物聯網時代的自然交互設計

吳旭敏WU Xumin 羅穎LUO Ying武漢理工大學，武漢430070（Wuhan University of Technology，Wuhan）

物聯網時代的自然交互設計

吳旭敏WU Xumin 羅穎LUO Ying
武漢理工大學，武漢430070（Wuhan University of Technology，Wuhan）

物聯網時代操作者和系統(tǒng)之間將趨向于更加“自然”的交互形式。自然交互對象實體化、智能化，使操作者感受了直觀真實。自然交互利用實物減少了對操作者記憶的需求，營造著真實的環(huán)境。實現多模式的操作表達，能夠滿足操作者的情感需求。物聯網時代自然交互設計在理論上會更加強調認知心理學、社會學和行為學等學科的理論指導和滲透，會特別強調系統(tǒng)對于操作者的反饋交互。

物聯網；自然交互；情感設計；認知心理學

一、物聯網時代交互的特征

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，其英文名稱是“The Internet of Things”[1]。物聯網通過智能感知、識別技術與普適計算、泛在網絡的融合應用，被稱之為繼計算機、互聯網之后世界信息產業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯網前景非常廣闊，它將極大地改變人們目前的生活方式，物聯網把我們的生活擬人化了，萬物成了人的同類。在這個物物相聯的世界中，物品（商品）能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預。隨著物聯網的發(fā)展和完善，人（操作者）與系統(tǒng)之間的交互方式與互聯網時期相比較也會有不同，交互對象不僅僅是面對屏幕，交互的方式也不局限于傳統(tǒng)的鼠標、鍵盤甚至是手指，交互設計將趨向自然化的交互模式。物聯網描繪的是充滿智能化的世界。在這個世界里，人與人、人與物、物與物之間的交互形式和交互過程會發(fā)生極大的改變，與以往交互方式比較，將趨向于更加“自然”的交互，即基于傳統(tǒng)的人類本能的交互模式，如觸覺、視覺、聲音、運動等，以及較高的認知功能，如表達、理解和記憶等。

二、交互設計的歷史

交互設計作為一門關注交互體驗的新學科產生于20世紀80年代，它是由IDEO的創(chuàng)始人之一的比爾·莫格里奇于1984年提出的。交互設計旨在規(guī)劃和描述事物的行為方式，然后描述傳達這種行為的最有效形式。狹義的交互設計可以理解為：“對于所有具備數字與互動性質的物品，在外觀與品質上的設計，其目的是使它顯得實用，令人渴望且容易上手”[2]。交互設計在理論上，從人機工程學中獨立出來之后，更加強調認知心理學以及行為學和社會學等學科的理論指導實踐范疇方面的內容，從人機界面拓延開來，強調計算機對于人的反饋交互作用。隨著科技的進步，人機交互的研究重點放到了智能化交互，多模態(tài)（多通道）-多媒體交互，虛擬交互以及人機協同交互等方面，也就是“以人為中心”的人機交互技術方面。在此過程中，用戶體驗與用戶情感逐漸在設計中凸顯，設計應用人們日常熟悉的圖形圖案，驅除用戶的陌生感，傳遞設計信息?！捌恋摹?、“有趣的”、“個性化的”設計表達了對用戶情感的關注，開始注重和強調用戶作為個體的多樣性，情感價值成為目前產品設計的一個有價值的目標[3]。

交互設計從命令行的指令輸入方式到圖像用戶界面，開始出現菜單、多窗口界面、鏈接、搜索等交互界面，交互形式豐富，尤其是圖形界面出現后，使一般用戶擺脫了必須通過專業(yè)學習才能夠進行的指令輸入的交互方式，只需要通過鍵盤輸入和鼠標點擊就可以得到相應需求，這是計算機應用的一個極大突破，也為計算機網絡的普及奠定了用戶基礎。相對于指令操作的便利，圖形交互界面由于受制于操作系統(tǒng)的環(huán)境，用戶不得不端坐在電腦前，用點擊完成本該通過人類本能自然行為達到的目標。在長期的人機交互過程中，用戶逐漸形成一種圖形交互習慣，交互設計師們通過研究人類心理學、社會學等學科，改善人機交互的模式，使之更加易懂、易用，接近用戶日常共識，減輕使用者記憶負擔以便更加快捷的達到目標。

至2008年，比爾·蓋茨提出“自然用戶界面（Natural User Interface）”的概念，并預言人機交互在未來幾年內會有很大的改觀，鍵盤和鼠標將會逐步被更為自然的觸摸式、視覺型以及語音控制界面所代替[4]。運用自然語言、多通道模式交互、更具個性化的私人交互模式等方式，這些無疑都將給人類的生活帶來重大的影響。隨著計算機技術和傳感器的普遍應用，現實世界也將逐步出現其“數字版”的一面，而自然人機交互技術正是現實與虛擬世界之間的橋梁。

