最接近现实的方式呈现。同时3D模型可以在多平台多终端无缝切换，可以让用户更直观地获取产品的细节信息。
其次视觉传达设计正在融入时间的概念，向四维形态发展。典型的案例如动态电影海报，这种动态海报常见于移动端，从形式上看，相较于传统静态海报更具有用户黏性，用户停留时间更长。从内容上来看，此类动态海报叙事性更强，种类更为丰富，既具备了平面电影海报的质感，又在内容传播量以及呈现形式上继承了“预告片”的优点，提高了信息传播的效率和视觉吸引力。
2.从静态向动态发展
随着新媒体的不断发展，动态化的设计也被广泛运用于图形、文字的设计中。较之静态的视觉信息，动态的视觉信息更能吸引受众的注意，同时传递更多的信息，大大增加了视觉传达的趣味性和可读性。
在交互界面的视觉传达上也开始逐步采用动态的表现手法，通过模仿自然的运动规律赋予界面动态交互效果可以给用户带来更愉快和亲切的感受，而在动画中体现更多的‘‘人情味”可以带来更愉悦的用户体验。视觉传达设计的最终目的是使设计能够引起受众的注意，显然动态的视觉符号相比于静态的平面图形更加夺人眼球，也更能达到传达信息和情感的目的。
（二）增强现实技术的应用优势
1.实时可视化
AR技术以实时渲染实时预览为基础，同时他可以与周围环境交互的特性让这一技术大大提高了视觉信息传达的效率，并且更加直观。这一点突出体现在对设计方案的实时呈现上，基于AR技术可以让以往只能通过效果图或概念图才能看到的设计效果提前呈现出来，并且还原真实应用场景的光影细节等效果。例如宜家开发的AR应用，可以将沙发模型在室内环境中实时渲染出来，让用户提前看到家具放在家中的真实场景。
2.补充上下文信息
由于基于标记的AR技术实现较为简单，并且具有实时性强，虚拟信息与标记对象匹配的特性，因而可以为当前的现实对象提供虚拟信息的补充。典型的应用场景例如博物馆的导视和藏品介绍界面，可以利用AR技术避免在展品周围堆砌大量的文字描述，而是将信息和藏品以虚实结合的方式共存在一个画面中。如用户参观油画作品时，可以通过AR扫描从屏幕端看到这副油画的创作时间、作者生平信息等内容;用户还可以直接与油画互动，获取油画中人物的介绍。此外，用AR补充的上下文信息可以以更加生动的形式呈现而非仅限于枯燥的文字说明，如动态表现或是交互的形式都会更加吸引用户的眼球，具有更好的传达效果。
3.身临其境的体验
新媒体的出现让视觉传达进入了读屏时代，这就使得极大比例的信息传达是通过屏幕进行的。但AR技术可以突破这种屏幕传达的局限，完全打开用户的视野，同时解放用户的双手，把虚拟的界面和信息直接融入真实世界。让数字世界和物理世界之间的边界趋于消失，让它们以全新的方式进行融合，可穿戴设备也是未来的趋势。通过AR科技，将两个世界的精彩融于一体，让用户可以在真实世界和数字世界之间自由穿梭。例如想要探索侏罗纪时代的生活，用户可以真正地走在恐龙身边，这种临场感极强的视觉传达方式相比于当前的屏幕阅读效果更好，沉浸感更强，也更能给用户视觉上的震撼。
三、增强现实环境下的视觉传达设计理念
（一）信息的增强
视觉传达设计的目的就是以视觉的方式向用户传达信息，而对于增强现实环境而言，视觉上由传统的平面空间转移到了现实环境中。因此在增强现实环境下，首先要做到的就是对现实世界信息的增强，这里的信息并不局限于文本，还包括图片、3D对象、声音等，而存在形式包含了虚拟信息和现实世界中的信息。信息的增强一方面指的是对现实世界信息的补充，另一方面则是指传统平面媒介传达无法实现的3D效果，动态效果等，通过运用这些新颖的传达手段吸引用户并提高传达效率。
