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基于虚拟现实的文化遗产展览用户体验模型与设计策略研究

作者及机构
本研究由浙江大学计算机科学与技术学院的Qing Gong、Ning Zou（通讯作者）、Wenjing Yang、Qi Zheng与浙江宁波大学软件技术学院的Pengrui Chen合作完成，研究成果发表于期刊《Virtual Reality》2024年第28卷第69期（2024年3月在线发表）。

学术背景

研究领域与动机
该研究属于人机交互（HCI）与文化遗产数字化保护的交叉领域。随着虚拟现实（VR）技术在博物馆展览中的应用普及，VR文化遗产展览（VR-based Cultural Heritage Exhibition, VRCHE）面临用户体验（User Experience, UX）设计的挑战。传统展览与VR交互界面的差异导致现有UX模型无法全面描述VRCHE的特性，且缺乏系统性的设计策略。因此，本研究旨在构建一个全面的VRCHE用户体验模型，并提出针对性设计方法。

背景知识
1. VR博物馆展览（VRME）的兴起：通过3D扫描、建模等技术，VR可还原历史场景或允许用户与虚拟文物互动，突破实体展览的限制（如禁止触摸展品）。
2. 用户体验模型的不足：现有研究多聚焦单一展览形式（如VR游戏），或仅通过定量分析验证模型，缺乏对元素间关系的深入探讨。
3. 扎根理论（Grounded Theory）的应用：结合定性与定量方法，从实验数据中归纳理论模型，弥补文献综述的局限性。

研究目标
1. 识别VRCHE中促进用户沉浸与脱离现实的关键UX元素；
2. 构建涵盖多类型VRCHE的UX模型；
3. 提出基于模型的设计策略。

研究流程与方法

实验设计
研究分为预实验与正式实验两阶段，采用混合方法（扎根理论+统计分析）：

1. 材料准备

   • VRCHE分类：基于文献提出四类展览（结构化任务型、非结构化任务型、结构化非任务型、非结构化非任务型），以中国民间玩具（如华容道、孔明锁）为主题设计VR场景。
     
   • 实验工具：使用Unity 2019开发VR环境，通过HTC Vive Pro Eye设备呈现。
     

2. 预实验（Pilot Study）

   • 参与者：4名22-25岁志愿者（2男2女，VR经验各异）。
     
   • 方法：
     
     • 实验A：按固定顺序体验四种VRCHE，记录用户行为与反馈。
       
     • 实验B：自由选择三种“河内塔”展览模式（任务型/探索型/创作型），分析用户偏好。
       
   • 发现：
     
     • 实验顺序影响用户行为；
       
     • 用户对展品的熟悉度干扰选择；
       
     • 用户体验存在因果关系链。
       

3. 正式实验（Formal Study）

   • 参与者：41名22-29岁志愿者（实验A：25人；实验B：16人），确保VR经验分布均衡。
     
   • 数据收集：
     
     • 有声思考法（Think-aloud）：实时记录用户操作与口头反馈；
       
     • 半结构化访谈：补充未表达的体验细节；
       
     • 视频与屏幕录制：捕捉行为与交互过程。
       
   • 数据分析：
     
     • 三级编码（开放编码→轴向编码→选择性编码）提取UX元素；
       
     • Neo4j图数据库构建元素间关系网络；
       
     • 统计验证：筛选案例占比超50%的子类别（如“积极情绪”占96%）。
       

创新方法
- 理论编码：将定性数据转化为可视化关系网络，揭示UX元素间的因果路径。
- 混合验证：结合扎根理论的归纳与定量统计，提升模型普适性。

主要结果

1. 用户体验模型

   • 核心维度：情感（Emotion）、学习（Learning）、易用性（Ease of Use）。
     
   • 关键发现：
     
     • 情感驱动：任务设计（如适度挑战性）与交互反馈（如物理模拟振动）显著提升积极情绪；
       
     • 学习机制：用户通过元认知（如对比现实物理规则）理解展品属性；
       
     • 易用性：操作自由度与场景渲染质量影响用户体验评价。
       

2. 展览类型差异

   • 非结构化任务型：促进自我反思，但易忽略场景细节；
     
   • 结构化非任务型：学习效率高，情感体验较弱；
     
   • 非结构化非任务型：通过场景建构激发联想。
     

3. 行为意图
   仅8%用户表现出继续探索意愿，需进一步研究激励因素。

结论与价值

科学价值
1. 提出首个基于扎根理论的VRCHE用户体验模型，填补了多类型展览UX研究的空白；
2. 揭示UX元素间的因果关系（如元认知→情感→行为意图），为理论拓展提供框架。

应用价值
1. 设计策略：
- 用户画像分析：针对不同受众（如游戏玩家vs.传统观众）定制UX路径；
- 虚实连续性设计：通过混合现实（MR）技术降低VR沉浸门槛；
- 多类型展览融合：结合任务与非任务型设计，平衡学习与情感体验。

研究亮点

1. 方法创新：首次将扎根理论应用于VRCHE研究，实现模型构建与验证的双重严谨性；
   
2. 分类体系：提出的四象限展览分类法（任务/非任务×结构化/非结构化）为后续研究提供标准；
   
3. 跨学科意义：推动HCI、文化遗产保护与教育技术的交叉融合。
   

局限性
样本以中国学生为主，需扩大文化多样性；行为意图数据不足，需长期追踪研究。

数据可用性
实验数据公开于ScienceDB（DOI:10.57760/sciencedb.07002）。