三、物聯網時代的自然交互設計

什么是“自然”交互？自然是一種主觀感受，會因個人觀念和體驗的不同而不同。簡單易學是一個“自然”交互系統(tǒng)的最為直接的衡量標準。完全極端的自然交互方式是未經過針對性的系統(tǒng)操作訓練，任何人可以順利使用系統(tǒng)的交互方式。物聯網通過各種信息傳感設備，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息，與互聯網相結合而形成的一個巨大網絡。其目的是實現物與物、物與人、所有的物品與網絡的連接，方便識別、管理和控制。物聯網的發(fā)展現實，使交互從圖形界面過渡到了自然交互的范疇。

自然交互有這樣幾個特征。

1.自然交互讓操作者從感受上覺得交互對象發(fā)生了變化

物聯網實現了物物連接?；ヂ摼W上虛擬的無物理表征的事物，要將它形象化后實施操作，這是件困難的事情。物聯網可以避免強制建立這種虛實對應關系，用最直接自然的交互方式觸摸來解決。目前發(fā)展最熱門最成熟的是觸摸屏，充分調動手指的作用，用“觸摸”這種方法下達指令。交互設計師們秉承“功能可見性”的互動設計原則，在設計中呈現擬實物化效果，引導使用者形成操作預期。當然這是觸摸交互的初級階段，在這個階段，觸摸的對象仍然是屏幕（觸摸屏），到了物聯網時代，可以將屏幕“實體化”，不僅通過觸摸下達指令，還可以通過“觸摸”，向使用者傳遞事物的“觸感”，感知事物的質地、大小等固有屬性，豐富觸覺的細節(jié)，從而使操作更加真實，讓使用者對操作結果更加確定。社會心理學家塞利格滿（Martin E.P. Seligman）指出人們對外部世界的控制感能帶來積極的情緒體驗，也更愿意接受挑戰(zhàn)和嘗試新鮮事物。人們不必再將真實物體通過圖表、圖案、示例進行一一對應，完全可以按照真實世界中的所見即所得而進行自然的操作。從感受上來說，操作者直接面對“人化的物”，或者是“智能化的物”，會產生真實的“對話”感覺，直接控制的體驗效果更直接明了。操作者明確感知當前界面狀態(tài)，產生可控感，形成操作預期，減少迷茫和等待，引導用戶繼續(xù)操作。

2.自然交互減少記憶需求

自然交互利用實物減少對操作者記憶的需求，并能提醒補充用戶需求?；ヂ摼W界面互動通過信息框架設計，設計共享信息環(huán)境的結構[5][6]，將信息內在的聯系以邏輯思維的方式鏈接，操作者通過記憶和思索的方式有效地利用支配網絡。互聯網時代利用導航定位，由各級導航，明確操作者所在的位置，了解操作者的路徑，互動設計中經常將導航文字、圖形、圖像強化，形成操作界面中的焦點。盡管如此，人們還是常常陷入網絡的“迷宮”之中[7][6]50。研究表明，準確操作所需要的知識并不完全存在于頭腦中，而是有一部分在頭腦中，有一部分來自外部世界的提示，還有一部分存在于外部限制因素之中[8]。物聯網虛實結合，可以將外部世界的提示和外部限制因素充分設計，給操作者帶來明確的方向感。物聯網中可以借助“實物”建立真實世界中的路標、方向、地域特征等參照物，將焦點實體化。網絡世界中跳躍式操作，隨心所欲進入到事件任何一個階段或者隨時開始是網絡的魅力所在，物聯網既可以按照“實境”中的物理環(huán)境進行漫游操作，也可以利用虛擬特征進行現實跳躍，完全實現基于現實基礎上的非線性活動，可以極大滿足普通自然人在熟悉自然環(huán)境中完成想象事件的能力。

3.自然交互營造真實環(huán)境實現多模式操作

自然交互能夠營造真實環(huán)境，實現多模式的操作表達。物聯網時代的交互模式是自然的，是基于人類傳統(tǒng)本能的交互模式。比如想用某種色彩影響人的情緒，必須讓人真實地處于這種環(huán)境中，僅靠屏幕顯示讓人產生聯想是達不到這種效果的，物聯網虛實結合營造這種氛圍，增強現實的表現甚至可以強化操作環(huán)境，給操作者以明確暗示或者提醒。自然的交互模式允許使用者用各種感官進行交互，如應用自然語言，目光注視。用一種更為廣泛的人類認可的方式進行交互。多模式滲透的交互模式，可以模擬更加復雜的交互環(huán)境和營造更加真實的交互環(huán)境，最大限度地還原真實物理世界中的影、像、聲、味，通過精心設計的典型操作環(huán)境，塑造各種交錯關聯的條件或狀況，給使用者以情感上的親切感和熟悉感，新信息只有和已有知識結構緊密結合，才能被徹底理解吸收，直接將使用者沉浸于操作環(huán)境之中，以最快最便捷的方式操作系統(tǒng)。

