基于商場購物行為對增強現(xiàn)實設備的人機界面設計研究

馬廣韜　劉博

摘要：通過調(diào)查沈陽部分商場的顧客，文章得到人們在購物時遇到的部分問題，并結合AR技術特點和人機工程學相關原理，針對這些問題建立符合人機要求的解決方案，使其能更完善地應用于人們?nèi)粘Ｉ钪?，解決人們在商場購物時所遇到的部分問題。

關鍵詞：增強現(xiàn)實 商場購物 HMD 人機界面

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2017）01-0135-04

引言

隨著社會的發(fā)展，工業(yè)化、信息化水平的不斷提高，人們的購物理念也發(fā)生了變化，有很多人都嘗試了快捷、高效的網(wǎng)絡購物方式，不過傳統(tǒng)的商場購物卻仍然非常受消費者歡迎。據(jù)美國疾控中心建議，逛商場對人們的身心健康是有所幫助的，商場購物不受天氣影響，光線充足，路面平坦，一些商場還有休息的座椅，即使是老年人也不會感到不適。但是，人們在逛商場的同時也遭遇到了一系列的麻煩，例如停車難、尋找貨物難或者忘記停車位置等。在面對這些問題時，我們要求助他人？還是自己費力尋找呢？

一、消費者的分類及場所劃分

消費者的購買行為是簡單的又是復雜的，因消費者的定位很難統(tǒng)一，消費所涉及到的人或者家庭或者某種團體，人數(shù)眾多。而且影響消費者消費的因素也很多，諸如：年紀、性別、職業(yè)、社會背景和信仰等?；诒疚牡难芯空n題，消費者可分為4類：購買目的性很強的消費者；陪同購物消費者；漫無目的的消費者和混合類型消費者。

針對本文的研究范圍將消費場所劃定在購物中心類別上。按照其定位檔次分類可分為：以高檔商品為主；以中高檔商品為主；以中低檔商品為主。

（一）以高檔商品為主的購物中心，如香港時代廣場、上海恒隆廣場、沈陽大悅城等。高檔商品要占經(jīng)營商品比例的70%以上，面積一般為24萬平方米以上（圖1，2）。

（二）以中高檔商品為主的購物中心，如沈陽皇城66恒隆廣場、沈陽萬象城等，一般有10-24萬平方米左右（圖3，4）。

（三）以中低檔商品為主的購物中心，如馬尼拉EVER摩爾。但是對于低檔商品的比例也是有要求的，低檔商品不能超過經(jīng)營產(chǎn)品的60%，否則其就稱不上是購物中心。

本文以沈陽市府恒隆廣場和沈陽萬象城為例調(diào)查了沈陽的部分消費者，針對消費者所提出的問題進行了分析。

二、增強現(xiàn)實技術

（一）增強現(xiàn)實技術的定義和發(fā)展

增強現(xiàn)實（AR）是從一個相對普遍的概念——介導現(xiàn)實衍生出來的，它通過直接或間接的物理元素來增強現(xiàn)實環(huán)境（或補充），如聲音、視頻、圖形或GPS數(shù)據(jù)等的計算機應用技術。隨著AR技術的提高，（例如增加目標識別和計算機視覺）AR設備記錄下周圍用戶對環(huán)境和觀察對象的互動和數(shù)字化操縱，并編碼成可以覆蓋在現(xiàn)實世界之上的實時信息。2012年是一個關鍵的時間節(jié)點，美國Google公司發(fā)布的Google Glass（GG）是全球第一款真正意義上實現(xiàn)AR技術的硬件設備。2016年，被定義為AR/VR的元年，在這一年當中，這兩項技術被預期為全面爆發(fā)的一年。

（二）增強現(xiàn)實技術的應用實例

AR不單單在與VR相同的應用領域，諸如尖端武器和飛行器的研制與開發(fā)、數(shù)字模型的可視化、模擬訓練、游戲、藝術和教育等領域都具有一定范圍的應用，更重要的是因其具備對真實世界可進行擴充顯示輸出的特點，在醫(yī)學研究與模擬解剖、精密儀器制造和維修、藝術設計和工程設計等領域，具有比VR技術更加顯著的優(yōu)勢。

（三）增強現(xiàn)實技術的技術支持和理論支持

AR的基礎技術大體上可分為5個方面：（1）攝像技術，真實的場景圖像的獲??；（2）圖像合成，圖像最后的融合；（3）顯示技術，顯示器設備的顯示，目前的AR設備是通過視覺和計算機透視投射在人眼可見的顯示屏上；（4）虛擬數(shù)據(jù)庫，3D虛擬對象的數(shù)據(jù)庫，包含了在顯示屏上顯示的所有內(nèi)容；（5）渲染技術，實時3D轉換和渲染等環(huán)節(jié)，投射在屏幕上的虛擬內(nèi)容會結合周圍環(huán)境進行實時渲染，達到逼真的效果。AR系統(tǒng)會通過攝像頭以及圖像合成技術來提醒用戶360°的安全信息。顯示設備可分為手持數(shù)據(jù)PDA式，可穿戴式HMD式和手持定點觀察式三種顯示展示方式。其中本文選擇可穿戴頭盔式AR顯示界面，為研究方向。

