視障者三維觸感交互機制及其設(shè)計應(yīng)用研究

許倩倩+余慧+郭雅文

摘要：為豐富視障者的生活閱讀體驗，提高視障者對圖像文字的理解，通過研究視障者觸覺感知，分析視障者觸覺機制、視障者觸覺圖像形成原理，以及點陣顯示裝置技術(shù)，同時結(jié)合數(shù)字化3D點陣顯示技術(shù)，總結(jié)并設(shè)計出三維觸感點陣概念性交互設(shè)備：PINsphere氣動式盲文顯示裝置，使視障者能通過觸覺圖形對三維物體更加完整深入的認知，豐富他們的生活及閱讀體驗。

關(guān)鍵詞：人機交互設(shè)計 三維點陣 觸覺圖形

引言

視障問題是全世界所一直關(guān)注的問題之一。隨著人們生活水平的不斷提高，視障者對生活質(zhì)量的需求也不斷上升，而視障者對圖形的理解卻是模糊的、抽象的。本項目以視障者通過觸覺感知事物為切入點，結(jié)合數(shù)字化3D點陣顯示技術(shù)，使視障者可以通過觸摸3D點陣顯示屏，整體地了解到文字與其所指向物體的簡單三維構(gòu)型，更具現(xiàn)化感知周圍事物和環(huán)境，從而改善視障者的生活和文化學(xué)習(xí)質(zhì)量。

一、視障者觸覺獲取信息的方式研究

視障者與外界的聯(lián)系與其觸覺也有很大關(guān)聯(lián)，而且視障者的觸覺相當敏感。當他們進行觸摸物體時，他們的觸覺就與他們敏銳的神經(jīng)錯綜復(fù)雜地結(jié)合起來，再傳達信息給他們。但這樣會產(chǎn)生盲人摸象的結(jié)果。使視障者獲取到了片面、不詳細的信息。

隨著社會的發(fā)展，我國人口老齡化日益嚴重，新發(fā)視障者數(shù)量仍在迅速發(fā)展。與此同時經(jīng)調(diào)研，視障者在活動中主要運用主動觸覺和聽覺去認識外界事物。視障者使用觸覺不能感知到事物的顏色、亮度和觸覺范圍之外的事物、但他們的觸覺能夠感受到物體的溫度、濕度、壓力、振動等方面，從而可以通過冷覺熱覺、壓覺以及振動的形式刺激皮膚，從中獲得外界事物的各種信息。除此以外，視障者還可以通過觸覺可以了解到物體的質(zhì)感、表面紋理等信息，再結(jié)合自我的觸覺經(jīng)驗，進一步了解和識別該物體。

在視障者接觸外界信息的過程中，又分為主動和被動兩種接受方式。主動與被動接受是存在很大差異的，在主動運動中，皮膚的感覺不受部位限制，在過程中是可以自我控制和調(diào)節(jié)的。而被動接受的過程中，會出現(xiàn)無意識、違計劃的事故發(fā)生，在一定程度下，甚至?xí)o視障者帶來危險和嚴重不便。

二、視障者三維觸感機制及其設(shè)計研究

2016年9月27號的時候我們走訪了位于北京西城區(qū)的盲文圖書館，和那里的工作人員做了一次交流。了解到視障者也有自己的尊嚴和與普通人平等的權(quán)益，而不是一味接受將其視為弱視群體的同情所產(chǎn)生的愛心行為。因為他們雖然是弱勢群體，但是有自己的自尊。所以給我們的啟示就是產(chǎn)品的改進結(jié)果，不應(yīng)該是把他們孤立出來，認為他們是跟別人不同的，不是設(shè)計出一個全新的事物，而是設(shè)計一種通用產(chǎn)品，在保證他們權(quán)益和自尊的基礎(chǔ)上，帶給他們更好的生活體驗和閱讀的體驗。

（一）視障者識圖產(chǎn)品的發(fā)展動態(tài)

20世紀50年代出現(xiàn)了視障者圖書機，在此之前輔助視障者獲取信息的主要以盲文紙質(zhì)書為主。50年代之后又出現(xiàn)了視障者打字機以及有聲閱讀設(shè)備，2000年以后，便相繼出現(xiàn)了視障者電話掃描閱讀機、視障者平板、視障者指環(huán)等直到發(fā)展到現(xiàn)在的視障者顯示器。在整個發(fā)展過程中，產(chǎn)品形態(tài)從實體趨向概念；摸讀內(nèi)容豐富度上，也在不斷提高。但至今市面上三維視障者觸點顯示器的產(chǎn)品幾乎為零，即使是極少數(shù)概念產(chǎn)品，也只是依附于平面上觸點的位移，并不能顯示物體的整體形態(tài)。

