菜单式的交互界面一直是众多人机交互设备的主要交互载体,过去这种交互方式主要以二维的平面式交互为主,但随着近年来虚拟现实VR、增强现实AR等三维成像技术的发展与普及,人机交互方式也在渐渐的由二维的平面点击式交互方式向三维立体的空间指向式交互转变。但由于技术的更新速度大于现阶段对于三维空间式的交互的理论研究,所以造成一些基于VR沉浸式系统在用户体验方面的缺陷,比如在三维的空间交互中,不合理的菜单布局,例如菜单距离或者尺寸大小等,都会让用户产生不适应感甚是眩晕等,并且大大降低了交互任务的操作绩效。所以符合人机工程学的三维空间式交互界面的布局方法是一个值得研究的课题。我们将三维空间中的交互界面划分为两大类:三维空间中的二维交互界面(在三维空间中操作二维的界面)以及三维空间中的三维交互界面(三维场景中的交互)。本文的应用对象为某基于VR技术的沉浸式隧道救援培训系统,该系统以能降低培训成本,提升培训效率,扩大培训范围,尽可能还原真实救援场景,增强参与培训的各个工种之间的沟通渠道为目的所搭建。该系统中主要包括两个场景,准备阶段的设备库救援设备选择以及救援阶段的隧道现场营救,其中都涉及到上述提到的两种交互界面形式。对于三维空间中的二维界面的交互界面,我们主要目的是为改善虚拟交互界面的操作效率,将人视觉注意机制融入到虚拟交互界面中,提出一种基于人视觉注意习惯的VR虚拟环境下的界面优化模型。根据人眼视觉注意机制,选出二维交互界面中的影响因素,如救援方案决策界面的色彩、间距等,以及在三维空间中的人视觉注意等级区域的划分,建立以用户视觉注意力最高为目标的函数模型。运用MATLAB软件和遗传算法对其目标函数进行求解,然后将得到数据转化为具体的界面布局信息,应用于该VR系统的中的二维的隧道救援方案的决策界面布局优化。最后通过眼动实验对优化后的界面进行评估,结果验证了该模型的可行性,优化后的界面更符合人视觉注意机制。而针对于三维空间中的三维交互界面—在救援设备仓库中进行设备的选择,准确的说它并不是一个界面而是一个三维的交互场景。我们将从三维界面的维度、交互任务的复杂度以及用户的知识结构三个方面来构架操作绩效预测模。首先通过将原有的Fitts模型增加深度与宽度维度,然后设计实验探究三维目标深度、尺寸大小、运动幅度对于交互时间的影响,得到一种虚拟情景下三维目标指向交互模型。再与HickHyman定律通过信息论进行结合,总结出了针对三维空间交互的时间预测绩效模型,用该模型去评估不同救援设备布局方案的操作时间,以选出操作用时最短的救援设备布局方案。本文针对VR虚拟环境中的两种不同的交互界面形式给出了两种不同的布局优化方法,并且通过对VR隧道救援培训系统中交互界面的应用,改进了救援方案决策界面布局,让其更加符合人视觉注意机制。同样通过评估备选救援设备布局方案操作时间,并筛选出最高效的布局方案,提高了操作绩效。并证明两种方案可以为用户界面研究和设计人员提供一种快速有效的研究方法。