沉浸式现实设计技术的产业价值视角

《Proceedings of the Design Society》：The industrial perspective on the value of immersive reality design technologies

　　

尽管沉浸式现实（Extended Reality, XR）设计工具持续涌现，产业界对其价值的认知仍不明确。本研究呈现了与16位设计专家开展工作坊的成果，测试了广泛的XR设计工具。研究表明，其价值超越了传统工具，这一优势由以人为本的技术可供性（affordances）所驱动，包括灵活性（flexibility）、交互性（interactivity）和响应速率（response rate）。而感知到的弊端则与实施挑战相关，如保真度（fidelity）与技能要求。研究发现验证了XR在设计领域的潜力，并指引未来工作聚焦于克服关键技术障碍以释放其固有价值。

## 一、研究背景与问题提出

设计活动与原型制作传统上主要分布于物理域或数字域两个领域，设计人员根据自身活动需求选择适宜的媒介（如物理原型用于实体验证，计算机辅助设计建模与仿真用于数字验证）。近年来，沉浸式现实（XR）技术的出现为智能融合这两大领域提供了新的可能性。XR涵盖虚拟现实（Virtual Reality, VR）、增强现实（Augmented Reality, AR）和混合现实（Mixed Reality, MR）等概念，被普遍视为有望至2030年形成1.5万亿美元规模的颠覆性产业。在空间计算（Spatial Computing）这一更广泛的领域内，XR技术已在运营与物流工作流程中展现出产业应用价值。

然而，面向设计领域的XR应用实施相对较少，且大多停留在研究阶段，作为单一用途的演示系统存在。现有研究缺乏对XR系统在不同设计活动中技术可供性的具体认知，更缺乏面向产业的设计系统研究。由此产生的问题是：设计行业在多大程度上认同XR的价值？其优势与问题又以何种方式呈现？鉴于此，研究人员与一家英国设计咨询公司合作开展工作坊研究，让工程师、设计师和分析师等多元角色接触针对性的XR设计系统，通过收集和比较他们对不同系统类型的感知，提取关于XR系统在日常工作流程中优势与弊端的认知，以及产生这些优势与弊端的特定技术可供性。

## 二、研究设计与方法

研究人员开发了一系列XR演示系统，所有系统均在Meta Quest 3头显上通过Unity平台运行，支持手势追踪、控制器或Logitech MX Ink触控笔进行操作。这些系统的能力通过与公司协作的迭代过程确定，以确保相关性，并针对可视化（Viz.）、创建与配置（Creation & Configuration, C&C）以及集成分析（Integrated Analysis, IA）等价值维度（Dimension of Value, DoV）进行设计。最终开发的能力及对应的系统类型/价值维度如图所示，每个类别均包含多个系统。

参与者通过公司邮件招募，所有岗位和专业水平的人员均可自愿参加。每组4名参与者被安排为一小时的时段。到达后，研究人员向其介绍工作坊目的并提供所有系统的书面概述。参与者需陈述与其专业最相关的系统，随后获得现场演示和测试机会。测试后，参与者针对每个测试系统完成问卷，内容包括：感知到的价值与弊端及其相对于"典型"方法的优势程度；与这些价值与弊端相关的技术可供性评价；系统在其相关活动背景下的涌现影响；以及通过NASA任务负荷指数（Task Load Index）评估的感知工作负荷。

技术可供性（Affordance）指的是系统通过其与用户能力之间的关系，向用户及其过程提供的内在属性。本研究考察的技术可供性包括：灵活性、体验广度、交互性、响应速率、保真度、分析能力、系统可用性、完整性和技术可及性。

## 三、研究结果

**参与者特征**：共16名参与者，平均年龄30岁（范围20-57岁），女性5人，男性11人。专业领域涵盖机械设计（7人）、软件和电子（3人）、工业设计（2人）、人因工程（2人）和数字界面设计（1人）。平均专业年限7.2年（范围1-25年）。XR使用经验方面，2人从未使用，12人使用过1-2次，2人使用达10次。

**感知价值与弊端**：所有情况下参与者均认为系统提供了价值，通常显著高于其现有工具链。"额外性"（即超出当前工具链的价值）指标显示，混合现实系统（MR）和构思系统（Ideation）或许表现出更高价值认同（通过较低的四分位距体现）。弊端评分在所有类别中均较低且相似，表明参与者认可系统虽存在问题，但 consistently 较小，且不比现有工具链中的问题更典型或更严重。