博物館内增强现实技术的运用就是其对信息增强的典型案例，AR技术允许用户同时与虚拟和现实的层面进行互动（Va…no，1998）。现实环境的复杂信息得到了保留，并在虚拟信息的加持下重塑，这也是AR技术应用于日常场景的核心优势。例如日本开发的一款AR应用《ARART》让很多博物馆中珍藏的世界名画“活—了起来，通过AR扫描可以让观者看到动画化的画中场景，让蒙娜丽莎眨眼，让梵高的向日葵缓缓凋谢。另一个利用AR技术做视觉信息增强的应用是大英博物馆三星数码探索中心里展示的“献给雅典娜的礼物”，这款APP设计了一个冒险游戏。通过AR的形式将冒险的谜题隐藏在虚拟的内容中，用户在解谜的过程中享受获取知识带来的乐趣，同时这些虚拟内容也在承担着导游的任务，串联起整个游览过程。这样传达的信息会激发观众强烈的好奇心与探索的欲望，让参观变成一场有趣的探险。
这种信息的增强还体现在对于冗杂信息的重新排列上，传统的平面视觉传达信息通常平铺直叙，遵循平面设计的原则，通过对齐、亲密性、对比和重复等手段排列组合图片与文字，达到引导观者视线和传达信息的目的。但在增强现实环境下，这些信息得到了全新的呈现方式，结合交互的手段让信息变成可以选取的虚拟选项卡，从而降低了视觉上的复杂度，以一种非常清晰直观的方式呈现。例如拉脱维亚国家艺术博物馆就推出了一款移动端的AR应用，游客只需下载就可以访问博物馆提供的额外AR内容，当游客扫描绘画作品时会自动浮现出包含作品各种信息的选项卡，可以从中了解有关绘画、艺术家及其绘画主题背后的更多信息。这种将内容折叠隐藏的方式给了用户自主选择的权利，游客能够选取自己感兴趣的部分进行探索，由被动变主动，并且数字化的信息脱离了枯燥文字的限制，可以以任何更为有趣的形式展开，还可以实时更新，提供与展品相关联的更多内容。
（二）与环境的融合
为了看起来真实，AR对象必须像现实世界中的对象一样，能够与环境自然融合，用户在视觉上才会有沉浸感。场景中的对象，特别是三维对象，需要在物理上给用户足够的可信度才能达到合理的视觉效果。因此，环境中的每一个对象，无论虚实，都要与整体环境相容，以提高用户的沉浸感，减少无关信息的影响，交互设计也要尽可能符合用户在真实世界的行为和反馈。 这种与真实世界的匹配主要体现在6个方面：
1.有固定的锚点
对于固定的AR对象，需要“粘”在现实世界中的一个点上，比如墙，地板或天花板等。这意味着即使用户处于运动状态下，这些虚拟的物体会停留在它们所处的位置。即使左右晃动手机，桌上的AR杯子也不会跳动，就像它原本就在桌上一样。
2.适当的大小比例
虚拟的AR对象应该与现实环境中的真实物体大小成比例，同时虚拟对象也应该与现实对象一样在不同距离的透视下呈现大小的变化。
3.与环境的互相遮挡
如果想让AR的虚拟对象看起来真实就必须遵守遮挡规则，这意味着需要通过硬件以了解现实物体在房间的位置。举例来说，通过AR在房间中放置了一把虚拟的椅子，那么当椅子前有一个桌子的时候，椅子应当被桌子遮挡住。
4.匹配的光照和阴影
与真实世界中的对象一样，虚拟的AR对象需要对不同的光照条件作出不同的响应，如果移动一个物体，那么他的阴影也需要像现实生活中一样移动。
5.与现实对象不重叠
虚拟对象永远不应与现实世界的对象重叠，对于飘浮在空中的虚拟对象如气球或飞机同样要避免与空中的实体对象穿插。
6.识别环境
最后一个是最难实现的环境识别，这意味着需要AR技术能够识别现实世界中的所有独立对象，例如需要理解哪里有桌子，椅子，书柜以及他们的实际高度位置等信息，进而保证虚拟对象在空间中移动时可以自动追踪真实世界。
由华为开发的AR数字地图就很好的解决了与环境融合的问题。这一项目以敦煌莫高窟为创作背景，通过采集高精度扫描数据重塑了一个虚拟的莫高窟空间，并且在这个基础上进行虚拟内容的叠加。这一技术的实现首先解决了锚点固定和环境的遮挡问题，因为已经有了厘米级别的虚拟莫高窟为基础，再将创作的九色鹿，飞天等形象叠加在上面就可以很好地避免互相穿插产生的违和感。同时这些虚拟形象会与真实世界的光影产生交互，在地面和形象本体上投射真实的阴影效果，在视觉上给观者以真实感。此外这款AR应用还提供了莫高窟的导览系统，当用户行走在观景道路上时，通过屏幕可以看到沿路引导游客行动的一串飞舞的花瓣，动态的花瓣结合实时的光影系统让整个沿路的风景看起来十分唯美，同时也起到了实时导览的作用，让用户以自然的方式接收信息。