AR技術是一種信息穿透技術，它將生理學，人機工程學和認知學作為物理性的理論基礎，將心理學和美學作為影響用戶精神層面的理論基礎。

三、人機工程學對增強現(xiàn)實設備的理論分析

（一）人的感知響應過程與人機系統(tǒng)

人因接收到外界的信息而做出一定的反應，這一過程叫作人的感知響應過程。人的感知響應過程是有先后順序的，依次為：感覺器官→傳入神經(jīng)→大腦皮層→傳出神經(jīng)→運動器官。

圖5中眼耳、大腦、手腳組成了人的感知響應過程；顯示器、機器、控制機組成了人機界面；眼耳和顯示器組成了顯示裝置，手腳和控制器組成了操縱裝置。

（二）人的視覺特性

1.視野

人的視覺特性可分為視野及視區(qū)。視野又細分為直接視野、眼動視野和觀察視野三種。三種視野的最佳值之間有以下簡單關系：

眼動視野最佳值=直接視野最佳值+眼球可輕松偏轉的角度（頭部不動）

觀察視野最佳值=眼動視野最佳值+頭部可輕松偏轉的角度（軀干不動）各視野的具體范圍如圖所示

2.人體尺寸的百分位數(shù)的選擇

針對AR眼鏡而言，成像是將虛擬信息素材投射到透明的顯示器上，該顯示器的尺寸是根據(jù)眼動視野的范圍和頭寬確定的，并根據(jù)GB/T10000-1988中國成年人人體尺寸，可知AR設備為可穿戴式HMD設備，AR眼鏡是固定在人體頭部上的，但設計顯示界面的菜單頁面時，還是要考慮到頭部偏轉的范圍的。依照GB/T10000-1988和GB/T12985-1991在產(chǎn)品設計中應用人體尺寸百分位數(shù)的通則，我們可知頭最大寬度、頭最大長度和針對該產(chǎn)品的人體百分位數(shù)的選擇，具體如下：endprint

眼鏡屬于成年男女通用Ⅲ型產(chǎn)品，所以該產(chǎn)品選取的百分位數(shù)應為[P50（男）+P50（女）]2，作為產(chǎn)品尺寸設計的依據(jù)。

3.顯示界面尺寸的選擇

按照測量結果勾劃頭部近似圖形，如圖9N示：

圖9中黃色邊緣為頭部近似圖形，藍色區(qū)域為最佳眼動視野的范圍，紅色圓是為了計算方便所畫的近似圖形，粉色的圓弧長度為顯示界面的長度。再根據(jù)弧長公式：

公式描述：公式中n是圓心角度數(shù)，r是半徑，l為弧長。

I=nπr÷180

可得在水平眼動視野60°范圍內(nèi)的顯示設備尺寸，結合文獻的主要內(nèi)容，可知眼鏡和眼球的最佳水平距離約為12毫米（mm）。參考最佳眼動視野范圍，經(jīng)計算得出該設備的顯示界面水平最大尺寸約為201毫米（mm），鉛垂方向的最大尺寸約為16246毫米（mm）。但考慮設備自身局限，尺寸可酌情處理。

4.色覺視野

色覺視野簡稱色視野。由于人眼對不同顏色的感覺刺激不同，所以色覺視野也不盡相同。

如10圖所示，對白色的視野最大，黃色、藍色，紅色依次遞減，綠色視野最小。針對AR設備的顯示界面的設計，色視野體現(xiàn)為指示線、標識及數(shù)字的色彩區(qū)分。依照色視野的特性并結合Pantone色卡標準，選用白色、綠色（802C）、藍色（7460C）、紅色（812C）作為主要的色彩參考。

按對物體的辨認效果，即辨認的清晰程度和辨認速度。如表2的數(shù)據(jù)中所示，中心視區(qū)，即人瞬時注視、瞬時能清晰辨別形體的范圍是很小的，在水平和鉛垂方向上都只有1.5°～3°而已。

5.視角及視距對增強現(xiàn)實顯示界面的影響

視角，是指被視對象上兩端點到眼球瞳孔中心的兩條視線間的夾角。D是被視對象上兩端點間的距離，L是眼睛到被視對象之間的距離，稱為視距，a即為視角。如圖11所示，D，L，a的關系式為：

理論上，人眼是可以觀察到無限遠的物體的。但一個物體，放在遠處看不清，移近后就能看清楚了，這說明，能否看清物體，并不取決于物體的尺寸本身，而取決于它對應的視角。顯示界面的設計應在最佳的直接視野區(qū)域內(nèi)留出更多的空白，避免干擾人的正常觀察，造成安全問題。