**技术可供性分析**：所有技术可供性均与某种程度的收益相关（评分范围3-5）。灵活性、体验广度、交互性和响应速率获得了收益与弊端之间较高的正向差值，表明这些是最强感知价值领域。这反映了专家对探索和编辑数字与物理实体、并以适合其首选工作流程的方式进行响应的能力持积极态度。保真度是唯一获得中性评分的可供性，也是跨系统获得负面评价最多的可供性。鉴于实现更高保真度需要更大的技术投入，这凸显了当前XR系统的核心挑战。系统可用性、完整性和技术可及性的评分较为接近，表明收益略低或弊端略高，主要涉及系统的易用性和实现层面的技能要求与理解难度。

**具影响力的技术可供性**：通过皮尔逊相关分析，比较不同系统类型/价值维度之间的专家评分相关性。研究发现，不同用途的XR系统其收益来源各异，大多数系统在中等程度上呈现可供性差异（r~0.5）。这意味着不同技术可供性在不同用途的XR中产生感知收益，而非单一的XR驱动价值形式。共同差异来源包括完整性（MR和界面系统更突出完整表征的优势）和响应速率（构思和界面系统赞赏对用户动作的快速响应）。分析能力是另一个出现因素，但由于其与部分系统的核心目的对齐，应仅视为开发成功度的确认因素。

弊端可供性的差异在分析系统中尤为突出，用户指出其体验广度较窄（即仅聚焦分析功能）、技能要求更高、灵活性更低。由于这些系统专门设计用于更复杂的技术知识整合，这一结果并不意外，但确实表明技术核心可供性可能因实现方式而被削弱。

**涌现价值感知**：参与者在能力、决策制定和沟通类别中评分最高、范围最小。虽然参与者确实相信工具将提高设计速度并降低风险，但这一认可程度较低。

**NASA任务负荷指数结果**：参与者对系统的身体和时间需求、努力和挫败感评价 consistently 较低，表明此类系统能够以低摩擦舒适地融入其工作流程。参与者对自身表现的评价为中性，可能反映了这些系统存在学习曲线；精神需求评价则较为混合，可能反映了特定实现方式或所要求完成的任务特征。

## 四、讨论与结论

**总体价值**：跨越所有系统和分类，专家 consistently 对XR系统给予正面评价，显示出收益大于弊端。对于所有类型，这还包括超出其典型日常工具链的收益与能力声明——专家不仅相信XR系统提供价值，还相信其提供了当前工作流程无法实现的附加价值。然而，弊端也 consistently 存在，且被评为超出典型工具链中的水平，表明系统要么加剧了已有问题，要么引入了新的固有问题。

主要收益领域集中于以人为本的技术可供性：灵活性、体验广度、交互性和响应速率。这些涉及系统能力及用户体验方式。由于设计常被描述为探索性学习活动，XR系统在这方面的优势显得尤为重要。这也与工业5.0等新重大优先事项中人力中心性为核心原则的趋势形成呼应。相对地，弊端集中于具体实施和使用挑战：技术操作难度、跨利益相关者培训的系统可用性、表征完整性和保真度。创建高保真度和"完整"的表征被视为重大技术任务，创建直观易用的系统同样具挑战性。

**关键发现**：分析系统相对缺乏灵活性较为突出，这提示聚焦特定能力的系统类型可能同时也在其他维度受损。应谨慎确保XR系统的核心优势得到恰当维护。体验广度和响应速率作为频繁导致系统间差异的可供性，且在全球层面被评为最有益，表明维持这些可供性对于维持整体价值具有重要意义。

**研究局限与未来展望**：本研究为单一日程、单一公司、单一行业的单次工作坊结果。感知可能因行业而异，尤其考虑到不同行业呈现的不同双重要求（如高价值领域对高精度和高保真度更难实现，此处已观察到较差的保真度评分）。此外，尽管多数参与者有过XR体验，仍存在新颖效应可能，即因技术新颖性而提升感知收益。这将通过参与者专家水平、活动相关系统和任务在一定程度上得到缓解，但可能造成一定评分膨胀。用户界面和实现质量可能影响感知，但这通过积极的NASA-TLX评分以及每个类型/价值维度包含多个演示器得到缓解。

**研究结论**：通过涵盖多个广范围XR设计系统的综合工作坊，本研究呈现了产业界对XR技术及其在设计活动中应用的价值、收益和弊端的认知。研究特别指出，收益落在以人为本的技术可供性上，XR系统使用户能够以探索性和响应式的方式与正在设计的实体交互，并提供超出现有工具链的新能力，用户认为这有助于更早的决策制定。挑战包括技术实现以及呈现高保真度和完整系统——这些可能都是技术成熟度现状、现有系统开发水平以及缺乏可借鉴最佳实践的因素。未来研究应继续更精确地测量实际价值，最初针对此处突出为最高收益和重要性的技术可供性和涌现价值；同时，对于声称的弊端，应既作为潜在改进领域进行调查，也作为现有系统实现的因素进行考察。