4.自然交互能更好地滿足情感需求

自然交互能更好地滿足操作者的情感需求，滿足個性化操作模式。物聯網時代最顯著的FRID技術的應用，為自然交互提供了技術支持，更為交互設計中用戶情感追求提供了更大的驚喜。用戶進行有目的的操作時，伴隨明確的目的，在過程中會出現不自覺地或稱為下意識的動作。同樣的情況也會出現在無目的的瀏覽人群中，傳感器可以監(jiān)測用戶的活動行為，交互設計者們認為：情緒始于對身體變化的感知，在你感覺到某種情緒之前，你的身體已經做出了反應（美國心理學家威廉姆斯之語）。在一定的環(huán)境中，利用人類的四類隱形知識，即簡單的物理學知識（如重力、摩擦力、物體持續(xù)性、相對比例）、身體感知（生理本體感知、關節(jié)活動范圍、雙手的協調，以及全身互動）、環(huán)境感知（導航、深度感知、物體間距離）、社會感知和技能（他人在現場、口頭交流和非口頭交流）[9]，通過無處不在的傳感器，辨析用戶在行為中的“規(guī)則”，把活動行為中所暗藏的用戶目的和意圖識別出來。不需要用戶有意地直接表露，就可以貼心地自然流暢地實現使用者的潛在需求[10]。這是一種更高層次的交互體驗。通常人類社會中的“心有靈犀”，也會體現在人機之間。

四、自然交互的發(fā)展

自然交互中操作對象向實體化和擬人化方向發(fā)展，操作者對系統(tǒng)感受會更加可控；自然交互會更加強調“實境”對操作者的影響，運用多模式操作方式，讓操作者真正能夠沉浸在系統(tǒng)所營造的氛圍中；自然交互在完成目標的過程中，能更加減少操作者的記憶負擔，極大滿足操作者的情感需求。

目前的自然交互從操作動作上說是粗放型的，通過大動作、大范圍、大聲音這種夸張的行為動作來觸動系統(tǒng)。隨著技術和設計的完善，交互方式會朝著精準化的方向發(fā)展，區(qū)分不同社會風俗習慣下更多樣的行為細節(jié)，捕捉最細微的反映情緒變化的動作，以確定操作的準確性。

正如kinect的宣言所言，你就是控制器[4]21。自然交互的目標就是人可以通過日常行為和準則來控制系統(tǒng)，讓系統(tǒng)對符合人類行為習慣的言行舉止有正確的響應。對人的社會屬性、自然環(huán)境和心理因素等各種影響行為的習慣都是自然交互所要深入研究探討的。物聯網時代自然交互設計在理論上會更加強調認知心理學、社會學和行為學等學科的理論指導和滲透，會更加強調系統(tǒng)對于操作者的反饋交互。

[1]ITU.World Summit on the Information Society .WSIS:ITU Internet Report 2005: The Internet Of Things[C].Tunisia: Sep，2005：1.

[2]比爾·莫格里奇.關鍵設計報告：改變過去影響未來的交互設計法則（Designing Interactions）[M].許玉鈴，譯.北京:中信出版社，2011:460.

[3]唐納德·A.諾曼.情感化設計[M].付秋芳，程進三，譯.北京:電子工業(yè)出版社，2005：195.

[4]余濤.Kinect應用開發(fā)實戰(zhàn)：用最自然的方式與機器對話[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012：1.

[5]Richard Saul Wurman.信息饑渴：信息選取、表達與透析[M].李銀勝，譯.北京:電子工業(yè)出版社，2001：27-28.

[6]MorvillePeter, Rosenfeld Louis. Web信息構架——設計大型網站[M].陳建勛，譯.北京:電子工業(yè)出版社, 2008: 4.

[7]Cooper，Alan.About Face: The Essentials of User Interface Design [J]. John Wiley & Sons，1995: 508.

[8]唐納德·A.諾曼. 設計心理學[M]. 梅瓊，譯.北京: 中信出版社，2010: 56.

[9]R J Jacob，AGirouard，L MHirshfield，M SHorn,O Shaer，E T Solovey and J Zigelbaum.RealityBased Interaction: A Framework for PostWIMPInterfaces[J]. Proceedings of the ACM Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI 08)，New York，2008: 201-210.

[10]W Zhang，M Chu，J Begole.Asynchronous Reflections:Theory and practice in the design of multimedia mirror systems[J]. ACM Multimedia Systems Journal，2010（16）：293-307.

Natural Interaction Design on the Internet of Things

The interaction model between the operator and the system of the Internet of Things will tend to be more "natural". The materialized and intelligent objects of natural interaction will make the operator feel intuitive. Natural interaction uses real objects to reduce memory requirement for the operator and creates real environment, which will achieve multi–mode expressions of operation, to better meet the emotional needs. The natural interaction design in theory will put more emphasis on cognitive psychology, sociology and behavioral science theories and permeability. It will also focus more on the feedback interaction from the system to the operator during the age of the Internet of Things .

the Internet of Things；natural interaction；emotional design； cognitive psychology

J0-03

A

10.3963/j.issn.2095-0705.2013.05.002（0005-04）

2013-08-21

吳旭敏，博士，武漢理工大學藝術與設計學院副教授；羅穎，武漢理工大學藝術與設計學院講師。