（二）圖像呈現(xiàn)依據(jù)與文字閱讀方式

圖像呈現(xiàn)的依據(jù)以及主要靈感來源于浮雕藝術(shù)，對浮雕藝術(shù)的審美不僅有視覺上的審美，要有觸覺上的審美，并對其具有很大影響。浮雕的空間結(jié)構(gòu)可以說是三維的立體形態(tài)，同時也兼具著某種平面形態(tài)，話句話說，浮雕具有經(jīng)形體壓縮處理后的二維或平面的特征，是將現(xiàn)實存在的事物將其壓縮處理，形成一種扁平化的藝術(shù)。以此類推，將平面化的圖形轉(zhuǎn)化成三維立體的形態(tài)，可以將平面圖形進行拉伸延長處理，以凹凸起伏的形態(tài)呈現(xiàn)出來。

當前社會對視障者的教育，通常以觸摸的方式達到認知和識別事物的目的。對盲文的學(xué)習(xí)，現(xiàn)階段主要是單純地依靠靜態(tài)的盲文教材，視障者對漢字的理解幾乎是空白的，不僅如此，還對其認識漢字的偏旁結(jié)構(gòu)和理解漢字意義造成了很大的困難?，F(xiàn)有的主流的盲文都是采用拼讀音節(jié)的形式，這樣只是有字音而沒有字形，雖然通過上下文可以理解出詞語的含義。但是，也會因為只有拼音，從而出現(xiàn)拼讀錯誤的概率。例如有一些生僻難懂的詞，視障者也無法準確地理解、掌握其概念。將漢字，即常用文字，存儲進視障者文字識圖學(xué)習(xí)設(shè)備當中。通過拆解筆畫、語音敘述漢字的含義并且用3D點陣顯示，從而出現(xiàn)相關(guān)聯(lián)的需要表達的圖形和圖像，漢字點觸學(xué)習(xí)設(shè)備結(jié)合語音與字形所對應(yīng)的觸覺圖像，實現(xiàn)視障者對基本漢字的筆畫順序、偏旁部首、含義的認知和理解，并能簡單地利用所習(xí)漢字進行組詞造句的功能。通過這個在幫助視障者識別理解圖形的基礎(chǔ)上，同時達到輔助視障者學(xué)習(xí)漢字的目的。

（三）圖文的呈現(xiàn)方式

探討弧面點陣與平面點陣顯示字形和圖形的觸覺差異。設(shè)置兩個變量，即弧面與平面，與水平面垂直的陣點與傾斜的陣點。調(diào)查人們對不同展示，面對圖文確認的速度與效果的反應(yīng)。結(jié)論得出有弧度的屏?xí)棺中螆D形擴散，順著筆畫方向有指向性地傾斜會便于獲得有利和完善的信息（如圖1），綜合考慮，選取曲面屏。

在文字方面，挑選500基本漢字，如人、這、中、大、為、上、個、國、我、以、要、他、雪、時等進行原有的筆畫拆解?，F(xiàn)行中國盲文GB/T15720-1995標準適用于中國視力殘疾人使用的觸覺凸點文字。它規(guī)定了中國盲文的盲符結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以及現(xiàn)行盲文方案與漢語雙拼盲文方案、分詞連寫規(guī)則及書寫格式等。其中中國盲文的盲符結(jié)構(gòu)也是由布萊爾盲文體系演變出的，它主要是以注音字母為基礎(chǔ)，加之拼寫漢語普通話的一種盲文方案。它分為三個方塊，分別代表聲母、韻母和聲調(diào)共組成一個發(fā)音。而大部分由圖像演變而來的漢字主要分為形旁和聲旁。

（四）盲文顯示裝置設(shè)計應(yīng)用原理endprint

PlNsphere氣動式盲文顯示裝置對傳統(tǒng)圖文識別系統(tǒng)進行創(chuàng)新，結(jié)合數(shù)字化技術(shù)，增加產(chǎn)品與使用者的互動性；讓使用者，及視障者能夠直接觸摸，并通過觸摸感受和識別圖形；促進視障者主動進行探索和學(xué)習(xí)，增強使用者主動學(xué)習(xí)與認知文字和圖形的興趣。視障者可以更直觀感受到抽象的、瞬時的、巨大的、微小的等難以通過觸覺識別整體的物體。

產(chǎn)品工作原理：此設(shè)計對于球體大小R1、觸點長度L、中心控制器半徑R2都有特定的比例要求。中心控制器的半徑與觸點長度為反比，觸點也會因為球體由中心擴散，而擴大觸點距離，降低顯示觸摸位點的密度，從而加大識別難度。PlNsphere氣動式盲文顯示裝置，此原理主要應(yīng)用在電磁式盲文顯示裝置。

