以西安碑林、曲阜孔庙碑林、焦山碑林等为代表的碑刻博物馆是中华民族重要的文化遗产,因其集中展示了各个时期的书法艺术作品,一直以来也是书法艺术研究者、爱好者和普通民众观赏、体验汉字书写艺术的场所。碑林书法艺术的异地传播,除了借助传统的拓片形式,近年来也有部分运用互联网和图像技术所进行的网络展示。实地观摩受限于时间空间,拓片和图片无法提供身临其境的效果,且交互性不足,无法满足用户日益提高的文化体验需求。虚拟现实技术作为传播、推广碑林书法艺术的新途径日益得到研究者的关注,如何充分发挥其优势、增强用户体验感成了迫切需要解决的问题。自然交互是新一代的人机交互理念,主张“以用户为中心”,关注用户体验。本次研究将自然交互设计理念引入虚拟体验系统构建过程,从理论与设计层面对虚拟现实的自然交互进行了较为全面的研究。依据对虚拟现实环境下自然交互要素的探讨,制订了相应的自然交互设计原则与设计方法,并在此原则与方法的指导下,以焦山碑林书法艺术虚拟体验系统为例进行了实践。经过系统评估,本文实现的焦山碑林书法艺术虚拟体验系统,能够让用户用“自然而然”的行为与系统之间达到“自然”的交互状态,充分发挥了虚拟现实系统的沉浸、交互、直觉优势。研究还表明,自然交互设计的运用,能够弥补现阶段虚拟现实技术的不足,进一步增强用户的使用体验。全文共分五章:第一章为绪论,介绍了本文的研究背景与意义、国内外研究现状、文章框架结构与研究方法等。第二章对自然交互设计理论进行了概述,分析了虚拟现实相对于传统碑林展示的优点以及虚拟现实自然交互设计的特征,探讨了虚拟现实环境下的自然交互要素;制订了虚拟现实自然交互系统的设计原则,并从加强沉浸感和提升交互体验两个维度,制定了相应的设计方法。第三章在介绍了虚拟体验概念与碑林书法艺术虚拟体验的基础上,借助Maya、Unity3D软件进行碑林书法艺术虚拟体验系统的流程开发,从交互方式、三维物体互动、场景漫游等方面进行系统的功能实现。第四章为本文的重点,遵循上述设计原则和方法,以焦山碑林为案例,构建了碑林书法艺术虚拟体验系统的自然交互设计方案,并具体从角色模型与情境、视觉、听觉、系统交互等方面进行了整体设计和功能实现;本着以“用户为中心”的理念,采用问卷调查和访谈的方式,以用户体验、沉浸感、交互效率作为评估标准,对系统的自然交互设计效果进行了评估分析。第五章为结束语,总结了本次研究的主要研究成果及存在的不足,明确了进一步的研究方向。