与环境相融的设计理念其核心目的是在用户不知不觉中叠加AR的虚拟内容，这种内容包含两个层面，一是UI界面，以前文提到的华为AR地图为代表，将传统的文字图形导航界面转换为清晰的AR指引，真正做到了消除人机界面，减轻了用户通过视觉转义接收信息的负担。其二是虚拟的三维对象，当数字化的3D元素与周围真实世界完美融合时，会大大提高用户的沉浸感，信息的传达将更加直接明了，同时这也打开了设计师广阔的创作空间，无论是千年前壁画上的神兽还是远古时期的恐龙，都可以通过AR的方式让他们走进真实的世界，带给用户震撼的视觉体验。
（三）清晰自然的反馈
由于AR环境可交互的特性，在视觉上的反馈也要做到清晰且易于识别才能正确直观的传达信息，这就包括了内容无歧义、状态可见和显示合理三点要求。
1.到视觉上的直接反馈，例如当用户“抓取眼前的虚拟箱子”，那么得到的反馈一定是与指示相对应的对象产生了“被抓取”的变化，这种对应关系可以通过高亮显示或是用明确的特定色彩提示用户是否选中，用视觉上的变化来提示用户做出了正确的操作。
2.状态可见要求系统时刻清晰的显示当前所处状态，在正确的时间提供正确的状态，让用户时刻了解刚完成什么、现在在做什么、接下来要进行什么，比如在加载内容时要提供进度条或Ioading图标提示用户稍作等待，当加载完成要有信息提示“已完成加载”等，给予视觉上的指示可以让用户降低紧张感，提高用户对产品的信心。
3.显示合理则要求以最精炼的呈现方式来传达信息，降低用户焦虑和不安，在读屏时代用户已经被海量的信息轰炸，而AR环境是以现实世界为界面添加信息，因此要尽量避免同时展示大量的消息或其他内容，尽量用图片或3D内容传达信息。
在实际的设计过程中可以采用虚拟的AR指示符号以及高亮显示的按钮来引导用户操作，并且在用户采取行动后给予及时的反馈，这种反馈可以是动画形式或是结合声音与振动反馈一起的多感官传达，可以更好地达到信息传达的效果。例如在航天领域，增强现实技术可以帮助宇航员在非航天环境下练习维持空间站的工作。使用AR眼镜，工作人员可以脱离枯燥晦涩的工作手册，转而接收更加视觉化的工作指导。NASA推出的AR应用“Project Sidekick”使用HoIoLens提供虚拟的插图和指令来帮助机组成员执行复杂的任务。在AR眼镜的帮助下，工程师无需花费大量时间阅读纸质的说明书，而是可以看到部件的虚拟模型覆盖在真实的组装部件上，还可以看到具体的执行流程和操作说明，大大提高了学习效率，让工程师用更少的时间理解设备和应对任务。
结论
增强现实技术解放了被屏幕束缚的视觉空间，将整个现实世界作为传达信息的界面，让虚拟和现实世界完美整合在一起，同时其可交互的特性让信息的传达变得更加自由和智能。并且如文中所说，视觉传达设计正在向着四维化，动态化，多感官传达的方向发展，而这些恰恰都是增强现实技术所擅长的领域，虚拟的数字内容可以完美地实现信息的实时传达，并且具有空间的三维和时间的四维属性，可以很好地为现实世界补充信息且AR形式的视觉信息传达更有临场感，沉浸感更强，更具有视觉吸引力。在增强现实环境下进行视觉传达设计的过程中要注意“增强”的信息的传达效果，以用户体验为核心，避免单纯的形式更替，其次在视觉上要保证一定的可信度，与真实世界相匹配，最后在交互层面要达到直观清晰的传达效果。视觉传达是以视觉的方式向观众传达信息，在增强现实技术的推动下，视觉传达设计将进入一个全新的发展阶段，以全新的方式和高度改变人们认识和理解世界的方式。.
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