其中3D點陣顯示的原理是：存儲圖像像素是m×n，那它對應(yīng)矩陣也是m行n列。現(xiàn)有的盲文二維讀圖產(chǎn)品中的圖像為二值圖像，只有黑白兩種顏色，RGB圖像一般黑和白的數(shù)值范圍是0到255，使用double型數(shù)據(jù)處理后，O代表黑色，1代表白色?；叶葓D像的數(shù)值在0和1之間，經(jīng)處理器處理后，根據(jù)數(shù)值大小進行不同程度的位移，從而形成三維立體圖像。圖像三維立體顯示裝置。將物體看為從中心球體延伸點觸形成物體整體的一種物理成像方式。

三、產(chǎn)品設(shè)計實踐

PlNsphere氣動式盲文顯示裝置（如圖2）所示主要具有展示圖像和圖文轉(zhuǎn)化的功能，主要從視障者如何感知三維立體圖像和文字轉(zhuǎn)化圖像后所表達的含義這兩大問題出發(fā)，實現(xiàn)三維圖形的展示并可以通過圖形來了解和學(xué)習(xí)文字，從而促進視障者對圖文的識別和理解。

（一）展現(xiàn)圖像的功能

將圖片輸入系統(tǒng)中，或者是進行語音搜索，然后通過電腦分析掃描，將圖片上的圖像進行所謂的拉伸，通過點陣突起形成上下凹凸起伏的觸點，與此同時當視障者在觸摸過程中會根據(jù)觸摸點的移動進行語音解釋，使視障者在觸摸到立體展示的不同部位時都能得到完整的解釋，更加形象地幫助視障者理解圖像上的信息。

（二）圖文轉(zhuǎn)化的功能

1.交互：學(xué)習(xí)文字/識字功能：名詞通常單字也有指向性的圖形可以表達其含義，例如人、花、龍等字，單字的動詞、副詞、連詞、部分名詞、形容詞則需要組成兩字或多字的詞語來形成圖像。單獨的漢字字形與圖形的點陣輸出不能全面的形成認知體系，須配合語音，解釋字詞內(nèi)在含義，解釋圖像與漢字的聯(lián)系，例如形容心理、精神方面的字，禪，可以通過點陣輸出立體佛像，視障者觸摸圖像，觸摸不同的部位時，觸點底部接收器感知壓力，處理信號后，語音則會解釋圖形中相應(yīng)部位的專有稱謂以及形成原因等。組成詞匯：如下雪，可以動態(tài)刷新圖像，把圖像幀化處理，通過每幀動態(tài)刷圖實現(xiàn)立體刷圖功能，配上語音解釋詞匯，鞏固記憶漢字，使視障者知道如何運用漢字。最后也可以根據(jù)所形成不同詞匯造句，再次鞏固記憶。

2.搜字功能：視障者語音搜索漢字，產(chǎn)品進行語音識別功能，也可以通過觸控筆點擊對應(yīng)盲點的位置，信息經(jīng)過傳導(dǎo)處理之后，再根據(jù)常用漢字排列順序找出同音字。然后通過語音分別進行解釋說明，判斷篩選出想要搜索的文字，然后再通過點陣輸出想要的文字圖像，從而達到搜字的功能。

3書寫矯正功能：視障者在學(xué)習(xí)漢字時，漢字不像布萊爾盲文由6個點不同變換的編碼似的方式組合而成，而是由不同的筆畫字符銜接穿插組合成的方塊字，所以較普通盲文的學(xué)習(xí)和點陣呈現(xiàn)的方式都要復(fù)雜得多。書寫的筆畫位置也較難找準容易出錯，書寫檢查功能較好地解Z夾了～_-f-問題。在一個漢字學(xué)習(xí)完成后，會語音提示檢驗書寫，通過點觸筆在點陣中按順序?qū)懗龃藵h字允許的誤差范圍不超過x個點陣位，x根據(jù)點的間距決定密度，d為點陣間距，d×x<=12mm.（觸摸范圍有效距離，球體立方體驗證）（詳細流程圖如圖3）。

從圖像的三維顯示為出發(fā)點，在識別圖形的同時，可以進一步對文字加深了解，在整個系統(tǒng)過程中以視障者的觸覺感受為主，加之語音的解釋說明，完善信息，從而使視障者從中能夠獲得更準確、更真實的認知感受。

結(jié)語

視障者是需要得到社會關(guān)愛的群體，面對生活水平的不斷提高，視障者的需求也在不斷增加。本文就是通過點陣的三維觸感交互方式，將圖形與文字立體呈現(xiàn)。同時此產(chǎn)品的設(shè)計從人性化出發(fā)，了解視障者的真實心理需求，融入交互設(shè)計的方法，使視障者更加直觀和真實地了解外界事物，但在技術(shù)和實現(xiàn)度上仍需不斷改進，從而使視障者告別以往被動接受信息的狀態(tài)，讓他們感受到和正常人沒有什么不同，不再有所謂的孤獨感。endprint