6.目光巡視特性

目光巡視是指人眼能在瞬時看清范圍很小的物體，所以人們觀察事物時多依賴目光的巡視。目光巡視的特點主要有：1）目光巡視的習慣方向為水平方向：從左向右；垂直方向：從上到下；旋轉巡視：順時針方向。目光巡視多為跳躍的，而非連續(xù)地巡視。2）視線水平方向移動要快于鉛垂方向，且不易疲勞；對于水平方向上的尺寸比例評估要比鉛垂方向快，且準確。3）雙眼單視。4）視野中不同區(qū)域的視覺感知快慢不同，如圖12所示：

一般來說，右下象限感知快，左下象限次之，右上象限再次之，左上象限感知慢。當雙眼焦點偏離視覺中心時，假設偏離距離相等的情況下，眼睛對左上象限的觀察效果最優(yōu)，次一級的觀察效果依次是右上象限、左下象限、右下象限。在視覺感知區(qū)域內(nèi)，顯示界面的各部分功能界面就要根據(jù)此理論合理設計。

四、增強現(xiàn)實設備在商場購物中的具體應用

（一）AR設備的功能分類

道路指引

道路指引是通過色彩和方向?qū)緢D標來指引用戶到達目的地的。

商品定位

商品定位是通過商家對商品的位置信息進行存檔，使消費者可以在自身佩戴的設備中清晰辨認出商品分區(qū)。此功能還可以幫助用于尋找閑置車位（圖13，14）。

商品信息

商品信息是由制造商提供的包含商品演示、技術指標和社區(qū)互動等信息的立體影像（圖15）。

失物記號

失物記號具有物品遺落提醒和物品離開用戶提醒功能。AR設備會掃描下物品的信息并標記，使遺失的物品可以在用戶視野中高亮顯示。此功能也適用于尋車（圖16）。

消息推送

消息推送功能會將商家的活動信息和各個商場的同類商品進行比較，給用戶自主選擇的權利。

（二）AR設備在商場中所考慮的環(huán)境因素

1.照度

商場中的燈光照度是有明確規(guī)定的，所以作為環(huán)境因素來考慮時，可以以此為背景光來選擇AR設備的顯示亮度及色彩對比度。通常的顯示屏為LCD顯示器，其亮度的比值為1000：1。含義為屏幕中最亮的部分照度為500cd/m²，其最暗部分的照度為0.5cd/m²。而為了適應多種光照環(huán)境的需要，AR設備的顯示屏采用OLED顯示器，亮度比值為10000：1可以確保顯示屏在任何條件下都可以被用戶看清楚。

2.噪音

商場中的噪音環(huán)境是一個非常必要的環(huán)境因素，噪音是由于商場內(nèi)部電器運作時所發(fā)出的聲響，必要的噪聲可以使人在工作時提高效率，減少人與人之間的干擾，保護個人隱私等。AR設備是具有語音提示功能的，所以考慮噪音環(huán)境的同時，要確保AR設備語音的清晰準確傳達。為了使語音功能在不同噪音場內(nèi)可以順利工作，所以選用了女性聲音的振動頻率作為指導語音。

五、結論

HMD型AR設備是一種新型的AR設備，它將成為目前AR眼鏡的新一代產(chǎn)品。以Google Glass為例，HMD的顯示區(qū)域比較開闊，更符合人的觀察習慣，而HHMD設備的外形與普通眼鏡外形基本一致。該論文主要研究內(nèi)容是建立在商場購物行為的基礎上的AR界面設計，內(nèi)容總結如下：

（一）以沈陽市府恒隆廣場和沈陽萬象城為例展開的設計調(diào)查。調(diào)查方法包括實地走訪、網(wǎng)絡信息搜集、采訪消費者以及實地拍攝等，總結消費者所遇到的問題；

（二）選取HMD型的AR設備作為設計對象，其原因為HMD型AR設備為Google公司下一代的AR設備類型，目前還在產(chǎn)品開發(fā)中，HMD型AR設備可以代表未來幾年的AR設備發(fā)展趨勢，所以具有一定的現(xiàn)實意義；

（三）結合人機工程學的理論知識研究了AR設備的尺寸選擇、成像原理、顯示屏的選擇和顯示空間布局等內(nèi)容，得出HMD型AR設備的基礎資料；

最后，以人機工程學的相關原理作為理論基礎，建立商場購物環(huán)境下，AR設備顯示界面的雛形，更形象地體現(xiàn)人機工程學原理的應用。HMD型AR設備的設計需要多學科之間的融合，需要應用到多學科的知識，作為一種新型現(xiàn)代顯示設備，雖然目前還處于技術開發(fā)階段，未能實現(xiàn)普及，但隨著各個領域的精英不斷研究，未來的AR設備一定會實現(xiàn)舒適、健康、安全、高效的目標。endprint